摘 要 石灰石-石膏湿法脱硫是目前火电厂应用最广泛效率最好的脱硫技术,但其工艺较为复杂使得其推广在国内受到影响。分析火电厂采用石灰石-石膏工艺湿法脱硫工艺的原理,对流程进行介绍。同时对石灰石-石膏湿法脱硫工艺目前存在的问题进行分析,在提出建议的基础上对其进行展望。
关键词 湿法脱硫;工艺;石灰石-石膏法;分析
中图分类号 TQ 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)092-0126-01
随着我国当前建设生态文明工作的推进以及环境保护的日益重视,减少燃煤发电过程汇总产生的大量二氧化硫问题已经成为我国环保工作和火电厂技术改进的工作重点。目前我国电力能源结构中煤电占有75%的比例。是我国电力的主要来源。二氧化硫危害日益严重火电企业实施烟气脱硫工作也十分迫切。2010年是十一五规划最后一年,根据我国制定的十一五规划提出的到2010年底全国二氧化硫排放总量消减10%的目标已经实现。按照国家环保部制定的2010年的环保目标即二氧化硫排放量争取在2009年的基础上再进行消减40万吨,同时确保新增燃煤电厂脱硫装机容量在5000万千瓦。当前我国火电机组中依然存在40%左右没有进行脱硫 ,减少硫排放任务依然艰巨。
火电厂采用的脱硫工艺主要有以下几种,石灰石-石膏湿法脱硫、简易石灰石-石膏法、旋转喷雾法、电子束辐射法、炉内喷钙尾部增湿法。其中又由于石灰石-石膏湿法脱硫工艺技术成熟,系统稳定可靠、脱硫效率高而在火电厂中被广泛采用。但石灰石-石膏湿法脱硫也存在着工艺较复杂的问题,下面本文对石灰石-石膏湿法脱硫工艺进行简单分析,以期推动硫排放工作的进行。
1 石灰石-石膏湿法脱硫
石灰石-石膏湿法脱硫是目前世界上采用最广泛的脱硫工艺,运行也最为可靠,是商业性FGD的主导工艺。美国的B&W公司、日本川崎重工、奥地利AEE公司等多家公司对此项目进行研究,在欧美石灰石-石膏脱硫工艺的机组容量在所有脱硫机组总容量的90%左右。其设计基本原理为:采用石灰石或者石灰作为脱硫的吸收剂,石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌制成吸收剂浆液,也可以将石灰石直接湿磨制成石灰石浆液制的吸收剂浆。在吸收塔吸收剂浆液与烟气接触混合,烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应,最终反应产物为石膏。脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴,经加热器加热升温后排入烟囱进入大气。并且可将脱硫石膏浆液经脱水装置脱水后进行石膏回收副产物利用。
在此过程中,烟气中的二氧化硫和碳酸钙与水进行反应,生成亚硫酸钙和二氧化碳,同时在吸收塔浆浆池中演硫酸钙和氧气和水在进行氧化反应得到二水石膏这一副产品。
2 石灰石-石膏湿法脱硫工艺流程
石灰石-石膏湿法脱硫工艺系统中主要包括以下结构:烟气系统、二氧化硫吸收氧化系统、石灰石浆液制备系统、供应系统、石膏脱水系统、抛弃系统、供水系统、排空系统以及废水处理系统。
石灰石-石膏湿法脱硫工艺流程为:首先锅炉产生的烟气经电除尘器除去延期中的灰尘后,通过增压风机和GGH(可选)等设备降温后进入到吸收塔。在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中,以便脱除含硫、氯、氟等有毒有害气体,与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应的副产物被导入的空气氧化为石膏(二水硫酸钙),并消耗作为吸收剂的石灰石。循环浆液通过浆液循环泵向上输送到喷淋层中,通过喷嘴进行雾化,可使气体和液体得以充分接触。每个泵通常与其各自的喷淋层相连接,即通常采用单元制。
碳酸钙和二氧化硫在吸收塔中反应生成石膏,这部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出,进入石膏脱水系统。脱水系统主要包括石膏水力旋流器(作为一级脱水设备)、浆液分配器和真空皮带脱水机。经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾,在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。同时按特定程序不时地用工艺水对除雾器进行冲洗。进行除雾器冲洗有两个目的,一是防止除雾器堵塞,二是冲洗水同时作为补充水,稳定吸收塔液位。
在吸收塔出口,烟气一般被冷却到46～55℃左右,且为水蒸气所饱和。通过GGH将烟气加热到80℃以上,以提高烟气的抬升高度和扩散能力。最后,洁净的烟气通过烟道进入烟囱排向大气。
FDG工艺中主要调剂参数包括SO2的效率、吸收剂流量的控制、吸收浆液液位、吸收他浆液密度、浆液的pH值、吸收塔再循环浆液与吸收塔出口烟气的体积比、钙硫比、浆液停留时间、烟尘含量、烟气流速等方面。
根据石灰石-石膏湿法除硫的工艺原理及流程、工艺参数,提高工艺的脱硫能力需要考虑以下几个方面。首先,考虑提高二氧化硫的气相传质动力,也就是提高二氧化硫在烟气气相中的浓度也即分压力;其次,出于增加吸收区平均传旨动力的目的,在烟气和石灰石浆液接触过程中采用逆流传质;第三,增加烟气气相和浆液液相的流速,高的re数改变气膜和液膜的界面,从而引起强烈的传质;第四,尽可能加快易溶解二氧化硫的电离和氧化来强化氧化反应,当亚硫酸被氧化以后,它的浓度就会降低,会促进了二氧化硫的吸收;第五,提高pH值,减少电离的逆向过程,增加液相吸收推动力;第六,在总的吸收系数一定的情况下,增加气液接触面积,延长接触时间,如:增大液气比,减小液滴粒径,调整喷淋层间距等;第七,保持均匀的流场分布和喷淋密度,提高气液接触的有效性。
3 存在问题及建议
烟气中二氧化硫的浓度过低是在进行烟气脱硫中遇到的主要困难。一般情况下烟气中二氧化硫的质量分数在0.2%以下。除非是高硫煤一般情况下很少出现超过0.5%。同时火电厂烟气排放量很大,一般情况下每小时流量超过往往能够超过100立方。另外,石灰石-石膏湿法脱硫工艺像鬼复杂,投资较高。系统运行过程中容易出现堵塞结垢和脱硫后的烟气低于酸露点的情况,设备的腐蚀也较大,在运行维护过程中需要的工作人员比较多。在设备材料选用上尽可能的选用耐腐蚀材料如304不锈钢。反应产物废液须妥善处理才能避免二次污染。烟气脱硫湿法工艺是否需进行烟气升温一直困扰着脱硫产业界。如果能够在解决烟道腐蚀问题的前提下取消GGH,采用湿烟囱排放,可大大减少设备投资和运行费,效果会更理想。湿烟囱技术在德、日、美等国家已广泛应用,在国内也有推广应用的趋势。
在石灰石-石膏湿法脱硫过程中石灰粉的制备过程中极易产生大量粉尘带来粉尘污染。一般情况下可将制粉过程外包,车间直接使用密封罐车运输过来的石灰石粉。对石灰石粉周围要频繁进行打扫和加湿避免车间粉尘污染,同时可以在石灰石粉仓上设置除尘袋等设施。
本工艺过程中产生废水。为了避免二次污染,沸水可进行如下处理:在废水箱贮存,通过罗茨风机进行长时间鼓风曝气,降低废水的COD后,通过废水泵打进三联箱(包括:中和箱、沉降箱和絮凝箱)。在中和箱内,通过添加Ca(OH)2,将废水PH调整到9.5左右,使部分重金属沉淀下来。然后进入沉降箱,在沉降箱内加入有机硫,进一步沉淀不能由氢氧化物沉淀下来的重金属离子。同时,在沉降箱中加入混凝剂,生成絮凝物。在三联箱出口管处加入高分子聚合电解质作为助凝剂,絮凝物变得更大、更容易沉淀,使其能在澄清器中沉淀,分离出来。
其未来发展总体趋势是进一步改进、简化系统,缩小设备,降低成本,资源化和无二次污染。第一,随着对脱硫过程机理研究的深入,进一步强化气、液传质过程,缩小塔体,降低塔高和液气比,从而降低费用。第二,进一步改进和完善湿法脱硫系统的防腐、防垢内衬技术,解决烟气带水问题。第三,加强开展计算流体力学(CFD)技术在湿法系统中的应用研究,以缩短周期,节约经费,优化设计,且突破国内仅停留在对气流场模拟方面的局面。
4 结语
目前我国已经将控制二氧化硫的排放作为我国环境保护节能减排工作的重点,国内外控制脱除二氧化硫的技术很多。但是从实际情况等各个方面来进行考虑,目前我国的脱硫工艺将仍然以采用湿法脱硫为主要工艺。因此在选择工艺的时候必须考虑我国和火电厂本身的实际情况,坚持优先推广国产自助创新技术,探求全新实用的气液固接触方式,加强开展CFD技术在湿法系统中的应用研究,这对加速脱硫技术国产化并最终获得自主知识产权具有至关重要的意义。目前石灰石-石膏湿法烟气脱硫工程的设计运营趋于成熟,脱硫工程的设计不应停留在简单的重复套用的层次上,而需要进一步加强和完善对系统设计细节的识别、把握和优化工作,不断的持续加强技术进步和创新,只有这样,才能更好的推动我国节能减排工作的进行。
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