300 MW CFB鍋爐深度脫硫

范躍偉

(云南大唐國(guó)際紅河發(fā)電有限責(zé)任公司，云南 開(kāi)遠(yuǎn) 661600)

1 前言

循環(huán)流化床爐內(nèi)脫硫技術(shù)是在低溫燃燒狀況下向爐內(nèi)加入石灰石，通過(guò)煤和石灰石反復(fù)循環(huán)和組織燃燒，實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫硫。循環(huán)流化床鍋爐具有污染物排放低、煤種適應(yīng)性廣、鍋爐燃燒效率高、調(diào)峰性能好等優(yōu)點(diǎn)，尤其在更好地利用我國(guó)劣質(zhì)煤資源，解決電力發(fā)展和環(huán)境保護(hù)問(wèn)題方面具有積極的示范作用。以下就國(guó)產(chǎn)300 MW CFB鍋爐在深度脫硫技術(shù)的選取方面做一些探討。

2 爐內(nèi)脫硫技術(shù)現(xiàn)狀

國(guó)產(chǎn)300 MW循環(huán)流化床鍋爐原設(shè)計(jì)CEMS安裝地點(diǎn)在尾部煙道上，往往根據(jù)CEMS顯示二氧化硫排放情況進(jìn)行石灰石添加量調(diào)整，具有一定的滯后性，且受煤質(zhì)、燃燒工況、運(yùn)行調(diào)整等因素影響，二氧化硫排放濃度波動(dòng)較大，容易出現(xiàn)瞬時(shí)超標(biāo)現(xiàn)象。某廠2臺(tái)國(guó)產(chǎn)化300 MW循環(huán)流化床鍋爐，投產(chǎn)后多次對(duì)爐內(nèi)石灰石脫硫系統(tǒng)進(jìn)行改造，不斷完善和優(yōu)化燃煤摻燒、石灰石添加、運(yùn)行調(diào)整等方式，脫硫效率在90%以上，大氣污染物達(dá)標(biāo)排放。但在鍋爐持續(xù)大負(fù)荷，入爐煤硫分較高的情況下，為保障二氧化硫達(dá)標(biāo)排放，往往過(guò)量添加石灰石，存在多項(xiàng)弊端:

1)大量浪費(fèi)了脫硫材料，造成經(jīng)濟(jì)損失，更為嚴(yán)重的是隨著石灰石粉的大量添加，加劇了鍋爐受熱面的磨損，增大了鍋爐受熱面爆管停機(jī)的安全隱患。

2)極大地加重了除塵、輸灰系統(tǒng)壓力，造成靜電除塵器除塵效率低下，輸灰系統(tǒng)堵塞，煙塵超標(biāo)。

3)加重排渣系統(tǒng)壓力，容易因排渣不暢造成鍋爐翻床或滅火，導(dǎo)致鍋爐非停。

4)降低鍋爐效率，增加廠用電量。

3 脫硫工藝對(duì)比

3.1 石灰石－石膏濕法脫硫

該工藝是實(shí)際應(yīng)用最為廣泛、脫硫容量所占比重最大的煙氣脫硫技術(shù)，它是以石灰石為脫硫吸收劑，向脫硫塔內(nèi)噴入石灰石漿液，通過(guò)漿液與煙氣充分接觸混合，使煙氣中的SO2與漿液中的碳酸鈣以及鼓入的增壓空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終生成石膏，從而達(dá)到脫除SO2的目的。同時(shí)，通過(guò)漿液對(duì)煙氣的過(guò)濾和洗滌，可使煙塵排放濃度進(jìn)一步降低。

該工藝具有脫硫效率高，工藝流程簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠性好，對(duì)煤種變化的適應(yīng)性強(qiáng)，吸收劑資源豐富、格便宜且利用率高，副產(chǎn)品具有綜合利用價(jià)值，技術(shù)進(jìn)步快等特點(diǎn)。近年來(lái)，隨著對(duì)工藝的不斷改進(jìn)及設(shè)計(jì)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累，石灰石－石膏濕法工藝得到了長(zhǎng)足發(fā)展。如吸收裝置由原來(lái)的冷卻、吸收、氧化三塔合為一塔，塔內(nèi)流速大幅度提高，噴嘴性能進(jìn)一步改善等，使得脫硫率提高到95%以上，運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步提升。而且，隨著技術(shù)進(jìn)步的不斷加快，系統(tǒng)逐步簡(jiǎn)化，不但運(yùn)行、維護(hù)更為方便，而且造價(jià)也有所下降。

3.2 循環(huán)流化床半干法

循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)具有投資相對(duì)較低的優(yōu)點(diǎn)。該工藝是以循環(huán)流化床為原理，通過(guò)物料在床內(nèi)的內(nèi)外循環(huán)，使得吸收劑與煙氣中SO2充分接觸混合反映，并有效進(jìn)行熱量傳導(dǎo)交換，運(yùn)行溫度可降低至露點(diǎn)附近，從而大大提高吸收劑利用率，脫硫效率有效提升。循環(huán)流化床煙氣脫硫工藝適合中低硫煤，Ca/S在1.1～1.5之間時(shí)，脫硫效率可達(dá)85%。具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。

CFB工藝適用于新建機(jī)組和現(xiàn)有機(jī)組的脫硫改造工程;適用于我國(guó)大量燃用中低硫煤的機(jī)組;適用于中小型燃煤機(jī)組和大容量燃煤機(jī)組。

3.3 氨法脫硫工藝

1)工藝特點(diǎn)

工藝的主要特點(diǎn)有:脫硫效率較高，可達(dá)到99%以上;運(yùn)行電耗較低;脫硫副產(chǎn)品為硫酸銨，可作為肥料銷售產(chǎn)生收益，從而抵銷一部分運(yùn)行成本;可在石灰石－石膏濕法脫硫裝置的基礎(chǔ)上改造為氨法脫硫裝置，充分利用現(xiàn)有設(shè)備，節(jié)約資金投入。

2)工藝流程

高效除塵后的煙氣經(jīng)換熱降溫后從下部進(jìn)入脫硫塔，氨水與煙氣中的SO2結(jié)合生成亞硫氫銨，亞硫氫銨溶液繼續(xù)與NH3反映生成亞硫酸銨，亞硫酸銨在吸收塔底部氧化成硫酸銨溶液，經(jīng)過(guò)過(guò)濾、結(jié)晶、分離后得到固體硫酸銨。脫硫后的煙氣經(jīng)除霧凈化并加熱后進(jìn)入煙囪排放。

3.4 噴霧干燥法脫硫工藝

噴霧干燥法脫硫工藝?yán)檬覞{液作為吸收劑，以細(xì)霧狀噴入反應(yīng)器。在吸收劑噴入吸收塔后，一方面吸收劑與煙氣中的SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成固體產(chǎn)物，達(dá)到脫除SO2的目的;另一方面煙氣將熱量傳遞給吸收劑，使之不斷干燥。塔內(nèi)脫硫反應(yīng)形成的產(chǎn)物為干粉，一部分在塔內(nèi)被分離收集，另一部分隨煙氣進(jìn)入除塵器后被收集。最終產(chǎn)物是硫酸鹽、鍋爐飛灰及部分未利用的石灰組成的混合物，為了提高脫硫劑的利用率和節(jié)約成本，往往將部分混合物加入制漿系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)利用。噴霧干燥技術(shù)多運(yùn)用于燃用中低硫煤的中小容量機(jī)組上，而在燃用高硫煤鍋爐的運(yùn)用上仍存在一些難題，同時(shí)由于石灰的成本相對(duì)較高，也影響了其經(jīng)濟(jì)性。噴霧干燥法脫硫工藝具有工藝流程簡(jiǎn)單、技術(shù)較為成熟、系統(tǒng)可靠性高等特點(diǎn)，脫硫效率可達(dá)到85%以上。

3.5 爐內(nèi)噴鈣加尾部增濕活化器

該工藝是在充分完善和利用爐內(nèi)噴鈣脫硫工藝的基礎(chǔ)上，在鍋爐尾部加裝增濕活化反應(yīng)器，從而進(jìn)一步提高脫硫效率。該工藝采用石灰石粉作為脫硫劑，通過(guò)氣力輸送方式將石灰石粉噴入爐膛，石灰石在爐膛高溫環(huán)境下分解為氧化鈣和二氧化碳，氧化鈣與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸鈣。由于石灰石粉狀固體與二氧化硫氣體反應(yīng)較緩慢，且部分石灰石粉進(jìn)入爐膛后，迅速隨煙氣涌出爐膛，反應(yīng)時(shí)間較短，導(dǎo)致石灰石粉利用率偏低。因此在煙道尾部加裝增濕活化反應(yīng)器，將增濕水以霧狀噴入活化反應(yīng)器內(nèi)，迅速與未反應(yīng)的氧化鈣接觸生成氫氧化鈣，再與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)，進(jìn)一步提高了脫硫劑利用率和脫硫效率。爐內(nèi)噴鈣加尾部增濕活化器脫硫工藝適用于燃燒含硫量為0.6～2.5%煤種的鍋爐，當(dāng)鈣硫比控制在2.5及以上時(shí)，系統(tǒng)脫硫率可達(dá)到65～80% 。未反應(yīng)的石灰石粉和反應(yīng)產(chǎn)物隨煙氣一起排出，被除塵器收集。

3.6 脫硫工藝對(duì)比

表1 脫硫工藝方案條件比較表

4 脫硫工藝方案選擇

綜合考慮，300 MW循環(huán)流化床鍋爐在完善現(xiàn)有爐內(nèi)噴鈣脫硫系統(tǒng)的基礎(chǔ)上選擇石灰石－石膏濕法脫硫工藝或者氨法脫硫工藝較為可靠。

循環(huán)流化床鍋爐原設(shè)計(jì)爐內(nèi)噴鈣脫硫效果顯著，此工藝應(yīng)充分利用。循環(huán)流化床爐內(nèi)脫硫+煙氣濕法脫硫結(jié)合方式，暫稱為兩級(jí)脫硫:第一級(jí)為循環(huán)流化床鍋爐原有爐內(nèi)石灰石脫硫，第二級(jí)為石灰石－石膏法或氨法脫硫。兩級(jí)脫硫的優(yōu)勢(shì):

1)減少了一級(jí)脫硫系統(tǒng)脫硫劑石灰石的粉添加量，有效地降低鍋爐受熱面磨損，并節(jié)約廠用電，減輕輸灰、除渣系統(tǒng)壓力。

2)可根據(jù)入爐煤硫分含量調(diào)整一、二級(jí)脫硫系統(tǒng)的出力，有效節(jié)約廠用電及脫硫成本。

3)可根據(jù)粉煤灰及石膏 (硫酸銨)的銷售情況來(lái)調(diào)整一、二級(jí)脫硫運(yùn)行方式，拓寬脫硫副產(chǎn)品銷售渠道，提高綜合利用率，降本增效。

4)可在任一級(jí)脫硫設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題的情況下，通過(guò)調(diào)整入爐煤硫分及一、二級(jí)脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行方式，隔離故障設(shè)備，為檢修創(chuàng)造條件，避免因設(shè)備問(wèn)題導(dǎo)致污染物超標(biāo)排放。

5)減少了一級(jí)脫硫系統(tǒng)石灰石添加量，有效減輕靜電除塵器壓力，提高除塵效率，降低煙塵排放濃度;二級(jí)濕法脫硫系統(tǒng)對(duì)煙塵具有一定的凈化作用，可使煙塵排放濃度進(jìn)一步降低。

6)分兩級(jí)脫硫，減輕了各級(jí)脫硫系統(tǒng)壓力，在污染物控制和節(jié)約建造、運(yùn)行成本方面有很大空間。

5 結(jié)束語(yǔ)

選擇何種脫硫工藝，需根據(jù)各廠實(shí)際情況，對(duì)投資和運(yùn)行成本進(jìn)行重點(diǎn)分析，并結(jié)合周邊環(huán)境、原材料供應(yīng)及脫硫副產(chǎn)品等方面進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮脫硫系統(tǒng)的富余容量，防止設(shè)備出現(xiàn)故障或外部環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)出力不足導(dǎo)致污染物超標(biāo)或重復(fù)改造的情況發(fā)生。

［1］劉宏麗，靳智平，衛(wèi)國(guó)，等.1025 t/h循環(huán)流化床鍋爐深度脫硫方式選擇研究［J］.熱力發(fā)電，2009，38(3):5－9.

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