浅谈电厂烟气脱硫装置的技术发展

引言

随着国民经济水平的提高,人们对电能的需求量也在日益增多。火力发电在电能供应上占据主体地位,燃煤火力发电厂排放的尾气中含有有害气体,其中二氧化硫在大气中能发生一系列的氧化反应生成三氧化硫,进一步形成硫酸、硫酸盐和有机硫化合物,然后以湿沉降的方式降落到地表,也就是我们所说的"酸雨"。酸雨对环境的影响有多方面,对水生生态系统的危害表现在酸化的水体导致鱼类死亡:对陆生生态系统的危害表现在酸化土壤导致农作物和树木生长缓慢,乃至死亡。而烟气脱硫装置能有效吸收烟气中的二氧化硫气体,减少烟气对大自然环境的污染。

1常见烟气脱硫装置的技术种类

烟气脱硫装置是在燃煤机组煤粉燃烧后对尾气进行净化的装置,按照脱硫方式和产物的处理形式,将脱硫分为干法、半干法和湿法三类。常见的烟气脱硫方法有海水脱硫、石灰石湿法脱硫、喷雾干燥烟气脱硫等,目前应用最广、技术最成熟的脱硫工艺是石灰石湿法脱硫。

喷雾干燥烟气脱硫技术是利用喷雾干燥原理,在吸收剂喷入吸收塔以后,一方面与烟气中的二氧化硫发生化学反应,产生固体灰渣:另一方面烟气将余热传递给吸收剂使之不断干燥,在塔内发生脱硫反应后形成的废渣为固体粉尘状态。

海水烟气脱硫是利用海水的天然碱性,吸收烟气中二氧化硫的一种脱硫工艺。海水吸收烟气中气态二氧化硫生成亚硫酸,经氧化后生成硫酸,最终生成硫酸盐。

石灰石湿法脱硫装置是采用石灰石浆液吸收烟气中的二氧化硫,生成亚硫酸钙,亚硫酸钙经过氧化生成硫酸钙。由于硫酸钙的溶解度小,最后从溶液中析出石膏。其主要反应式如下:

2石灰石湿法烟气脱硫技术原理

完整的石灰石湿法脱硫装置包括吸收塔系统、制浆系统、脱水系统、烟气系统、脱硫废水处理系统、工艺水系统。

2.1吸收塔系统

吸收塔系统一般为一炉一塔方式布置,采用喷淋塔或为了提高脱硫效率可增设湍流装置。吸收塔壳体设计能承受各种载荷,其支撑和加强筋能防止塔体倾斜和晃动。吸收塔下部为浆液池,二氧化硫的氧化和结晶在该浆液池内进行。吸收塔入口烟道上沿与第一层喷淋层的距离大于4.5m,入口烟道设置可靠的事故喷淋,且入口干湿界面四面采用合金板制作或内衬合金板,保证干湿界面可靠的防腐蚀性能。喷淋层将雾化后的石灰石浆液向下喷,吸收烟气中的二氧化硫,在浆液池内进行反应,从而对烟气进行净化。浆液喷淋系统管道采用玻璃钢材料(FRP),喷嘴采碳化硅材料,采用法兰连接方式。为达到较高的脱硫效率,吸收塔喷淋层可以选用5层,层与层之间间距不小于2m,使得喷嘴覆盖率至少达到300%。氧化空气系统为吸收塔浆液提供氧化空气,把脱硫反应中生成的亚硫酸钙氧化为硫酸钙形成石膏。氧化风机设置备用,至少一运一备,单台氧化风机容量余量不低于10%,压头余量不低于20%。除雾器通常装在吸收塔顶部,其作用是除去脱硫后净烟气中的水分,保护其后的管路及设备不受腐蚀。如果选用屋脊式,一般为三层,要求FGD出口液滴含量不大于20mg/Nm3,材料采用带加强的阻燃型PP,能承受高压水流冲刷。搅拌器系统能使石灰石浆液沉淀,同时将氧化空气与浆液充分混合。搅拌器为侧进式,一般不少于6台。

2.2制浆系统

制浆系统一般为两台或两台以上机组公用系统,为脱硫系统提供符合要求的石灰石浆液,然后通过石灰石浆液泵和管道输送至吸收塔。合格的石子经过称重皮带给料机均匀给出,进入湿式球磨机磨制成石灰石浆液,通过出口筛网进入湿式球磨机循环箱,由磨机循环泵送入石灰石旋流器,经旋流器分离后合格的石灰石浆液流入石灰石浆液箱储存,不合格的石灰石浆液进入湿式球磨机重新磨制。石灰石浆液箱中的浆液通过石灰石浆液泵和管道送入吸收塔。制浆系统需设置石灰石仓,储存、供应合格的石子。

2.3脱水系统

脱水系统一般为公用系统,两台炉或几台炉公用一套脱水系统。现以两台炉为例:脱水系统分为一级脱水和二级脱水,一级脱水为旋流器分离,二级脱水为真空皮带脱水机脱水。首先吸收塔石膏浆液排出泵将石膏浆液通过管道输送到石膏旋流器,经过分离后,石膏旋流器的底流进入二级脱水,溢流则重新返回到吸收塔。从一级脱水系统来的旋流器底流,进入真空皮带脱水机进行脱水,最后产生石膏。真空皮带脱水机设置两台,每台真空皮带脱水机的出力能达到一运一备的要求。真空皮带脱水机的构架要有足够的刚度和强度,构架的防腐要满足真空皮带脱水机使用环境的要求。储存石膏用的石膏库需满足一定的容量大小。

2.4烟气系统

烟气系统需要合理布置烟道,使之能适应锅炉各种运行工况,确保烟道内烟气阻力最小,且净烟气不会倒灌。烟道上的非金属膨胀节设有积水疏水系统,防止膨胀节积水腐蚀产生外漏,影响环境。有可能接触到低温饱和烟气冷凝液或从吸收塔带来的雾气和液滴的烟道,必须采用防腐钢材或进行防腐保护。吸收塔原烟气进口烟道需设置喷淋系统,事故状态下,能够满足空预器故障或吸收塔浆液循环泵全部掉电时保护吸收塔内设备及防腐不受高温烟气的损坏。目前很多电厂都取消了烟气旁路,也就没有了挡板门,许多电厂还取消了烟气加热器,采用了增压风机一引风机合一的模式。

2.5脱硫废水处理系统

脱硫废水处理系统用于处理含有重金属元素和C1-等的废水,以防脱硫设备的腐蚀,提高石膏的品质。最常用的脱硫废水的处理方法为氢氧化物沉淀法,氢氧化物沉淀法中最常用的沉淀药品为石灰和氢氧化钠。废水首先通过中和箱与溶液中OH-发生中和反应,使废水中大部分重金属以氢氧化物的形式沉淀出来,然后加入助凝剂使沉淀颗粒长大进一步沉降,在澄清器中澄清水溢流到氧化箱,最后到清水箱回收,澄清器底部污泥被输送到压滤机,脱水后运至灰场。脱硫废水处理系统中的废水引自真空皮带脱水机滤饼冲洗水前气液分离器,废水处理后达到《火电厂石灰石一石膏湿法脱硫废水水质控制指标》(DL/T997一2006)标准。一套完整的脱硫废水处理系统应包括废水缓冲箱、中和箱、沉降箱、絮凝箱、澄清器、氧化箱、清水箱及其附属输送泵,还有加药系统、污泥脱水装置。脱硫废水系统所采用的管道材质为钢衬胶,加药管道可采用UPVC管道,室外采用PP材质管道。

2.6工艺水系统

工艺水系统一般为两台机组的烟气脱硫装置共用,为烟气脱硫装置提供正常运行时和事故工况下的工艺用水。工艺水系统一般包括一个工艺水箱、两台工艺水泵、三台除雾器冲洗水泵,工艺水箱作为工艺水系统的缓冲水箱,用于调节整个工艺水系统水量的波动,其补水水源可以是全厂工业水、工业废水处理回用水,也可以用海水淡化一级反渗透出水。两台工艺水泵,一台运行,一台备用,每台泵的容量按照不小于两台炉满负荷工况下的工艺水最大用水量的100%进行配置。三台除雾器冲洗水泵,两台运行,一台备用,每台泵的容量按照不小于一台炉满负荷工况下的除雾器冲洗水最大用水量的100%进行配置。现在很多电厂脱硫系统设备冷却水使用电厂辅助设备冷却水,从机组引风机附近的冷却水管引接,回水全部返回该辅助设备冷却水系统的回水管。

3结语

石灰石湿法脱硫具有吸收剂来源丰富、脱硫效率高、适用于高/中/低硫煤种等优点,在燃煤发电厂得到了广泛应用。

大唐国际雷州发电有限责任公司采用一炉一塔的方式布置脱硫系统,脱硫出口二氧化硫浓度小于35mm/Nm3,烟囱出口固体颗粒物小于5mm/Nm3。吸收塔浆液循环泵设置5台,在最下层喷淋层配制湍流管栅装置,达到降低液气比、提高脱硫效率的目的。脱硫系统不设GGH,不设增压风机,不设旁路烟道:脱硫剂采用外购石灰石的制浆系统。