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      發(fā)電廠脫硫效率探討

      2015-04-29 00:00:00王雷李壯志
      基層建設(shè) 2015年29期

      王雷 李壯志

      徐州華鑫發(fā)電有限公司

      摘要:通過對濕法煙氣脫硫工藝過程的分析和系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果,總結(jié)出原煙氣中氧量、粉塵、溫度等參數(shù)的變化和工藝過程控制、設(shè)備運(yùn)行方式的改變對煙氣脫硫效率的影響規(guī)律,對運(yùn)行實(shí)踐有一定的指導(dǎo)意義。

      1 前言

      濕式石灰石-石膏煙氣脫硫(以下簡稱FGD)是目前世界上技術(shù)最成熟、實(shí)用業(yè)績最多、運(yùn)行狀況最穩(wěn)定的脫硫工藝,脫硫效率在90%以上,副產(chǎn)品石膏可回收利用。徐州華鑫發(fā)電有限公司采用石灰石-石膏濕法工藝,處理1、2號爐2×330 MW機(jī)組的全部燃煤煙氣,最大處理煙氣量1.0×106 m3/h(濕),脫硫率在95%以上,F(xiàn)GD出口SO2排放濃度<100 mg/m3,作為煙氣脫硫的副產(chǎn)品石膏,其純度>90%,含水率<10%。

      濕法煙氣脫硫工藝涉及到一系列的化學(xué)和物理過程,脫硫效率取決于多種因素。在原料方面,工藝水品質(zhì)、石灰石粉的純度和顆粒細(xì)度等直接影響脫硫化學(xué)反應(yīng)活性;在工藝控制方面,石灰石粉的制漿濃度、石膏旋流站排出的廢水流量設(shè)定等都與脫硫率有關(guān),而FGD關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行和控制方式將決定脫硫效果和終產(chǎn)物石膏的品質(zhì);機(jī)組原煙氣參數(shù)如溫度、SO2濃度、氧量、粉塵濃度等也不同程度地影響脫硫反應(yīng)進(jìn)程。

      2 濕法脫硫工藝過程分析

      FGD包括吸收塔、石灰石制漿系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)和廢水處理等部分,其中吸收塔是煙氣脫硫反應(yīng)的關(guān)鍵部分。濕法煙氣脫硫工藝的主要原理是以石灰石漿液作為脫硫劑,在吸收塔(洗滌塔)內(nèi)對含有SO2的煙氣進(jìn)行噴淋洗滌,使SO2與漿液中的堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CaSO3和CaSO4而將SO2去除。

      在吸收塔內(nèi),通過氧化風(fēng)機(jī)將空氣引入到漿液中,再經(jīng)攪拌器攪拌使氧充分注入漿液,這樣既保證了被吸收的SO2與漿液反應(yīng)后生成的HSO3-完全氧化成SO42-,又減少了漿液發(fā)生結(jié)垢的可能性,使石膏CaSO4·2H2O結(jié)晶析出,在吸收塔內(nèi)停留一定時(shí)間后,通過石膏外排泵送至石膏旋流站。經(jīng)旋流器分離的高濃度石膏漿液進(jìn)入真空皮帶機(jī)脫水形成水分少于10%的石膏,低濃度的旋流溢流液則返回至吸收塔繼續(xù)反應(yīng)或進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)。

      從濕法煙氣脫硫工藝過程和化學(xué)反應(yīng)歷程不難發(fā)現(xiàn),提高煙氣與混合漿液的接觸反應(yīng)時(shí)間、增加漿液循環(huán)量、增加氧量、控制吸收塔漿液合理的pH值等措施都將有利于SO2的吸收、脫硫率的提高和石膏的形成。

      3 影響脫硫率的因素分析

      濕法煙氣脫硫效率與原煙氣參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行方式等有直接關(guān)系,而且許多因素是共同作用的。華鑫發(fā)電公司1、2號機(jī)組燃煤平均含硫率為1.3%,進(jìn)入吸收塔的煙氣中SO2濃度在1500 mg/m3(干)左右,由于煤種的變換,實(shí)際運(yùn)行中SO2進(jìn)口濃度在900 mg/m3~3500 mg/m3之間波動,脫硫率也不十分穩(wěn)定,當(dāng)原煙氣中SO2突然升高時(shí),脫硫率會有所下降,但若能有效地控制設(shè)備運(yùn)行方式,就能保證FGD有較高而穩(wěn)定的脫硫率。

      3.1 煙氣與脫硫劑接觸時(shí)間

      煙氣進(jìn)入吸收塔后,自下而上流動,與噴淋而下的石灰石漿液霧滴接觸反應(yīng),接觸時(shí)間越長,反應(yīng)進(jìn)行得越完全。煙氣與脫硫劑的接觸時(shí)間越長,脫硫率越高。

      3.2 漿液循環(huán)量

      新鮮的石灰石漿液噴淋下來后與煙氣接觸后,SO2等氣體與石灰石的反應(yīng)并不完全,需要不斷地循環(huán)反應(yīng),從表1可以發(fā)現(xiàn),運(yùn)行3臺循環(huán)泵的脫硫率明顯高于只運(yùn)行2臺的工況。原因是增加了漿液的循環(huán)量,也就加大了CaCO3與SO2的接觸反應(yīng)機(jī)會,從而提高了SO2的去除率。此外,增加漿液的循環(huán)量,將促進(jìn)混合漿液中的HSO3-氧化成SO42-,有利于石膏的形成。

      3.3 吸收塔漿液pH值

      煙氣中SO2與吸收塔漿液接觸后發(fā)生如下一些化學(xué)反應(yīng):

      SO2+H2O=HSO3-+H+

      CaCO3+H+=HCO3-+Ca2+

      HSO3-+1/2O2=SO42-+H+

      SO42-+Ca2++2H2O=CaSO4·2H2O

      從以上反應(yīng)歷程不難發(fā)現(xiàn),高pH的漿液環(huán)境有利于SO2的吸收,而低pH則有助于Ca2+的析出,二者互相對立,因此選擇一合適的pH值對煙氣脫硫反應(yīng)至關(guān)重要。

      在一定范圍內(nèi)隨著吸收塔漿液pH的升高,脫硫率一般也呈上升趨勢,因?yàn)楦遬H意味著漿液中有較多的CaCO3存在,對脫硫當(dāng)然有益,但pH>5.8后脫硫率不會繼續(xù)升高,反而降低,原因是隨著H+濃度的降低,Ca2+的析出越來越困難,當(dāng)pH=5.9時(shí),漿液中CaCO3的含量達(dá)到2.98%,而CaSO4·2H2O含量也低于90%,顯然此時(shí)SO2與脫硫劑的反應(yīng)不徹底,既浪費(fèi)了石灰石,又降低了石膏的品質(zhì),pH再下降時(shí),CaSO4·2H2O含量又回升,CaCO3則降低。因此,漿液pH值既不能太高又不能太低,一般情況下控制吸收塔漿液的pH在5.4~5.5之間,能使脫硫反應(yīng)的Ca/S保持在設(shè)計(jì)值(1.02左右)內(nèi),獲得較為理想的脫硫率,同時(shí)又使?jié){液中CaCO3的含量低于1%。

      3.4 氧量

      O2參與煙氣脫硫的化學(xué)過程,使4HSO3-氧化為SO42-,接收二臺機(jī)組煙氣時(shí),在煙氣量、SO2濃度、煙溫等參數(shù)基本恒定的情況下氧量對脫硫率的影響曲線,隨著煙氣中O2含量的增加,CaSO4·2H2O的形成加快,脫硫率也呈上升趨勢。當(dāng)原煙氣中氧量一定時(shí),可入為往吸收塔漿液中增加氧氣,所以多投運(yùn)氧化風(fēng)機(jī)可提高脫硫率。當(dāng)煙氣中O2含量為6.0%時(shí),運(yùn)行2臺氧化風(fēng)機(jī)比運(yùn)行1臺氧化風(fēng)機(jī)的脫硫率高出2%左右。

      3.5 石膏漿液密度

      隨著煙氣與脫硫劑反應(yīng)的進(jìn)行,吸收塔的漿液密度不斷升高,通過吸收塔漿液化學(xué)成分的取樣分析結(jié)果,當(dāng)密度>1085 kg/m3時(shí),混合漿液中Ca-CO3和CaSO4·2H2O的濃度已趨于飽和,CaSO4·2H2O對SO2的吸收有抑制作用,脫硫率會有所下降;而石膏漿液密度過低(<1100 kg/m3=時(shí),說明漿液中CaSO4·2H2O的含量較低,CaCO3的相對含量升高,此時(shí)如果排出吸收塔,將導(dǎo)致石膏中Ca-CO3含量增高,品質(zhì)降低,而且浪費(fèi)了脫硫劑石灰石。因此運(yùn)行中控制石膏漿液密度在一合適的范圍內(nèi)(1130~1160 kg/m3),將有利于FGD的有效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

      3.6 煙塵

      原煙氣中的飛灰在一定程度上阻礙了SO2與脫硫劑的接觸,降低了石灰石中Ca2+的溶解速率,同時(shí)飛灰中不斷溶出的一些重金屬如Hg、Mg、Cd、Zn等離子會抑制Ca2+與HSO3-的反應(yīng)。試驗(yàn)證明,如果煙氣中粉塵含量持續(xù)超過200 mg/m3(干),則將使脫硫率下降1%~2%,并且石膏中CaSO4·2H2O的含量降低,白度減少,影響了品質(zhì)。

      3.7 煙氣溫度

      實(shí)際運(yùn)行過程中,機(jī)組負(fù)荷變化較頻繁,F(xiàn)GD進(jìn)口煙溫也會隨之波動,對脫硫率有一定的影響。理論上進(jìn)入吸收塔的煙氣溫度越低,越利于SO2氣體溶于漿液,形成HSO3-,所以高溫的原煙氣先經(jīng)過氣-氣加熱器降溫后再進(jìn)入吸收塔與脫硫劑接觸有利于SO2的吸收。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn),在處理二臺機(jī)組煙氣、運(yùn)行2、4號循環(huán)泵、進(jìn)口煙氣SO2濃度和氧量基本不變的工況下,當(dāng)進(jìn)入吸收塔的煙溫為96℃時(shí),脫硫率為92.1%;當(dāng)煙溫升到103℃時(shí),脫硫率已下降至84.8%,而接收一臺機(jī)組煙氣時(shí)煙溫對脫硫率的影響就更明顯了。

      4 結(jié)論

      4.1 進(jìn)入吸收塔的原煙氣中O2含量高、粉塵濃度低、煙溫低等都對脫硫反應(yīng)有利,當(dāng)氧量一定時(shí),增開一臺氧化風(fēng)機(jī)能提高脫硫效率。

      4.2 保持吸收塔漿液pH在5.4~5.5之間,可使FGD保持較好的脫硫效果和石膏品質(zhì),pH太高不利于Ca2+的析出和石灰石的充分利用,pH過低則影響SO2的吸收。

      4.3 吸收塔漿液密度過高會降低脫硫率,過低時(shí)脫硫劑的利用不徹底,保持漿液密度在1130~1160kg/m3之間,可獲得較好的脫硫效果。

      作者簡介:

      王 雷 徐州華鑫發(fā)電有限公司(發(fā)電部)助理工程師。

      李壯志 徐州華鑫發(fā)電有限公司(發(fā)電部)高級工。

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