半干法脱硫技术

一 工艺概述循环悬浮式半干法烟气脱硫技术兼有干法与湿法的一些特点 其 既具有湿法脱硫反应速度快 脱硫效率高的优点 又具有干法无污水排放 脱 硫后产物易于处理的好处而受到人们广泛的关注 循环悬浮式半干法烟气脱硫技术是近几年国际上新兴起的比较先进的烟气脱硫 技术 它具有投资相对较低 脱硫效率相对较高 设备可靠性高 运行费用较 低的优点 因此它的适用性很广 在许多国家普遍使用 循环悬浮式半干法烟气脱硫技术主要是根据循环流化床理论 采用悬浮方式 使吸收剂在吸收塔内悬浮 反复循环 与烟气中的 SO2 充分接触反应来实现脱 硫的一种方法 利用循环悬浮式半干法最大特点和优势是 可以通过喷水 而非喷浆 将吸收 塔内温度控制在最佳反应温度下 达到最好的气固紊流混合并不断暴露出未反 应的消熟石灰的新表面 同时通过固体物料的多次循环使脱硫剂具有很长的停 留时间 从而大大提高了脱硫剂的利用率和脱硫效率 与湿法烟气脱硫相比 具有系统简单 造价较低 而且运行可靠 所产生的最终固态产物易于处理等 特点 二 技术特点循环悬浮式半干法烟气脱硫技术是在集成浙大和国外环保公司半 干法烟气脱硫技术基础上 结合中国的煤质和石灰品质及国家最新环保要求 经优化 完善后开发的第三代半干法技术 它是在锅炉尾部利用循环流化床技 术进行烟气净化 脱除烟气中的大部分酸性气体 使烟气中的有害成分达到排 放要求 与第一 第二代半干法相比 第三代循环悬浮式半干法烟气脱硫技术 具有以下特点 1 在吸收塔喉口增设了独特的文丘里管 使塔内的流场更均匀 2 在吸收塔内设置上下两级双流喷嘴 雾化颗粒可达到 50m 以下 精 确的灰水比保证了良好的增湿活化效果 受控的塔内温度使脱硫反应在最佳温 度下进行 从而取得较高的脱硫效率 较长的滤料使用寿命 3 采用比第二代更完善的控制系统 操作更简捷 4 采用成熟的国产原材料和设备 降低成本 节约投资 5 占地少 投资省 运行费用低 无二次污染 6 非常适合中小型锅炉的脱硫改造 7 输灰采用上引式仓泵 耗气量小 输灰管路不易堵塞 使用寿命长 同时 在仓泵和布袋之间增设中间灰仓 使仓泵运行更稳定 可靠 8 固体物料经袋式除尘器收集 再用空气斜槽回送至反应器 使未反应的脱除 剂反复循环 在反应器内的停留时间延长 从而提高脱除剂的利用率 降低运 行成本 9 根据烟气净化需要 添加适量的活性炭等添加剂可改变循环物料组成 有效 的吸附脱除二噁英和重金属等毒性大 难去除的污染物 达到特殊净化效果 由于采用了大量的技术改良和优化 目前掌握的第三代半干法烟气脱硫技术克 服了第一代半干法脱硫装置易塌床 易磨损 系统阻力大 运行不可靠及第二 代半干法脱硫装置塔内易结垢 效率较低等缺点 具有先进 可靠 高效 低 维护要求的特点 适用于 200MW 以下发电机组的尾部烟气净化工程 三 方案设计依据 1 11 1 项目概况项目概况 单台锅炉设计参数表单台锅炉设计参数表 型号备注 项目名称 蒸发量 t h 130 3 耗煤量29t h 台 粉炉 煤种劣质烟煤 依兰长焰煤 燃料 煤含硫量0 38 0 29 烟气量 工况 270000 310000m3 h 烟气排放温度180 现有除尘器类型布袋 除尘器除尘效率99 99 氧含量 10 外排烟气湿度未测 烟气原始参数 烟气排放浓度50 mg Nm3 型号AX 75 5NO 21D 引风机全压6500Pa 引风机参数 配置方式2 台 炉 风量160000m3 h2 台为 320000 m3 h 风量控制方式 一个风门全开 一个变频 现有风机余量50000 m3 h SO2 排放浓度85 排放要求 烟尘排放浓度 50mg Nm3 电费0 495 元 度 水费0 8 元 吨经济指标 脱硫剂 1 21 2 气象条件气象条件 厂区所在地属亚寒带温暖潮湿季风气候区 冬季漫长寒冷 夏季短促 其主要 气象要素为 1 气温 年平均气温 3 2 绝对最低气温 39 5 冬季平均最低气温 11 1 历年最高月平均气温 28 历年最低月平均气温 25 2 湿度 夏季平均相对湿度 73 冬季平均相对湿度 71 年平均相对湿度 72 3 气压 夏季最高气压 98 60kPa 冬季最高气压 100 50kPa 年平均气压 99 64kPa 最大积雪深度 24cm 设计雪荷载 0 3kPa 4 风速 年平均风速 3 0m s 最大风速 28 0m s 风压值 4 5kPa 风向频率 全年主导风向为 WS 5 降雨量 年平均降雨量 415 5mm 1 小时最大降雨量 40 3mm 24 小时最大降雨量 83 2mm 1 31 3 脱硫剂要求脱硫剂要求 消石灰粉的品质分析数据消石灰粉的品质分析数据 对消石灰粉的品质要求 Ca OH 2 消石灰 平均粒径 50 的筛余量 7 3 m 规定表面积 用 BET 方式测量 16 2m2 g 纯度 自由活性 Ca OH 2 80 15 四 技术要求 4 1 脱硫除尘岛范围 脱硫岛包括脱硫吸收塔系统 再循环系统 连接烟道 脱硫剂储运系统 工艺 水系统 输送风系统 流化系统 仓泵等 所有的设备 管道 电控 保温 防腐 防护 消防等的设计 制造 供货 运输 安装 培训 调试等 4 2 对脱硫除尘岛总的技术要求 在燃用电厂所提供的设计煤种时 脱硫除尘岛能满足本方案书的技术要求 4 2 1 脱硫系统的选择考虑了煤种变化的可能 按含硫量波动范围 0 5 脱硫效率 大于 85 4 2 2 脱硫除尘岛达到技术先进 所有设备的制造和设计符合安全可靠 连续有效运 行的要求 设备的可用率不低于 98 脱硫除尘岛在 Ca S 摩尔比为 1 1 1 25 范围内 最低脱硫率保证值不低于 85 脱硫后除尘器出口粉尘浓度不大于 50mg Nm3 五 可达到的技术经济指标承包商按以下要求填写性能保证值 5 1 脱硫除尘岛在下列条件下 脱硫保证效率 85 出口烟气含尘量浓度 50mg Nm3 锅炉运行范围为锅炉最大连续出力 锅炉设计出口烟气量和出口 烟气温度为 BMCR 工况下数值 5 2 脱硫除尘岛 Ca S mol mol 1 20 硫份为锅炉出口烟气中 SO2 的摩尔数 BMCR 工况 5 3 脱硫除尘岛吸收塔出口烟气温度约 70 80 5 4 烟气通过脱硫除尘岛的压降 3200 Pa 从吸收塔进口到烟囱入口 5 5 脱硫除尘岛功率 3 95KW 5 6 脱硫后 烟气进入除尘器前烟尘浓度 800 1000 g Nm3 5 7 脱硫除尘岛耗水量 3 4 8 t h 5 8 在 85 纯度的熟石灰条件下 脱硫除尘岛消石灰粉耗量 3 0 28t h 5 9 脱硫剂循环倍率 200 5 10 压缩空气耗量 20Nm3 min 5 11 脱硫除尘岛设备的噪音不高于 85 dB A 距离设备外 1m 操作平台 1 2 m 处测试 5 12 设备可用率不低于 98 5 13 吸收塔的漏风率分别为 1 5 14 系统的蒸汽耗量约为 0 5t h 六 脱硫除尘岛的布置 鉴于目前已有两台锅炉上了布袋除尘器 其形式为反吹风类型 根据我们多年 的经验 这种类型的布袋除尘器属于弱清灰能力的除尘器 因此不适应处理高 浓度含尘烟气 否则会使除尘器阻力居高不下 影响锅炉的出力 根据现场实 际情况 我们提出两种方案供业主参考 方案一利用现有除尘器 对其改造 在除尘器前加装脱硫塔 此方案目前仅适用新上的流化床锅炉 对老的煤粉炉 除尘器与锅炉房之间没有距离 无法加装脱硫塔 方案二在引风机后新增脱硫 塔和布袋除尘器 该方案适用 3 台煤粉炉 其烟囱后还要场地 但对新的流化 床锅炉 烟囱后没有布置场地 除尘脱硫岛采用一炉一塔布置 除尘脱硫岛的进口烟道与锅炉空预器出口烟道 相连接 除尘脱硫岛横向布置 按工艺流程分别为吸收塔 布袋除尘器和引风 机各一台 系统设置一个消石灰仓 为钢结构 布置在吸收塔和布袋除尘器之间 并设专 用运输通道与外侧规划主干道路相连 便于吸收剂的运输和卸料 工艺水箱 仓泵 储气罐等置于布袋除尘器支撑架下方 流化风机 蒸气加热器 气化斜 槽均置于吸收塔和布袋除尘器之间 充分利用其地面空间 整个除尘脱硫岛布置独立成岛 布置图设计充分考虑本工程现有场地条件 吸 收剂运输方便 全厂道路通畅以及锅炉炉后所有设备的安装检修方便 承包商 提供了总系统流程图和布置图 对系统内的主要设备和附件有明确的标示 并 指明了与业主方的机械接口 另外 脱硫除尘岛旁布置灰库 详见除尘脱硫岛平面布置图 七 烟气净化系统工艺流程从锅炉出来的原烟气 由循环悬浮式半干法净化装 置底部进入循环悬浮流化床反应器 同时 Ca OH 2 原料经过螺旋给料器与循环 灰一起送入反应器 流态化的物料和烟气中的二氧化硫等酸性物质在反应器中 发生化学反应 脱除掉大部分的二氧化硫 氯化氢等 烟气经反应器的顶部出 口排出后进入袋式除尘器除去大部分细灰 由除尘器除下的细灰和大颗粒大部 分经过空气斜槽循环进入反应器 少量经过排灰装置到输灰系统外排 净化后 的烟气经引风机由烟囱排入大气 系统图如下 八 工艺原理描述锅炉尾气在循环悬浮式半干法烟气净化系统中得以净化 该 系统主要是根据循环流化床理论和喷雾干燥原理 采用悬浮方式 使吸收剂在 吸收塔内悬浮 反复循环 与烟气中的 SO2 等酸性气体充分接触 反应来实现 脱除酸性气体及其它有害物质的一种方法 烟气脱硫工艺分 7 个步骤 吸收 剂存储和输送 烟气雾化增湿调温 脱硫剂与含湿烟气雾化颗粒充分接触 混合 二氧化硫吸收 增湿活化 灰循环 灰渣排除 四个步骤均在吸收塔中进行 其化学 物理过程如下所述 1 1 化学过程 化学过程 当雾化水经过双流体雾化喷嘴在吸收塔中雾化 并与烟气充分接触 烟气冷却 并增湿 氢氧化钙粉颗粒同 H2O SO2 等反应生成干粉产物 整个反应分为 气相 液相和固相三种状态反应 反应步骤及方程式如下 SO2 被液滴吸收 SO2 气 H2O H2SO3 液 吸收的 SO2 同溶液的吸收剂反应生成亚硫酸钙 Ca OH 2 液 H2SO3 液 CaSO3 液 2H2O Ca OH 2 固 H2SO3 液 CaSO3 液 2H2O 液滴中 CaSO3 达到饱和后 即开始结晶析出 CaSO3 液 CaSO3 固 部分溶液中的 CaSO3 与溶于液滴中的氧反应 氧化成硫酸钙 CaSO3 液 1 2O2 液 CaSO4 液 CaSO4 液 溶解度低 从而结晶析出 CaSO4 液 CaSO4 固 对未来得及反应的 Ca OH 2 固 以及包含在 CaSO3 固 CaSO4 固 内的 Ca OH 2 固 进行增湿雾化 Ca OH 2 固 Ca OH 2 液 SO2 气 H2O H2SO3 液 Ca OH 2 液 H2SO3 液 CaSO3 液 2H2O CaSO3 液 CaSO3 固 CaSO3 液 1 2O2 液 CaSO4 液 CaSO4 液 CaSO4 固 布袋除尘器脱除的烟灰中的未反应的 Ca OH 2 固 以及包含在 CaSO3 固 CaSO4 固 内的 Ca OH 2 固 循环至吸收塔内继续反应 Ca OH 2 固 Ca OH 2 液 SO2 气 H2O H2SO3 液 Ca OH 2 液 H2SO3 液 CaSO3 液 2H2O CaSO3 液 CaSO3 固 CaSO3 液 1 2O2 液 CaSO4 液 CaSO4 液 CaSO4 固 2 2 物理过程 物理过程 物理过程系指液滴的蒸发干燥及烟气冷却增湿过程 液滴从蒸发开始到干燥所 需的时间 对吸收塔的设计和脱硫率都非常重要 影响液滴干燥时间的因素有 液滴大小 液滴含水量以及趋近绝热饱和的温度值 液滴的干燥大致分为两个 阶段 第一阶段由于浆料液滴中固体含量不大 基本上属于液滴表面水的自由 蒸发 蒸发速度快而相对恒定 随着水分蒸发 液滴中固体含量增加 当液滴 表面出现显著固态物质时 便进入第二阶段 由于蒸发表面积变小 水分必须 穿过固体物质从颗粒内部向外扩散 干燥速率降低 液滴温度升高并接近烟气 温度 最后由于其中水分蒸发殆尽形成固态颗粒而从烟气中分离 反应器内循环灰的高倍率循环使循环灰颗粒之间发生激烈碰撞 使颗粒表面生 成物的固形物外壳被破坏 里面未反应的新鲜颗粒暴露出来继续参加反应 客 观上起到了加快反应速度 干燥速度以及大幅度提高吸收剂利用率的作用 另 外由于高浓度密相循环的形成 反应器内传热 传质过程被强化 反应效率 反应速度都被大幅度提高 而且反应灰中含有大量未反应吸收剂 所以反应器 内实际钙硫比远远大于表观钙硫比 在反应器内设置有两级增湿活化装置 经过增湿活化后原来位于反应物产物层 内部的 Ca OH 2 从颗粒内部向表面发生迁移 并形成亚微米级细粒 沉积在颗 粒表面或与表层产物层相互夹杂 迁移还改变了当地的孔隙结构 这些综合效 果使反应剂重新获得反应活性 吸收剂储存输送系统是保证脱硫装置达到设计要求的重要系统 石灰粉 Ca OH 2 由厂外的制粉厂运至厂内 用罐车输送到储粉仓 石灰粉通过储粉仓下部的 螺旋给料机送入到空气斜槽 与空气斜槽中的循环灰混合后一同进入反应器 再与塔内烟气以高传质的速度混合反应 脱除烟气中的酸性气体 烟气反应器内采用工业用水 喷嘴用气由一台贮气罐供给 喷水点的位置也经 过优化 确保不会出现因水和气的混合不均而造成粘结 设备腐蚀等问题 九 烟气净化系统描述本系统包括烟气反应器及烟道系统 布袋除尘器系统 灰循环系统 吸收剂存储输送系统 吸附剂存储输送系统 吸附剂存储输送系统 灰输送及储存系统 1 烟气反应器及烟道系统反应器及烟道系统主要包括反应器 双流体喷嘴 及 相关连接烟道 烟气通过烟道由反应器下部进入反应器 工业水由双流体雾化 喷嘴雾化后喷入反应器 以很高的传质速率在反应器中与烟气混合 起到活化 反应离子的作用 同时降低塔内温度 促进反应进行 活化后的氢氧化钙颗粒 以很高的传质速率与烟气中的 SO2 等酸性物质混合反应 生成 CaSO4 和 CaSO3 以及 CaCl2 等反应产物 这些干态产物小部分从反应器塔底排灰口排 出并经仓泵输送至灰库 绝大部分随烟气进入布袋除尘器 双流体喷嘴的供水由水泵提供 供气由独立贮气罐供给 水泵用水由水箱供给 水箱供水由工业水源提供 为保证良好的雾化效果 每只喷嘴由一台水泵单独 供水 水 气源由业主提供 本烟气反应器适应锅炉负荷变化范围为 70 110 当锅炉负荷低于 70 时 可根据工艺要求需降低循环物料的量 同时相应调整喷水量 确保系统稳定可 靠运行 2 布袋除尘器系统方案一 利用现有除尘器改造 保留部分 布袋除尘器壳体 拆除部分 内部花板 滤袋 反吹装置等 新增部分 脉冲喷吹装置 圆形滤袋 袋笼 防雨棚 改造部分 将除尘器水平进风改为上进风形式 减小脱硫塔与除尘器之间的 布置距离 改造后布袋除尘器的技术参数如下 序号 名称 单 位 参 数 备注 1 设计除尘效率 99 99 50mg Nm3 2 分室数 个 3 3 每台除尘器灰斗数 个 6 4 总过滤面积 m2 5697 5 过滤风速 m min 0 88 6 漏风率 2 7 滤袋数量 条 1512 8 脉冲阀数量 只 108 9 滤袋材质 PPS 550g m2 PTFE 浸渍 10 滤袋规格 150 8000 11 滤袋允许连续使用温度 160 12 滤袋允许最高使用温度 180 13 喷吹气源压力 MPa 0 4 14 压缩空气耗量 Nm3 min 0 5 0 7MPa 15 压缩空气压力 MPa 0 6 16 喷吹时阀体阻力 kPa 0 05 0 15 17 脉冲阀耐压值 MPa 1 0 18 喷吹时间 s 0 10 19 膜片阀寿命 万次 100 20 出口含尘浓度 mg Nm3 50 21 除尘器正常阻力 Pa 1500 22 除尘器最大阻力 Pa 1800 方案二 新建布袋除尘器 布袋除尘器采用具有强力清灰能力的长袋脉冲布袋除尘器 该类型除尘器已在 多个半干法脱硫系统中应用 除尘器阻力在 1200 1500Pa 排放浓度低于 50mg Nm3 是目前国内外的主流技术 该除尘器有以下特点 除尘器可实现离 在 线清灰方式 共分成 12 室 分两排布置 每排 6 个室 两排之间为进风和出风总风道 进出风总风道采用隔板严密分隔 隔板上设有旁路提升阀 即内置式旁路 密封性好 泄漏率为零 能满足严格的环保要求 整个除尘器烟道系统结构紧 凑 烟气进气方式合理 保证各室烟气均匀 并使烟气均匀地流过布袋 同时具有 大颗粒粉尘预分离措施 除尘器中箱体下部及灰斗内都设有挡风板 其作用是减小气流对滤袋的冲刷 并在此处使气流速度降低 形成沉降室 使大颗粒粉尘依靠重力的作用落入灰 斗 减小滤袋的过滤负荷