no44燃煤鍋爐脫硫除塵技術(shù)及設(shè)備的現(xiàn)狀評價講解

1、燃煤鍋爐脫硫除塵技術(shù)及設(shè)備的現(xiàn)狀評價楊明珍閆靜姚生臨北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院摘要:我國排放的二氧化硫已連續(xù)多年超過2000萬噸,居世界首位。火電廠的二氧化硫排放占整個二氧化硫排放量的比重相當(dāng)高。據(jù)統(tǒng)計燃煤工業(yè)鍋爐的二氧化硫排放量占全國二氧化硫排放量達(dá)到40%左右。我國酸雨和二氧化硫污染嚴(yán)重,酸雨面積已經(jīng)占國土面積的30%。同時我國能源結(jié)構(gòu)的特點決定了控制燃煤二氧化硫的排放是我國控制二氧化硫污染的重點,目前燃煤鍋爐在用的脫硫除塵技術(shù)已涉及到很多種工藝,各種工藝在運行過程中所具有的減排特性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等都存在較大的差別。調(diào)查了解掌握國內(nèi)外目前主要的在用脫硫技術(shù)性能和生產(chǎn)使用情況。1 概述燃煤鍋

2、爐在用的濕式脫硫除塵技術(shù)已涉及到很多種工藝,各種工藝在運行過程中所具有的減排特性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等都存在較大的差別。本文研究目的和內(nèi)容是調(diào)查了解掌握國內(nèi)外目前主要的在用脫硫技術(shù)性能和生產(chǎn)使用情況。我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國。1996年我國煤炭產(chǎn)量達(dá)13.97億噸,占全國一次能源總產(chǎn)量的75%左右,絕大部分用于國內(nèi)消費。隨著我國工業(yè)化城市化進(jìn)程的加快和人民生活水平的提高,煤炭消費量還將持續(xù)增長,預(yù)計到2000年煤炭消費量將增至15億噸。由于我國的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和社會生活建立在國產(chǎn)能源的基礎(chǔ)上,而煤炭又占常規(guī)能源探明儲量的90%,因此,在今后相當(dāng)長的時期內(nèi),煤炭仍將是我國的主要能源。我國的大氣

3、污染與以煤為主的能源結(jié)構(gòu)有著直接的關(guān)系。煤炭的大量燃燒是造成城市大氣中二氧化硫和煙塵污染的最直接的原因。我國排放的二氧化硫已連續(xù)多年超過2000萬噸,居世界首位?；痣姀S的二氧化硫排放占整個二氧化硫排放量的比重相當(dāng)高。據(jù)統(tǒng)計燃煤工業(yè)鍋爐的二氧化硫排放量占全國二氧化硫排放量達(dá)到40%左右。二氧化硫年日均值超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)的城市不斷增多,由二氧化硫排放引起的酸雨污染,現(xiàn)在擴(kuò)展到長江以南、青藏高原以東的大部分地區(qū),并呈繼續(xù)擴(kuò)大之勢。對北方城市來說冬季采暖期由于用煤量增大以及冬季不利擴(kuò)散的氣象條件使二氧化硫和煙塵的污染變得更為嚴(yán)重,以北京市為例, 1996年冬季采暖期大氣中的二氧化硫和總懸浮顆粒物尤其是

4、二氧化硫的污染是比非采暖期要嚴(yán)重得多。二氧化硫和煙塵污染危害整個生態(tài)系統(tǒng)及建筑物等,已成為制約社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重 要351環(huán)境因素,在“八五”和“九五”期間,對國際上現(xiàn)有的主要脫硫除塵技術(shù)組織了研究開發(fā),取得了一定成績,從總體上說,除塵工藝和設(shè)備已日趨完善,現(xiàn)已形成一定的規(guī)模生產(chǎn)能力,而對脫硫工藝和設(shè)備,除少數(shù)引進(jìn)國外的脫硫工藝和設(shè)備能確?？煽?、有效運行外,多數(shù)工藝和設(shè)備尚處在小試探索或中試階段,到最后進(jìn)入實用階段,還有許多問題需要完善。盡管總的來說安裝脫硫裝置的鍋爐比例還很低,但目前在用的脫硫技術(shù)已涉及到很多種工藝,各種技術(shù)在運行過程中所具有的減排特性,可靠性,經(jīng)濟(jì)性等都是有差別的,它們將影響

5、到技術(shù)的適用性和推廣應(yīng)用前景。2 我國典型的煙氣脫硫技術(shù)的引進(jìn)、開發(fā)和使用情況2.1火電廠煙氣脫硫現(xiàn)狀我國火電廠煙氣脫硫技術(shù)的研發(fā)起始于六十年代初,進(jìn)入七十年代后,先后開展了10多項不同規(guī)模、不同工藝的試驗研究,取得了階段性成果。但由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等多方面的原因,一直未能在大型火電廠機(jī)組上得到應(yīng)用。近幾年來,隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的增長和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的漸趨嚴(yán)格以及對火電廠二氧化硫污染治理力度的加大,促使火電廠煙氣脫硫行業(yè)的發(fā)展,取得了長足進(jìn)步。主要表現(xiàn)在以下幾個方面:(1在國內(nèi)技術(shù)和經(jīng)驗不能滿足國內(nèi)脫硫市場需求的情況下,通過多種合作方法,引進(jìn)了在國際上已進(jìn)入商業(yè)化市場或具有良好商業(yè)發(fā)展前景的多種脫硫技術(shù)。

6、并在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建了10多個具有較強(qiáng)經(jīng)濟(jì)實力和技術(shù)研發(fā)能力的煙氣脫硫工程公司,有些公司經(jīng)過努力已實現(xiàn)幾個億甚至近10億元工程業(yè)績,初步形成了一批火電廠煙氣脫硫工程骨干企業(yè),為技術(shù)、設(shè)備國產(chǎn)化和參與國外脫硫市場的競爭,奠定堅實的基礎(chǔ)。(2 在引進(jìn)和消化吸收的基礎(chǔ)上,先后建設(shè)了一批不同脫硫工藝的示范工程,全國已建成的脫硫工程已達(dá)到530萬千瓦,在建的脫硫機(jī)組不超過1000萬千瓦。在這些脫硫工程中以采用石灰石石膏法脫硫工藝為主,約占70%;其次是煙氣循環(huán)流化床和海水煙氣脫硫工藝,約占20%;其它脫硫工藝如:噴霧干燥和爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化等,只占20%左右,通過示范工程建設(shè)和消化吸收,在工藝、施工設(shè)計

7、和運行調(diào)試中積累了相當(dāng)經(jīng)驗,并培養(yǎng)了一批技術(shù)骨干力量,為進(jìn)一步發(fā)展具有我國特色煙氣脫硫行業(yè)起到積極的推動作用。(3 煙氣脫硫工程技術(shù)和設(shè)備的國產(chǎn)化程度不斷提高。有些骨干企業(yè)已能承接我國火力發(fā)電廠主導(dǎo)機(jī)組的煙氣脫硫工程總承包,具備從工程設(shè)計、設(shè)備供應(yīng)、加工安裝、運行調(diào)試等項工作依靠國內(nèi)技術(shù)力量自行獨立完成的條件和能力,不但使工程造價大幅度下降,同時也帶動國內(nèi)相關(guān)機(jī)電產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn),新的產(chǎn)業(yè)鏈已初步形成。北京國電龍源環(huán)保工程有限公司承接4個脫硫工程機(jī)組總?cè)萘恳堰_(dá)190萬千瓦,其中北京京能熱電廠 1352×200MW機(jī)組上配用的煙氣脫硫工程是在引進(jìn)技術(shù)、消化吸收的基礎(chǔ)上依靠自己的技術(shù)力量

8、,完成了石灰石石膏法脫硫的工藝設(shè)計和工程設(shè)計,設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)80%以上,從而使工程造價大幅度降低,達(dá)到500元/千瓦左右。北京京能熱電廠的脫硫機(jī)組經(jīng)調(diào)試,各項技術(shù)性能均已達(dá)到設(shè)計要求,已投入正常運轉(zhuǎn)。武漢凱迪電力股份有限公司也已承接1610MW 裝機(jī)容量的煙氣脫硫工程,廣州恒達(dá)電廠1×210MW機(jī)組采用的回流式循環(huán)流化床脫硫工程也已投入運行。2.2 火電廠煙氣脫硫技術(shù)(1 石灰石石膏法煙氣脫硫技術(shù)。石灰石石膏法脫硫工藝是世界上應(yīng)用最廣泛的一種脫硫技術(shù),日本、德國、美國的火力發(fā)電廠采用的煙氣脫硫裝置約90%采用此工藝。它的工作原理是:將石灰石粉加水制成漿液作為吸收劑泵入吸收塔與煙氣充分

9、接觸混合,煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及從塔下部鼓入的空氣進(jìn)行氧化反應(yīng)生成硫酸鈣,硫酸鈣達(dá)到一定飽和度后,結(jié)晶形成二水石膏。經(jīng)吸收塔排出的石膏漿液經(jīng)濃縮、脫水,使其含水量小于10%,然后用輸送機(jī)送至石膏貯倉堆放,脫硫后的煙氣經(jīng)過除霧器除去霧滴,再經(jīng)過換熱器加熱升溫后,由煙囪排入大氣。由于吸收塔內(nèi)吸收劑漿液通過循環(huán)泵反復(fù)循環(huán)與煙氣接觸,吸收劑利用率很高,鈣硫比較低,脫硫效率可大于95% 。(2 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥煙氣脫硫技術(shù)旋轉(zhuǎn)噴霧干燥煙氣脫硫技術(shù)于70年代中開始研究開發(fā),80年代初開始工業(yè)性應(yīng)用,該技術(shù)與濕式石灰石石膏法煙氣脫硫技術(shù)相比,具有流程短,系統(tǒng)簡單,能耗低,無腐蝕,無廢水排放等優(yōu)點。

10、該裝置是石灰由斗式提升機(jī)送至石灰儲倉,經(jīng)倉下部的螺旋給料機(jī)加入消化槽與水混合消化,同時經(jīng)終產(chǎn)物倉下部的螺旋給料機(jī)將反應(yīng)物加入混合槽與水混合,兩種漿液按比例同時泵入吸收槽,配制成所需要的吸收液,然后泵入高位槽經(jīng)噴霧器在干燥塔內(nèi)霧化,并與經(jīng)煙氣分配器進(jìn)入干燥塔的煙氣混合,漿液霧滴在蒸發(fā)干燥過程中,鈣與煙氣中的硫氧化物發(fā)生反應(yīng),生成硫酸鈣和亞硫酸鈣。反應(yīng)后的煙氣進(jìn)入布袋除塵器在除去煙氣中攜帶的已被干燥的吸收劑及煙塵的同時,煙氣中的硫氧化物再次與一部分吸附在濾袋上尚未反應(yīng)完全的吸收劑繼續(xù)發(fā)生反應(yīng),進(jìn)一步脫除硫氧化物。(3 磷銨肥法煙氣脫硫技術(shù)磷銨肥法煙氣脫硫技術(shù)屬于回收法,以其副產(chǎn)品為磷銨而命名。該工

11、藝過程主要由吸附(活性炭脫硫制酸、萃取(稀硫酸分解磷礦萃取磷酸、中和(磷銨中和液制備、吸收(磷銨液脫硫制肥、氧化(亞硫酸銨氧化、濃縮干燥(固體肥料制備等單元組成。它分為兩個系統(tǒng):l煙氣脫硫系統(tǒng)煙氣經(jīng)高效除塵器后使含塵量小于200mg/Nm3,用風(fēng)機(jī)將煙 壓353升高到7000Pa,先經(jīng)文氏管噴水降溫調(diào)濕,然后進(jìn)入四塔并列的活性炭脫硫塔組(其中一只塔周期性切換再生,控制一級脫硫率大于或等于70%,并制得30%左右濃度的硫酸,一級脫硫后的煙氣進(jìn)入二級脫硫塔用磷銨漿液洗滌脫硫,凈化后的煙氣經(jīng)分離霧沫后排放。l肥料制備系統(tǒng)在常規(guī)單槽多漿萃取槽中,同一級脫硫制得的稀硫酸分解磷礦粉(P2O5含量大于26%

12、,過濾后獲得稀磷酸(其濃度大于10%,加氨中和后制得磷氨,作為二級脫硫劑,二級脫硫后的料漿經(jīng)濃縮干燥制成磷銨復(fù)合肥料。(4 爐內(nèi)噴鈣尾部增濕煙氣脫硫技術(shù)爐內(nèi)噴鈣脫硫技術(shù)由兩步固硫反應(yīng)組成,首先將石灰石粉料噴入爐膛熱煙氣中,石灰石熱解后生成的氧化鈣與煙氣中的二氧化硫發(fā)生反應(yīng),脫除一部分二氧化硫,然后煙氣進(jìn)入鍋爐尾部的活化反應(yīng)器,通過有序的噴水增濕,一部分尚未反應(yīng)的氧化鈣轉(zhuǎn)變?yōu)橛休^高脫硫活性的氫氧化鈣,繼續(xù)與煙氣中二氧化硫發(fā)生反應(yīng)從而完成脫硫的全過程。(5 簡易石灰石石膏法煙氣脫硫技術(shù)我國的燃煤煙氣脫硫技術(shù)尚處在引進(jìn)、研究和開發(fā)階段,而且不同的脫硫工藝技術(shù),其設(shè)備投資、運行費用、技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性均

13、有很大差異。雖然我國已對國際上現(xiàn)有煙氣脫硫技術(shù)的一些主要類型引進(jìn)、消化、研究和開發(fā),但還僅僅處在探索和示范階段,目前還難以形成規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用的能力,其設(shè)備投資和運行費用,雖因脫硫工藝技術(shù)的不同而有差異,但總體上說投資和運行費用還較大,每脫除一噸二氧化硫的運行成本濕法為1100元左右,干法/半干法在800元左右,從經(jīng)濟(jì)承受能力來衡量,不容易很快為企業(yè)接受,尤其對工業(yè)鍋爐的用戶存在著煙氣脫硫工藝技術(shù)的管理及技術(shù)要求與操作人員素質(zhì)和管理水平不相適應(yīng)的矛盾,更難以為企業(yè)所接受。3 我國工業(yè)鍋爐濕式脫硫除塵技術(shù)的現(xiàn)狀3.1 濕式脫硫除塵器在工業(yè)鍋爐上的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大由于傳統(tǒng)的濕式除塵器具有結(jié)構(gòu)簡單,

14、對煙塵的捕集效率高且穩(wěn)定,比其他高效除塵器靜電除塵器、布袋除塵器的投資和運行費用低,并對有害氣體有一定的凈化作用等優(yōu)點,而為較多工業(yè)鍋爐用戶選用,濕式除塵器在工業(yè)鍋爐上的應(yīng)用正在逐步擴(kuò)大。濕式除塵器之所以能在6t/h以上工業(yè)鍋爐上得到較為普遍的應(yīng)用,主要是因為:第一,凡是采用濕式除塵器的工業(yè)鍋爐除塵效果相當(dāng)顯著,絕大多數(shù)鍋爐的煙塵排放濃度可以達(dá)到一類地區(qū)(100mg/Nm3和二類地區(qū)(250mg/Nm3的排放標(biāo)準(zhǔn),其周圍環(huán)境均不會因煙塵污染而受到影響。其次,濕式除塵器對細(xì)顆粒的捕集十分有效,一般旋風(fēng)除塵器的分割粒徑d C50在515微米之間,而濕式除塵器的分割粒徑d C50的范圍可在15微米之

15、間,因此,對于煙塵濃度大,細(xì)顆粒多的拋煤機(jī)爐、煤粉爐和沸騰爐,在配用濕式除塵器或者對沸騰爐和煤粉爐在前置一級中效旋風(fēng)除塵器后可以達(dá)到二類地區(qū)的排放標(biāo)準(zhǔn)。第三 ,濕式除塵354 355 器具有一定的脫硫作用。由于水是一種極好的溶劑,當(dāng)文丘里離心水膜除塵器在使用清水介質(zhì)時,也可有10 %左右的脫硫效率,在使用堿性水時脫硫效率還會提高。3.2 在用典型濕式脫硫除塵器的結(jié)構(gòu)簡介在用濕式脫硫除塵器的品種繁多,結(jié)構(gòu)也不盡相同,但從其脫硫除塵原理(即水與含塵氣流的接觸方式分,大致有三種形式。l 噴淋水滴。利用機(jī)械噴霧或其他方式,使水形成大小不同的水滴,分散于含塵氣流中,與氣流中的塵粒相互碰撞凝聚,在捕集塵粒

16、的同時,水中的堿性物質(zhì)與氣體中的二氧化硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng),脫去二氧化硫。該技術(shù)主要使用與蒸發(fā)量<10t/h 燃煤層燃鍋爐的脫硫除塵。l 離心水膜。利用水進(jìn)入脫硫除塵器后,在其內(nèi)表面形成一層水膜和進(jìn)入裝置內(nèi)氣流中塵粒受慣性和離心力的作用撞擊到水膜中,而完成脫硫除塵過程。該技術(shù)主要實用于蒸發(fā)量10t/h 燃煤層燃鍋爐。l 氣泡。當(dāng)脫硫除塵器的某個部位形成一定厚度的水層時,當(dāng)含塵氣流穿過或撞擊水層時,由于受氣流速度,水的表面張力等因素的影響,將產(chǎn)生大小不等的氣泡,同時在氣泡形成和自行破裂的過程中,將塵粒和二氧化硫除去。該技術(shù)脫硫效果好,適用于燃煤層燃鍋爐。(1文丘里離心水膜脫硫除塵器。它是由文丘里

17、管與水膜除塵器兩部分組成。含塵氣體進(jìn)入文丘里管,在收縮段喉管處的氣體流速達(dá)5070m/s 。在接近喉管處噴入水,在水滴被高速氣流迅速破碎的過程中,塵粒與細(xì)水滴開始有效碰撞、凝聚,進(jìn)煙道截面逐漸擴(kuò)大,氣流減速,使塵粒與水 滴再次碰撞,凝聚而形成灰水塵器后形成旋轉(zhuǎn)氣流,灰水滴受離心力的作用撞擊由溢流槽流入筒體內(nèi)壁水形成的水膜而被捕集。該技術(shù)脫硫除塵效率較高,可用于蒸發(fā)量10t/h 燃煤層燃鍋爐。(2自激式脫硫除塵器。 當(dāng)含塵氣體進(jìn)入脫硫除塵器后,氣流沖擊水面產(chǎn)生大量的水滴和水霧,并充滿進(jìn)氣室空間后,煙氣中的部分二氧化硫氣體和塵粒與水滴和水霧發(fā)生碰撞、凝聚和吸收從而被除去。然后煙氣被迫通過由上、下葉

18、片組成的“S ”型通道,此通道的下部浸沒在水里,當(dāng)較高氣流速度的煙氣穿過液面細(xì)微塵粒。凈化后的煙氣經(jīng)(3噴淋式脫硫除塵器。它是濕式脫硫除塵器結(jié)構(gòu)最簡單的一種。由于除塵效率低,一般不單獨使用,大多作為多管旋風(fēng)除塵器后的第二級脫硫除塵器。3.3 在用濕式脫硫除塵器的用水據(jù)調(diào)查濕式脫硫除塵器的用水主要有以下幾種:新水、工業(yè)廢水、鍋爐自身排污水以及除塵灰水回用等。目前國內(nèi)工業(yè)鍋爐濕式脫硫除塵器上使用新水(井水、自來水等的占絕大多數(shù)，脫硫除塵后的灰水直接或經(jīng)沉淀后排放到城市下水道或天然水體。排放的水 質(zhì)一般呈酸性，固體懸浮物較多，部分有害物質(zhì)如硫化物、氟等也部分溶于水中，盡管此 種用水方式流程簡單，但耗水量大，而當(dāng)除塵灰水一接觸大氣后，溶解在水中的硫化物會 釋放出來，加上酸性水的直接排放，造成一定程度的污染轉(zhuǎn)移，并產(chǎn)生設(shè)備管道的腐蝕和 堵塞。 采用工業(yè)廢水作為濕式脫硫除塵設(shè)備的用水，這是一種以廢治廢，綜合利用的好辦法， 但這樣做的單位為數(shù)不多。由于工業(yè)廢水的情況較為復(fù)雜，有的可直接利用，有的要經(jīng)過 一級或多級處理后方可使用。 利用鍋爐自身的排污水和鍋爐房的沖渣水作為鍋爐脫硫除塵用水，這是一種值得提倡 的以廢治廢的技術(shù)方法，例如首都鋼鐵公司特種鋼廠將鍋爐房的所有廢水，包括鍋爐排污 水，沖渣水，水處理裝置的反饋水，風(fēng)機(jī)軸承的冷卻水，