采用電石渣作為脫硫劑的循環(huán)流化床法脫硫可行性分析

吳楓，王丙林，王勛

采用電石渣作為脫硫劑的循環(huán)流化床法脫硫可行性分析

吳楓，王丙林，王勛

（航天長征化學工程股份有限公司蘭州分公司，甘肅蘭州730010）

針對某化工集團有限公司130t/h循環(huán)流化床鍋爐擬采用電石渣作為脫硫劑的循環(huán)流化床法脫硫技術（CFB-FGD）的可行性進行分析，得出循環(huán)流化床法脫硫工藝可采用電石渣作為脫硫劑。通過該工藝技術可使得電石渣資源化利用，無害化處理；該脫硫工藝生成物為飛灰、亞硫酸鈣、硫酸鈣和未反應的脫硫劑加水后發(fā)生固化反應，適合用于礦井回填、道路基礎等；該工藝同時可減少或替代常規(guī)脫硫劑（生石灰、熟石灰等）的消耗，減少二氧化硫、三氧化硫等污染物的排放，達到一定的環(huán)境效益；由于該工藝減少了球磨機、貯存罐、易磨損的漿液輸送泵等設備，因此工藝流程簡單，降低設備購置費用，減少能耗，降低運行費用，達到一定的經(jīng)濟效益。

循環(huán)流化床；電石渣；循環(huán)流化床法脫硫；效益

0　引言

我國的SO2、SO3等污染控制正面臨嚴峻的形式，并隨著環(huán)保部門對污染物的嚴格排放標準的出臺，進一步開發(fā)應用高效低耗、投資省、運行穩(wěn)定的脫硫技術具有極其重要的意義。當前主要的半干法煙氣脫硫技術包括旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法（SDA）、爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化工藝（LIFAC）、半干半濕法脫硫工藝（BGBS）、新型綜合煙氣脫硫技術（NID）、循環(huán)流化床煙氣脫硫技術（CFBFGD）。干法、半干法煙氣脫硫技術投資省、占地少，適用于老電廠煙氣脫硫改造；較寬的脫硫效率范圍使其具有較強的適應性，能滿足不同電站對煙氣脫硫的需要。基于流態(tài)化技術的循環(huán)流化床法工藝既可在舊電廠改造使用，也適合新建中小型鍋爐的煙氣脫硫，可進一步探索電石渣在水泥、建筑材料、礦山冶金、化工生產(chǎn)和三廢治理等行業(yè)中的資源化利用途徑。本論述對電石渣在循環(huán)流化床脫硫的可行性進行了分析，提出電石渣的資源化利用應遵循聯(lián)合生產(chǎn)、聯(lián)合治理、綜合利用的觀念，達到電石渣資源化、無害化處理的目的。

本論述以電石渣作為脫硫劑的循環(huán)流化床法脫硫技術運行情況分析得出，電石渣作為脫硫劑的循環(huán)流化床法脫硫技術具有一定經(jīng)濟性，并可減少SO2、SO3等污染物的排放，同時使得電石渣資源化，達到再次利用變廢為寶的目的。

1　電石渣替代生石灰作為脫硫劑的可行性分析

1.1鍋爐運行參數(shù)

本論述針對某化工集團有限公司130t/h循環(huán)流化床鍋爐擬采用電石渣作為脫硫劑的循環(huán)流化床法脫硫技術（CFB-FGD）的可行性進行分析，通過該工藝擬使得二氧化硫的排放量小于1750mg/Nm3，同時使得煙塵排放量小于35.0g/Nm3，到達環(huán)保部規(guī)定的排放要求。該鍋爐的運行參數(shù)如下：

鍋爐運行參數(shù)：

最大蒸發(fā)量：130t/h

額定蒸發(fā)壓力（表壓）：3.82MPa

額定蒸汽溫度：450℃

額定給水溫度：150℃

額定工況時耗煤量：19t/h

排煙溫度：135℃

SO2排放≤1750mg/Nm3

NOx排放250～350mg/Nm3

鍋爐原始煙塵排放≤35.0g/Nm3

煙氣排放量150000Nm3

1.2鍋爐設計燃料收到基硫份分析

由表1可知該鍋爐燃燒的設計煤種收到基硫含量為0.38%，而校核煤種的硫含量為設計煤種的1.74倍，雖然硫的含量較低，但仍需進一步控制硫的排放，達到一定的環(huán)保效益。

表1　燃料煤的元素分析

1.3生石灰作為脫硫劑的反應原理

此次對比的生石灰的成分組成要求見表2，生石灰作為脫硫劑，脫硫效率可達到90%，但成本較高。因此尋找價格低廉的脫硫劑成為當務之急。生石灰脫硫劑的反應原理為：

表2　生石灰成分組成

1.4電石渣作為脫硫劑的反應原理

從表3中可知電石渣的主要成分為氫氧化鈣，含有少量的硫、磷、鐵等。電石渣為粉末狀物質(zhì)，可直接與鍋爐燃燒生成的二氧化硫、三氧化硫反應，生成亞硫酸鈣和硫酸鈣。不僅可使得電石渣資源化處理而且減少了生石灰的消耗量。反應原理為：

Ca（OH）2+SO2=CaSO3+H2O

Ca（OH）2+SO3=CaSO4+H2O

CaSO3+1/2O2=CaSO4

表3　電石渣成分組成

2　電石渣作為脫硫劑的循環(huán)流化床法脫硫工藝可行性分析

2.1脫硫劑分析

電石渣是電石水解獲取乙炔氣后的以氫氧化鈣為主要成分的廢渣。乙炔（C2H2）是基本有機合成工業(yè)的重要原料之一，以電石（CaC2）為原料，加水（濕法）生產(chǎn)乙炔的工藝簡單成熟，目前在我國占較大比重。1t電石加水可生成約300kg乙炔氣，同時生成10t含固量約12%的工業(yè)廢液，俗稱電石渣漿。電石渣在許多工廠作為固體廢棄物處置。

現(xiàn)有的循環(huán)流化床法脫硫裝置大多采用生石灰作為脫硫劑，脫硫劑采用由CaO粉干消化所得到的氫氧化鈣Ca（OH）2細粉。而電石渣的主要成分為Ca（OH）2及硫、磷、鐵金屬化合物，與熟石灰成分基本相同，故電石渣可代替生石灰作為脫硫劑。

2.2工藝特點

由于電石渣顆粒已經(jīng)足夠細，可以滿足循環(huán)流化床法的脫硫要求，因此無須再磨，既節(jié)省了購買球磨機等大型設備的投資費用，又減少了能耗，降低了運行費用。并且不像濕法、循環(huán)流化床法工藝需要為數(shù)眾多的貯存罐、易磨損的漿液輸送泵等復雜的脫硫劑制備和輸送系統(tǒng)，用簡單的空氣斜槽就可以輸運，大大簡化了工藝流程。電石渣循環(huán)流化床法脫硫工藝的副產(chǎn)品為硫酸鈣，呈干粉狀，含水率只有4%左右，流動性好，適宜采用氣力輸送裝置輸送。其化學組成與噴霧干燥工藝的副產(chǎn)品類似，主要成分有飛灰、CaSO3、CaSO4以及未反應的脫硫劑等，加水后會發(fā)生固化反應，適合用于礦井回填、道路基礎等二次利用。

2.3工藝原理

脫硫工藝由脫硫劑制備系統(tǒng)、吸收塔、再循環(huán)系統(tǒng)、布袋除塵器系統(tǒng)、輸灰系統(tǒng)以及自動控制系統(tǒng)組成。鍋爐原煙氣從流化床下部進入吸收塔，與熟石灰顆粒在吸收塔內(nèi)充分混合，SO2、SO3等有害氣體與熟石灰反應，生成CaSO3·1/2H2O、CaSO4·2H2O和CaCO3。工藝水用噴嘴噴入吸收塔下部，以增加煙氣濕度降低煙溫，使吸收塔內(nèi)反應溫度盡可能接近水露點溫度，從而提高脫硫效率。反應產(chǎn)物由煙氣從吸收塔上部攜帶出去，經(jīng)布袋除塵器分離，分離下來的固體飛灰經(jīng)返料斜槽送回吸收塔，飛灰循環(huán)量可以根據(jù)負荷進行調(diào)節(jié)。在吸收塔底部文丘里縮徑處所形成的高速煙氣流與循環(huán)飛灰和熟石灰固體顆粒及工藝水液體霧滴迅速混合，在吸收塔中形成氣－固－液三相流。熟石灰的再循環(huán)延長了脫硫反應時間，提高熟石灰的利用率。

3　電石渣作為脫硫劑的循環(huán)流化床法脫硫工藝經(jīng)濟型分析

按年運行時間以8000h計。

生石灰為脫硫劑的煙氣凈化系統(tǒng)年運行費用見表4：（按單臺130t/h鍋爐計算）。

表4　生石灰為脫硫劑的煙氣凈化系統(tǒng)年運行費

電石渣為脫硫劑煙氣凈化系統(tǒng)年運行費用見表5：（按單臺130t/h鍋爐計算）。

如采用電石渣作為脫硫劑可降低生石灰原料成本78.48萬元/年。單位脫硫成本可較少0.0796元/kW·h。因此采用電石渣作為脫硫劑的循環(huán)流化床法脫硫可達到一定的經(jīng)濟效益。

4　結(jié)論

（1）根據(jù)循環(huán)流化床法（CFB-FGD）工藝特性，電石渣中的主要成分為Ca（OH）2，與熟石灰成分基本相同，完全可滿足脫硫工藝要求，方案理論上是可行的，將在接下來的工程中做應用嘗試。

表5　電石渣為脫硫劑的煙氣凈化系統(tǒng)年運行費

（2）采用電石渣作為脫硫劑的循環(huán)流化床法脫硫工藝，可有效減少SO2、SO3等污染物的排放，滿足環(huán)保要求。

（3）通過該工藝技術可使得電石渣資源化，達到二次利用變廢為寶的目的，具有一定的經(jīng)濟效益及環(huán)境效益。

（4）電石渣屬于固體廢棄物，品質(zhì)難以保證，副產(chǎn)品中雜質(zhì)較多。

（5）電石渣在運輸、儲存中存在一定的二次污染風險，故建議在化工裝置能自產(chǎn)電石渣或能就近購買電石渣的企業(yè)采用該方案。

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X701.3

A

10.3969/j.issn.1672-6375.2016.09.014

2016-6-22

吳楓（1978-），男，漢族，甘肅天水人，大學本科，工程師，主要研究方向：熱工設計。