關(guān)于火電廠煙氣脫硫的幾點(diǎn)思考

曾 衛(wèi)

[摘要]先從脫硫技術(shù)入手,突出煙氣脫硫是應(yīng)用最廣的脫硫技術(shù)。然后比較煙氣脫硫方案,突出濕法脫硫技術(shù)最成熟、可靠。重點(diǎn)分析石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝以及我國(guó)目前煙氣脫硫中存在的問(wèn)題。

[關(guān)鍵詞]脫硫技術(shù)煙氣脫硫方案石灰石-石膏濕法煙氣脫硫煙氣脫硫存在的問(wèn)題

中圖分類號(hào):X5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)1120120-02

前段時(shí)間,我參與了某水處理公司對(duì)某火電廠煙氣脫硫工程的投標(biāo)工作。查閱了一些相關(guān)書籍和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),并收集了一些資料,對(duì)火電廠的煙氣脫硫工藝有了更新認(rèn)識(shí)和更多思考。

2005年,我國(guó)二氧化硫排放總量高達(dá)2549萬(wàn)噸,超過(guò)美國(guó),居世界第一,比2000年增加了27%。二氧化硫排放是造成我國(guó)大氣環(huán)境污染及酸雨不斷加劇的主要原因?；痣娦袠I(yè)是我國(guó)二氧化硫排放的主要來(lái)源。我國(guó)將通過(guò)嚴(yán)格控制二氧化硫排放量、強(qiáng)化現(xiàn)有和新建電廠脫硫設(shè)施建設(shè)等手段來(lái)減少二氧化硫的排放量。到2010年,我國(guó)將把二氧化硫年排放總量控制在2300萬(wàn)噸以內(nèi)。

我國(guó)電廠煙氣脫硫技術(shù)起步于1961年,科研院所和高等院校相繼投入研究開發(fā)力量,進(jìn)行干法、濕法和半干法等等的煙氣脫硫的探索研究,但目前我國(guó)自行開發(fā)的煙氣脫硫工程,工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)不多。目前,世界上燃煤或燃油電站所采用的脫硫工藝多種多樣,達(dá)數(shù)百種之多。在這些脫硫工藝中,有的技術(shù)較為成熟,已經(jīng)達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用的水平,有的尚處于研究階段。

一、脫硫技術(shù)

脫硫方法可劃分為燃燒前脫硫、爐內(nèi)脫硫和煙氣脫硫三大類。前兩種技術(shù)存在較多缺陷,在我國(guó)應(yīng)用很少,但在國(guó)外都有一定應(yīng)用。

1.燃燒前脫硫。燃燒前脫硫就是在煤燃燒前脫除掉煤中的硫分,并能同時(shí)除去灰分,減輕運(yùn)輸量,減輕鍋爐的玷污和磨損,減少電廠灰渣處理量,還可回收部分硫資源,但該技術(shù)目前還存在著許多問(wèn)題,所以應(yīng)用較少。

2.爐內(nèi)脫硫。爐內(nèi)脫硫是在燃燒過(guò)程中,向爐內(nèi)加入固硫劑如CaCO3等,使煤中硫分轉(zhuǎn)化成硫酸鹽,隨爐渣排除。爐內(nèi)噴鈣脫硫技術(shù)工藝簡(jiǎn)單,投資費(fèi)用低,占地面積小、沒有廢水排放,特別適用于老廠的改造,但其脫硫率不高。

3.煙氣脫硫。煙氣脫硫技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用最廣、效率最高的脫硫技術(shù)。其基本原理是:堿性脫硫劑+SO2=亞硫酸鹽(吸收過(guò)程),亞硫酸鹽+SO2=硫酸鹽(氧化過(guò)程)。堿性脫硫吸收劑吸收SO2,先反應(yīng)形成亞硫酸鹽,再加上氧,氧化成為穩(wěn)定的硫酸鹽,然后將硫酸鹽加工為所需產(chǎn)品。

二、煙氣脫硫方案比較

目前國(guó)外應(yīng)用較為廣泛的煙氣脫硫工藝主要有7種,石灰石-石膏濕法、煙氣循環(huán)流化床、海水脫硫、電子束和氨水洗滌等5種工藝均可以達(dá)到90%以上的高脫硫效率。國(guó)內(nèi)電廠煙氣脫硫主要有濕法、干法等工藝。

(一)干法煙氣脫硫工藝

干法煙氣脫硫技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):該技術(shù)為氣同反應(yīng),相對(duì)于濕法脫硫系統(tǒng)來(lái)說(shuō),設(shè)備簡(jiǎn)單,占地面積小、投資和運(yùn)行費(fèi)用較低、操作方便、能耗低、生成物便于處置、無(wú)污水處理系統(tǒng)等。但其缺點(diǎn)是反應(yīng)速度慢,脫硫率較低,先進(jìn)的可達(dá)60-80%,吸收劑利用率低,磨損、結(jié)垢現(xiàn)象比較嚴(yán)重。而且在設(shè)備維護(hù)方面難度較大,設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性不高,且壽命較短。因此,限制了此種方法的廣泛應(yīng)用。

(二)濕法煙氣脫硫工藝

濕法煙氣脫硫技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):濕法煙氣脫硫技術(shù)為氣液反應(yīng),反應(yīng)速度快,脫硫效率高,一般均高于90%,而且技術(shù)成熟,適用面廣,生產(chǎn)運(yùn)行安全可靠。因此,在眾多的脫硫技術(shù)中,始終占據(jù)主導(dǎo)地位。但其缺點(diǎn)是生成物是液體或淤渣,較難處理,設(shè)備腐蝕性嚴(yán)重,洗滌后煙氣需再熱,能耗高,占地面積大,投資和運(yùn)行費(fèi)用高。而且系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備龐大、耗水量大、一次性投資高,一般適用于大型電廠。

常用的濕法煙氣脫硫技術(shù)有石灰石-石膏法、間接的石灰石-石膏法、檸檬吸收法等。其中,石灰石-石膏濕法脫硫工藝是當(dāng)今世界的主導(dǎo)脫硫工藝,約占全部煙氣脫硫裝置的90%以上。

(三)石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝過(guò)程中主要的化學(xué)反應(yīng)為:

吸收反應(yīng):SO2+H2O→H2SO3→HSO3-+H+

溶解反應(yīng):CaCO3+H+→Ca2-+CO2+H2O

氧化反應(yīng):HSO3-+1/2O2→SO42-+H+

石膏析出:Ca2-+SO42-+2H2O→CaSO4·2H2O

2.石灰石-石膏濕法脫硫工藝的主要特點(diǎn):

(1)技術(shù)成熟,運(yùn)行可靠性好。國(guó)外火電廠石灰石-石膏濕法脫硫裝置投運(yùn)率一般可達(dá)95%以上。

(2)對(duì)煤種變化的適應(yīng)性強(qiáng)。該工藝適用于任何含硫量的煤種。

(3)脫硫效率高,可達(dá)95%以上,脫硫后的煙氣不但二氧化硫濃度很低,而且煙氣含塵量也大大減少。

(4)脫硫副產(chǎn)物便于綜合利用。其脫硫副產(chǎn)物為二水石膏,主要用途是生產(chǎn)建材產(chǎn)品和水泥緩凝劑。

(5)吸收劑資源豐富,價(jià)格便宜。作為該脫硫工藝吸收劑的石灰石,在我國(guó)分布很廣,資源豐富,且石灰石價(jià)格便宜。

(6)技術(shù)進(jìn)步快。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)石灰石-石膏濕法工藝進(jìn)行了深入的研究與不斷的改進(jìn),如吸收裝置由原來(lái)的冷卻、吸收、氧化三塔合為一塔等。

(7)占地面積相對(duì)較大,一次性建設(shè)投資也相對(duì)較大。

三、石灰石-石膏濕法脫硫工藝的流程

石灰石-石膏濕法脫硫工藝系統(tǒng)主要由煙氣系統(tǒng)、吸收氧化系統(tǒng)、漿液制備系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、排放系統(tǒng)組成。

1.漿液制備系統(tǒng)。不同的制漿方式所對(duì)應(yīng)的設(shè)備也各不相同。主要設(shè)備包括:磨機(jī)(濕磨時(shí)用)、粉倉(cāng)(干粉制漿時(shí)用)、漿液箱、攪拌器、漿液輸送泵。石灰石粉經(jīng)給料、加水后,在石灰石漿液箱內(nèi)制成濃度為25%左右漿液,供脫硫系統(tǒng)使用。

2.吸收氧化系統(tǒng)。吸收系統(tǒng)的主要設(shè)備是吸收塔,它是石灰石-石膏濕法脫硫設(shè)備的核心裝置,系統(tǒng)在塔中完成對(duì)SO2、SO3等有害氣體的吸收。濕法脫硫吸收塔有許多種結(jié)構(gòu),如設(shè)一座集吸收、氧化于一體的吸收塔,其上部為吸收區(qū),下部為氧化槽。塔內(nèi)設(shè)2臺(tái)漿液循環(huán)泵,另設(shè)2層霧化噴淋層,分別對(duì)應(yīng)2臺(tái)循環(huán)泵。

3.煙氣系統(tǒng)。煙氣系統(tǒng)包括煙道、煙氣擋板、密封風(fēng)機(jī)和氣-氣加熱器等關(guān)鍵設(shè)備。煙氣從燒結(jié)機(jī)經(jīng)引風(fēng)機(jī)引出,降溫后進(jìn)入吸收塔。脫硫后的煙氣加熱后通過(guò)煙道進(jìn)入煙囪排向大氣。

4.石膏脫水系統(tǒng)。石膏脫水系統(tǒng)包括水力旋流器和真空皮帶脫水機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備。從吸收塔中排出的含固量為15%的漿液,經(jīng)水力旋流器濃縮至含固量40～60%左右,再經(jīng)真空皮帶脫水機(jī)脫水,控制最終石膏副產(chǎn)品的含水率小于10%。

5.排放系統(tǒng)。排放系統(tǒng)主要由事故漿池、區(qū)域漿池及排放管路組成。

石灰石-石膏濕法脫硫的基本工藝流程是:石灰粉經(jīng)消化處理后加水?dāng)嚢柚瞥晌諠{液,漿液通過(guò)噴漿層內(nèi)設(shè)置的噴嘴噴射到吸收塔中并循環(huán)流動(dòng)。鍋爐煙氣除塵后通過(guò)增壓風(fēng)機(jī)并降溫后進(jìn)入吸收塔。在吸收塔內(nèi)煙氣向上流動(dòng)且被向下流動(dòng)的循環(huán)漿液以逆流方式洗滌,即可脫除SO2、SO3、HCL和HF,同時(shí)在“強(qiáng)制氧化工藝”的處理下反應(yīng)的副產(chǎn)物被導(dǎo)入的空氣氧化為石膏(CaSO4·2H2O),并消耗作為吸收劑的石灰石。

在吸收塔內(nèi),煙氣中的SO2與漿液中CaSO3以及鼓入的氧化空氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)被脫除,最終反應(yīng)產(chǎn)物為石膏。石膏漿液通過(guò)石膏漿液泵排出,進(jìn)入石膏脫水系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)凈化處理的煙氣流經(jīng)兩級(jí)除霧器除霧,將清潔煙氣中所攜帶的漿液霧滴去除。在吸收塔出口,干凈的煙氣一般被冷卻到50℃左右,且為水蒸氣所飽和。通過(guò)氣-氣加熱器將煙氣加熱到80℃以上,通過(guò)煙道進(jìn)入煙囪排向大氣。

四、煙氣脫硫存在的問(wèn)題

(一)從宏觀上看

1.國(guó)家對(duì)煙氣脫硫的市場(chǎng)監(jiān)管不夠。目前,我國(guó)缺乏對(duì)煙氣脫硫設(shè)施進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)的指標(biāo)和要求,對(duì)供、需雙方的市場(chǎng)監(jiān)管還未及時(shí)有效跟進(jìn)。供方市場(chǎng)存在著脫硫技術(shù)的重復(fù)引進(jìn),技術(shù)人員不足,招標(biāo)中無(wú)序,質(zhì)量管理環(huán)節(jié)薄弱等問(wèn)題;需方市場(chǎng)存在著工藝選擇的盲目性,單純地以低價(jià)位選取中標(biāo)單位,重前期招標(biāo),輕建造管理。

2.煙氣脫硫技術(shù)自主創(chuàng)新能力較低。煙氣脫硫建設(shè)規(guī)模急劇增長(zhǎng),但產(chǎn)業(yè)化發(fā)展相對(duì)滯后;雖然大部分設(shè)備可以國(guó)內(nèi)制造,但關(guān)鍵設(shè)備仍需要進(jìn)口。大多數(shù)脫硫公司仍需采用國(guó)外技術(shù),而且消化吸收、再創(chuàng)新能力較弱。

3.脫硫設(shè)施難以高效穩(wěn)定運(yùn)行。要求與機(jī)組“三同時(shí)”的脫硫設(shè)施,在實(shí)際中卻不能與新建機(jī)組同步建設(shè)、同步投運(yùn);投運(yùn)后達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)、不能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行等情況時(shí)有發(fā)生。目前已建成投產(chǎn)的煙氣脫硫設(shè)施實(shí)際投運(yùn)率不足,減排二氧化硫的作用沒有完全發(fā)揮。

(二)從微觀上看

對(duì)于大量采用的濕法煙氣脫硫通常存在廢液難以處理、結(jié)垢和堵塞、腐蝕和磨損等問(wèn)題。這些問(wèn)題如果解決不好,便會(huì)造成二次污染、運(yùn)轉(zhuǎn)效率低下或不能運(yùn)轉(zhuǎn)等新問(wèn)題。

1.廢液的處理。合理處理濕法煙氣脫硫產(chǎn)生的含有煙塵、硫酸鹽、亞硫酸鹽等廢液,往往是濕法煙氣脫硫技術(shù)成敗的關(guān)鍵因素之一。硫酸鹽及亞硫酸鹽廢液未經(jīng)處理就排放,會(huì)造成二次污染?；厥蘸屠脧U液中的硫酸鹽類,廢物資源化,可采用如轉(zhuǎn)化成優(yōu)良的建筑材料——石膏,轉(zhuǎn)化成高濃度高純度的液體SO2等處理技術(shù)。

2.結(jié)垢和堵塞。脫硫系統(tǒng)結(jié)垢和堵塞的原因是煙氣中的氧氣將CaSO3氧化成CaSO4·2H2O(石膏),并使石膏過(guò)飽和?？稍斐晌账?、氧化槽、管道、噴嘴、除霧器等結(jié)垢和堵塞。通常可通過(guò)強(qiáng)制氧化和抑制氧化得到控制。

3.腐蝕及磨損。煤炭燃燒時(shí)除生成SO2以外,還生成少量的SO3,煙氣中SO3的濃度為10～40ppm,由于煙氣中含有水(4%～12%),生成的SO3瞬間內(nèi)形成硫酸霧。當(dāng)溫度較低時(shí),硫酸霧凝結(jié)成硫酸附著在設(shè)備的內(nèi)壁上,或溶解于洗滌液中,造成吸收塔及有關(guān)設(shè)備腐蝕。解決方法主要有:采用耐腐蝕材料制作吸收塔,設(shè)備內(nèi)壁涂敷防腐材料等。含有煙塵的煙氣高速穿過(guò)設(shè)備及管道,在吸收塔內(nèi)同吸收液攪動(dòng)接觸,致使設(shè)備嚴(yán)重磨損。解決的方法主要有:煙氣進(jìn)入吸收塔前進(jìn)行高效除塵,采用耐磨材料制作吸收塔及其有關(guān)設(shè)備,設(shè)備內(nèi)襯或涂敷耐磨材料。

火電廠煙氣脫硫雖然存在這樣那樣的問(wèn)題,但其發(fā)展是必然趨勢(shì)。加快火電廠煙氣脫硫產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的指導(dǎo)思想是:以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo),以環(huán)保法規(guī)和工程建設(shè)法規(guī)為準(zhǔn)繩,以市場(chǎng)為導(dǎo)向,以企業(yè)為主體。通過(guò)創(chuàng)新機(jī)制、加強(qiáng)監(jiān)管、落實(shí)和完善相關(guān)政策、建立和完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、加強(qiáng)行業(yè)自律、加強(qiáng)協(xié)調(diào)管理,推動(dòng)我國(guó)火電廠煙氣脫硫產(chǎn)業(yè)的健康、快速發(fā)展。

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