半干法脱硫与湿法脱硫工艺选择比较

郭斌洲

(山西兴能发电有限公司)

古交电厂1、2号机组的烟气脱硫装置是采用武汉凯迪股份公司提供的回流式循环流化床半干法脱硫工艺(德国WULLF的RCFB技术)。在该工艺中,烟气中的酸性成分与粉末状的消石灰发生反应。循环流化床的工作原理保证烟气与消石灰良好的混合,以及脱硫灰的较长的滞留时间,水精确地喷入循环流化床中,进一步优化了反应条件。兆光电厂3、4号机组的烟气脱硫装置采用山东三融环保工程公司提供的石灰石 —石膏法湿法脱硫工艺(德国比晓夫湿法脱硫系统)。在该工艺中采用引风机的全部烟气在轴流式增压风机的作用下进入吸收塔,烟气自下而上流动,在吸收塔吸收区内,烟气中的二氧化硫、三氧化硫被由上而下喷出的吸收剂吸收生成亚硫酸钙,并在吸收塔反应池中被鼓入的氧气氧化而成石膏。脱硫后的烟气在除雾器内除去烟气中携带的浆雾后,进入烟囱排入大气。

1 半干法RCFB工艺脱硫技术

RCFB工艺主要采用干态的消石灰粉作为吸收剂,由锅炉排出的烟气从RCFB的底部进入,经过吸收塔底部的文丘里装置,烟气速度加快,并与很细的吸收剂粉末相混合。同时通过RCFB上部的喷水,使烟气温度降低到70～90℃。在此条件下,吸收剂与烟气中的二氧化硫反应,生成亚硫酸钙和硫酸钙,经脱硫后带有大量固体的烟气由吸收塔的上部排出,排出的烟气进入除尘器中,大部分烟气中的固体颗粒都被分离出来,被分离出来的颗粒经过再循环系统大部分返回到吸收塔。

2 石灰石/石膏湿法脱硫技术

石灰石/石膏湿法脱硫工艺采用石灰石浆液作为吸吮剂,锅炉烟气进入FGD,通过升压风机加压,在吸收塔内,吸收浆液与烟气接触混合,烟气中的SO2与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除,最终反应产物为石膏。脱硫后的烟气经除雾器除去带有的细小液滴,经烟气加热器(GGH)加热升温后排入烟囱。脱硫石膏浆液经脱水装置脱水后回收利用。

3 半干法脱硫工艺与石灰石-石膏湿法脱硫比较

1)适用煤种。半干法RCFB:适用于中、低硫煤石灰石。石膏湿法:适用煤种广。

2)Ca/S比。半干法RCFB:脱硫率 ＞90%时为1.3～1.5。氧化钙纯度要求 ≥90%,并要有非常高的活性(T60标准),达不到以上要求时,将影响装置的脱硫率及正常运行。

石灰石 —石膏湿法:1.01～1.05,一般为1.03,纯度达不到要求时,最终仅影响脱硫副产品石膏的质量。

3)脱硫效率。半干法RCFB:稳定运行一般在80%左右,若需要进一步提高,则需降低烟气趋近温差,增加Ca/S和喷水量,但会对下游设备,如除尘器、引风机等带来不利影响。

烟气含硫量波动时,因为有大循环灰量,难以灵敏调整控制,脱硫效率难以保证。石灰石 —石膏湿法:一般可在95%以上稳定运行,对环保要求的适应性强。烟气含硫量变化时,易于调整控制,脱硫效率较稳定。

4)耗电量。半干法RCFB:机组容量的0.5%～1.0%,脱硫效率在80%左右时,为0.6%左右;当脱硫效率 ＞90%时,耗电量上升很快,将达到1%左右。

石灰石 —石膏湿法:机组容量的1.0%～1.5%。

5)对ESP(电除尘器)的影响。半干法RCFB:初始设计时ESP2负荷很高,进口浓度800 g/Nm3(远高于电厂正常电除尘器进口的20～30 g/Nm3),ESP2除尘效率将达到99.9875%。随脱硫率的变化增加Ca/S,ESP2负荷急剧增加。

当烟气含硫量变化时,为保证脱硫率,或为满足环保要求的不断提高而提高脱硫效率,采取以上降低烟气趋近温差,增加喷水量和Ca/S措施时,将导致ESP低温腐蚀,排灰易粘结(塔壁也易于结灰),严重时,将影响装置的正常运行。

石灰石 —石膏湿法:没有后ESP,无影响。经脱硫塔洗涤后,烟尘总量减少50%～80%左右,FGD出口烟尘浓度小于50 mg/Nm3。

6)对机组的影响。半干法RCFB:因故障停电等原因使CFB停运,会导致塔内固态物沉积,重新启动需清理沉积固态物,由于无旁路,当后ESP和回灰系统发生堵塞进行检修时,机组将停运。

石灰石 —石膏湿法:因FGD是独立系统,有旁路,故无影响。

7)对机组负荷的适应性。半干法RCFB:负荷的变化会引起烟气流速的变化,从而影响脱硫反应及装置的运行。

石灰石 —石膏湿法:较好。

8)水。半干法RCFB:水质要求高;无废水排放。石灰石-石膏湿法:耗水量相对多一点,但水质要求不高,可用水源水;仅有少量废水排放。

9)吸收剂制备。半干法RCFB:需大批量外购符合要求的T60标准的石灰粉,RCFB脱硫效果的保证及装置的运行可靠性完全依赖于石灰的高纯度及高活性。

石灰石 —石膏湿法:可外购石灰石粉或块料,石灰石块料价格便宜,直接购粉则可大幅度降低投资及耗电量,但相应增加了采购成本。

10)脱硫塔出口温度。半干法RCFB:80℃。要提高脱硫效率,必将增加喷水量,从而使脱硫塔出口温度进一步降低,但会增加对ESP2的腐蚀。

石灰石 —石膏湿法:≥50℃。由于脱硫塔排放烟温低,整个系统增加了防腐处理,并增加了GGH设备以提高排放烟温,从而使投资增加。

11)副产品输送利用。半干法RCFB:目前,仅适宜用于填坑、铺路,应用价值低。用于其他场合的应用方法还未研究。灰易产生粘结,既影响输送,也影响装置的运行。当脱硫渣排入灰场时,将影响粉煤灰的综合利用。在抛弃过程中需要考虑增设合适的储运设施,同时也增加一定的运输和储存成本。

石灰石 —石膏湿法:脱硫石膏质量优于天然石膏,可综合利用,应用价值较高。如采用抛弃法,可节省部分投资,输送也不会有问题。

12)占地面积。半干法RCFB:在大容量机组考虑采用1炉1塔时占地较小。

石灰石 —石膏湿法:较大。

13)经济比较。以下以某电厂2×300 MW机组烟气脱硫装置为例,脱硫项目建设期按1年计算,运营期按20年计算,采用总费用法对干、湿法方案进行经济比较,总费用低的方案较优。原始数据见表1-1,1-2,经济比较见表2。

表1-1 原始数据表

表1-2 原始数据表

表2 经济比较表 万元

从表2可以看出,湿法脱硫方案的总费用略低于半干法脱硫方案。因此,从经济比较的角度来看,湿法方案优于半干法方案。

4 结论和建议

1)结论。综上所述,湿法与半干法相比,技术更加成熟,运行经验更加丰富,脱硫剂供应有保证,脱硫副产品利用好,系统供应商较多;经营费用小,初始投资高,总成本费用较低,系统占地面积较大。

每个电厂有各自的实际情况,在FGD装置设计上也有不同。方案比较选择中不仅要考虑半干法、湿法的技术因素,还要考虑各种实际存在的问题:如脱硫剂的供应、废渣的处理、对环境变化的适应、政府的规划等。

2)建议。湿法脱硫工艺是目前世界上应用最多、最为成熟的技术,吸收剂价廉易得、副产物便于利用、煤种适应范围宽,并有较大幅度降低工程造价的可能性。对大容量机组,从技术的成熟性、可靠性以及环保的高要求考虑,应采用石灰石/石膏湿法。

RCFB工艺脱硫效率较高,建设投资较省,占地面积较少,在能满足高品位石灰供应并妥善处理脱硫灰的条件下,具有较好的发展前景,主要适用于中小机组和老机组的脱硫改造。

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