干式煙氣脫硫技術(shù)進(jìn)展及其應(yīng)用前景分析
燃煤鍋爐煙氣脫硫途徑通常可分為三種:1,燃燒前脫硫,如機(jī)械浮選法、強(qiáng)磁分離法等;2,燃燒中脫硫,如爐內(nèi)噴鈣以及采用CFBC等;3,燃燒后脫硫,即煙氣脫硫(FGD),這是當(dāng)今世界上普遍采用的方法。而煙氣脫硫按反應(yīng)產(chǎn)物的物質(zhì)形態(tài)(液態(tài)、固態(tài))可分為濕式、半干式和干式三種,濕法煙氣脫硫技術(shù)占85%左右,其中石灰石石膏法約占36.7%,其它濕法脫硫技術(shù)約占48.3%;噴霧干燥脫硫技術(shù)約占8.4%;吸收劑再生脫硫法約占3.4%;爐內(nèi)噴射吸收劑及尾部增濕活化脫硫法約占1.9%;其它煙氣脫硫形式有電子束脫硫、海水脫硫、循環(huán)流化床煙氣脫硫等。由于對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視和大氣污染物排放量的更加嚴(yán)格控制,我國新建大型火電廠和現(xiàn)役電廠主力機(jī)組必須安裝相應(yīng)的煙氣脫硫裝置以達(dá)到國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。
就我國的煙氣脫硫技術(shù)而言,西南電力設(shè)計(jì)院早在80年代就完成了旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣脫硫技術(shù)的研究,并在四川白馬電廠建立了處理煙氣量為70000Nm3/h的旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法脫硫工業(yè)試驗(yàn)裝置,1991年正式移交生產(chǎn)運(yùn)行。“八五”期間電力部門在有關(guān)部門的支持下進(jìn)行了華能珞璜電廠2臺(tái)360MW機(jī)組石灰石-石膏法濕式煙氣脫硫、山東黃島電廠旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣脫硫、山西太原第一熱電廠高速水平流簡易石灰石-石膏法濕式煙氣脫硫、南京下關(guān)電廠2臺(tái)125MW機(jī)組的爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化脫硫、四川成都熱電廠電子束煙氣脫硫、深圳西部電廠300MW機(jī)組海水脫硫等不同工藝的中外合作示范項(xiàng)目或商業(yè)化試點(diǎn)脫硫項(xiàng)目。
國家經(jīng)貿(mào)委在《“九五”國家重點(diǎn)技術(shù)開發(fā)指南》中確定了燃煤電廠脫硫主要技術(shù)開發(fā)內(nèi)容有1,石灰/石灰石洗滌法脫硫技術(shù);2,噴霧干燥法脫硫技術(shù);3,爐內(nèi)噴鈣及尾部增濕活化脫硫技術(shù);4,排煙循環(huán)流化床脫硫技術(shù),這給我國煙氣脫硫技術(shù)的研究與開發(fā)指明了方向。其中濕式石灰/石灰石洗滌法脫硫技術(shù)已經(jīng)由國家電力公司引進(jìn)國外技術(shù)消化吸收并形成國產(chǎn)化;噴霧干燥法脫硫技術(shù)我國通過多年的研究和試驗(yàn)已基本掌握設(shè)計(jì)、制造100MW機(jī)組煙氣脫硫技術(shù)的實(shí)力。
縱觀當(dāng)今煙氣脫硫技術(shù)的現(xiàn)狀,目前世界上大機(jī)組脫硫以濕法脫硫占主導(dǎo)地位,選用濕法脫硫裝置的機(jī)組容量占總數(shù)的85%,但濕法脫硫一次性投資昂貴、設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用較高。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,發(fā)展中國家的環(huán)保形勢(shì)越來越嚴(yán)重,為適應(yīng)這些國家脫硫市場(chǎng)的需要,許多國家都在致力開發(fā)高效干法脫硫技術(shù)。本文簡單介紹目前有廣泛市場(chǎng)前景的幾種干式煙氣脫硫技術(shù),結(jié)合這些脫硫方法的特點(diǎn)和我國特別是上海地區(qū)的實(shí)際情況,提出并著手研究開發(fā)高鈣粉煤灰增濕活化脫硫和循環(huán)流化床煙氣脫硫,并建立國內(nèi)規(guī)模較大的多功能煙氣脫硫試驗(yàn)臺(tái)。
LIFAC(Limestone Injecyion into Furnace and Activation of Unreacted Calcium)煙氣脫硫工藝即鍋爐爐膛內(nèi)噴射石灰石粉,并配合采用鍋爐尾部煙道增活化反應(yīng)器,使未反就的CaO通過霧化水進(jìn)行增濕活化的煙氣脫硫工藝。目前世界許多廠商研究開發(fā)的以石灰石噴射為基礎(chǔ)的干法脫硫工藝中,芬蘭Tampella和IVO公司開發(fā)的這種脫硫工藝最為典型,并于1986年首先投入商業(yè)性運(yùn)行。
LIFAC工藝主要包括以下幾個(gè)子系統(tǒng):
(1) 石灰石粉系統(tǒng) 包括石灰石粉的制備、計(jì)量、運(yùn)輸、貯存、分配和噴射等設(shè)備。
(2) 水利化反就器系統(tǒng) 包括水利化水霧化、煙氣與水混合反應(yīng)、下部碎渣與除渣、器壁防垢等設(shè)備。
(3) 脫硫灰再循環(huán)系統(tǒng) 包括電除塵器下部集灰、貯存、輸送等裝置。
(4) 煙氣再熱系統(tǒng) 包括煙氣再熱裝置和主煙氣混合用噴嘴等。
LIFAC脫硫工藝的基本原理如下:
爐膛內(nèi)噴鈣脫硫的基本原理:石灰石粉借助氣力噴入爐膛內(nèi)850~1150度(攝氏)煙溫區(qū),石英鐘灰石煅燒分解成CaO和CO2,部分CaO與煙氣中的SO2。爐膛內(nèi)噴入石灰石后的SO2。反應(yīng)生成CaSO4,脫除煙氣中一部分SO2。爐膛內(nèi)噴入石灰石后的SO2脫除率隨煤種、石灰石粉特性、爐型及其空氣動(dòng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)特性等因素而改變,一般在20%~50%。
活化器內(nèi)脫硫的基本原理:煙氣增濕活化售硫反應(yīng)的機(jī)理主要是由于脫硫劑顆粒和水滴相碰撞以后,在脫硫劑顆粒表面形成一層水膜,脫硫劑及SO2氣體均向其中溶解,從而使脫硫反應(yīng)由原來的氣-固反應(yīng)轉(zhuǎn)化成水膜中的離子反應(yīng),煙氣中大部分未及時(shí)在爐膛內(nèi)參與反應(yīng)的CaO與煙氣中的SO2反應(yīng)生成CaSO3和CaSO4。活化反應(yīng)器內(nèi)的脫硫效率通常在40%~60%,其高低取決于霧化水量、液滴粒徑、水霧分布和煙氣流速、出口煙溫,最主要的控制因素是脫硫劑顆粒與水滴碰撞的概率。
由于活化反應(yīng)器出口煙氣中還有一部分可利用的鈣化物,為了提高鈣的利用率,可以將電除塵器收集下來的粉塵返回一部分到活化反應(yīng)器中再利用,即脫硫灰再循環(huán);罨鞒隹跓煖匾蜢F化水的蒸發(fā)而降低,為避免出現(xiàn)煙溫低于露點(diǎn)溫度的情況發(fā)生,可采用煙氣再加熱的方法,將煙氣溫度提高至露點(diǎn)以上10~15度(攝氏)加熱工質(zhì)可用蒸氣或熱空氣,也可用未經(jīng)活化器的煙氣。
整個(gè)LIFAC工藝系統(tǒng)的脫硫效率η為爐膛脫硫效率η和活化器脫硫效率η之和,即η=η1+(1-η1)η2,一般為60%~85%。LIFAC脫硫方法適用于燃用含硫量為0.6%~2.5%的煤種、容量為50~300MW燃煤鍋爐。與濕式煙氣脫硫技術(shù)相比,投資少,占地面積小,適合于現(xiàn)有電廠的改造。
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