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1、燃煤电厂SO2控制装置选择的技术原则1概述本专题是联合国开发计划署援助项目一一中国电力工业管理和节能项目中的分项 目之一：燃煤电厂S02控制技术评估及选择原则。实施该项目的目的旨在解决以下问 题：评估并选择适用于中国特点和需要的SO2控制技术；提出适用于中国SO2控制装置选择的技术原则。所完成的结果为中国燃煤电厂在SO2控制装置选择的选择过程中提供参考。本报告是燃煤电厂S02控制技术评估及选择原则分项专题报告之二，主要讨论燃 煤电厂S02控制控制装置选择的影响因素和技术原则，通过对诸多影响因素的分析， 提高电厂技术人员对脱硫装置选择的认识，从而对脱硫装置选择及招标文件的编制工作 提供帮助。2影
2、响燃煤电厂S02控制装置选择的主要因素2.1排放控制水平与S02脱除率SO2控制装置选择首先应考虑的因素为S02排放控制水平，即环境保护法规要求 项目达到的SO2削减量。有了 SO2削减量就可计算出脱硫装置的SO2脱除率。脱硫装 置所采用的工艺系统与SO2脱除率关系密切，要求达到的SO2控制水平不同，其脱硫 装置的选择结果亦有较大的差异，一般来说，要求达到的S02控制水平越高，即要求 的脱硫率越高，则可供选择的脱硫工艺种类越少。按脱硫工艺系统所能达到的脱硫率， 其对脱硫率的适应性由高到低依次为：一石灰石/石灰一一石膏湿法，脱硫率可达95%以上；一氨法脱硫，脱硫率可达95%以上；一海水脱硫，脱硫
3、率可达90%以上；一烟气循环流化床及气体悬浮吸收脱硫，脱硫率可达90%以上；一循环流化床锅炉，脱硫率可达约90%；一电子束法脱硫，脱硫率可达约80%；一喷雾干燥法脱硫，脱硫率可达75%左右；一炉内喷钙+后部增湿活化脱硫等，脱硫率可达约70%o一般来说，项目SO2控制水平由国家（或地方）的环保主管部门依据环保法规审批确 定，其审批的依据主要是业主报送的建设项目环境影响报告书。2.2外部条件2.2.1吸收剂的可用性项目所在地区脱硫吸收剂的来源直接影响着脱硫装置工艺的选择。一般来说，火电 厂脱硫所处理的烟气量较大，需要的脱硫吸收剂数量也十分可观。因此，为降低脱硫吸 收剂的供应成本，脱硫吸收剂的供应以
4、项目所在地附近区域为宜，运输半径的合理选择 与当地的运输条件、运费有关。脱硫工艺不同，所需的脱硫吸收剂也不同。以下给出了几种主要脱硫工艺的常用脱 硫吸收剂种类分析。钙基吸收剂：主要为石灰石、石灰。钙基吸收剂，特别是石灰石，由于其价廉易得, 是目前脱硫装置应用最为广泛的吸收剂。主要适用脱硫工艺及要求为：一石灰石/石灰一石膏湿法脱硫，所用吸收剂为石灰石或石灰。一般要求所供应的 石灰石粉细度为20（）目（筛余5%）325日（筛余5%）,当脱硫副产品脱硫石膏品质要求 严格时，对石灰石的CaO含量和活性则有相应的要求。循环流化床锅炉，所用吸收剂为石灰石；一炉内喷钙+后部增湿活化脱硫，所用吸收剂为石灰石；
5、一喷雾干燥法脱硫，所用吸收剂为石灰或消石灰粉；一烟气循环流化床，所用吸收剂为石灰或消石灰粉；一烟气悬浮吸收脱硫，所用吸收剂为石灰。作为脱硫吸收剂用石灰，为避免对吸收浆管道和喷嘴产生磨损、在合理的Ca/S条 件下获得较高的脱硫效率，一般要求有较高的纯度和活性。较适用的石灰CaO的纯度 一般为80%以上，石灰活性通常以石灰加一定比例的水进行消解特性试验3分钟温升 40C以上为宜。对于手工土窑烧制的一-般建筑用石灰，因其烧制工艺落后，温度难以控 制，往往出现欠烧或过烧现象，质量难以满足要求。液氨/氨水：主要作为氨法脱硫及电子束法脱硫的吸收剂。由于这两种物质均为化 工、化肥行业的中间产品，其来源与当地
6、化工、化肥厂的位置关系密切，其供应受到化 工、化肥厂的生产影响较大。当这些厂的最终产品销路好时，其中间产品没有富裕，不 能满足脱硫吸收剂的需要。另一方面，由于氨水浓度-般较低（约为10%）,相对来说脱 硫所需的氨水量较大，存在一个经济合理的运输半径；由于液氨存放在高压容器内，其 运输和存放有一定的危险性，需要特别严格的操作条件和场地条件。海水：海水脱硫工艺是利用海水的碱度脱除烟气中SO2的一种脱硫方法。海水脱 硫对海水水质的依赖程度非常高，通常以海水的盐度指标进行衡量。一般来说，海水中 约含有不超过3.5%的盐份，这些盐中氯盐约占88.5%,硫酸盐约占10.8%,碳酸盐约占 0.34%,其他盐
7、类约占0.38%o海水的主要成分一般相对均一和恒定，其中主要离子 为:Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl、SO42.、HCO3-、Br* 以 3.5%盐度的海水为例，各 种离子的含量见表2.2-1所示。表2.2-1海水中主要离子含量（3.5%盐度）海水水质受所处位置及季节的影响较大，位于河流入海口附近的海域海水受淡水的 稀释影响，海水盐度极不稳定，以这种海水进行脱硫，其脱硫率是难以保证的。另外， 在每年的雨季，降水对海域水质的影响也是一个不能忽略的不利因素，此时海水盐度存 在一个低值时段。其它脱硫吸收剂，如Mg(OH)2/MgCO3、Na2CO3等，因其来源较为困难，在电厂 应用非常少，不
8、进行详细说明。2.2.2副产品的出路脱硫石膏：脱硫副产的石膏在化学组成上以二水硫酸钙(CaSO4 H2O)为主，-般较天然石膏有 更高的纯度，从理论上讲完全可以替代天然石膏作为建筑材料加以利用。其主要用途为:水泥生产所必需的缓凝剂纸面石膏板粉刷石膏生产硫酸等。在硅酸盐水泥中必须加入适量的二水石膏，用以调节水泥的凝结时间，以达到水泥 标准中所规定的要求，如果掺量过多会使水泥强度下降，并造成稳定性不良。在水泥标 准中除了规定凝结时间外，还规定水泥中SO含量不得超过3.5%, 一般控制在1.5-3% 的范围。因此水泥中需加入5%左右的石膏，由此可见，水泥工业对石膏的需求量是巨 大的。脱硫石膏主要在一
9、些缺乏天然石膏的地区得到利用，但在石膏需求比较大时，脱 硫石膏还是可以得到利用的。为了利用脱硫石膏，一般需增加一定的投资创造脱硫石膏 利用的条件，如将脱硫石膏用于水泥缓凝剂时，水泥厂多希望接收经过干燥或成球处理 的石膏。目前，国内现有的纸面石膏板生产线均以天然石膏为原料。一些发达国家如：日本、 德国等，对脱硫石膏用于纸面石膏板生产较为普遍，纸面石膏板厂多建在副产脱硫石膏 的电厂附近。相信在未来的若干年内纸面石膏板厂将是另一个利用脱硫石膏的大用户。 一般来说，脱硫石膏可直接用作纸面石膏板的生产原料，但对石膏中氯离子的含量有较 严格的要求，通常要求石膏中氯含量不大于lOOppmo粉刷石膏在目前国内
10、建筑行业的应用较少，粉刷石膏市场十分有限，在这方面脱硫 石膏难以有效利用。脱硫石膏用于生产硫酸需要的投资较高，一般难以实现脱硫石膏的大量应用。脱硫废渣：脱硫废渣主要指喷雾干燥法脱硫、炉内喷钙脱硫、烟气循环流化床脱硫及气体悬浮 吸收法脱硫等脱硫工艺所产生的废渣，由于这几种脱硫工艺均采用钙基吸收剂，因此， 其副产物的化学组成较为接近，主要成分为亚硫酸钙、硫酸钙、燃煤飞灰、未利用的钙 基吸收剂等，其中以亚硫酸钙占较大比例。此类脱硫渣的物理形态为含水率1%3%的 干态粉料。由于亚硫酸钙的化学性质不稳定，给此类脱硫废渣的综合利用带来不利影响。 一般来说，此类脱硫废渣多以抛弃方式处理，如回填废矿坑、选择专
11、门的抛弃场地堆放 等，因此，脱硫副产品的处理一直是影响这些脱硫工艺应用的制约因素之一。脱硫副产化肥：氨法脱硫工艺和电子束法脱硫工艺的副产物为脱硫化肥，其主要成份为硫酸铉和少 量硝酸铉。为了得到有利用价值的化肥，需要在脱硫吸收塔前增设高效率的除尘装置。 据资料介绍，这种脱硫化肥可直接用于农田施肥或进一步生产复合肥。对于那些对化肥 需求较大的农村地区，这种副产品化肥可以得到很好的利用，并且还可取得一定的收益。 其不利的一面是：氨法脱硫副产物为硫酸铉和硝酸铉的水溶液，为了便于运输，需要在脱硫工艺 后部增加一套结晶、干燥、包装等处理系统。因此，整个脱硫工程造价、占地面积和脱 硫装置的运行成本将有一定程
12、度的增加。电子束法脱硫所副产的脱硫化肥为干态粉末，依靠后部的电除尘器收集下来， 由于这种颗料物很细，且有一定的湿度和粘性，因此，易粘结在电除尘器的极板上进而 导致电除尘器故障。在一些不适用硫酸铉化肥的地区，这种脱硫化肥可能没有出路。脱硫废水：喷雾干燥法脱硫、炉内喷钙脱硫、烟气循环流化床及气体悬浮吸收法脱硫等干法或 半干法脱硫工艺没有废水排放。电子束法脱硫其后部副产品的处理过程也处于干态，不 产生脱硫废水。石灰石一一石膏湿法脱硫工艺为了保证副产石膏的质量，需要排放一定量的废水。 其废水水质主要特点为：pH值5.5-6,固体物1 %3%,氯离子、硫酸盐等含量较高。 一般来说，脱硫废水需进行处理达到
13、排放标准后才能排放。有条件的地方可与电厂其他 同类废水统一处理，或排入电厂冲灰系统与冲灰水中和混合、以废治废的。氨法脱硫所产生的废水与石灰石一一石膏湿法脱硫废水相近，需要专门进行废水处 理，达到污水排放标准后才能排放。海水脱硫排水量巨大，以一台300MW机组海水脱硫为例，其排水量约40000m3/ho 脱硫排水经过曝气处理后其主要污染物指标基本能满足国家现行的废水排放标准要求。 其主要污染指标为：pH值N6.5, CODW3,水温上升l-2Co此外，硫酸盐的含量约增 加3%。目前，海水脱硫在中国尚处于试验示范阶段，海水脱硫产生的排水对海域特别 是对近海水质及生态环境的长期影响，还须经过一定时间
14、的跟踪试验才能得出结论。在 此试验阶段，海水脱硫试验项目排水暂不交纳废水排污费。2.3水源条件脱硫用水作为脱硫吸收剂的载体在脱硫工艺过程中起着重要的作用。不同的脱硫工 艺对脱硫工艺水的要求各不相同，反过来说，脱硫用水的来源不同直接影响着脱硫装置 的选择。石灰石一一石膏湿法脱硫：一般来说，以石灰石/石灰为脱硫吸收剂的湿法脱硫，对脱硫工艺用水并无严格的 要求，为了减少对喷嘴的磨损，对脱硫工艺用水中的泥沙含量有一定限制。当以回收脱 硫石膏为目的时，脱硫石膏的质量必须满足一定的标准要求，石膏中的氯离子含量受到 一定程度的限制，因此，在此种条件下氯离子含量高的脱硫用水不经处理不能使用。如前所述，海水脱硫
15、所使用的海水既作为脱硫吸收剂的来源，乂作为脱硫工艺水， 对脱硫工艺起着至关重要的作用，其海水水质必须满足一定的要求。受淡水影响较大的 河流入海口附近区域的海水往往不能满足这样的要求，利用这种海水进行-般意义上的 海水脱硫将难以获得稳定的脱硫效率。2.4空间限制条件脱硫装置的布置空间是脱硫装置选择的一个重要条件。不同的脱硫工艺有不同的布 置空间要求，只有能够满足其最小的脱硫场地空间，该脱硫工艺才能具备成立的条件。 这一点对于现有电厂补装脱硫装置的情况尤为重要。现有电厂特别是投产年限较长的电 厂，在设计和建设时一般没有安装脱硫装置的考虑，其场地条件可能非常狭窄，现在补 装脱硫装置时所需的场地空间成
16、为脱硫工艺选择的限定条件。一般而言，石灰石一石膏 湿法脱硫、氨法和电子束法脱硫所需的场地空间较大，较难适应老厂改造的条件；喷雾 干燥法脱硫在考虑安装吸收塔后部烟气除尘装置时，其需要的脱硫场地也相当大；炉内 喷钙脱硫工艺除应具备脱硫装置的布置空间外，还应考虑在锅炉本体安装石灰石粉喷嘴 的位置与空间。相对来说，烟气流化床及GSA脱硫工艺所需场地空间小，特别是GSA 脱硫工艺，由于其吸收塔烟气流速高，吸收塔直径小，可以利用有限的空间位置灵活布 置，适用于空间限制条件严格的中小机组老厂脱硫改造。当电厂锅炉附近有安装湿法脱 硫吸收塔等主要设备的空间时，石灰石一石膏湿法脱硫所需要的石灰制浆系统、石膏处 理系统可以考虑布置在另外的场地（两地相距不宜超过2000m）,或对传统的石
