燃用高硫煤脫硫添加劑在煙氣脫硫裝置中的應(yīng)用

陸瑞源

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海519060)

0 引言

目前我國(guó)部分濕法脫硫裝置在設(shè)計(jì)和運(yùn)行方面存在一些問題，使其無法達(dá)到相應(yīng)的性能指標(biāo)(脫硫率、排放濃度等)，主要有:設(shè)計(jì)的燃料含硫量沒有裕度;運(yùn)行中含硫量偏高及波動(dòng)大;廠用電率高、物耗量大［1～2］。近年來部分電廠應(yīng)用脫硫添加劑來維持脫硫效率或者節(jié)能降耗［3～4］。本文在某600 MW 機(jī)組脫硫裝置上進(jìn)行燃用高硫煤時(shí)的脫硫添加劑試驗(yàn)，考察脫硫添加劑對(duì)燃用高硫煤時(shí)脫硫裝置主要性能參數(shù)的影響，分析脫硫添加劑應(yīng)用的主要經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)，評(píng)價(jià)脫硫添加劑對(duì)脫硫設(shè)備的安全性。

1 脫硫裝置概況

某廠2 臺(tái)600 MW 機(jī)組鍋爐煙氣脫硫工藝是石灰石/石膏，脫硫技術(shù)支持方是奧地利AE，脫硫系統(tǒng)主要配置為1 爐1 塔，噴淋空塔，設(shè)3 臺(tái)漿液循環(huán)泵，石灰石濕磨制漿，二級(jí)石膏脫水，設(shè)GGH 和增壓風(fēng)機(jī)。主要設(shè)計(jì)參數(shù):燃煤硫含量設(shè)計(jì)值為0.63%，原煙氣SO2含量設(shè)計(jì)值為1 354 mg/Nm3(干，6%)，煙氣量為215 萬(wàn)Nm3/h，脫硫率為90%。

2 脫硫添加劑對(duì)燃用高硫煤時(shí)脫硫裝置主要性能參數(shù)的影響

試驗(yàn)工況:負(fù)荷600 MW，燃煤硫含量約0.9%，對(duì)應(yīng)FGD 入口SO2濃度約為2 000 ±200 mg/Nm3(干，6%)。在滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求(脫硫效率90%及凈煙氣SO2濃度400 mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn))前提下，考察脫硫添加劑對(duì)燃用高硫煤時(shí)脫硫裝置主要性能參數(shù)的影響，結(jié)果見表1，使用脫硫添加劑前后脫硫副產(chǎn)品石膏成分對(duì)比見表2。

2.1 脫硫效率

由表1 中可見:(1)工況1-4 和2-3 機(jī)組負(fù)荷和入口SO2濃度基本一致的情況下，使用脫硫添加劑后脫硫率從87.46%提高至91.54%，提高了4.12%［5］。(2)使用脫硫添加劑后的工況，可滿足燃煤硫分超出設(shè)計(jì)值30%的脫硫效率及凈煙氣SO2排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.2 石膏品質(zhì)

由表2 可見:(1)在使用脫硫添加劑后石膏中CaCO3從18.36% 降至16.99%，鈣硫比從1.468 降至1.407，說明脫硫添加劑加速了石灰石的溶解，較大程度地提高了石灰石活性及其利用率。(2)石膏中CaCO3含量減少，導(dǎo)致石膏中的CaSO4·2H2O 含量增加，石膏純度相應(yīng)提高［6～7］。(3)在試驗(yàn)工況下，使用脫硫添加劑后脫硫石膏中CaSO3·1/2H2O 含量低于0.1%，石膏含水率沒有明顯變化。

表1 使用脫硫添加劑前后脫硫裝置性能參數(shù)

表2 使用脫硫添加劑前后副產(chǎn)品石膏主要成分

2.3 pH 值

由表1 中2-1 至2-5 可見，使用脫硫添加劑后，pH 從5.75 降至5.45，總體呈下降趨勢(shì)，脫硫添加劑對(duì)燃用高硫煤時(shí)脫硫裝置吸收塔漿液pH起到緩沖作用，使得漿液 pH 值變化更加平穩(wěn)［8～9］。

2.4 液氣比

使用脫硫添加劑前，在設(shè)計(jì)工況(機(jī)組滿負(fù)荷、入口SO2濃度為1 354 mg/m3)1-1，1-2 下，pH 值在5.5 ～5.7 可滿足脫硫效率90%，在鍋爐燃用高硫煤的情況下，本脫硫裝置在使用脫硫添加劑后脫硫效率提高不多，不具備停運(yùn)漿液循環(huán)泵降低系統(tǒng)能耗的條件，液氣比基本不變。

3 燃用高硫煤時(shí)脫硫裝置應(yīng)用脫硫添加劑時(shí)的運(yùn)行要求

使用脫硫添加劑前需將吸收塔漿液品質(zhì)調(diào)整到正常的范圍，吸收塔漿液pH 值控制在5.5 至5.8 之間;吸收塔漿液密度控制在1 080 ～1 180 kg/m3之間;使用脫硫添加劑可以適應(yīng)超出設(shè)計(jì)SO2濃度30%。因供漿系統(tǒng)和石膏脫水系統(tǒng)出力不足，為了維持吸收塔漿液pH 和密度能夠維持在正常的運(yùn)行范圍內(nèi)，脫硫裝置需考慮對(duì)吸收塔供漿和石膏脫水系統(tǒng)進(jìn)行必要的增容改造。

4 脫硫添加劑應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性

本脫硫裝置脫硫添加劑應(yīng)用的最主要目的是提高脫硫裝置的煤種適應(yīng)性，當(dāng)燃煤硫分含量超過設(shè)計(jì)值時(shí)，緩解吸收塔漿液pH 值的下降，保證環(huán)保要求脫硫率90%，使之對(duì)燃煤硫分要求沒那么嚴(yán)格，而經(jīng)濟(jì)性主要體現(xiàn)在煤價(jià)的節(jié)約。

根據(jù)最新燃煤價(jià)格計(jì)算公式:當(dāng)St，da＜0.5%，從0.8%基點(diǎn)起，每降低0.01%，價(jià)格增加0.4 元/t。全硫分St，da＜0.8%，以0.8%為基礎(chǔ)，每增加0.01%，價(jià)格增加0.2 元/t。當(dāng)1.1%＜St，da≤1.6%，從0.8%基點(diǎn)起，每增加0.01%，價(jià)格降低0.6 元/t;當(dāng)St，da＞1.6%，從0.8%基點(diǎn)起，每增加0.01%，價(jià)格降低1.0 元/t。

本脫硫裝置適用的是0.5% ＜St，da≤1.1%。作為估算，Mad取3.0%，Mar取11%，則相應(yīng)的燃煤應(yīng)用基含量大致在0.46% ＜St，da≤1.0%，St，da=0.8%大致對(duì)應(yīng)于Sar=0.73%。燃煤價(jià)格隨含硫量的變化可用圖1 來表示。

圖1 燃煤的價(jià)格隨含硫量的變化

根據(jù)上述計(jì)算，連續(xù)使用添加劑時(shí)，電廠平均燃煤硫分Sar至少可增加至0.8%，短時(shí)間可以達(dá)到1.0%。以FGD 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)含硫量Sar=0.63%為基準(zhǔn)，在此以下不需要加入添加劑，在此以上根據(jù)Sar的大小來添加不同的添加劑含量。以每年單臺(tái)機(jī)組燃煤量160 萬(wàn)t 為基數(shù)，燃煤的總價(jià)格隨含硫量的變化如圖2 所示，當(dāng)機(jī)組燃用Sar的平均為0.8%的煤時(shí)，和Sar=0.63%相比，全年煤價(jià)可節(jié)省544 萬(wàn)元。

圖2 每年燃煤的總價(jià)隨含硫量的變化

當(dāng)電廠燃煤Sar大于0.63%時(shí)，采用添加劑，圖2 中未扣除添加劑的費(fèi)用。Sar越大，需要增加的添加劑量就越多，按脫硫添加劑廠家推薦的加入方法，在Sar=1.0%時(shí)，第一次每臺(tái)機(jī)組添加1 000 kg/天，一年300 天計(jì)算，機(jī)組啟停3 次，則添加劑的耗量大概在26 t 左右，脫硫添加劑含稅單價(jià)為3.3 萬(wàn)元/t，每年需新增運(yùn)行成本85.8萬(wàn)元，這樣當(dāng)電廠燃用高硫煤時(shí)(Sar＞0.63%)，每年實(shí)際可節(jié)約的煤價(jià)大致如圖3 所示。

圖3 應(yīng)用添加劑后電廠每年節(jié)約的煤價(jià)與Sar關(guān)系

由圖4 可知，連續(xù)使用添加劑時(shí)，電廠平均燃煤硫分Sar至少可增加至0.8%。以FGD 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)含硫量Sar=0.63%為基準(zhǔn)，在此以下不需加入添加劑，在此以上根據(jù)Sar的大小來添加不同的添加劑含量。以每年單臺(tái)機(jī)組燃煤量160 萬(wàn)t 為基數(shù)，當(dāng)機(jī)組燃用Sar平均為0.8% 的煤時(shí)，和Sar=0.63%相比，全年煤價(jià)可節(jié)約500 萬(wàn)元，效益顯著。

圖4 應(yīng)用添加劑后電廠每年節(jié)約的煤價(jià)與St，da關(guān)系

5 脫硫添加劑對(duì)脫硫設(shè)備的安全性評(píng)價(jià)

脫硫添加劑在純水中基本呈中性，其溶解度很高，能在吸收塔溶液中瞬間溶解，對(duì)吸收塔漿液的pH 值擾動(dòng)很小。在液相環(huán)境中，脫硫添加劑不沉淀不揮發(fā)。脫硫設(shè)備中能夠直接接觸到脫硫添加劑的部分主要有:吸收塔內(nèi)壁、石膏漿液循環(huán)泵葉輪及管道、石膏排出泵、吸收塔攪拌器、除霧器、凈煙道內(nèi)壁及煙囪內(nèi)壁等［10］。

燃用高硫煤時(shí)脫硫裝置加入少量的脫硫添加劑即可滿足環(huán)保要求，據(jù)統(tǒng)計(jì)，其在吸收塔中的濃度不高于300 ppm，在實(shí)際的漿液環(huán)境里，低濃度的添加劑對(duì)吸收塔內(nèi)壁的襯膠或玻璃鱗片無明顯腐蝕作用，使用脫硫添加劑對(duì)脫硫設(shè)備的安全運(yùn)行無不利影響。

在機(jī)組使用脫硫添加劑數(shù)月后的停機(jī)檢查可以看出，GGH 和除霧器的堵塞現(xiàn)象得到很大的改善，吸收塔內(nèi)壁、凈煙氣內(nèi)壁以及煙囪內(nèi)壁沒有點(diǎn)蝕的情況出現(xiàn)。脫硫系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)情況良好。

6 結(jié)論

當(dāng)燃煤硫分超出設(shè)計(jì)硫分約20% ～30%時(shí)，向吸收塔漿液中添加脫硫添加劑，可有效地提高石灰石的活性，加快氣膜和液膜之間的傳質(zhì)過程，從而顯著提高脫硫率，可達(dá)到環(huán)保要求的脫硫效率及SO2排放濃度。

本脫硫裝置脫硫添加劑應(yīng)用的最主要目的是提高脫硫裝置的煤種適應(yīng)性，使之對(duì)燃煤硫分要求沒那么嚴(yán)格，而經(jīng)濟(jì)性主要體現(xiàn)在煤價(jià)的節(jié)約。而且，脫硫添加劑在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)脫硫后續(xù)設(shè)備的安全運(yùn)行無任何不利影響，脫硫系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)情況得到改善。

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