蒸汽输送在半干半温法烟气脱硫工艺中的应用

蒸汽输送在半干半温法烟气脱硫工艺中的应用

随着经济的快速发展和供暖量的增加，中国已成为一个主要排放so2的国家，酸雨区占总面积的30%以上。削减SO2排放量,减少酸雨危害造成的损失,已成为保证国民经济持续稳定发展的重大环境问题。控制SO2最重要的也是目前唯一进行大规模商业化运作的方法是烟气脱硫。常用的方法有湿洗、干法、半干法。半干半湿法是半干法烟气脱硫中的一种,该技术具有流程简单、无废水排放、占地少、设备系统性强、便于自控等优点。主要适用于各种高、中、低硫煤等为燃料的35t/h以上锅炉的烟气脱硫。该法所用的脱硫剂是生石灰(CaO)和脱硫灰,为了达到较好的脱硫效果,作为脱硫剂的CaO通常是过量的,因此脱硫灰中有大量未反应的CaO。脱硫灰中除未被利用的CaO外,主要成分是粉煤灰,粉煤灰中成分虽然变化较大,但总体上钙、镁、钾、钠等碱性氧化物平均含量在10%以上。粉煤灰中碱性物质属于过烧碱性氧化物,在水中和干燥烟气中是难以被利用的。所以,如何充分利用脱硫灰中的碱性物质,是烟气脱硫工作中要研究的重要内容。针对烟气脱硫中碱性物质的利用状况,笔者开发出既能有效利用脱硫灰中的CaO,又能利用粉煤灰中的碱性物质的技术——蒸汽输送,并应用于莱西市热电厂35t/h燃煤锅炉烟气脱硫示范工程中。1半干半湿法烟气脱硫蒸汽输送技术方案干法、半干法烟气脱硫中脱硫剂的输送方式多采用高压空气输送,这需要消耗大量的电能,造成连续的噪声污染,较高的钙硫比使脱硫剂不能充分利用,造成脱硫剂用量大、运行费用高。因此,要降低烟气脱硫的运行费用,需要寻求一种工艺简单、费用较低、脱硫效果较好的方式,使CaO(包括过烧CaO)首先生成Ca(OH)2,还可使Ca(OH)2增湿,使SO2与CaO的反应变成SO2与Ca(OH)2的反应,大大增加反应活性,同时还可使脱硫灰中的碱性物质释放出来,与SO2发生化学反应,显著降低脱硫剂的用量。笔者在对国内外烟气脱硫技术调研、比较的基础上,确定了半干半湿法烟气脱硫蒸汽输送的技术方案。蒸汽输送示范工程是在莱西市热电厂35t/h燃煤锅炉上建立的。在原有旋风除尘器、两电场静电除尘器之前加装了脱硫反应塔进行烟气脱硫示范工程。半干半湿法中脱硫剂CaO外购,经粉碎机磨至100～200目后使用,脱硫灰是脱硫塔底和旋风除尘器下收集的,主要成分是未反应的CaO,CaSO3和粉煤灰,其中粉煤灰的成分主要有:SiO2(12%～29%)、Fe2O3(4%～18%)、CaO(4%～7%)\,C(1%～10%),另外还有少量的镁、钛、钾、钠、磷等的氧化物及稀有金属氧化物。该项目在国内外半干法烟气脱硫行业首次实现了用蒸汽输送物料的工艺,经过2160h的试运行,取得了较好的试验效果,开发出蒸汽输送脱硫剂、脱硫灰的技术和设备。其基本工况参数见表1,其蒸汽输送流程见图1。2压压作用于碱释放的粉煤灰中半干半湿法烟气脱硫系统中脱硫剂CaO和脱硫灰(主要是粉煤灰)采用蒸汽输送。粉煤灰中碱性物质是在锅炉炉膛中高温下烧成的,属于过烧碱性物质,如CaO,未过烧的CaO在水中立即生成Ca(OH)2,过烧CaO在水中需要30～50min才能生成Ca(OH)2,而烟气在脱硫塔中停留时间只有几秒钟,因此要快速激活粉煤灰中过烧碱性物质,才有实际利用价值。在高温高湿高压条件下粉煤灰中各种碱性氧化物的碱性释放可用下列反应式代表:CaO(过烧)+H2O(g)=Ca(OH)2MgO(过烧)+H2O(g)=Mg(OH)23CaO·SiO2+2H2O(g)=Cao·SiO2+2Ca(OH)22CaO·SiO2+H2O(g)=Cao·SiO2+Ca(OH)2K2O·SiO2+2H2O(g)=H2SiO3+2KOHNa2O·SiO2+2H2O(g)=H2SiO3+2NaOH4CaO·Al2O3·Fe2O3+3H2O(g)=CaO·Al2O3·Fe2O3+3Ca(OH)2Cao+H2O(g)=Ca(OH)2Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O从上述反应可知,在蒸汽条件下,粉煤灰中释放出以钙为主的许多碱性物质,这些碱性物质与烟气中SO2迅速发生反应,生成亚硫酸盐,因此在脱硫过程中具有实际意义。这种输送方式不仅可以在输送过程中使CaO(包括过烧CaO)生成Ca(OH)2,还可使Ca(OH)2增湿,使SO2与CaO的反应变成SO2与Ca(OH)2的反应,大大增加了反应活性,其他碱性氧化物如镁、钾、钠等的反应与钙相似。同时蒸汽输送本身可使脱硫灰中未反应的CaO转化成Ca(OH)2后重新与SO2发生化学反应,显著降低脱硫剂的用量。3蒸汽输送工艺蒸汽来源于燃煤锅炉本身,莱西热电厂示范工程中蒸汽用量约400kg/h,温度为270℃,压力为3～6kg/cm2。从图1可知,蒸汽应用共有4处:分别用在脱硫塔底的保温、脱硫塔底灰、除尘器下和新鲜脱硫剂(CaO)的输送上。蒸汽输送分3条路线:①蒸汽先经脱硫塔底盘管给脱硫塔底保温,以防止塔底结露引起的腐蚀结垢,然后由塔底引出吹入由脱硫塔底灰连接的文丘里管,将塔底脱硫灰送入塔前烟道;②蒸汽吹入由旋风除尘器下收集的脱硫灰连接的文丘里管,将其吹入脱硫塔顶;③蒸汽吹入由新鲜脱硫剂(CaO)连接的文丘里管,将其吹入脱硫塔顶烟道中。在示范工程中蒸汽输送工艺的实施遇到一些困难,开始调试时由于蒸汽需先预热管道。有部分冷凝水排出,输送系统需较长稳定时间才能将蒸汽管道吹干,之后才能作为输送动力。此外,连续运行中曾出现脱硫灰文丘里后面连接管在用了很短时间几乎磨穿现象,分析原因是脱硫灰里的粉煤灰中有一些不规则坚硬固体小颗粒在高速气流下快速磨损造成的。将文丘里后管换成耐磨的铸石材料后问题得到解决。示范工程的成功检验了用蒸汽作动力替代空气输送是可行的,它的优越性非常明显,主要表现在:①成本低,不需要增加动力设备,减少设备投资和运行费用;②蒸汽自身从270℃降至150℃左右释放出热量,在化学动力学上提高了SO2反应速度;③蒸气中含有水分增加了烟道气的湿度,促进了烟道气中细小飞灰的絮凝,利于除尘。4实际运行指标比较莱西热电厂烟气脱硫示范工程装置已经进行了2160h的连续运行试验,其主要技术经济指标见表2。该示范工程达到并超过了设计指标,示范工程设计与实际运行指标比较见表3。蒸汽在输送脱硫剂的同时起到增湿活化的作用,CaO增湿后生成Ca(OH)2,粉煤灰在增湿活化后碱性氧化物变成有效氢氧化物,减少了脱硫剂的用量,实现了n(Ca):n(S)<1时,脱硫效率达到80%的效果,同时烟气增湿后提高了粉尘导电性能、降低了烟温,对提高除尘器除尘效率有明显作用。蒸汽输送比空气输送脱硫剂、脱硫灰有明显优势,有些是空气输送所无法替代的,它与常规空气输送脱硫剂、脱硫灰比较见表4。5脱硫效率稳定蒸汽输送用于烟气脱硫替代空气输送是可行的,通过莱西热电厂35t/h脱硫示范工程已得到证实。在烟气脱硫中蒸汽输送脱硫剂、脱硫灰有下列优点:a.技术可行:通过2000多小时连续运行,脱硫效率稳定,脱硫塔内喷水减少,彻底解决了湿壁和塔底结垢现象。b.经济合算:减少了空气输送设备高压风机和配套设施,降低了投资和运行费