蘇錦燕
(福建高科環(huán)保研究院有限公司,泉州 362300)
燃煤鍋爐煙氣脫硫目前應(yīng)用較為成熟的工藝主要有石灰石/石灰-石膏、雙堿法及LIFAC法。由于石灰石/石灰工藝-石膏工藝的投資、運行、維修等費用較高,占地面積較大,而雙堿法工藝有在運行中容易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象而導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)癱瘓等缺點,因此對于小型的燃煤鍋爐,適合采用LIFAC脫硫工藝。LIFAC,即為爐內(nèi)噴鈣+活化反應(yīng)器,具有占地面積小、設(shè)備簡單、運行、維修費用低等顯著優(yōu)點。
福建鐃山紙業(yè)集團(tuán)籌建的燃煤電站鍋爐(一臺40t/h的循環(huán)流化床鍋爐),根據(jù)其現(xiàn)場場地、投資、鍋爐工況等經(jīng)濟(jì)及技術(shù)情況,采用LIFAC工藝方法脫硫,現(xiàn)整體運行狀況良好,脫硫效率達(dá)到了國家有關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。
福建鐃山紙業(yè)集團(tuán)籌建的燃煤電站鍋爐脫硫工藝流程為:石灰石粉由粉倉通過羅茨風(fēng)機(jī)送入鍋爐,在鍋爐合適的位置進(jìn)行爐內(nèi)噴鈣,經(jīng)過初級脫硫處理的煙氣,由煙道經(jīng)活化反應(yīng)器進(jìn)行噴淋霧化,與煙氣進(jìn)行逆流式充分反應(yīng),對煙氣進(jìn)行二級脫硫處理,同時,通過活化反應(yīng)器后的旋風(fēng)分離器進(jìn)行干灰循環(huán)處理,將活化反應(yīng)器中未反應(yīng)完全的CaO再循環(huán)送回活化反應(yīng)器,提高了鈣的利用率且保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,此時大部分的SO2被去除,脫硫效率達(dá)85%以上。脫硫后的煙氣進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)行除塵,脫硫除塵后的凈煙氣通過煙囪排放。
該工程采用的吸收劑為石灰石粉,要求石灰石粉中的CaCO3含量≥90%,石灰石粉的粒徑控制在0~1mm范圍內(nèi)。要求石灰石中CaCO3含量是為了保證其脫硫效率,而控制石灰石粉的粒度范圍是因為石灰石粒徑若大于1mm,其反應(yīng)比表面積就小,會使鈣的利用率降低;但石灰石的顆粒也不能太細(xì),因為現(xiàn)在常用的CFB鍋爐的旋風(fēng)分離器只能分離出大于75μm的顆粒,而小于75μm的石灰石顆粒由于不能再返回爐膛而降低了利用率。
由下圖可以看出,脫硫開始時的脫硫效率隨Ca/S的增加提高很快,但在Ca/S≥2以后,脫硫效率的增加就不顯著了。因此,考慮經(jīng)濟(jì)效益問題,選取Ca/S為2或略小于2為宜。
同時,根據(jù)鍋爐煙氣在線監(jiān)測提供的SO2排放濃度,按控制指標(biāo)控制石灰石粉的添加量,石灰石粉給料量由電動旋轉(zhuǎn)給料閥通過變頻調(diào)速器進(jìn)行控制。
脫硫效率變化曲線圖
石灰石與SO2的反應(yīng)如下:
CaCO3在高溫下分解成CaO和 CO2:
CaO在氧化性氣氛中遇到SO2就會發(fā)生如下的脫硫反應(yīng):
反應(yīng)式②為燃燒脫硫中最主要的反應(yīng),但這一反應(yīng)受溫度的限制。根據(jù)現(xiàn)場的實際運行情況來看,爐膛噴鈣位置應(yīng)嚴(yán)格控制在鍋爐二次風(fēng)送入的位置,即900℃~950℃。
當(dāng)溫度高于950℃時,CaCO3會被燒結(jié),失去活性,但當(dāng)溫度高于1000℃時,反應(yīng)生成的CaSO4會重新分解成CaO和SO2;CaCO3分解為CaO和CO2的熱分解溫度為880℃左右,若低于880℃,則反應(yīng)所需的CaO較少。故溫度低于或高于該溫度范圍(900℃~950℃),脫硫效率都會降低。
該工程石灰石粉通過氣力輸送到分配器,再進(jìn)入噴射器(于爐膛920℃時),同時,配備一臺蒸汽加熱器,以保證石灰石粉輸送通暢。
活化反應(yīng)器的煙氣進(jìn)口溫度一般在110℃~140℃,向反應(yīng)器中噴水后會降低煙氣的溫度,反應(yīng)器內(nèi)的脫硫反應(yīng)要求煙氣溫度越接近露點越好,但不應(yīng)引起活化反應(yīng)器壁、除塵器、引風(fēng)機(jī)結(jié)露,因此噴水量控制在使活化反應(yīng)器出口溫度略高于露點5℃~10℃為宜。
根據(jù)工程經(jīng)驗,1m3煙氣每降低1℃需要水0.5g。
考慮一定余量,該工程采用流量為5m3/min的工藝水泵供水,同時為了保證最佳噴水量,配備了一套自動測量的微機(jī)控制系統(tǒng)嚴(yán)格控制,以便根據(jù)運行中有關(guān)參數(shù)的變化來控制噴水量,從而可嚴(yán)格控制反應(yīng)器內(nèi)的煙氣溫度。
與其他運用較為成熟的石灰石/石灰-石膏、雙堿法等工藝方法相比,LIFAC工藝有以下優(yōu)勢:
(1)LIFAC系統(tǒng)占地面積小,安裝活化反應(yīng)器時不影響鍋爐運行,適于現(xiàn)有運行的200MW以下的電站鍋爐;
(2)LIFAC系統(tǒng)簡單,可有效降低設(shè)備運行阻力,減少動力消耗,故輔機(jī)電耗及維修費用較低,其總運行費用比濕法脫硫低;
(3)由于活化反應(yīng)器是在高于露點的溫度條件下運行,因此其固態(tài)產(chǎn)物是干粉,沒有泥漿或污水排放,避免了二次污染;
(4)活化反應(yīng)器內(nèi)的氣液接觸區(qū)無填料組件,不設(shè)置任何隔柵、托盤裝置,可有效杜絕異常工況下塔內(nèi)結(jié)垢堵塞現(xiàn)象,因此不需要對活化反應(yīng)器作繁瑣的維護(hù);
(5)一臺活化反應(yīng)器能夠處理鍋爐容量<1000t/h的煙氣,對于中小型及中、低硫煤的鍋爐,此工藝較濕法煙氣脫硫更為經(jīng)濟(jì)。
在福建鐃山紙業(yè)集團(tuán)燃煤電站鍋爐的調(diào)試中,系統(tǒng)穩(wěn)定運行,其脫硫效率達(dá)85%以上,排放煙氣達(dá)到國家的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求,水、電、石灰石粉耗量等各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也均在設(shè)計范圍內(nèi)。
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