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1、 煤矸石电厂湿法脱硫与炉内喷钙煤矸石电厂湿法脱硫与炉内喷钙+半干法脱硫的技术比较半干法脱硫的技术比较1. 概述概述煤矸石是我国煤炭开采年排放量和累计堆存量最大的工业固体废物之一，大量的煤矸石堆积不仅占用土地，而且会造成大气、土壤、水体污染，成为矿区的主要污染源。煤矸石作为低热值燃料用于发电，是一种资源综合利用的循环经济发展模式。煤矸石作为燃料，具有高灰份、高硫份的特点，在燃烧发电的同时产生大量的二氧化硫污染物。为控制二氧化硫排放，煤矸石电厂必须要设置脱硫装置，本文对湿法烟气脱硫与炉内喷钙+半干法烟气脱硫两种脱硫装置进行技术比较，探讨适用于煤矸石电厂的脱硫技术。2煤矸石燃烧特点和循环流化床锅炉煤
2、矸石燃烧特点和循环流化床锅炉按照国家经贸委资源综合利用电厂认定管理办法2000660 号文的规定，1998年 3 月 1 日后批准建设的煤矸石综合利用电厂，必须使用循环流化床锅炉，因此目前建设的煤矸石等低热值燃料电厂，全部采用了循环流化床锅炉燃烧技术。循环流化床燃烧技术作为一种新型成熟的高效低污染清洁煤技术，具有高效率低温燃烧、低氮氧化物排放的特点。按照现行的火电厂大气污染物排放标准( GB13223- 2003) 的规定，煤矸石电厂属于资源综合利用电厂，二氧化硫的排放执行800mg/Nm3的标准。由于煤矸石电厂燃料热值低，同常规火电厂相比燃料消耗量大，二氧化硫初始排放浓度较高，需要设置脱硫设
3、施。循环流化床锅炉具有很多优点，可以烧劣质煤，可以采用掺烧石灰石（炉内喷钙）来实现脱硫。相对于湿法烟气脱硫，由于占地面积小，系统简单、投资低等原因，很多脱硫效率要求低的中小型锅炉采用了掺烧石灰石技术来控制二氧化硫排放。循环流化床锅炉采用掺烧石灰石进行炉内脱硫，一般在钙硫比为 2.0-2.5 的情况下，设计的脱硫效率为 85%。但在循环流化床锅炉采用掺烧石灰石进行脱硫的实际运行中，脱硫效率较低，达不到设计值的 85%，只能达到 50%左右。而且由于钙硫比较高，导致运行费用也偏高。总的来说，现在的发电企业也很少采用或基本不采用掺烧石灰石的方法来进行脱硫，而是寻求炉外脱硫即烟气脱硫的方法来实现二氧化
4、硫的减排。3脱硫方案选择脱硫方案选择目前国内外烟气脱硫技术发展很快，得到商业应用的烟气脱硫技术有二十几种，在电站锅炉上有应用的主要有湿法、半干法、海水脱硫等。大量的工程应用实践表明，烟气脱硫工艺的选择在经济有效、安全可靠、资源节约、综合利用的总原则下遵循下列原则：1.烟气脱硫效率高，脱硫后排烟中的 SO2应符合国家排放标准的规定和项目区总量控制要求，目前国内新建电厂的脱硫装置，其脱硫效率一般不应小于 90%。2.脱硫设施的经济性要好。在选择脱硫工艺时，应兼顾投资和运行维护费用，在整个电厂的寿命期内选择总费用最低的脱硫工艺。3.脱硫设施能稳定可靠运行，脱硫设施的脱硫率稳定。主要是指脱硫装置能够在
5、锅炉负荷、燃煤含硫量等参数变化时保持较为稳定的运行，同时保证一定的脱硫效率。 4.脱硫吸收剂要有稳定的来源。电厂脱硫装置吸收剂消耗量很大，要有品质稳定、供应量有保证、价格低廉的吸收剂供给，这是工艺选择的重要因素。5.副产物能够有效的综合利用。大量脱硫副产物要有综合利用的出路，不能在去除气态污染物的同时产生新的固体污染物。另外同等条件下, 还应优先选用国产化率高且能运行稳定的脱硫工艺。3.1 炉内喷钙炉内喷钙+半干法烟气脱硫工艺半干法烟气脱硫工艺循环硫化床锅炉炉内脱硫的主要特点和原理如下：循环硫化床锅炉炉内脱硫的主要特点和原理如下：循环流化床炉内温度一般在 800900之间，在此温度下，石灰石是
6、一种高效脱硫剂，在循环流化床中加人一定量的石灰石，是一项简便有效的脱硫方式。由于吸收剂不断的循环，未反应吸收剂的可循环利用，当 Ca/S 比控制在 1.52.5 之间，设计脱硫效率 85%左右，就脱硫工艺而言，该法工艺简单，设备少，投资省，运行费用低，检修维护工作量小，该法对石灰石要求较低，粒径一般控制在 0-10mm 左右，完全可以外购。厂内只需设石灰石输送系统，将外购石灰石送人石灰石仓，再送入锅炉即可，该工艺的脱硫装置主要是石灰石的制粉、存储及输送系统。石灰石系统投运后容易出现问题有：石灰石输送系统受潮、结块、管道堵塞；投入石灰石后，床温会下降、床压迅速上涨；冷渣器排渣量增大。半干法烟气脱
7、硫工艺的原理和特点如下：半干法烟气脱硫工艺的原理和特点如下：典型的半干法烟气脱硫工艺包括喷雾干燥法、烟气循环流化床法等，前者通常在中小型机组、垃圾电站等中小型脱硫装置上应用，后者目前已经有 300MW 机组应用。烟气循环流化床脱硫的工艺流程如下：从锅炉除尘器出来的原烟气，由反应器底部进入，经过消化的 Ca(OH)2 原料经过输送装置送入反应器，流态化的物料和烟气中的二氧化硫、氯化氢等酸性物质在反应器中发生化学反应，脱除掉大部分的二氧化硫、氯化氢等；烟气经反应器的顶部出口排出后进入袋式除尘器除去大部分细灰，由除尘器除下的细灰和大颗粒大部分经过空气斜槽循环进入反应器，少量经过排灰装置到输灰系统外排
8、。净化后的烟气经引风机由烟囱排入大气。该烟气脱硫工艺可分 7 个步骤：（1）吸收剂存储和输送；（2）烟气雾化增湿调温；（3）脱硫剂与烟气充分接触混合；（4）二氧化硫吸收；（5）增湿活化；（6）灰循环；（7）灰渣排除。 （2） 、 （3） 、 （4） 、（5）四个步骤均在吸收塔中进行。烟气循环流化床脱硫技术具有如下特点：1.以循环流化床原理为基础，使吸收剂在反应器内多次再循环，延长了吸收剂与烟气的接触时间，从而大大提高了吸收剂的利用率，在钙硫比 Ca/S1.31.6 的情况下脱硫效率可达 90%左右。2.利用布袋除尘器收集反应器排出的粉尘，最终排放的粉尘浓度可以控制在50mg/Nm3以下。3.副
9、产物是石膏、亚硫酸钙的混合物，可用作土地回填、回填矿山等用途。3.2 湿法烟气脱硫工艺的原理和特点湿法烟气脱硫工艺的原理和特点石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺，简称湿法工艺，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成吸收浆液，或直接磨制成石灰石浆液。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出的细小液滴，经加热器加热升温后排入烟囱。脱硫石膏浆液经脱水后回收。由于吸收浆液循环利用，脱硫吸收剂的利用率在 97%以上。该工艺对煤种含硫量适用广，目前世界最大的单套烟气
10、脱硫( FGD) 装置是 1000MW 机组，脱硫效率可达到 95%以上。石灰石/ 石灰- 石膏湿法脱硫工艺是目前世界上应用最广、规模最大的脱硫方式，市场占有率80% 。经过多年的实践和不断改进，湿法脱硫装置的工作性能和可靠性大为提高，投资与运行费用显著减少。目前多用于大机组烟气脱硫（300MW 以上） ，几乎99%采用了湿法工艺。进入 21 世纪以来，随着中国电力的高速发展，中国已经成为世界上湿法脱硫装置建设数量最多、建造和运行经验最丰富的国家，关键设备全部实现了国产化。3.3 脱硫工艺选择脱硫工艺选择上述两种工艺的比价见下表。烟气脱硫工艺比较表烟气脱硫工艺比较表脱硫工艺方案 技术经济指标
11、湿法脱硫CFB 炉内喷钙+半干法脱硫初投资（元/kW）180100+120=220运行费用（元/kW）0.0150.016适用燃料含硫率低、中、高硫中、低硫Ca/S 摩尔比1.031.5-2.5，1.3-1.6脱硫效率95总效率95占地面积大较大二次污染有废水需要处理无运行可靠性可靠较为可靠副产物处理石膏可用作水泥添加剂、建材等只能作为回填使用从脱硫效率的角度来说，上述两种工艺都可以达到环境保护的要求，都可以保证总脱硫效率在 95%以上。由于湿法脱硫的反应温度较低，为 50 度左右，化学反应条件十分有利，比较容易稳定的达到 95%以上的脱硫效率，同时吸收剂的利用率在 97%以上；炉内喷钙+干法
12、脱硫的反应温度较高，对于化学吸收不利，但可以利用灰渣再循环，在流化床内反复的与烟气接触，也可以获得 95%以上的脱硫效率，但是吸收剂的利用率明显偏低，一般只有 50%左右，吸收剂的消耗量较湿法多一倍左右。从投资费用来看，由于目前国内湿法脱硫技术十分成熟，国产化程度几乎达到了100%，与 2000 年相比，单位 KW 投资从近千元降低到 200 元以下。炉内喷钙+半干法脱硫由于系统比较简单，投资也较低。总的来说这两种工艺的投资接近，由于湿法工艺承包商之间竞争激烈，业主在招标时有充分的选择余地，湿法的投资反而可能低于炉内喷钙+半干法脱硫。在运行费方面，由于湿法脱硫普遍取消了 GGH，电耗有很大降低
13、，同时吸收剂消耗量小，二者的运行费用相差很小。目前国内脱硫投运项目最多、运行最稳定的工艺是湿法工艺，在锅炉负荷 30%-100%BMCR 工况变化时，湿法脱硫装置均能保持稳定的运行，并保证一定的脱硫效率；炉内喷钙基本不受负荷影响，但半干法工艺为了保持其反应器内的流场，一般要求烟气流量不能小于 60%BMCR 工况，在低负荷时，要采用净烟气再循环的方式来保持稳定运行，实际由于操作的原因，很少在低负荷下开启脱硫装置。此外，炉内喷钙对锅炉燃烧有一定的影响，锅炉运行人员一般以稳定燃烧为主要目标，石灰石加入量很难跟踪燃煤含硫的变化，脱硫效率很不稳定。炉内喷钙+半干法烟气脱硫需要使用两种吸收剂：石灰石和石
14、灰，这对电厂的运行管理来说，多了一种生产原料需要采购，增加了难度；同时由于吸收剂利用率低，吸收剂的消耗量也较大。需要注意的是，半干法烟气脱硫所用的吸收剂石灰的品质要求较高，除了矿山要有较好的品质外，石灰煅烧、消化都需要满足一定的标准才能达到设计的脱硫效率，采购的途径较少。湿法工艺则只需采购石灰石即可，生产管理较为简单，采购来源也十分广泛。湿法脱硫的副产物脱硫石膏在多数场合可以替代天然石膏，具有十分广泛的用途，目前国内已投运的湿法脱硫装置，除位于偏远地区、周边建材工业不发达的电厂以为，几乎 100%得到的综合利用。炉内喷钙+半干法脱硫的副产品是一种混合物，尽管是干态的，由于其中的 CaSO3长期
15、存放可能会分解，只能用于回填土地、矿山等用途，很少用于建材。从国内燃煤电厂的工程实践看，早期采用半干法脱硫的电厂，如广州恒运电厂、浙江钱江电厂，在进入 21 世纪以来，纷纷把原来的半干法工艺改为湿法工艺，主要的原因是脱硫效率和运行稳定性。总的来说，从环保要求、投资和运行费、吸收剂、副产物、稳定性等角度分析，对于燃烧煤矸石的循环流化床锅炉脱硫，采用湿法脱硫工艺是比较合适的。3.4 国内国内 300MW 机组脱硫工艺初步调研机组脱硫工艺初步调研据初步电话调研（注明：收集渠道有限） ，国内的 200MW 机组300MW 机组约80左右采用湿法脱硫工艺进行脱硫，约 12只采用炉内喷钙工艺，燃烧低硫煤质
16、，目前大多数掺烧为主，建设了炉内喷钙装置但不经常使用，脱硫效果一般在 50以下；8采用了炉内加炉外半干法。目前在 300MW 机组中采用半干法没有成熟业绩；基本都存在运行不稳定，脱硫效率不能保证，脱硫塔内积灰严重、引起烟尘排放不达标等问题。调研发现准备由半干法改造成湿法的业绩有：1）江苏新海电厂 2200MW 机组，采用半干法工艺脱硫，由于效率不够，不能达标排放，后于 2004 年底改造成湿法工艺；2）广东恒运电厂 2200MW 机组采用半干法脱硫，于 2007 年底招标改造成湿法；3）山东华能曲阜圣城热电 2200MW 机组，正在准备改成湿法；4）山东华能嘉祥电厂 2300MW 机组半干法脱硫，正在准备改造；5）山西古交电厂 2300MW 机组半干法脱硫，至今无法运行，正在寻求改造方案。4结论结论煤矸石电厂循环流化床锅炉采用炉内喷钙+半干法脱硫与采用湿法烟气脱硫工艺，都能满足环保要求，在工程投资和运行费方面基本相当，湿法工艺吸收剂来源广泛，生产管理容易，副产物容易综合利用；在运行稳定性和安全性方面，湿法脱硫具有明显的优
