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1、脱硫工艺选择干湿法比较 1 概述 脱硫是电厂控制SO2排放的主要技术手段,目前已达到工业应用水平的烟气脱硫技术有十余种,大致可以分为干法和湿法,但能在300MW以上大容量机组使用的成熟脱硫工艺并不多。根据国内目前的实际应用推广情况,国内各大脱硫已投运的300MW级机组烟气脱硫装置均为石灰石/石膏湿法。干法技术在国内300MW大容量机组上全烟气、高脱硫率还没有运行示例。最近武汉凯迪股份正在推广德国WULLF的RCFB(内回流循环流化床)技术,该技术在国外2000年曾有1套在300MW机组上投运,3个月后停运,现国内有1套刚开始在恒运电厂1210MW机组上投运。另有1套已投运的CFB脱硫,运用于小
2、龙潭1100MW机组。 以下对湿法和干法两种工艺流程,全烟气、高脱硫率下的技术、经济进行了综合比较。 2 石灰石/石膏湿法脱硫技术流程特点 石灰石/石膏湿法脱硫技术是目前世界上技术最为成熟、应用业绩最多的脱硫工艺,应用该工艺的机组容量约占电站脱硫装机总容量的85以上,应用单机容量已达1000MW。其脱硫副产物石膏一般有抛弃和两种方法,主要取决于市场对脱硫石膏的需求、石膏质量以及是否有足够的堆放场地等因素。 湿法工艺技术比较成熟,适用于任何含硫量的煤种和机组容量的烟气脱硫,脱硫效率最高可达到99。 国内各家分别引进了世界上先进的几家大公司的湿法工艺技术:B&W(巴威)、斯坦米勒、KAWASAKI
3、(川崎)、三菱、GE、DUCON ,都能根据电厂的实际情况设计出最佳的工艺参数。 2.1 石灰石/石膏湿法工艺流程 石灰石/石膏湿法脱硫工艺采用价廉易得的石灰石作脱硫吸收剂,石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌制成吸收浆液,也可直接用湿式球磨机将20mm左右的石灰石磨制成吸收浆液。当采用石灰吸收剂时,石灰粉经消化处理后加水搅拌制成吸收浆液。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,经气气加热器(GGH)加热升温后排入烟囱。脱硫石膏浆液经脱水装置脱水后。由于吸收浆液的循环利用,
4、脱硫吸收剂的利用率很高。 电厂锅炉烟气进入FGD,通过升压风机加压,经GGH降温至约100后进入吸收塔,吸收塔脱硫效率为9699,整个系统的脱硫效率不低于90。从吸收塔出来的净烟气温度约为47,经GGH升温至80后从烟囱排放。 该工艺原理简单,工艺技术比较成熟,脱硫效率和吸收剂的利用率高,即Ca/S=1.03时,脱硫效率大于95,能够适应各种煤种,适应大容量机组,运行可靠,可用率高,副产品石膏具有商业价值。 2.2石灰石/石膏湿法脱硫技术主要技术特点及指标 2.2.1 脱硫效率高,一般不低于90,最高可以达到99。 2.2.2 脱硫剂利用率高,达90以上。Ca/S比低,只有1.011.05,国
5、内现正在实施的的几个工程均不大于1.03。 2.2.3吸收塔采用各种先进技术设计,不仅解决了脱硫塔内的堵塞、腐蚀问题,而且改善了气液传质条件,从而提高了塔内脱硫效率,减少了浆液循环量,有效降低了浆液循环泵的功耗。 目前脱硫岛电耗一般为机组装机容量的11.5。 2.2.4 喷淋空塔内烟气入口采用向下斜切式入口,烟气由下自上流动,延长了气体分布路径,不仅有利于气体分布均匀,而且由于气体的翻腾形成了湍流,更有利于气液的传质传热。 2.2.5 采用计算机模拟设计,优化脱硫塔及塔内构件如喷嘴等的布置,优化浆液浓度、Ca/S比、浆液流量等运行指标,可以保证脱硫塔内烟气流动和浆液喷淋均匀,以最小的消耗取得最
6、好的脱硫效果。 2.2.6 根据烟气含硫量,采用不同层数(24层)的浆液喷淋层,确保取得最佳的脱硫效果。 2.2.7 塔内设置氧化空气分布系统,采用塔内强制氧化,氧化效果好。 2.2.8 喷淋层采用交叉联箱布置,使喷淋管道布置更合理,降低了吸收塔高度。 2.2.9 采用机械搅拌。 2.2.10得到良好的处理,其中废渣变成了优质石膏,完全可以取代高品位的天然石膏。采用回用技术,可以达到零排放。 2.2.11 稳定性高,适应性强,可靠性99以上。 2.2.12 应用多、运行经验丰富。 3 干法RCFB脱硫工艺脱硫技术流程特点 干法有LIFAC(炉内喷钙尾部增湿活化)、CFB(循环流化床) 等工艺,
7、在国家有关部门的技术指南、火电厂设计规程上均限于在中小机组或老机组上实施。CFB 最早由德国鲁奇(LURGI)公司开发,目前已达到工业应用的CFB法工艺有三种:LURGI公司的CFB、德国WULFF公司的RCFB(内回流式烟气循环流化床) 、丹麦FLS公司的GSA(气体悬浮吸收),国内分别由龙净环保、凯迪电力、龙源环保等公司引进,目前多在中小机组上运用,其中只有WULFF公司的RCFB技术向300MW机组上推广,所以本文中作比较的干法仅指RCFB。 3.1 RCFB的发展历史 循环流化床(CFB)的发展历史其实很长。循环流化床CFB烟气净化工艺的实验室技术研究开发工作开始于1968/1969年
8、,19701972年CFB烟气净化工艺在德国电解铝厂获得应用,烟气流量为15,000m3/h。19851987年,首台CFB烟气脱硫示范装置在德国一家燃褐煤电站得到应用,处理烟气量为40万m3/h(相当于30万机组气量的四分之一),采用消石灰为脱硫剂。在此基础上,各公司分别又开发出了上述新一代CFB脱硫工艺(第三代)。 3.2 RCFB脱硫工艺流程 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流化床的底部进入,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下部的喷水,使烟气温度降低到7090。在此条件下,吸收剂与烟气中的二氧化硫反应,
9、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。 RCFB的控制系统主要通过三个部分实现: 1. 根据反应器进口烟气流量及烟气中原始SO2浓度控制消石灰粉的给料量; 2. 反应器出口处的烟气温度直接控制反应器底部的喷水量,使烟温控制在7090范围内。喷水量的调节方法一般采用回流调节喷嘴,通过调节回流水压来调节喷水量; 3在运行中调节床内的固/气比。其调节方法是通过调节分离器和下所收集的飞灰排灰量,以控制送回反应器的再循环干灰量,从而保证床内必需的固/气比。 3.3 RCF
10、B脱硫技术的主要技术特点及指标 3.3.1 耗电量在机组容量的0.51.0。脱硫率80时,为0.6左右;脱硫效率大于90时,塔内物料量增加引起系统阻力的增大而使电耗大幅上升。 3.3.2 在塔的顶部区域加装了导流板,在塔内加装了紊流装置。 3.3.3 脱硫率90,Ca/S为1.21.5。石灰活性必须高且稳定,达到T60标准(软缎石灰,四分钟内水温上升60)。 3.3.4 塔内平均流速4m/s左右。10米左右直径的流化床内流场比较复杂。 3.3.5 用消石灰作为脱硫剂。石灰消化后,以消石灰干粉形式送入流化床吸收塔。喷入足够的水分保证脱硫效果,水分越大脱硫率越高。 3.3.6 严格控制床温。床温偏
11、低时设备有腐蚀,偏高时脱硫效率及脱硫剂利用率下降。 3.3.7 塔内的水分要迅速蒸发掉,以保证灰渣干态排出。 3.3.8 在煤的含硫量增加或要求提高脱硫效率时,不增加任何设备,仅增加脱硫剂和喷水量。 3.3.9 不另设烟气旁路,当FGD停运时,脱硫塔直接作为烟气旁路使用。 3.3.10 在中小电站或工业锅炉上应用较多,300MW机组上国内外仅应用了1套并只有短期运行的经验。 3.3.11 RCFB脱硫渣的利用 RCFB烟气脱硫技术吸收剂为钙基化合物,脱硫渣中的主要成分为CaSO3等。但不同电厂的脱硫渣的成份是不一样的,若要有效利用,必须做个案研究。 不包括前的灰,CaSO3?1/2H2O含量占
12、5010,根据德国WULFF公司提供的部分个案研究实例,是可以应用的。国内的南京下关电厂对LIFAC技术的脱硫渣已作了一些个案研究,恒运电厂正准备和凯迪公司合作,开展脱硫灰利用的研究工作。 4 石灰石-石膏湿法与干法RCFB比较 4.1 工艺技术比较 4.1.1 在300MW以上机组FGD上的应用 干法RCFB:国外从小机组放大到300MW机组仅有1台,国内还没有300MW机组的实运装置,仅在中小机组或工业锅炉上有实运装置。 从国内引进FGD的经验来看,各个电厂都有一定的实际情况,设计时也必须满足各个电厂的特定情况。据报道,几家引进CFB的公司在中小机组的示范装置上大多碰到了较严重的问题,经大
13、量长时间调试整改后,有的仍达不到设计要求,有的甚至需更换重要部件,更为严重的机组无法按正常出力运行。 国内唯一的一套RCFB是广州恒运电厂FGD,从运行情况来看,虽然将石灰标准从T60降至T50左右,消化装置仍不能正常运行,目前靠买消石灰维持;除尘器有堵塞等问题,曾造成了电厂停运,但粉尘泄漏较严重;控制系统还不能稳定监测和调控脱硫装置的运行。 石灰石-石膏湿法:已很成熟,国外有各种条件下机组上的运行经验,国内虽然运行实例不多,但国内公司引进的均为国外先进可靠的技术。其市场占有率占电站脱硫装机总容量的85以上,应用单机容量已达1000MW。国家相关职能部门在组织国内专家充分调研的基础上,提出指导
14、性意见:在新、扩、改300MW机组FGD上或要求有较高脱硫率时,采用石灰石-石膏湿法技术。在火电厂设计技术规程中,也作了同样的规定。 现在大部分设备均可以实现国产化,初始投资大幅降低,备品备件的问题也将得到彻底解决。 4.1.2 适用煤种 干法RCFB :据国内各大研究单位的报告及国外的部分应用实例,CFB适用于中、低硫煤。对高硫煤,较难达到环保要求,且投资与运行费用将大幅上升。RCFB是否适应高硫煤的大机组,需进一步论证。 石灰石-石膏湿法:不限。 4.1.3 Ca/S比 干法RCFB :脱硫率90时为1.31.5。氧化钙纯度要求90,并要有非常高的活性(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:1.011.05,一般为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。 4.1.4 脱硫效率 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。 9