300MW級燃煤機組干法和濕法煙氣脫硫工藝比較

曾少雁 羅海中

摘要:循環(huán)流化床干法脫硫和石灰石-石膏濕法脫硫是當前300MW級火力發(fā)電機組常用的兩種脫硫工藝,本文簡單介紹了兩種脫硫方法的工藝原理和流程,并以新建2×300MW機組為例,對兩種脫硫工藝的技術特點和投資運行費用進行比較。

關鍵詞:燃煤機組循環(huán)流化床干法脫硫石灰石-石膏濕法脫硫

1. 前言

煙氣脫硫是世界上控制燃煤電廠SO2污染所采用的主要手段。目前較為廣泛應用的煙氣脫硫技術有石灰石-石膏濕法、噴霧干燥法、爐內(nèi)噴鈣加尾部煙道增濕活化法、循環(huán)流化床工藝、電子束照射脫硫、海水脫硫和氨水洗滌脫硫工藝。

目前在國內(nèi)外300MW機組有運行實例,且脫硫效率達到90%及以上的脫硫工藝有石灰石-石膏濕法、循環(huán)流化床干法脫硫(CFB-FGD)工藝、海水脫硫、氨法四種。氨水洗滌脫硫工藝的最大的推動力是硫酸銨的銷售收入,如果硫酸銨銷路不好或銷售渠道有問題,每年僅吸收劑的成本就高達幾千萬元,風險是十分巨大的。海水脫硫只適用于海濱電廠,對海水水質(zhì)條件高。因此,只有石灰石-石膏濕法脫硫和循環(huán)流化床干法脫硫兩種脫硫工藝對廠址條件、反應劑和產(chǎn)物等條件要求較低,適用于各種情況下的燃煤電廠煙氣脫硫。本文主要針對這兩種工藝進行比較。

2. 循環(huán)流化床干法脫硫(CFB-FGD)工藝

典型的循環(huán)流化床干法脫硫工藝原理是采用消石灰作為脫硫吸收劑,在脫硫塔內(nèi)與預除塵后的煙氣接觸混合,煙氣中的SO2、SO3、HF和HCl與Ca(OH)2進行化學反應,最后生成相應的副產(chǎn)物CaSO3?1/2H2O、CaCl2?Ca(OH)2?2H2O、CaF、CaSO4?1/2H2O等,從而達到脫除二氧化硫的目的。凈化后的含塵煙氣從脫硫塔頂部側向排出,進入布袋除塵器進行氣固分離,再通過引風機經(jīng)煙囪排放。

煙氣循環(huán)流化床(CFB-FGD)脫硫工藝副產(chǎn)物是一種干態(tài)的混合物,它包含飛灰、消石灰反應后產(chǎn)生的各種鈣基化合物(主要成分為CaSO4?1/2H2O,CaSO3?1/2H2O)、未完全反應的吸收劑Ca(OH)2及吸收劑中所含少量雜質(zhì)等,可用于廢礦井填埋、鋪路、水泥摻合料、制造防噪聲墻等。

CFB-FGD系統(tǒng)由預電除塵器、吸收劑制備及供應、脫硫塔、物料再循環(huán)系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、流化風系統(tǒng)、脫硫后除塵器以及儀表控制系統(tǒng)等組成。

國內(nèi)干法脫硫工藝多運用在脫硫效率不超過95%的300MW及以下容量機組上。在國內(nèi)采用干法脫硫的火電廠有:河北邯峰電廠(2×660MW)、山西榆社電廠(2×300MW)、河北馬頭電廠(1×200MW)、臨沂電廠(1×135MW)[3]等二十多個電廠。

3. 石灰石-石膏濕法脫硫工藝

典型的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝原理是采用石灰石(或粉)制成漿液作為脫硫吸收劑,與進入吸收塔的煙氣接觸混合,煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及鼓入的強制氧化空氣進行化學反應,最后生成石膏,從而達到脫除二氧化硫的目的。脫硫后的煙氣依次經(jīng)過除霧器除去霧滴,加熱器加熱后排放。

脫硫石膏漿經(jīng)脫水裝置脫水后回收。由于吸收漿的循環(huán)利用,脫硫吸收劑的利用率高。此法Ca/S低(一般不超過1.03),脫硫效率高(可達到95%以上),適用于任何煤種的煙氣脫硫。脫硫產(chǎn)生的副產(chǎn)品為二水硫酸鈣(石膏),能作為水泥緩凝劑,亦可用于生產(chǎn)紙面石膏板,粉刷石膏,石膏砌塊等。

根據(jù)300MW級機組特點及目前濕法脫硫發(fā)展趨勢,濕法脫硫系統(tǒng)按取消增壓風機和GGH考慮,其工藝系統(tǒng)主要由煙氣系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、制漿系統(tǒng)及脫水系統(tǒng)等組成。

石灰石—石膏法脫硫是目前世界上技術最為成熟、應用最多的脫硫工藝,特別在美國、德國和日本,應用該工藝的機組容量約占電廠脫硫裝機總容量的80%以上,濕法脫硫效率最高可達98%以上,對于脫硫效率要求較高的電廠(脫硫率≥95%),宜采用濕法。在國內(nèi)300MW級及以上火電廠得到廣泛應用,如:重慶珞璜電廠、杭州半山電廠、廣東粵連電廠、沙角A廠、瑞明電廠、臺山電廠一期工程、玉環(huán)電廠等均采用該脫硫工藝,可以滿足脫硫效率高的要求。

石灰石—石膏法脫硫適合大、中、小各類機組的煙氣脫硫治理, 尤其適合大容量、大機組的煙氣脫硫治理。

4. 工藝參數(shù)和技術特點比較

以廣東某電廠新建2×300MW級機組為例,方案一采用循環(huán)流化床干法脫硫,吸收劑采用生石灰消化制得;方案二采用石灰石-石膏濕法脫硫,吸收劑采用石灰石粉,不設增加風機和GGH。脫硫效率均為90%,脫硫裝置的煙氣處理能力為相應鍋爐BMCR工況時的100%煙氣量,采用一爐一塔。

除塵器入口主要煙氣參數(shù)如下:

煙氣溫度:123.7℃;

煙氣量:1205927Nm3/h(標態(tài),干基,α=1.403);

煙氣SO2濃度:1110mg/Nm3;

兩種脫硫方案的工藝參數(shù)和技術特點見表4-1。

濕法脫硫約占電廠脫硫裝機總容量的80%以上,由于其工藝成熟,脫硫效率高,運行可靠,吸收劑易獲得,副產(chǎn)品石膏綜合利用好,對電廠燃煤含硫量變化具有良好的適應性。

干法脫硫系統(tǒng)簡單,無脫硫廢水產(chǎn)生,適用于缺水或取水受限制地區(qū),但吸收劑要求較高,較難獲得,副產(chǎn)品脫硫灰難以得到綜合利用。

5. 投資及運行費用比較

循環(huán)流化床干法脫硫,投資總額為13020萬元;石灰石-石膏濕法脫硫,投資總額13480萬元。

運行費用比較:循環(huán)流化床干法脫硫,年運行成本為1058.2萬元;石灰石-石膏濕法脫硫,投資總額1358.3萬元。

近幾年來,濕法脫硫工藝得到快速發(fā)展,工藝流程簡化,設備不斷國產(chǎn)化,價格大大降低。從上表可見,目前濕法脫硫設備投資費用與干法脫硫已基本持平,甚至還略低于干法脫硫。但若將與脫硫工藝相關的設備(引風機和煙囪)費用計入,干法脫硫可比濕法脫硫節(jié)省投資約為460萬元,運行費用干法脫硫比濕法脫硫每年可節(jié)省約300萬元。

6. 結論

1)濕法脫硫工藝技術成熟,脫硫效率高,運行可靠,吸收劑易獲得,副產(chǎn)品石膏綜合利用好,對電廠燃煤含硫量變化具有良好的適應性,適合大、中、小各類機組的煙氣脫硫治理, 尤其適合大容量、大機組的煙氣脫硫治理。

2)干法脫硫系統(tǒng)簡單,無脫硫廢水產(chǎn)生,適用于缺水或取水受限制地區(qū),但吸收劑要求較高,較難獲得,副產(chǎn)品脫硫灰難以得到綜合利用,適合中低硫煤、300MW及以下機組、老機組脫硫改造。

3)濕法脫硫效率最高可達98%以上,而干法脫硫效率一般為90%左右,對于脫硫效率要求較高的電廠(脫硫率≥95%),不適合采用干法。

4)新建2×300MW機組,干法脫硫可比濕法脫硫節(jié)省投資約460萬元,干法脫硫比濕法脫硫每年可節(jié)省運行費用約300萬元。

5)在滿足環(huán)保要求的前提下,濕法脫硫和干法脫硫均為可行的300MW級燃煤機組煙氣脫硫方案,各電廠可根據(jù)自身的實際狀況和條件,從實際出發(fā),因地制宜地進行治理, 將總投資、運行費用、占地面積、脫硫率、副產(chǎn)物的處置和可利用性等方面進行綜合和全面考慮。

參考文獻:

[1]朱東升、黃信胡、海蘭,《煙氣脫硫工藝的研究》,安全科學技術,2009年第3期.

[2]張悅、祁寧、陸詩詣、王志強,《關于循環(huán)流化床煙氣脫硫機理的研究》,遼寧化工,第32卷第4期,2003年4月.

[3]彭皓、陳健煒、黃再培,《循環(huán)流化床干法煙氣脫硫技術在臨沂電廠的應用》,能源工程,2008年,第1期.

[4]王文德、張巍,《濕法和干法煙氣脫硫工藝技術分析》,齊魯石油化工,2001,第29卷第4期.

作者簡介:曾少雁(1980-),女, 廣東人,從事電力環(huán)保設計工作。