堿渣用于大型燃煤發(fā)電機組煙氣脫硫的探討

宋志奎,朱春華,孟慶華,楊 樂

(1.連云港堿業(yè)有限公司,江蘇連云港 222042;2.江蘇海洋大學,江蘇連云港 222000)

氨堿法是目前用于制造純堿的主要工業(yè)方法之一,以鹽、石灰石、焦炭等為主要原料,以氨作為中間輔助材料制取純堿。但是氨堿法生產(chǎn)存在一個非常難以克服的缺點,就是生產(chǎn)過程中需要排放大量的廢液(蒸餾廢液):每生產(chǎn)1 t純堿,要排出蒸餾廢液約9～11 m3,其中含干基固體廢渣約200～300 kg。以一個年產(chǎn)300萬 t純堿的規(guī)模的氨堿廠來計算:每年排放的蒸餾廢液約為27 000～33 000 km3,干基廢渣約60～90萬t。廢液直排入海,形成“白海之患”,通過人工圍堰沉積后得到堿渣,又形成“白埝”,二者都會對環(huán)境造成嚴重的污染。而事實上,通過板框壓濾機壓濾后得到的堿渣其含水量仍高達50%左右,也有的稱為“白泥”。由于堿渣的堿性較強,量又非常大,堆積在陸地,既占用寶貴的陸地資源,又對周邊的植物等造成損害,同時有害物質(zhì)滲入地下水,又會污染附近的水資源。隨著國家對環(huán)境保護的要求也在不斷提高,堿渣問題已經(jīng)成為制約氨堿企業(yè)生存和發(fā)展的瓶頸問題。

國內(nèi)將堿渣(白泥)用于煙氣脫硫的技術(shù)在氨堿廠自備小火電機組上已經(jīng)運用已久非常成熟,將堿渣用于大型機組電廠煙氣脫硫方面案例較少。如能將堿渣脫硫技術(shù)成功應(yīng)用到大型燃煤機組,不僅減少傳統(tǒng)脫硫用石灰石的使用量,還可以將堿渣變廢為寶,實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化和環(huán)保壓力的降低。本文將重點對堿渣在燃煤大型發(fā)電機組煙氣脫硫中的應(yīng)用進行論述。

1 “堿渣用于1 000 MW燃煤機組煙道脫硫”試驗

試驗機組前期采用的是傳統(tǒng)的石灰石-石膏濕法進行煙氣脫硫。根據(jù)實際生產(chǎn)情況和機組參數(shù),正常情況下在使用燃煤(Sar=1.2%)時,能夠?qū)崿F(xiàn)脫硫效率在95.6%以上;煙氣在入口處的SO2含量一般為2 870 mg/Nm3。此次對該機組使用堿渣進行煙氣脫硫后的SO2排放目標將濃度<35 mg/Nm3,滿足國家對煙氣排放的要求指標。

該試驗機組運用雙塔布局,進行雙循環(huán)運行,兩個塔的噴淋吸附層一共有五層,其中AFT塔有兩層,大塔有三層。

由表1可以得出堿渣脫硫工藝與石灰石濕法脫硫工藝基本一致,不用大幅度改變工藝流程和設(shè)備。

表1 堿渣和石灰石主要特性比較

表2 煙氣脫硫系統(tǒng)入口煙氣參數(shù)

表3 廢液的主要成分(單位:g/L)

2 堿渣產(chǎn)生與脫硫劑的制備

氨堿廠將產(chǎn)生的含有固體雜質(zhì)的廢液通過管道輸送至渣場,通過板框壓濾機進行固液分離,分離后的固體就是堿渣,含水量一般在50 wt%左右,其中還有6～8 wt%的Cl-。

蒸氨廢液通過管道輸送至A澄清桶,沉淀后,將澄清桶底部的漿液輸送至B澄清桶,同時煤灰水也輸送至B澄清桶,底部漿液與煤灰水的比例為1∶10。B澄清桶底部的漿液即為脫硫堿渣,用槽罐車運輸存放于事故漿液箱備用。脫硫堿渣的固體含要求為10 wt%、Cl-含量要小于10 g/L。

經(jīng)過約8天的連續(xù)生產(chǎn),可制得滿足一次試驗的堿渣漿液約4 312 t,儲存在電廠的1 000 MW燃煤機的事故漿液箱中待用。因此應(yīng)用堿渣脫硫需增加相應(yīng)的堿渣儲存和漿液制備系統(tǒng),供漿、脫水、廢水系統(tǒng)等也需要一定程度的改造需增加一定的一次性投資費用。

3 堿渣用于煙氣脫硫的過程及結(jié)果

3.1 脫硫過程

原有的石灰石漿液箱內(nèi)存放的是石灰石粉制備成的石灰乳,在使用堿渣漿液的時候,可以停掉原有的制漿工作,將堿渣漿液用事故漿液輸送泵輸送至2#石灰石漿液箱。根據(jù)吸收塔pH的指標參數(shù),不斷調(diào)整進入2#吸收塔的漿液的流量進行煙氣脫硫。脫硫工藝化學反應(yīng)過程: CaCO3+SO2→CaSO3+CO2。

大型燃煤機組堿渣一次完整脫硫試驗的持續(xù)過程大約58 h,使用過程中主要的考核指標為2#吸收塔的pH值保持穩(wěn)定,根據(jù)操作規(guī)程,大塔的pH值控制范圍為4.6～5.8,小塔(AFT塔)的pH值控制范圍為5.8～6.4。

使用過程中,保證燃煤鍋爐在正常操作負荷內(nèi),根據(jù)鍋爐的煙氣含硫量的變化情況,不斷觀察和考核堿渣漿液的脫硫效率,根據(jù)結(jié)果,同時通過噴淋量的調(diào)整,進一步觀察石膏脫水情況。(石膏為脫硫的副產(chǎn)品)

3.2 具體時間段脫硫情況

本次試驗是從4月15日上午10:00正式開始向2#石灰石漿液箱注入白泥(堿渣)漿液,并與殘存的石灰石粉漿液混合一起用于2#吸收塔脫硫。根據(jù)投加漿液流量的變化情況判斷15日15:30左右,2#吸收塔完全使用白泥(堿渣)漿液脫硫,往后一直持續(xù)到18日凌晨1:50重新補加石灰石粉進行混合脫硫,完全白泥(堿渣)脫硫時間段約58 h。整個試驗過程基本按照電廠脫硫崗位操作規(guī)程指標要求維持2#吸收塔內(nèi)pH穩(wěn)定,即AFT塔5.8～6.4,大塔4.6～5.8。

試驗過程隨鍋爐負荷、煙氣含硫的變化考察了白泥(堿渣)脫硫效率、噴淋量、石膏脫水等方面的情況。

在整個試驗過程中,除脫硫劑不同外,脫硫劑入塔和調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)、脫硫裝置煙氣系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)和公用系統(tǒng)的運行和石灰石脫硫是完全相同的。下文為完全用石灰石脫硫與完全白泥(堿渣)脫硫時段時脫硫情況描述。

4月14日9:00～15日9:00為完全石灰石脫硫時段。

此時吸收塔開啟3層噴淋,分別對應(yīng)1#、2#、5#循環(huán)泵。表4、表5為2#吸收塔在4月14日9:00～15日9:00時段正常使用石灰石粉脫硫時的機組負荷、原煙氣SO2濃度、脫硫效率、吸收塔pH趨勢和表格記錄?？梢钥闯?該時間段脫硫裝置負荷552～922 MW之間;原煙氣SO2濃度在1 139～1 550 mg/m3之間;吸收塔漿液pH:大塔5.35～5.60之間、AFT塔6.09～6.39之間;脫硫效率在97.25%～98.81%之間;凈煙氣SO2濃度在13.14～31.64 mg/m3之間。

表4 取樣分析Cl-含量

表5 堿渣和石灰石運行數(shù)據(jù)對比

表6 白泥(堿渣)脫硫2層噴淋運行數(shù)據(jù)

4月16日9:00～17日9:00為完全白泥(堿渣)脫硫時段。

16日8:37至13:35停止1#循環(huán)泵,吸收塔2層噴淋(對應(yīng)3#、5#循環(huán)泵),脫硫裝置負荷545～658 MW之間,原煙氣SO2濃度在1 264～1 477 mg/m3之間,吸收塔漿液pH:大塔5.33～5.62之間、AFT塔6.15～6.65之間,脫硫效率在97.93%～98.38%之間,凈煙氣SO2濃度在22.04～26.64 mg/m3之間。

16日13:35至17日6:18再開啟1#循環(huán)泵,吸收塔開啟3層噴淋(對應(yīng)1#、3#、5#循環(huán)泵),脫硫裝置負荷632～872 MW之間, 原煙氣SO2濃度在1 416～1 789 mg/m3之間, 吸收塔漿液pH:大塔4.45～6.44之間、AFT塔6.02～6.59之間,脫硫效率在98.80%～99.48%之間,凈煙氣SO2濃度在6.15～17.38 mg/m3之間。此時段機組負荷較高、煙氣含SO2濃度較大,在3層噴淋的情況下,脫硫效率仍然非常高。

過實際使用效果來看,使用堿渣用于燃煤鍋爐的煙氣脫硫,與傳統(tǒng)的石灰石用于煙氣脫硫效果基本一致,不用改變原有的脫硫的操作方式和工藝,各系統(tǒng)運行穩(wěn)定且正常。

3.3 對廢水系統(tǒng)的影響

由于脫硫系統(tǒng)需控制氯根在一定范圍,因此需增加系統(tǒng)的廢水排量以沖淡堿渣氯根。

可見對于采用工藝水進行制漿的脫硫系統(tǒng),制備的脫硫劑漿液的氯根會比原先有所增加,但仍然控制在設(shè)計要求范圍內(nèi),因此不會增加系統(tǒng)的腐蝕。

4 結(jié) 論

1)試驗表明,堿渣(白泥)的脫硫能力要好于石灰石。主要表現(xiàn)在:在執(zhí)行超低排放條件下(即SO2<35 mg/Nm3),脫硫效率提高1%左右。機組負荷相近,原煙氣SO2含量在1 300 mg/Nm3時,2#機組脫硫率能達到99%。能快速提升吸收塔漿液pH值和實現(xiàn)更寬范圍的pH值調(diào)整。機組負荷886 MW運行、原煙氣SO2含量在2 000 mg/Nm3時,吸收塔漿液pH值只有5.16時,機組的脫硫率仍能保持在99%以上,燃用高硫煤的潛力較大。

2)脫硫與石灰石脫硫的吸收塔系統(tǒng)基本相同,堿渣脫硫可提高吸收塔系統(tǒng)運行的靈活性和經(jīng)濟性。在堿渣運行工況下,鍋爐負荷664～737 MW,原煙氣SO2含量1 147～1 395 mg/m3,吸收塔(大塔)pH為5.0～5.9,AFT塔pH為6.1～6.8,脫硫效率98.20%～98.96%,只需2臺循環(huán)泵運行,堿渣脫硫效率98.20%～98.96%優(yōu)于石灰石,脫硫堿渣作為一般工業(yè)固體廢棄物,相對于石灰石作為脫硫劑在價格方面具有優(yōu)勢,每年節(jié)約脫硫劑費用約25%。

堿渣脫硫技術(shù)在大型燃煤機組中的成功運用,既解決了氨堿廠廢渣的出路問題又降低了燃煤電廠脫硫成本,如能大范圍推廣應(yīng)用意義非常重大。