SBS煙氣脫酸技術(shù)在燃?xì)鈾C(jī)組上的應(yīng)用

陳文瑞

(福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000)

1 工程背景

本項目5#機(jī)組為220 t/h高溫高壓、自然循環(huán)、平衡通風(fēng)、全鋼架燃?xì)鉅t(NG-220/9.81-Q),配制一臺60 MW高溫高壓雙抽式汽輪機(jī)(CC60-8.83/4.41/1.28)。設(shè)計燃料的配比為60%高爐煤氣+40%焦?fàn)t煤氣。鍋爐空預(yù)器出口尾部煙道設(shè)有煤氣加熱器，對送入鍋爐內(nèi)煤氣進(jìn)行預(yù)熱，同時降低排煙溫度。鍋爐原始排煙特性如表1所示。

由表1可知，該項目煤氣機(jī)組煙氣原始SO2排放濃度較常規(guī)燃煤機(jī)組低，僅為130 mg/Nm3，但仍然達(dá)不到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，需對煙氣進(jìn)行脫酸處理。且該項目地處南京市中心，要求煙囪消除“白煙”。若采用現(xiàn)行燃煤電廠主流濕法或干法脫硫技術(shù)，需要投入較高工程建設(shè)費(fèi)用，且運(yùn)行維護(hù)成本也非常高。而本項目燃?xì)鈾C(jī)組，原始SO2濃度并不高，顯然從全壽命周期成本考慮，傳統(tǒng)脫硫方式完全不可取。

表1 煙氣特性表

2 SBS煙氣脫酸設(shè)計方案

2.1 技術(shù)原理

SBS煙氣脫酸(Sodium Solution Spraying)：即煙氣與被噴成霧狀的鈉基溶液(Na2CO3或NaHCO3或NaOH)在干燥吸收反應(yīng)煙道內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)的脫酸工藝。該法屬干法脫硫工藝，因添加的吸收劑呈濕態(tài)，而脫硫產(chǎn)物呈干態(tài)，也被稱為半干法。在鈉硫摩爾比2.0～7.0時，脫硫率可達(dá)90%～95%，脫硫產(chǎn)物為Na2SO4、Na2SO3和飛灰等混合物。此法特別適用于處理低硫含量煙氣、且具有足夠長反應(yīng)煙道的情況[2]。該法的優(yōu)點是，系統(tǒng)簡單、運(yùn)行可靠、投資低、能耗小，脫硫產(chǎn)物呈干粉狀，無廢水排放，且對溫度變化范圍沒有很高的要求。但對反應(yīng)煙道和煙氣流場分布的要求較高。

2.2 工藝流程

整個SBS煙氣脫酸系統(tǒng)由脫酸劑溶液配置系統(tǒng)、溶液輸送系統(tǒng)、溶液稀釋系統(tǒng)、壓縮氣系統(tǒng)、溶液計量噴射系統(tǒng)、煙道反應(yīng)器系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成，另需配置除塵系統(tǒng)。工藝流程如圖1所示。

圖1 SBS煙氣脫酸工藝流程圖

以NaOH溶液作為脫酸劑為例，工藝流程如下：首先，運(yùn)輸槽車中的NaOH溶液通過卸載泵輸送到堿液存儲槽中進(jìn)行儲存，儲液罐內(nèi)的溶液經(jīng)過濾后由輸送泵輸?shù)綗煹婪磻?yīng)器內(nèi)的霧化裝置，在煙道反應(yīng)器內(nèi)，溶液在壓縮空氣的作用下，通過雙流體霧化噴嘴，被霧化成細(xì)小液滴的吸收劑與煙氣混合接觸，與煙氣中的SO2、SO3、HCl、HF等酸性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成亞硫酸鈉(NaSO3)和亞硫酸氫鈉(NaHSO3)，同時，脫酸劑帶入的水分迅速被蒸發(fā)而干燥，形成粉末狀的反應(yīng)副產(chǎn)品(大部分為亞硫酸鈉)，由于噴入的溶液量相對煙氣量而言極其微量，煙氣溫度幾乎不發(fā)生變化，仍然高于酸露點，可以直接排放，且不產(chǎn)生廢水。

煙道反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)為：

2NaOH(l)+SO2(g)=Na2SO3(s)+H2O(g)

記憶中有許多好聽的名字和故事，才讓是這段有趣記憶中的第一個人。他是當(dāng)?shù)氐哪撩?，?dāng)時在夏河縣城里靠蹬三輪車養(yǎng)家，人很勤懇，會說一點漢話，沒上過學(xué)，只會寫一個字——“米”。第一次上他家，一個土木結(jié)構(gòu)的二層小樓，他給我們倒茶，說“茶喝！”（藏語的習(xí)慣，動詞放在后面）。

NaOH(l)+SO2(g)=NaHSO3(s)

3NaOH(l)+2SO2(g)=Na2SO3(s)+NaHSO3(s)+H2O(g)

同時，會發(fā)生如下協(xié)同反應(yīng)：

2NaOH(l)+2HCl(g)=2NaCl(s)+H2O(g)

2NaOH(l)+2HF(g)=2NaF(s)+H2O(g)

2NaOH(l)+H2S=Na2S(s)+2H2O(g)

脫酸反應(yīng)生成的脫硫副產(chǎn)物及未被利用的脫酸劑以干燥的顆粒物形式隨煙氣帶出反應(yīng)器，進(jìn)入后端除塵器被收集下來。由于在該工藝過程中，脫酸產(chǎn)物的氧化不徹底，從除塵器收集下來的粉塵主要是含亞硫酸鈉的脫硫灰，一般采用拋棄法，通過除灰系統(tǒng)排入灰場，或采用回收利用法，打包回收進(jìn)行循環(huán)利用，例如可以摻入水泥中，使水化產(chǎn)物硫鋁酸鈣更快地生成，從而加快水泥的水化硬化速度；也可以在玻璃工業(yè)用以代替純堿[3]。

由于SBS煙氣脫酸工藝脫硫劑以霧狀形式噴入，比表面積大，反應(yīng)時間迅速，相對噴入干粉鈉基堿性脫硫劑而言，脫酸效率更高，且充分利用煙道作為反應(yīng)器，結(jié)構(gòu)更為簡單，造價更低，且運(yùn)行阻力低，運(yùn)行和維護(hù)成本也更低。煙氣SO2濃度較低時，具有極佳的應(yīng)用靈活性。

2.3 項目實施

由于本項目化水處理車間已有32%氫氧化鈉堿液，為節(jié)省一次性建設(shè)投資，擬采用該堿液經(jīng)稀釋后噴入煙道作為脫硫劑。項目實施簡單，僅新增兩臺堿液噴射泵、一套堿液稀釋及計量模塊、一套堿液霧化及噴射模塊即可。

外購32%氫氧化鈉堿液通過卸載泵將堿液卸到高位堿液槽中進(jìn)行儲存，系統(tǒng)根據(jù)CEMS監(jiān)測煙氣流量值、空預(yù)器出口SO2濃度、煙囪出口SO2濃度自動計算所需噴射堿液流量輸入到堿液噴射泵，直至噴射流量達(dá)到所需值。鍋爐空預(yù)器出口設(shè)有煤氣加熱器，為達(dá)到最佳脫硫效果，同時增強(qiáng)系統(tǒng)的操作靈活性，本項目在煤氣加熱器前/后煙道分別設(shè)置了6/4支雙流體噴槍。堿液噴射泵輸送的堿液與除鹽水在管道靜態(tài)混合器中稀釋成約10%質(zhì)量濃度的氫氧化鈉溶液送至煙道噴槍。同時，為不增加煙氣含氧量，本次雙流體噴槍霧化氣體采用壓縮氮氣作為霧化空氣。本項目SBS煙氣脫酸主要設(shè)備配置情況如表2所示。

表2 主要設(shè)備配置情況

2.4 實施效果

從項目實施后運(yùn)行數(shù)據(jù)來看，SBS煙氣脫酸裝置投運(yùn)后，在設(shè)計堿液消耗量情況下，煙氣SO2排放濃度完全達(dá)到超低排放要求，主要運(yùn)行數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 運(yùn)行數(shù)據(jù)及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性

2.5 工藝技術(shù)特點

霧化噴槍和煙道反應(yīng)器是該工藝的核心設(shè)備，雙流體霧化噴嘴霧化的質(zhì)量和工作的可靠性、煙道反應(yīng)器的反應(yīng)時間、煙氣與脫硫劑的混合質(zhì)量、停留時間是影響SBS脫酸效率的關(guān)鍵因素。

當(dāng)煙氣SO2濃度較低時，噴入的溶液相對于煙氣量而言極其微量，幾乎不對煙氣溫度產(chǎn)生任何影響，排煙溫度高于煙氣酸露點溫度；同時該脫硫工藝幾乎可以吸收煙氣中所有的SO3、HCl和HF，不需要對脫硫后的煙氣管道、引風(fēng)機(jī)和煙囪作特殊的防腐處理。

無需采用煙氣冷卻和再加熱系統(tǒng)。

該工藝不產(chǎn)生廢水，且大幅度脫除煙氣SO2，減排效益顯著。

脫酸劑利用率高，鈉硫摩爾比2.0～7.0時，脫硫率可達(dá)90%～95%。

脫酸固體副產(chǎn)物的主要成分是NaSO3、NaHSO3等物質(zhì)，以及少量鍋爐煙氣飛灰，可100%回收利用[4]。

噴射器布置靈活，也可在空預(yù)器入口布置，可脫除煙氣中的SO3，避免空預(yù)器發(fā)生低溫腐蝕。

利用煙道作為脫硫反應(yīng)器，運(yùn)行阻力低、能耗小、造價低、占地面積小，尤其適合場地受限的情況。

3 結(jié)論

SBS煙氣脫酸：采用鈉基堿性溶液作為脫酸劑，僅需在除塵器前煙道設(shè)置若干雙流體噴槍作為噴射器，霧化后的堿性溶液極易與煙氣中的酸性氣體發(fā)生吸收反應(yīng)，產(chǎn)生的固體副產(chǎn)物由除塵器收集，從而達(dá)到脫酸的效果[5]。采用該技術(shù)，系統(tǒng)配置簡單，一次性投資低，可采用多種鈉基堿性溶液作為脫硫劑，應(yīng)用靈活，甚至在某些場合，可以采用廢堿液作為脫硫劑，“以廢治廢”，運(yùn)行費(fèi)用低，且無需專門進(jìn)行煙氣“消白”，特別適合燃?xì)鈾C(jī)組、焦?fàn)t等原始煙氣中酸性氣體濃度較低的場合。