火電廠煙氣濕法脫硫處理工藝及應(yīng)用

李智文(陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神木電化發(fā)展有限公司，陜西 榆林 719316)

1 火電廠鍋爐煙氣中二氧硫?qū)Νh(huán)境的危害

我國的煤炭產(chǎn)量居世界第一，而且高硫煤(硫含量超過2.5%)的產(chǎn)量占煤炭總量的20%～25%。全國84%的煤炭消耗是直接燃燒，燃燒過程中釋放出大量的二氧化硫(特別是熱電廠和焦化廠等行業(yè))，燃煤二氧化硫排放量超過總二氧化硫排放量的85%，對空氣造成嚴(yán)重污染。二氧化硫是無色、透明、有刺激性臭味的氣體。二氧化硫遇見水蒸氣反應(yīng)生成亞硫酸(SO2+H2O→H2SO3)，而亞硫酸是酸雨的主要成份。二氧化硫在室內(nèi)遇見水蒸氣就會腐蝕建筑物內(nèi)金屬部分。房屋建筑就會減少壽命。大氣中二氧化硫濃度在0.5ppm 以上對人體已有潛在影響；在400～500ppm 之間，人們有潰瘍和肺水腫，直到窒息而死。二氧化硫與大氣中的煙霧相互作用。當(dāng)空氣中二氧化硫濃度為0.21PPM 時，煙霧濃度超過3.3mg/L，可能會增加呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病率，慢性病人的病情迅速惡化。減少空氣中二氧化硫的污染，提高空氣質(zhì)量迫在眉睫。

2 煙氣脫硫技術(shù)探討

近年來，世界各國在火電廠鍋爐煙氣脫硫技術(shù)方面進(jìn)行了大量研發(fā)，開發(fā)了多種脫硫技術(shù)。主要有：(1)燃燒前脫硫。對煤進(jìn)行化學(xué)、物理或生物脫硫方法。物理法一般可去除硫的20%～40%；化學(xué)法投資相對較大；生物法目前處于研究階段，估計脫硫效率可達(dá)到80%～90%。(2)燃燒脫硫技術(shù)。在煤燃燒過程中進(jìn)行脫硫，主要有爐內(nèi)噴鈣，循環(huán)硫化床(CFB, PCFB),脫硫效率一般可達(dá)到50%～70%。(3)燃燒后煙氣脫硫技術(shù)(簡稱 FGD)，如濕法，簡單濕法，干法，半干法，氨法等[1]。

由于煙氣脫硫(FGD)效率較高，國內(nèi)絕大多數(shù)火電廠鍋爐均采用了此工藝進(jìn)行脫硫。在所有煙氣脫硫(FGD)工藝中，石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)比較受到國內(nèi)外火電企業(yè)的歡迎。據(jù)不完全統(tǒng)計，在所有火電企業(yè)煙氣脫硫技術(shù)中，石灰石-石膏法脫硫工藝大約占總量的75%以上。而國內(nèi)已投產(chǎn)的火電廠和電廠煙氣脫硫技術(shù)中，石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)占91%以上。該技術(shù)的優(yōu)點是：適用煤種廣、脫硫效率高、脫硫劑價格低廉、來源廣泛。石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)是最成熟、運行狀況最穩(wěn)定的脫硫技術(shù)，它的脫硫效率一般都在90%以上，而作為副產(chǎn)品石膏可以回收利用[2]。

3 火電廠煙氣石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)探討

石灰石-石膏濕法脫硫工藝采用石灰石(CaCO3)作為脫硫劑。由于石灰石(CaCO3)有良好的化學(xué)活性和低廉的價格，已經(jīng)成為世界上最常使用的脫硫劑。

一般來說，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝主要包括以下幾種：石灰石漿液制備系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、SO2吸收系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)等。

3.1 石灰石漿液制備系統(tǒng)

將石灰石粉碎后，通過罐車運送到石灰粉筒倉，通過加料倉，加入溶解罐，和水配制成一定濃度的漿液，通常要求石灰石(粒徑小于或等于20mm)。然后用輸送泵將石灰石漿液輸送至石灰石漿液箱，再經(jīng)過石灰石漿液泵將成品漿液輸送至吸收塔。

3.2 煙氣系統(tǒng)和吸收系統(tǒng)

煙氣從引風(fēng)機(jī)進(jìn)入吸收塔底部后，煙氣中的二氧化硫和石灰石漿液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成亞硫酸鈣(CaCO3+H2SO3→CaSO3+CO2+H2O)。同時亞硫酸鈣經(jīng)過強(qiáng)制氧化進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硫酸鈣(2CaSO3+O2=2CaSO4)。煙氣通過引風(fēng)機(jī)進(jìn)入吸收塔，與上部噴淋層的漿液逆流接觸，脫硫吸收反應(yīng)后。脫硫后的凈煙氣將所攜帶的液滴通過吸收塔的頂部除霧器除去，然后進(jìn)入煙囪，排放到大氣中[3]。

為了使石灰石漿液和SO2反應(yīng)處于最佳狀態(tài)，運行人員必須加強(qiáng)漿液濃度調(diào)節(jié)。一般來說，運行人員主要通過對漿液pH值分析，來及時對漿液濃度進(jìn)行調(diào)整。二氧化硫最佳反應(yīng)的pH值是4.2～5.8。

3.3 工藝水系統(tǒng)

工藝水系統(tǒng)應(yīng)滿足石灰石煙氣濕法脫硫工藝裝置正常運行和事故工況下脫硫工藝系統(tǒng)的用水。

3.4 排空系統(tǒng)

石灰石煙氣濕法脫硫工藝裝置設(shè)置一個濾液箱，負(fù)責(zé)脫水漿液收集和擔(dān)負(fù)事故漿液箱作用，事故漿液箱的容量應(yīng)該滿足所有吸收塔檢修排空時和其他漿液排空的要求。

吸收塔漿液池檢修需要排空時，吸收塔的石膏漿液輸送至事故漿液箱最終可作為下次石灰石煙氣濕法脫硫裝置啟動時的晶種。

4 石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝的應(yīng)用

陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神木電化發(fā)展有限公司2×480t/h 循環(huán)流化床鍋爐濕法脫硫項目，2016年7月10日開工新建，該項目施工單位為陜西省環(huán)保產(chǎn)業(yè)集團(tuán)大秦環(huán)境科技有限公司。該公司鍋爐煙氣濕法脫硫工藝系統(tǒng)主要由石灰漿液制備系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、SO2吸收系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、排空系統(tǒng)、儀用壓縮空氣系統(tǒng)等組成。陜煤電化公司石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝流程如圖1 所示。

圖1 陜煤電化公司石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝流程圖

4.1 工藝原理

本工程脫硫裝置采用石灰-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)設(shè)計。脫硫劑為石灰粉與水配制的懸浮漿液。在吸收塔內(nèi)煙氣中的SO2與石灰漿液反應(yīng)后生成亞硫酸鈣，并就地強(qiáng)制氧化為石膏，經(jīng)石膏排出泵送至石膏旋流器，石膏旋流器濃縮后的底流進(jìn)入真空皮帶脫水機(jī)脫水后成石膏。旋流器頂流進(jìn)入濾液池返回吸收塔。

4.2 工藝系統(tǒng)設(shè)計原則

(1)2×480t/h 機(jī)組脫硫系統(tǒng)采用濕式石灰-石膏法，一爐一塔。

(2)SO2入口濃度小于等于3500mg/Nm3，保證脫硫效率大于99.5%，脫硫后SO2的排放濃度小于20mg/Nm3。

(3)脫硫裝置的脫硫劑采用石灰石。

(4)設(shè)置一個石膏儲存間，容積按兩臺2×480t/h 鍋爐工況3 天(每天24h 計)的石膏量進(jìn)行設(shè)計，石膏倉采取防凍措施。

(5)設(shè)置1 座事故漿液箱。

(6)脫硫設(shè)備年利用小時不小于8000h。

(7) FGD 裝置服務(wù)壽命為30年。

4.3 脫硫效果

該項目于2017年4月底建成投運，二氧化硫?qū)嶋H排放濃度＜10mg/m3，實現(xiàn)了超低排放，通過了陜西省榆林市環(huán)保局的驗收。

5 結(jié)語

石灰石濕法脫硫工藝自動化程度高和脫硫效率比較高，工藝成熟，運行穩(wěn)定，可以有效降低作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度，提高工作效率，目前被大多數(shù)的火電廠采用。