（环境工程专业论文）石灰石石膏湿法脱硫工艺在滦河电厂的应用研究.pdf

摘要 摘要 随着我国经济的发展，人们对环境质量的要求越来越重视，火电厂二氧化硫污 染的控制成为大气污染治理的重中之重。其中，火电厂烟气脱硫是目前比较有效、 实际操作性强的措施之。滦河电厂6 群、7 撑机组燃煤锅炉采用静电除尘净化锅炉烟 气，s 0 2 未能满足国家节能减排和排放标准要求，为满足节能减排要求，提出采取石 灰石石膏湿法脱硫系统净化其烟气。 本研究在调研6 拌、7 岸机组燃煤锅炉现状、探讨国内外的脱硫工艺，石灰石石膏 湿法脱硫技术原理、特点、系统组成的基础上，给出应用于6 拌、7 f 机组燃煤锅炉烟 气的石灰石石膏湿法脱硫系统工艺、运行方案，并考察了连续2 2 天的试运行效果， 分析了工艺运行中存在的主要问题，优化了运行工艺参数，进一步考察了工艺参数 优化后的运行效果。结果表明：试运行期间脱硫效率较低，烟气温度和浆液p h 值是 脱硫系统不能稳定达标的主要因素；实验优化确定的最佳进口烟气温度在8 0 - 8 5 之 间、浆液p h 值在5 5 6 之间。参数优化后，通过2 2 天的连续运行，s 0 2 排放浓度可稳 定控制在2 0 0 m m 3 以下外排烟气满足g b l 3 2 2 3 2 0 0 3 火电厂大气污染物排放标准 的要求，脱硫工程s 0 2 去除率在9 1 3 9 2 7 之间，s 0 2 去除效率稳定。环境效益显著。 关键词 电厂；二氧化硫；石灰石一石膏；环境保护：脱硫技术 河北科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i 出t h ed e v e l o p m e n to fc h i n ae c o n o m y ，p e o l p l ee m p h a s eo nt h ee n v i r o 栅e n t a l q u a l i t ) r ，m o r e o v e rc o n t r o i i n gt l l es u l 盯d i o x i d ep o l i u t i o nh a l sb e c o m eat o pp r i o r i 哆o f a i rp o l l u t i o nc o n t r 0 1 a m o n gt h e m ，t h ef l u eg a sd e s u l m r i z a t i o ni sm o r ee f f e c t i v e ，t h e a c t u a lo p e r a b l eo n eo ft h em e a s u r e s l u a n 黜v e rp o w e rp l a n t6 群7 捍u n i tc o a l f i r e d b o i l e rw i t he l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o rt oc l e a nt h eb o i i e rf l u eg a ss 0 2f a i l e dt om e e tt h e r e q u i r e m e n t so ft h en a t i o n a le n e 唱ys a v i n ga n de m i s s i o ns t a n d a r d s ，t 0m e e te n e r g y s a v i n gr e q u i r e m e n t s ，a n dp r o p o s e dt 0t a k el i m e s t o n e g y p s u mw e tf g ds y s t e m p u r i 6 c a t i o no fi t sf l u eg a s i nt h i ss t u d y ，t h ep a p e rr e s e a r c h6 拌 、7 拌u n i tc o a l f i r e db o i l e rp r e s e n ts i t u a t i o n ， i n v e s t i g a t et h ed e s u i f u r i z a t i o np r o c e s sa th o m ea n da b r o a d ，a p p l yt o6 撑、7 群u n j t c o a l f i r e di i m e s t o n e - g y p s u mw e tf g d t e c h n o l o g yp r i n c i p i e s ，c h a r a c t e r i s t i c s ，s y s t e m c o m p o n e n t so nt h eb a s i so fb o i l e rn u eg a sl i m e s t o n e g y p s u mw e td e s u l p h u f i 动t i o n p r o c e s s e s ，m 皿i n gp r o g r 锄s ，觚di n v e s t i g a t e dt h ee 疏c to fc o n s e c u t i v e2 2 a yt r i a l r u n ，a i l a i y z et h em a i np r o b l e m si nt h ep r o c e s so p e f a t i o nt oo p t i m i z et h e 门1 1 1 n i n go f p r o c e s sp a r 锄e t e 倦， t of u n h e re x 锄i n e t h e o p t i m i z a t i o n o f p r o c e s s p a r a m e t e r s o p e r a t i n gr e s u l t s t h er e s u i t ss h o w e dt h a t ：d u r i n gm et r i a io p e r a t i o no f d e s u i f - u r i z a t i o ne m c i e n c yi sl o w t h ef l u eg a st e m p e r 加l r ea n dp hv a i o fs l u r r ) ro f f g ds y s t e mw 鹄n o ts t a b l es d a r dm a i nf a c t o r ；e x p e r i m e n t a lo p t i m i z a t i o no f d e t e 皿i n i n g t h eo p t i m 岫i n l e t g 硒t e m p e m t u r e 、 ，嬲8 0 - 8 5，p hv a i u eo f n 吼5 5 6i nb e t 、e e n a 触rp 甜锄e t e ro p t i m i z a t i o n ，t h r o u g h2 2d a y so fc o n t i n u o 鹏 o p e r a t i o n ，s “渺l es 0 2e m i s s i o nc 锄b ec o n t r o l l e db e l o w2 0 0 m m 3 ，e f f l l l ) ( n u eg 嬲t 0 m e e tm eg bi3 2 2 3 2 0 0 3 e m i s s i o ns t a n d 捌o fa j rp o l i u t a n t sf o rt h e 肌a lp o w e r p l a r i t s ，m er e m o 谢r a t eo fs 0 2b e t w n9 1 3 9 2 7 ，s 0 2r e n l 0 v a ie m c i e n c ys t a b i l i 够 e n v i r 0 i m l e n t a ib e n e f i s 锄es i 嘶f i c a n t k e yw o r d sp o w e rp i a n t ；s 0 2 ； t e c l 血q u e i i 第l 章绪论 1 1研究背景 第l 章绪论 二氧化硫是当今人类面l i 缶的主要大气污染物之一，其污染源分为两大类：天然 污染源和人为污染源。天然污染源由于量小、面广、易稀释和净化，对环境的危害 不大，人为污染源由于量大、集中、浓度高对环境造成严重危害。世界卫生组织和 联合国环境规划署公布的调查报告中指出：根据1 5 年来6 0 多个国家检测获得的统 计资料显示，由人类造成的二氧化硫每年达1 8 亿吨，已成为大气环境的第一污染物。 随着我国社会经济的发展，不断增加的能源消费所带来的环境质量问题也越来 越严重。根据中华人民共和国环保部统计，目前，我国每年排放的二氧化硫超过2 0 9 0 万吨，因酸雨造成的损失每年超过1l o o 亿元，相当于每吨s 0 2 造成的损失近5 0 0 0 元。s 0 2 的大量排放也导致我国的酸雨问题严重。2 0 0 9 年，全国开展酸雨监测的6 9 6 个城市中，3 5 7 个城市出现酸雨，占5 1 3 ，从酸雨出现城市比例和降水酸度分析， “十五”期间，全国出现酸雨的城市比例在3 0 4 0 问波动变化，但重酸雨( p h 值 4 5 ) 城市比例呈升高趋势。在我国，酸雨区面积己占国土面积的3 0 ，成为世界上继欧 洲、北美之后的第三大酸雨区。其中以长沙、赣州、南昌、怀化为代表的华中酸雨 区现已成为全国酸雨污染最严重的地区，其中心区平均降水p h 值低于4 0 ，酸雨频 率达9 0 ，已到“逢雨必酸”的程度【l 捌。研究表明，我国基本消除酸雨污染所允许的 最大s 0 2 排放量为1 2 0 0 万吨至1 4 0 0 万吨p 】。按照我国目前经济发展模式和污染控制 方式、力度，预计2 0 2 0 年全国s 0 2 排放量将达到2 8 0 0 万吨左右，超过大气环境容 量1 6 0 0 万吨，将对生态环境和人体健康造成严重影响。因此，制定严格的大气污染 物排放标准，控制s 0 2 的排放已成为当务之急1 4 】。 我国二氧化硫排放量的5 0 左右来自火电厂，火力发电厂作为s 0 2 的主要排放 源之一，所面i 临的环保压力也越来越大。滦河电厂是承德市主要发电厂之一。近年 来，随着人们对环境质量要求的日益增强，电厂排放的s 0 2 对环境的影响越来越引 起承德市社会的广泛关注，要求火电厂脱硫的呼声越来越高：火电厂大气污染物 排放标准在排放总量和排放浓度两方面提出更高的要求，新的排污收费制度的实 施也对电厂形成了很大的经济压力，为创建资源节约环保友好型企业，实现节能减 排，改善承德市周边大气环境质量，滦河电厂6 撑、7 拌燃煤锅炉安装烟气脱硫装置己 是势在必行。既是环保的要求也是关系到企业长期生存，实现可持续发展的需要。 河北科技大学硕士学位论文 1 2 脱硫技术发展现状 1 2 1脱硫技术概述 近年来，西方发达国家在火电厂脱硫技术方面取得了大量的研究成果，已经开 发的脱硫技术大约有近2 0 0 种，但真正实现工业应用的仅十几种。国内外目前普遍 采用的脱硫方法分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫( 即烟气脱硫) 三种【i o i 。 燃烧前脱硫是采用化学、物理或生物方法对煤炭进行脱硫处理的技术【引。 燃烧中脱硫是燃烧过程中加入脱硫剂，脱除s 0 2 的方法。如：炉内喷钙，循环 流化床( c f b 、p c f b 等) l 引。 燃烧后脱硫，即烟气脱硫( f l u eg a sd e s u i f u r i z a t i o n ，简称f g d ) 是世界上唯一大 规模商业化应用的脱硫方法，是控制酸雨和二氧化硫污染最为有效和主要的手段。 在电力行业，尤其在脱硫技术领域，有两种分类方法。一种分类方法是以脱硫 产物的用途为依据，分为抛弃法和回收法。另一种分类方法是根据吸收剂及脱硫产 物在脱硫过程中的干湿状态将脱硫技术分为湿法、干法和半干法i l 。 1 ) 湿法f g d 技术 湿法f g d 技术已有数十年的发展历史，技术上日益成熟、完善，常见的有石灰 石石膏法、海水法、氨法、双碱法、氧化镁法、氢氧化钠法等。其中石灰石石膏法 由于具有吸收剂资源丰富、成本低廉等优点，应用最为广泛【9 1 。 石灰石石膏法 该工艺以石灰石为吸收剂，制浆液在湿式洗涤塔中吸收s 0 2 。 该工艺成熟，运行也较为稳定，脱硫效率在9 0 以上，能耗低。吸收剂资源丰富， 成本也低廉，产生的副产品石膏可回收。但这一工艺占地面积较大，初期投资和运 行费用也较高。 海水脱硫法 由于海水一般呈碱性，p h 在8 左右，海水对酸性气体有中和吸收作用，该工艺 以海水为介质吸收烟气中的s 0 2 。 海水脱硫对于沿海的电厂非常有吸引力，但需要大量耗用电厂用电，并且在大量 使用海水脱硫后，废液向海洋排放对环境产生的影响还未得到定论，该工艺现还无 法大面积推广 氨法 氨法f g d 工艺是采用氨做吸收剂去除s 0 2 的工艺。 氨法反应速率快，反应完全，吸收剂利用效率高，并且相对于钙法系统简单，设 备体积小，能耗低。副产品可作为农用肥料销售。但其初期投资和运行费用均较高， 易产生二次污染1 1 3 1 2 ) 干法、半干法f g d 技术 2 第1 章绪论 干法烟气脱硫技术，就是脱硫吸收和产物处理均在无液相介入的完全干燥的状态 下进行，具有流程短、无污水废酸排出、净化后烟气温度高利于烟囱排气扩散、设 备腐蚀小等优点，反应产物亦为干粉状【弼i 。此种方法的脱硫效率在4 0 7 0 之间， 脱硫剂利用率较低，但投资少、设备占地面积小。 半干法烟气脱硫技术是结合了湿法和于法脱硫的部分特点，吸收剂在湿的状态下 脱硫，在干燥状态下处理脱硫产物。也有在干状态下脱硫、在湿状态下处理脱硫产 物的。半干法的工艺特点是反应在气、固、液三相中进j 亍，利用烟气显热蒸发吸收 液中的水分，使最终产物为干粉状。这种方法的脱硫效率在7 0 8 5 之间，较湿 法低，但投资及运行费用也较低，具有较好的经济性1 2 叭。 主要的工艺有活性炭法、接触氧化法、石灰粉吹入法、活性氧化锰法、氧化铜法 及循环流化床等i l z i 。 三种烟气脱硫方法的特点比较见表i 1 。 表1 1三种烟气脱硫方法的特点【1 4 i 1 2 2 国外脱硫技术发展现状 目前，世界各国日益重视由锅炉燃煤所生成的二氧化硫所造成的环境危害，特别 是一些发达的工业化国家，已制定了严格的法律、法规和技术保障措施，控制锅炉 燃烧过程中的污染物生成，并采取措施减少其排放量。 发达国家燃煤电厂基本上都安装了f g d 装置，日本、美国和德国等在脱硫技术 及应用方面做得最有成效。国外湿法脱硫的常用技术方法：a m e d a 、g 舔s p e c t 、a m i 鹏 g u 删等【1 8 l 。 日本是世界上最早大规模应用f g d 装置的国家，从1 9 6 2 年就开始研发f g d 工 艺及设备，7 0 年代起大规模实施应用。在建造f g d 设备初期，为了适应不同的用途、 烟气处理量和其他参数，曾采用过多种f g d 工艺，但是应用最为广泛的还是湿法工 3 河北科技大学硕士学位论文 艺，无论是设备数量还是处理能力都占总数的9 0 左右。就火电厂所采用的工艺而 言，几乎全部采用石灰石石膏湿法，脱硫率达9 0 一9 8 l i5 1 。 美国的烟气脱硫技术研究比日本略晚，自2 0 世纪7 0 年代开始，特别是1 9 7 8 年 重新修改了环境法规，否决了高烟囱排放，使f g d 技术迅速发展，并取得了很大的 进展。7 0 年代初喷雾干燥脱硫工艺的研究开始起步，8 0 年代初，在燃烧低硫煤的电 厂锅炉上得到了工业应用，还针对老电厂脱硫改造问题，对吸收剂喷射技术进行了 广泛的研究和应用。新建的电厂己基本安装了烟气脱硫装置。而8 0 的电厂仍采用 石灰石石膏湿法工艺i i6 。 德国电厂f g d 技术起步晚于美国，但在德国政府严格的环保法规的促使下，f g d 技术得到迅速的开发与发展。到了1 9 9 2 年，5 0 m w 以上的燃煤锅炉全部安装了f g d 装置。在德国，燃煤电厂脱硫工艺主要采用湿法脱硫，其中石灰石石膏湿法脱硫工 艺比例为9 0 以上1 1 7 l 。 此外，丹麦、芬兰、挪威、奥地利等国对f g d 也开展了大量研究，开发出了许 多先进工艺( 3 3 l ，如丹麦的s d a 法，芬兰的l i f a c 法、挪威的n i d 法和海水脱硫工 艺以及奥地利的d c f b 循环流化床工艺等。 1 2 3国内脱硫技术发展现状 国内电厂排放物治理的研究工作起步于六十年代，起步较早，但由于经济、技 术等多方面原因，进展缓慢。九五期间，已投入运行的脱硫工程容量仅占火电厂装 机容量的2 1 5 l 。其特点是，烟气脱硫产业刚刚起步，尚不具备大型脱硫装置建造能 力，已引进的国外先进脱硫技术尚处于消化吸收阶段1 4 8 4 9 l 。十五、十一五及近年来， 由于能源需求量的增大，环境污染问题日益严重，使我国对烟气脱硫更加重视，在 引进国外脱硫工艺的同时。国内各科研单位和高等院校都在积极研究与探索，开发 高效、低投资的符合我国国情的工艺技术。引进的示范工程虽然设备先进、运行稳 定、自控程度高，但其投资及运行费用极为昂贵，我国的经济力量比较薄弱，并且 工业锅炉大多是中小型锅炉，因此，与其配套的烟气脱硫工艺应该是简单、可靠、 价廉的操作工艺1 2 4 l 。从我国的国情出发，目前国内大多采用除尘、脱硫在同一处理 装置中进行的方法。目前，浙江大学热能工程研究所开发的湍流式、浙江大学化工 系开发的旋流板、山东工业大学研发的流化床等脱硫除尘一体化装置以其投资少、 运行费用低、易于在现有水膜除尘器上改造等特点正应用于全国各地的中小型锅炉， 另外清华大学热能工程系开发的液柱湿法、浙江大学热能工程研究所开发的新型半 干法脱硫装置也正在设计安装中【6 l 。 现在，世界上较为成熟的脱硫技术在国内基本都有应用，如胜利油田化工厂的 氨一硫酸法装置( 1 9 7 9 年，日本东洋公司) ，南京钢铁厂的碱式硫酸铝法( 1 9 8 1 年，日 本同和公司) ，重庆华能络瑛电厂( 1 9 9 2 年，日本三菱重工) 和杭州半山电厂( 2 0 0 0 年， 4 第l 章绪论 德国s t e i 哪u l l e r 公司) 的石灰石石膏湿法脱硫装置，以及太原第一热电厂( 1 9 年) 、 山东维坊化工厂( 1 9 9 5 年) 、南宁化工集团( 1 9 9 5 年) 、重庆长寿化工厂( 1 9 9 5 年) 运用的 石灰石灰石简易湿法烟气脱硫1 7 l 。 另外，一些新开发的技术也得到了成功运用，如四川成都热电厂运用的同本茬 原公司的电子束烟气脱硫脱硝装置、杭州钢铁集团1 9 9 7 年引进的美国a i a n c 0 公司 荷电干式喷射脱硫工艺l j ，深圳西部电力公司于1 9 9 8 年引进了挪威a b b 公司的海 水脱硫工艺。以上国外引进的脱硫工艺在我国的运行相对比较成功，但极为昂贵的 初投资和运行费并不适合我国国情d 2 1 。 上个世纪7 0 年代一8 0 年代初，我国也自行开发了一些脱硫工艺f 57 1 ，并运用于实 际工程中，如1 9 7 4 1 9 7 6 年开发的运用于上海闸北电厂的湿式石灰石，石膏法( 烟气 量2 5 0 0 n m 3 ，h ) ，湖南3 0 0 电厂的亚钠循环法( 烟气量1 0 0 0 0 n m ) 以及1 9 7 4 1 9 8 1 年开 发的湖北松木坪电厂的水洗再生活性炭脱硫法( 烟气量5 0 0 0 n m 3 h ) 【4 ，但这些装置或 因为结垢、腐蚀，或因为操作复杂、动力消耗大等原因最终都己停运。近年来开发 的适用于中小型锅炉的脱硫除尘一体化技术运用还是很成功的，如9 0 年代开发的湍 流塔、旋流板塔等湿式除尘脱硫技术，脱硫效率达到8 0 ，清华大学的新型液柱湿 法工艺脱硫效率可达9 0 以上哺j 。 所以，结合我国的实际国情，我们必须充分消化国外先进技术，结合实际开发 出适合我国的脱硫技术。就目前的技术水平和现实能力而言，烟气脱硫( f g d ) 仍是世 界上唯一大规模商业应用的、最有效的脱硫方法。综合各方面的信息，石灰石，石灰 一石膏湿法烟气脱硫技术最适合我国国情。原电力部环境保护领导小组提出的脱硫 技术路线中指出：“灰石石灰一石膏湿法烟气脱硫技术是世界上应用最多、最为成 熟的技术，应用范围宽，并有较大幅度降低工程造价的可能性，为了适应大机组脱 硫的需要，我国应重点发展这一技术 。对石灰石，石灰一石膏湿法烟气脱硫技术在 我国的应用给予了充分的肯定和支持1 4 叫。目前，我国己具备了进行深入研究的物质、 经济、政策基础，因此，研究石灰石石灰一石膏湿法烟气脱硫技术理论、设备、系 统运行的特性等具有重要的意义。 1 3 研究内容 i ) 通过调研6 撑、7 撑机组燃煤锅炉现状、探讨国内外的脱硫工艺，石灰石石膏 湿法脱硫技术原理、特点、系统组成的基础上，给出应用于6 牟、7 拌机组燃煤锅炉烟 气的石灰石- 石膏湿法脱硫系统工艺、运行方案。 2 ) 通过对试运行效果的考察，分析工艺运行中存在的主要问题，根据滦河电厂 脱硫工程的运行状况和实地调研结果，对烟气温度、浆液p h 值两方面运行参数进行 优化分析。 3 ) 优化运行工艺参数后，进一步考察工艺参数优化后的运行效果，探讨其稳定 s 河北科技大学硕士学位论文 达标的可行性及环境效益。 6 第2 章滦河i 乜厂6 岸、7 撑燃煤锅炉现状 第2 章滦河电厂6 撑、7 拌燃煤锅炉现状 2 1 自然环境概况 2 1 1电厂地理位置概述 滦河发f 乜j 位j 二河北省承德市话郊双滦区滦河镇以东约1 5 k 1 1 1 处，距市区约 18 k n l 。双滦区是承德市市辖区，全区总面积2 5 l 平方公里，辖4 个镇，4 3 个行政村， 总人u 为1 0 万。区内交通发达，京承、京沈、承赤等三条国家干线公路贯穿区境， 承滦铁路专用线从东向西纵贯全区。双滦区是承德市的工业区，区内驻有承德钢铁 集团公司、承德输送机集团公司、滦河发电厂、承德黄麻化纤总厂、丝绸厂、钟楼 集团承德啤酒有限公司等省、市属大中型企业十余家。其中承钢集团是全国5 0 0 强 之一，也是中国北方最大的钒、钛钢铁生产基地。厂址西距承德钢厂约2 3 k m 。 滦河发电厂厂址位于冀北山地。南依燕山，属燕山山脉，北傍滦河：南侧的燕 山高出滦河谷地7 0 l o o m ；电厂厂区与生活区浑为一体，以围墙分界，以东为厂区， 以西为生活居住区。地理位置见图2 1 。 - t i 毒弋 鼢乜 、 蜀瘩圩 图2 一l 滦河电厂地理位置图 2 1 2 水文概况 1 ) 地表水概况 滦河发电厂地处滦河中上游，流经该区域的河流为滦河干流及其支流伊逊河和 7 河北科技大学硕士学位论文 和丰亡牛河。 滦河发源于河北省丰宁县西北部大滩镇小粱山南麓。多年平均径流量为 2 4 5 1 0 8 m 3 ，流经双滦区与双桥区，在雹神庙汇合武烈河后继续东流。 伊逊河位于承钢厂区东北部，它是滦河主要支流之一。发源于围场县大椤“- ! 沟及尹苏川老岭拐磨子一带。经围场、隆化、滦平三县，在滦平镇下湾村附i 一 t 滦河。伊逊河全长1 9 5 l ，多年平均径流量3 2 1 0 8 m 3 。 忙牛河发源于承德市大黑山一带，由北向南流经3 5 公里，在双塔山汇入汾t i 该河常年干沽，仅用于行洪。厂址位于滦河南岸，北距滦河约8 0 0 余米。泺f 1 j ，：j 厂凡西营灰场位于电厂西南4 k m 处的付营子乡凡西营村北沟内，其灰场排j “： 向东汇入滦河。 2 ) 地下水概况 滦河发电厂现水源位于滦河南岸河漫滩和一级阶地上。上起承钢铁路七川o 下至电厂老平地灰场。含水层为卵石、砾石和粗砂层，厚度9 0 1 1 0 m ：下伏摹勾 前震旦系混合岩化的花岗片麻岩和侏罗系砾岩、砂砾岩等，埋深1 0 o 1 5 o m 。， ：1 水为潜水，水位埋深o 7 毗2 0 m 。地下水水位随季节变化，高水位在每年的6 ，：f 旬至9 月份，低水位在1 2 月至来年的3 月份。 水源地地下水水质根据电厂2 0 0 9 年生产井水质全分析资料，水化学券培 h c 0 3 a 和h c 0 3 - s 0 4 - c a 型，p h 值7 2 4 7 5 4 ，总矿化度为o 3 1 4 o 5 7 7 刚，令御嗲 为4 7 0 7 6 0 m m 0 1 l ，全碱度为3 4 0 4 2 0 m m o l 几，耗氧量为0 8 8 1 0 4 m m o l l 。地下 水属低耗氧量、低矿化度、中性全淡水。 2 1 - 3 气象状况 承德地区属于北温带大陆性气候，处于暖温带和寒温带的过渡地带。夏李弦j ： 冬季寒冷，雨量适中，风沙较小。 根据承德气象站1 9 5 5 年2 0 0 9 年的气象资料统计，各气象要素特征值妯- 秋2 ： 所示。可以看到，承德地区多年平均气温8 9 ，平均风速1 3 l n s ，全年主0r 舟? ? 北风，多年平均气压9 7 2 4 h p a 。 表2 i承德地区气象资料统计 8 第2 章滦河电厂6 群、7 l f 燃煤锅炉现状 2 2 滦河电厂6 i f 、7 燃煤锅炉现状 滦河电厂6 撑、7 捍锅炉于2 0 0 7 年9 月建成投产，总装机容量为2 3 0 0 m w ，现将 锅炉概况介绍如下： 1 ) 锅炉简介 滦河发电厂2 3 0 0 m w 供热机组( 即6 群、7 撑机组) ，所用煤炭由铁路运输直接 运抵滦河发电厂煤场，经输煤系统和制粉系统将煤制成煤粉送至锅炉燃烧，锅炉产 生的蒸汽推动汽轮发电机发电，产生的电能接入厂内配电装置，由输电线路送出。 供热采用锅炉抽汽，采用厂内设汽水换热首站，通过热网循环水泵外供。2 3 3 0 m w 锅炉由上海锅炉厂有限公司设计制造。锅炉为亚临界参数汽包炉，采用自然循环、 一次中间再热、四角切圆燃烧方式、单炉膛平衡通风、固态排渣、全钢结构、紧身 封闭布置的n 型燃煤锅炉。 每台锅炉配备有两台双室四电场静电除尘器，除尘效率不小于9 9 6 8 。每台锅 炉配备有送、吸、一次风机各两台，一次风机采用离心风机，送风机采用动叶可调 轴流式风机，引风机采用静叶可调轴流式风机。 锅炉的运行参数见表2 2 。 表2 2 锅炉运行参数一览表 名称 参敛 锅炉型号 供货商 燃料 助燃和启动燃料 最大连续蒸发量( b m c r 工况) 过热器出口蒸汽压力 过热器出口蒸汽温度 摊烟温度( 设计煤种、修正后) 锅炉热效宰保证值( t h a 工况) 锅炉不投油最低稳燃负荷 s g - 1 0 2 5 ，1 8 5 5 m 上海锅炉厂有限公司 烟煤 o 号轻柴油 1 0 2 5 t m 1 8 5 5m p a ( g ) 5 4 3 1 2 7 9 3 6 0 3 0 b m c r 9 河北科技大学硕士学位论文 锅炉i 四转式空预器出u 飞灰份额q 伯 o 8 5 项目符号单位煤赝情况 全水分 干燥基水分 收到基灰分 干燥无灰基挥发分 收到苯低位发热量 收到基碳 收到基氢 收到基氧 收到基氮 收到基硫 可磨性指数 灰成分分析 d a n d u 二氧化硅 三氧化二铝 二氧化钛 三氧化二铁 氧化钙 氧化镁 氧化钾 氧化钠 五氧化二磷 三氧化琉 二氧化锰 变形温度 软化温度 熔融温度 m t m a d 舾 v d a f q n e t ，a r c 缸 h 缸 0 甜 n 盯 s 盯 h g i s i 0 2 a 1 2 0 ， t i 0 2 f c 2 0 ， c a o m 9 0 k 2 0 n a 2 0 p 2 0 s s 0 ， d t s r f r k j ，k g 2 3 滦河电厂6 捍、7 拌锅炉烟气排放现状及存在问题 滦河电厂6 f 、7 l 燃煤锅炉于2 0 0 7 年9 月建成投产，锅炉产生的烟气仅采用双室 四电场静电除尘器进行净化，未安装烟气脱硫装置，6 捍、7 拌燃煤锅炉烟气排放现状 见表2 5 。 l o 哪 l 詈 帅 圳 一 渊 涨 谧 懈 蝴 朋 钤 舶 够 ” 弘 勰 m 啪 雯； 洲 帅 m 必 珊 m 挪 燃 姗 第2 章滦河电厂6 岸、7 岸燃煤锅炉现状 表2 56 母、7 撑燃煤锅炉排放现状 由表2 5 可见，烟气中的二氧化硫浓度无法满足火电厂大气污染物排放标准 ( g b l 3 2 2 3 2 0 0 3 ) 的要求，二氧化硫排放总量无法满足节能减排要求。 2 4 本章小结 经过现场调研，深入了解了滦河电厂6 群、7 岸燃煤锅炉现状，提出了燃煤锅炉烟 气处理的现存问题。 河北科技大学硕士学位论文 第3 章 石灰石一石膏法湿法脱硫技术在滦河电厂的应 用研究 3 1滦河电厂脱硫方法的确定 目前，国内主要的脱硫技术包括：石灰石石膏湿法脱硫工艺、炉内喷钙尾部增 湿脱硫工艺、旋转喷雾半干法脱硫工艺、电子束脱硫技术、循环流化床半干法脱硫 工艺等，现将各种脱硫工艺的优缺点进行比较分析，以确定更为适合滦河电厂6 群、 7 撑燃煤锅炉的脱硫方式。 1 ) 石灰石石膏湿法脱硫系统是应用最广、技术最为成熟的脱硫工艺之一。该工 艺脱硫效率高、运行可靠，但也存在着占地面积大、系统复杂和运行成本较高等缺 陷。石灰石石膏湿法脱硫技术已成为我国烟气脱硫尤其是大型火电机组( 三3 0 0 m w ) 烟气脱硫的首选技术。 2 ) 炉内喷钙尾部增湿活化烟气脱硫具有投资低、工艺简单、运行成本低等优势， 其最大的缺点是对锅炉有不利的影响，有引起炉内结焦、受热面磨损的潜在威胁【1 9 j 。 炉内喷钙加尾部增湿活化脱硫技术将在我国的中小机组脱硫改造中发挥积极作用。 3 ) 旋转喷雾半干法具有投资省的优点，但脱硫吸收剂要用高品位的石灰，且脱 硫率和吸收剂的利用率均比较低，旋转雾化喷嘴磨损较厉害，而且要求电机转速较 高，目前只有少数国家能够生产这种雾化喷嘴及配套装置，其推广应用受到一定的 限制i 如l 。 4 ) 电子束脱硫技术目前尚处于试验阶段，仅在脱硫剂与其副产品有可靠的来源 和市场，且运行成本合算时方可考虑采用【2 4 l 。 5 ) 循环流化床半干法脱硫工艺被公认为是一项前景广阔的技术【2 3 1 ，其投资费用 仅为石灰石，石膏法的7 0 以下，运行费用也略低，该工艺具有高效、经济及节省空 间的技术优势1 2 2 1 ，该技术在中小机组( 3 0 0 m w ) 烟气脱硫工程中占重要的位置【2 前述脱硫工艺综合比较如表3 1 所示。在这5 种工艺中除石灰石石膏法烟气脱 硫工艺外，其余各种工艺均适合锅炉的烟气脱硫但有的工艺在运用过程中受到一 定的局限性【翊。 1 2 第3 章石灰石一石膏法湿法脱硫技术在滦河电厂的应用研究 表3 1几种不同的脱硫工艺技术比较【”l 技术成熟程度成熟成熟成热工业试验成熟 应用规模 脱硫率 c “s 吸收剂种类 没有限制 9 5 i i 石灰石 多为中小机组 6 0 - 8 5 2 m 一3 o 石灰石 多为中小机组 8 0 9 s 2 0 - 一2 5 石灰 _ 8 5 氮 多为中小机组 7 0 名5 1 2 2 o 石灰 副产物种类石膏硫酸废渣( 亚硫硫酸废渣( 亚硫硫酸铵，硝酸铵硫酸废渣( 亚硫 酸钙等)酸钙等)酸钙等) 副产物出路可做水泥缓凝瘫以综台利用难以综合利用困难较大难以综合利用 荆，如果有条件 还可进一步利 用 由上表3 1 可知，石灰石石膏湿法脱落技术比较成熟，较其他几种脱硫技术脱 硫效率较高，所选用的吸收剂( 即石灰石) 较为便宜且易于购买，副产物一石膏也 可综合利用，应用广泛。世界上有多家公司开发研究这种工艺，如德国的b i s c h o f f 公司、日本的三菱重工、川畸重工、石川岛播磨，美国的b w 公司等等，应用此 脱硫工艺最多的国家是美国、日本及德国，该工艺的机组容量约占电站脱硫装机总 容量的9 0 ，单塔容量已达1 0 0 0 m w 。在国内，采用该工艺已投运的电厂有：重庆 珞璜电厂、重庆发电厂、杭州半山电厂、北京第一热电厂、北京石景山热电厂、北 京第一热电厂二期、广东瑞明电厂和贵州安顺电厂等。沙角a 电厂5 号机3 0 0 m w 机组；广安电厂4 3 0 0 m w 机组、安顺电厂2 3 0 0 m w 机组、合山电厂2 3 0 0 m w 机 组、黄台电厂2 x 3 0 0 m w 机组、沙角c 电厂3 6 6 0 m w 、黄埔电厂2 3 0 0 m w 机组、 珠海电厂2 6 6 0 m w 机组的湿法脱硫装置正在安装过程中，都选择石灰石石膏湿法 脱硫工艺【强j 。 通过现状调查和现场监测掌握滦河电厂烟气产生特点、烟气二氧化硫浓度等基本 参数，通过类比调查比较分析现有烟气脱硫工艺的技术经济性能，并滦河电厂场地、 1 3 河北科技大学硕士学位论文 脱硫剂原料来源等，确定滦河电厂烟气采用石灰石一石膏湿法脱硫工艺。 3 2石灰石一石膏湿法烟气脱硫吸收原理和特点 3 2 1吸收原理 石灰石一石膏湿法脱硫工艺原理是通过石灰石溶液与含s 0 2 的烟气发生化学反应 而脱除s 0 2 ，所以要最大限度地提高脱硫效率，首先就要分析气液吸收反应的内部机 理，对于吸收的分类，往往是以吸收质与吸收剂之问有无化学反应发生而分为物理 吸收和化学吸收两大类【4 3 4 们。 1 ) 物理吸收 在石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺中，当烟气进入吸收装置与吸收剂浆液( 液态 吸收剂浆液) 接触混合，将发生物理吸收过程，这一物理吸收过程可描述为如下四 个阶段【3 2 l ： 从气相内部到气液相界面的气态反应物质的迁移( 扩散、对流) 反应物组分在液相中溶解 溶解反应物质从相界面进入液体内部的迁移( 扩散、对流) 已溶解的反应物的迁移和由反应引起的浓度梯度产生的反应物的迁移。 物理吸收过程是以膜扩散方式进行的【2 9 1 。在气液间的相界面处形成两个有效的 层流膜层，称为气膜和液膜界面，在这两个膜层中发生的物质迁移是分子扩散的结 果，物质迁移方向与相界面垂直，并不受外部湍流流体的干扰。在物理吸收过程的 四个阶段中，速度最慢的一个将决定整体物质交换速度已由于在脱硫过程中反应物 的浓度比较低，相界面的气相侧浓度和液相侧浓度之间的平衡可用亨利定律来描述 【3 0 1 。根据气液双膜理论【3 l l ，当气液界面浓度处于平衡状态时可以用下式表述： 尸鲫，= ， ( 3 i ) 式中尸泐l r s 0 2 气态平衡分压力p a c 泐j - 平衡时s 0 2 在液相中的浓度 肛一亨利常数p a 界面气膜s 0 2 的交换量 q = 您伊矿咫们，) ( 3 - 2 ) 界面液膜s 0 2 的交换量 q 文鼠c s d 夕 ( 3 - 3 ) 式中磁、鼠气膜、液膜的传质系数 ，2 j ，2 ，一0 2 的分压力和浓度值p a a 广传质增强因子 由公式( 3 1 ) ( 3 - 2 ) 可以看出，提高压差、浓度差和传质系数可以获得高的传 1 4 第3 章石灰石一石膏法湿法脱硫技术在滦河电厂的应用研究 质率。当气膜的扩散常数砭远远大于液膜扩散常数鼠时，气态组分的溶解一般非常 快，在双膜上的物质迁移的主要阻力是由液膜引起的。用碱性物质如c a c 0 4 吸收s 0 2 的情况即属此种情况。 在液滴内部的物质交换受两种因素的主导，一是液体内部的流动：二是物质的 浓度梯度。由于存在液滴内部湍流造成液体内部的循环流动，伎液滴中的物质交换 加剧，液体中溶解的物质从内部迁移到相界面，使相界面上与气体接触的反应物浓 度变化缓慢，并保持长时间的接触，足以使反应物质在返回到液滴内部前与气态反 应物发生反应。在液体中的化学反应也会使反应物的浓度梯度加大，加速物质的交 换。液滴内部的物质交换和发生的化学反应也比界面上的物质交换速度快。 综合上述分析可以得出，在采用石灰石浆液俘获s 0 2 的物理过程中液侧界面的 物质传输速度在一定程度上决定了整体物质传输速度。 2 ) 化学吸收1 4 4 l 石灰石浆液吸收烟气中s 0 2 的化学过程描述如下： s 0 2 吸收反应 含有s 0 2 的烟气进入液相，首先发生吸收s 0 2 的反应，即 溉邶一啪( 溶解) ( 3 4 ) 脚广矿1 l ，姗j 一( 电离) ( 3 5 ) 吸收反应是传质和吸收的过程，水吸收s 0 2 属于中等溶解度的气体组份的吸收， 根据双膜理论，传质速率受气相传质阻力和液相传质阻力的控制，吸收速率= 吸收 推动力吸收系数( 传质阻力为吸收系数的倒数) 强化吸收反应的措施： i 提高s 0 2 在气相中的分压力( 浓度) ，提高气相传质动力。 i i 采用逆流传质，增加吸收区平均传质动力。 i i i 增加气相与液相的流速，高的r e 数改变了气膜和液膜的界面，从而引起强 烈的传质。 强化氧化，加快已溶解s 0 2 的电离和氧化，当亚硫酸被氧化以后，它的浓度 就会降低，会促进了s 0 2 的吸收。 v 提高p h 值，减少电离的逆向过程，增加液相吸收推动力【3 2 1 。 在总吸收系数一定的情况下，增加气液接触面积，延长接触时间，如：增大 液气比，减小液滴粒径，调整喷淋层间距等。 v i i 保持均匀的流场分布和喷淋密度，提高气液接触的有效性。 石灰石的消溶 加入石灰石，一方面可以消耗溶液中的氢离子，另一方面得到了生成石膏所需 的钙离子。石灰石的消溶反应如下： c 口c d j ( 固) 甜+ 蜘卜 ( 3 石) 1 5 河北科技大学硕士学位论文 c o 一+ 霄h c o f h c o f + f h p + c 0 2 ( 3 7 ) ( 3 8 ) 反应式( 3 6 ) 是以c a c 0 3 作为吸收齐l j 进行脱硫的关键步骤。石灰石按上述反应 消溶，由化学过程( 反应动力学过程) 和物理过程( 反应物从石灰石离子迁移出的 扩散过程) 决定。当p h 值在5 0 之间时，这两种过程同等重要。但在p h 值较低时， 扩散速度限制着整个过程，而在碱性范围内，颗粒表面的化学动力学过程是起主要 作用的。低p h 值有利于c a c 0 3 的消溶。当p h 值在“之间时，随着p h 值降低， 石灰石的消溶速率按近似线彤的规律增加。为提高s 0 2 的吸收量，可以保持较高的 p h 值【3 孔，这只是能提高石灰石浆液的浓度，以加快动力学过程，但一方面增加了吸 收剂的用量，另一方面降低了石膏的质量。工艺上一般取石灰石浆液浓度在2 5 坝 左右。为了增大石灰石的消溶性，提高浆液的化学反应活性，采用细的石灰石粉末 以增大石灰石颗粒的比表面积。在石灰石湿法f g d 中使用的石灰石粉，其颗粒大都 在4 0 “0 “m 之间。 亚硫酸盐的氧化反应 一部分h s 0 3 一在吸收装置中被烟气中的氧所氧化，其它的h s 0 3 一在反应池中被 氧化空气完全氧化，反应如下： h s 0 3 。+ j ，2 0 广h s o 。 n 9 ) 黝- + 手，一 ( 3 1 0 ) 氧化反应的机理基本同吸收反应，不同的是氧化反应是液相连续，气相是离散 相。水吸收0 2 属于难溶解度的气体组份的吸收，根据双膜理论，传质速率受液膜传 质阻力的控制。强化氧化反应的措施： i 降低p h 值，增加氧气的溶解度： i i 增加氧化空气的过量系数，增加氧浓度； m 改善氧气的分布均匀性，减小气泡平均粒径，增加气液接触面积。 中和反应 形成硫酸盐后吸收的反应进入最后阶段，即生成固态盐类结晶，并从溶液中 析出【3 射。采用石灰石浆液作吸收剂，从溶液中析出石膏。吸收剂浆液被引入吸收塔 内中和氢离子，使吸收液保持一定的p h 值。中和后的浆液在吸收塔内再循环。中和 反应如下： c 0 + + c o + 2 矿+ s o ? 一+ h 叠n c 舔o f 2 h p + c o l ( 3 u 、 此外，还发生以下副反应 耐+ 删一手，忍仍d 卅施阳r 强 ( 3 1 2 ) 掰删_ 啪慨 ( 3 1 3 ) 中和反应伴随着石灰石的溶解和中和反应及结晶，由于石灰石较为难溶，因此 1 6 第3 章石灰石一石膏法湿法脱硫技术在滦河电厂的应用研究 本环节的关键是，如何增加石灰石的溶解度，反应生成的石膏如何尽快结晶，以降 低石膏过饱和度。中和反应本身并不困难。强化中和反应的措施： i 提高石灰石的活性，选用纯度高的石灰石，减少杂质。 i i 细化石灰石粒径，提高溶解速率。 l i i 降低p h 值，增加石灰石溶解度，提高石狄石的利用率。 增加石灰石在浆池中的停留时问。 v 增加石膏浆液的固体浓度，增加结晶附着面，控制石膏的相对饱和度。 提高氧气在浆液中的溶解度，排挤溶解在液相中的c 0 2 ，强化中和反应。 其他副反应 烟气中的其他污染物如s 0 3 2 、c i 、f 和灰尘都被循环浆液吸收和捕集。s 0 3 、 h c l 和h f 与悬浮液中的石灰石按以下反应式发生反应： s 0 3 + h p 一2 h + s o 一 ( 3 1 4 ) c a c 0 3 + 2h c l 一c c l c l 2 + c o z t + h p c 口j + 2 职c 舀凡+ c 0 2 t + 月妒 ( 3 - 1 5 ) 脱硫反应是一个比较复杂的反应过程，其中一些副反应，有些有利于反应的进 程，有些会阻碍反应的发生，下列反应应当在设计中予以重视： i m g 的反应 浆池中的m g 元素，主要来自于石灰石中的杂质，当石灰石中可溶性m g 含量较 高时( 以m g c 0 3 形式存在) ，由于m g c 0 3 活性高于c a c 0 3 会优先参与反应，对反 应的进行是有利的，但过多时，会导致浆液中生成大量的可溶性的m g s 0 3 ，它过多 的存在，使得溶液里s 0 3 2 浓度增加，导致s 0 2 吸收