蒸汽輸送在半干半溫法煙氣脫硫工藝中的應(yīng)用

蒸汽輸送在半干半溫法煙氣脫硫工藝中的應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和供暖量的增加，中國已成為一個(gè)主要排放so2的國家，酸雨區(qū)占總面積的30%以上。削減SO2排放量,減少酸雨危害造成的損失,已成為保證國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的重大環(huán)境問題。控制SO2最重要的也是目前唯一進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)化運(yùn)作的方法是煙氣脫硫。常用的方法有濕洗、干法、半干法。半干半濕法是半干法煙氣脫硫中的一種,該技術(shù)具有流程簡(jiǎn)單、無廢水排放、占地少、設(shè)備系統(tǒng)性強(qiáng)、便于自控等優(yōu)點(diǎn)。主要適用于各種高、中、低硫煤等為燃料的35t/h以上鍋爐的煙氣脫硫。該法所用的脫硫劑是生石灰(CaO)和脫硫灰,為了達(dá)到較好的脫硫效果,作為脫硫劑的CaO通常是過量的,因此脫硫灰中有大量未反應(yīng)的CaO。脫硫灰中除未被利用的CaO外,主要成分是粉煤灰,粉煤灰中成分雖然變化較大,但總體上鈣、鎂、鉀、鈉等堿性氧化物平均含量在10%以上。粉煤灰中堿性物質(zhì)屬于過燒堿性氧化物,在水中和干燥煙氣中是難以被利用的。所以,如何充分利用脫硫灰中的堿性物質(zhì),是煙氣脫硫工作中要研究的重要內(nèi)容。針對(duì)煙氣脫硫中堿性物質(zhì)的利用狀況,筆者開發(fā)出既能有效利用脫硫灰中的CaO,又能利用粉煤灰中的堿性物質(zhì)的技術(shù)——蒸汽輸送,并應(yīng)用于萊西市熱電廠35t/h燃煤鍋爐煙氣脫硫示范工程中。1半干半濕法煙氣脫硫蒸汽輸送技術(shù)方案干法、半干法煙氣脫硫中脫硫劑的輸送方式多采用高壓空氣輸送,這需要消耗大量的電能,造成連續(xù)的噪聲污染,較高的鈣硫比使脫硫劑不能充分利用,造成脫硫劑用量大、運(yùn)行費(fèi)用高。因此,要降低煙氣脫硫的運(yùn)行費(fèi)用,需要尋求一種工藝簡(jiǎn)單、費(fèi)用較低、脫硫效果較好的方式,使CaO(包括過燒CaO)首先生成Ca(OH)2,還可使Ca(OH)2增濕,使SO2與CaO的反應(yīng)變成SO2與Ca(OH)2的反應(yīng),大大增加反應(yīng)活性,同時(shí)還可使脫硫灰中的堿性物質(zhì)釋放出來,與SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng),顯著降低脫硫劑的用量。筆者在對(duì)國內(nèi)外煙氣脫硫技術(shù)調(diào)研、比較的基礎(chǔ)上,確定了半干半濕法煙氣脫硫蒸汽輸送的技術(shù)方案。蒸汽輸送示范工程是在萊西市熱電廠35t/h燃煤鍋爐上建立的。在原有旋風(fēng)除塵器、兩電場(chǎng)靜電除塵器之前加裝了脫硫反應(yīng)塔進(jìn)行煙氣脫硫示范工程。半干半濕法中脫硫劑CaO外購,經(jīng)粉碎機(jī)磨至100～200目后使用,脫硫灰是脫硫塔底和旋風(fēng)除塵器下收集的,主要成分是未反應(yīng)的CaO,CaSO3和粉煤灰,其中粉煤灰的成分主要有:SiO2(12%～29%)、Fe2O3(4%～18%)、CaO(4%～7%)\,C(1%～10%),另外還有少量的鎂、鈦、鉀、鈉、磷等的氧化物及稀有金屬氧化物。該項(xiàng)目在國內(nèi)外半干法煙氣脫硫行業(yè)首次實(shí)現(xiàn)了用蒸汽輸送物料的工藝,經(jīng)過2160h的試運(yùn)行,取得了較好的試驗(yàn)效果,開發(fā)出蒸汽輸送脫硫劑、脫硫灰的技術(shù)和設(shè)備。其基本工況參數(shù)見表1,其蒸汽輸送流程見圖1。2壓壓作用于堿釋放的粉煤灰中半干半濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中脫硫劑CaO和脫硫灰(主要是粉煤灰)采用蒸汽輸送。粉煤灰中堿性物質(zhì)是在鍋爐爐膛中高溫下燒成的,屬于過燒堿性物質(zhì),如CaO,未過燒的CaO在水中立即生成Ca(OH)2,過燒CaO在水中需要30～50min才能生成Ca(OH)2,而煙氣在脫硫塔中停留時(shí)間只有幾秒鐘,因此要快速激活粉煤灰中過燒堿性物質(zhì),才有實(shí)際利用價(jià)值。在高溫高濕高壓條件下粉煤灰中各種堿性氧化物的堿性釋放可用下列反應(yīng)式代表:CaO(過燒)+H2O(g)=Ca(OH)2MgO(過燒)+H2O(g)=Mg(OH)23CaO·SiO2+2H2O(g)=Cao·SiO2+2Ca(OH)22CaO·SiO2+H2O(g)=Cao·SiO2+Ca(OH)2K2O·SiO2+2H2O(g)=H2SiO3+2KOHNa2O·SiO2+2H2O(g)=H2SiO3+2NaOH4CaO·Al2O3·Fe2O3+3H2O(g)=CaO·Al2O3·Fe2O3+3Ca(OH)2Cao+H2O(g)=Ca(OH)2Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O從上述反應(yīng)可知,在蒸汽條件下,粉煤灰中釋放出以鈣為主的許多堿性物質(zhì),這些堿性物質(zhì)與煙氣中SO2迅速發(fā)生反應(yīng),生成亞硫酸鹽,因此在脫硫過程中具有實(shí)際意義。這種輸送方式不僅可以在輸送過程中使CaO(包括過燒CaO)生成Ca(OH)2,還可使Ca(OH)2增濕,使SO2與CaO的反應(yīng)變成SO2與Ca(OH)2的反應(yīng),大大增加了反應(yīng)活性,其他堿性氧化物如鎂、鉀、鈉等的反應(yīng)與鈣相似。同時(shí)蒸汽輸送本身可使脫硫灰中未反應(yīng)的CaO轉(zhuǎn)化成Ca(OH)2后重新與SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng),顯著降低脫硫劑的用量。3蒸汽輸送工藝蒸汽來源于燃煤鍋爐本身,萊西熱電廠示范工程中蒸汽用量約400kg/h,溫度為270℃,壓力為3～6kg/cm2。從圖1可知,蒸汽應(yīng)用共有4處:分別用在脫硫塔底的保溫、脫硫塔底灰、除塵器下和新鮮脫硫劑(CaO)的輸送上。蒸汽輸送分3條路線:①蒸汽先經(jīng)脫硫塔底盤管給脫硫塔底保溫,以防止塔底結(jié)露引起的腐蝕結(jié)垢,然后由塔底引出吹入由脫硫塔底灰連接的文丘里管,將塔底脫硫灰送入塔前煙道;②蒸汽吹入由旋風(fēng)除塵器下收集的脫硫灰連接的文丘里管,將其吹入脫硫塔頂;③蒸汽吹入由新鮮脫硫劑(CaO)連接的文丘里管,將其吹入脫硫塔頂煙道中。在示范工程中蒸汽輸送工藝的實(shí)施遇到一些困難,開始調(diào)試時(shí)由于蒸汽需先預(yù)熱管道。有部分冷凝水排出,輸送系統(tǒng)需較長(zhǎng)穩(wěn)定時(shí)間才能將蒸汽管道吹干,之后才能作為輸送動(dòng)力。此外,連續(xù)運(yùn)行中曾出現(xiàn)脫硫灰文丘里后面連接管在用了很短時(shí)間幾乎磨穿現(xiàn)象,分析原因是脫硫灰里的粉煤灰中有一些不規(guī)則堅(jiān)硬固體小顆粒在高速氣流下快速磨損造成的。將文丘里后管換成耐磨的鑄石材料后問題得到解決。示范工程的成功檢驗(yàn)了用蒸汽作動(dòng)力替代空氣輸送是可行的,它的優(yōu)越性非常明顯,主要表現(xiàn)在:①成本低,不需要增加動(dòng)力設(shè)備,減少設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用;②蒸汽自身從270℃降至150℃左右釋放出熱量,在化學(xué)動(dòng)力學(xué)上提高了SO2反應(yīng)速度;③蒸氣中含有水分增加了煙道氣的濕度,促進(jìn)了煙道氣中細(xì)小飛灰的絮凝,利于除塵。4實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)比較萊西熱電廠煙氣脫硫示范工程裝置已經(jīng)進(jìn)行了2160h的連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn),其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表2。該示范工程達(dá)到并超過了設(shè)計(jì)指標(biāo),示范工程設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)比較見表3。蒸汽在輸送脫硫劑的同時(shí)起到增濕活化的作用,CaO增濕后生成Ca(OH)2,粉煤灰在增濕活化后堿性氧化物變成有效氫氧化物,減少了脫硫劑的用量,實(shí)現(xiàn)了n(Ca):n(S)<1時(shí),脫硫效率達(dá)到80%的效果,同時(shí)煙氣增濕后提高了粉塵導(dǎo)電性能、降低了煙溫,對(duì)提高除塵器除塵效率有明顯作用。蒸汽輸送比空氣輸送脫硫劑、脫硫灰有明顯優(yōu)勢(shì),有些是空氣輸送所無法替代的,它與常規(guī)空氣輸送脫硫劑、脫硫灰比較見表4。5脫硫效率穩(wěn)定蒸汽輸送用于煙氣脫硫替代空氣輸送是可行的,通過萊西熱電廠35t/h脫硫示范工程已得到證實(shí)。在煙氣脫硫中蒸汽輸送脫硫劑、脫硫灰有下列優(yōu)點(diǎn):a.技術(shù)可行:通過2000多小時(shí)連續(xù)運(yùn)行,脫硫效率穩(wěn)定,脫硫塔內(nèi)噴水減少,徹底解決了濕壁和塔底結(jié)垢現(xiàn)象。b.經(jīng)濟(jì)合算:減少了空氣輸送設(shè)備高壓風(fēng)機(jī)和配套設(shè)施,降低了投資和運(yùn)行費(fèi)