脫硫工程

 

將煤中的硫元素用鈣基等方法固定成為固體防止燃燒時(shí)生成SO2，通過對國內(nèi)外脫硫技術(shù)以及國內(nèi)電力行業(yè)引進(jìn)脫硫工藝試點(diǎn)廠情況的分析研究，目前脫硫方法一般可劃分為燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫等3類。其中燃燒后脫硫，又稱煙氣脫硫（Flue gas desulfurization，簡稱FGD），在FGD技術(shù)中，按脫硫劑的種類劃分，可分為以下五種方法：以CaCO3（石灰石）為基礎(chǔ)的鈣法，以MgO為基礎(chǔ)的鎂法，以Na2SO3為基礎(chǔ)的鈉法，以NH3為基礎(chǔ)的氨法，以有機(jī)堿為基礎(chǔ)的有機(jī)堿法。世界上普遍使用的商業(yè)化技術(shù)是鈣法，所占比例在90%以上。按吸收劑及脫硫產(chǎn)物在脫硫過程中的干濕狀態(tài)又可將脫硫技術(shù)分為濕法、干法和半干（半濕）法。濕法FGD技術(shù)是用含有吸收劑的溶液或漿液在濕狀態(tài)下脫硫和處理脫硫產(chǎn)物，該法具有脫硫反應(yīng)速度快、設(shè)備簡單、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)，但普遍存在腐蝕嚴(yán)重、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高及易造成二次污染等問題。干法FGD技術(shù)的脫硫吸收和產(chǎn)物處理均在干狀態(tài)下進(jìn)行，該法具有無污水廢酸排出、設(shè)備腐蝕程度較輕，煙氣在凈化過程中無明顯降溫、凈化后煙溫高、利于煙囪排氣擴(kuò)散、二次污染少等優(yōu)點(diǎn)，但存在脫硫效率低，反應(yīng)速度較慢、設(shè)備龐大等問題。半干法FGD技術(shù)是指脫硫劑在干燥狀態(tài)下脫硫、在濕狀態(tài)下再生（如水洗活性炭再生流程），或者在濕狀態(tài)下脫硫、在干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物（如噴霧干燥法）的煙氣脫硫技術(shù)。特別是在濕狀態(tài)下脫硫、在干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物的半干法，以其既有濕法脫硫反應(yīng)速度快、脫硫效率高的優(yōu)點(diǎn)，又有干法無污水廢酸排出、脫硫后產(chǎn)物易于處理的優(yōu)勢而受到人們廣泛的關(guān)注。按脫硫產(chǎn)物的用途，可分為拋棄法和回收法兩種。
        干式脫硫--------該工藝用于電廠煙氣脫硫始于80年代初，與常規(guī)的濕式洗滌工藝相比有以下優(yōu)點(diǎn)：投資費(fèi)用較低；脫硫產(chǎn)物呈干態(tài)，并和飛灰相混；無需裝設(shè)除霧器及再熱器；設(shè)備不易腐蝕，不易發(fā)生結(jié)垢及堵塞。其缺點(diǎn)是：吸收劑的利用率低于濕式煙氣脫硫工藝；用于高硫煤時(shí)經(jīng)濟(jì)性差；飛灰與脫硫產(chǎn)物相混可能影響綜合利用；對干燥過程控制要求很高。
       (1)噴霧干式煙氣脫硫工藝：噴霧干式煙氣脫硫（簡稱干法FGD)。該工藝用霧化的石灰漿液在噴霧干燥塔中與煙氣接觸，石灰漿液與SO2反應(yīng)后生成一種干燥的固體反應(yīng)物，然后連同飛灰一起被除塵器收集。爐內(nèi)噴鈣活化脫硫技術(shù)流程圖如下：
       (2)粉煤灰干式煙氣脫硫技術(shù)特點(diǎn)：脫硫率高達(dá)60%以上，性能穩(wěn)定，達(dá)到了一般濕式法脫硫性能水平；脫硫劑成本低；用水量少，無需排水處理和排煙再加熱，設(shè)備總費(fèi)用比濕式法脫硫低1/4；煤灰脫硫劑可以復(fù)用；沒有漿料，維護(hù)容易，設(shè)備系統(tǒng)簡單可靠。
 

濕法工藝--------世界各國的濕法煙氣脫硫工藝流程、形式和機(jī)理大同小異，主要是使用石灰石（CaCO3）、石灰（CaO）或碳酸鈉（Na2CO3）等漿液作洗滌劑，在反應(yīng)塔中對煙氣進(jìn)行洗滌，從而除去煙氣中的SO2。這種工藝已有50年的歷史，經(jīng)過不斷地改進(jìn)和完善后，技術(shù)比較成熟，而且具有脫硫效率高（90%～98%），機(jī)組容量大，煤種適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行費(fèi)用較低和副產(chǎn)品易回收等優(yōu)點(diǎn)。在大型火電廠中，90%以上采用濕式石灰/石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝流程。我公司采用如下兩種方法：
  

 一、濕式石灰（石）/石膏法煙氣脫硫技術(shù)，其工藝流程圖如上： 鍋爐煙氣在吸收塔內(nèi)與石灰（石）粉形成的漿液進(jìn)行逆流接觸反應(yīng)。吸收塔下段低PH值有利于氧氣和石灰石溶解，上段較高PH值有利于吸收反應(yīng)，提高脫硫效率。
        工藝特點(diǎn)：
①吸收劑廉價(jià)易得，副產(chǎn)品石膏有較高的商業(yè)利用價(jià)值；
②特制的吸收塔噴嘴不易堵塞，壽命長；
③采用特殊防腐工藝和材料，設(shè)備壽命可達(dá)20~30年；
④能夠適應(yīng)機(jī)組容量大，SO2濃度高的煙氣條件；
⑤噴淋層DuTe排列，可按照SO2濃度來酌情操作，即使SO2的濃度也能通過較低運(yùn)行成本來達(dá)到較高脫硫效率。
       二、濕式加鎂石灰法煙氣脫硫技術(shù)
       以加鎂石灰作為脫硫劑，可以有效增強(qiáng)石灰的脫硫活性，改善吸收性能。加鎂石灰漿液吸收SO2能力比石灰膏10-~15倍，系統(tǒng)所需液氣比大大降低。
       工藝特點(diǎn)：
①脫硫效率極高，運(yùn)行穩(wěn)定可靠；
②系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用低，循環(huán)動(dòng)力??；
③投資省，占地??；
④可自動(dòng)抑制系統(tǒng)結(jié)垢；
⑤副產(chǎn)物純度高，廢液外排少。
       氨法脫硫工藝--------單塔設(shè)計(jì)：吸收反應(yīng)和副產(chǎn)品的濃縮均在一個(gè)塔內(nèi)，流程簡化，利于運(yùn)行操作及檢修，有效降低成本和節(jié)約空間。
空塔噴淋，降低系統(tǒng)壓降，減少運(yùn)行電耗量。
高濃度的過飽和漿液循環(huán)噴淋，有效的控制氨的逃逸率，不會(huì)產(chǎn)生氣溶膠并保證脫硫效率。
煙氣通過吸收塔頂?shù)臒焽柚迸胚_(dá)標(biāo)排放，徹底解決了原有煙囪腐蝕的問題，減少煙氣加熱設(shè)備的投資和運(yùn)行成本。
改進(jìn)傳統(tǒng)的攪拌方式，采用液力擾動(dòng)攪拌，降低了成本并增加了運(yùn)行的可靠性。
硫酸銨回收系統(tǒng)采用新工藝，根本上解決了傳統(tǒng)硫酸銨回收采用蒸發(fā)結(jié)晶的工藝方法，大大降低了硫酸銨回收成本。
硫銨的干燥過程利用原煙氣熱源，降低能耗，并對利用過的煙氣進(jìn)行回收。
硫銨的質(zhì)量好，含氮量高。
整個(gè)生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生廢水廢氣廢渣，無二次污染。
       在濕法工藝中，煙氣的再熱問題直接影響整個(gè)FGD工藝的投資。因?yàn)榻?jīng)過濕法工藝脫硫后的煙氣一般溫度較低（45℃），大都在露點(diǎn)以下，若不經(jīng)過再加熱而直接排入煙囪，則容易形成酸霧，腐蝕煙囪，也不利于煙氣的擴(kuò)散。所以濕法FGD裝置一般都配有煙氣再熱系統(tǒng)。目前，應(yīng)用較多的是技術(shù)上成熟的再生（回轉(zhuǎn)）式煙氣熱交換器（GGH）。GGH價(jià)格較貴，占整個(gè)FGD工藝投資的比例較高。  

等離子體煙氣脫硫        等離子體煙氣脫硫技術(shù)研究始于70年代，目前世界上已較大規(guī)模開展研究的方法有2類：
電子束法
       電子束輻照含有水蒸氣的煙氣時(shí)，會(huì)使煙氣中的分子如O2、H2O等處于激發(fā)態(tài)、離子或裂解，產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的自由基O、OH、HO2和O3等。這些自由基對煙氣中的SO2和NO進(jìn)行氧化，分別變成SO3和NO2或相應(yīng)的酸。在有氨存在的情況下，生成較穩(wěn)定的硫銨和硫硝銨固體，它們被除塵器捕集下來而達(dá)到脫硫脫硝的目的。
脈沖法
       脈沖電暈放電脫硫脫硝的基本原理和電子束輻照脫硫脫硝的基本原理基本一致，世界上許多國家進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，并且進(jìn)行了較大規(guī)模的中間試驗(yàn)，但仍然有許多問題有待研究解決。 

海水脫硫
        海水通常呈堿性，自然堿度大約為1．2～2．5mmol/L，這使得海水具有天然的酸堿緩沖能力及吸收SO2的能力。國外一些脫硫公司利用海水的這種特性，開發(fā)并成功地應(yīng)用海水洗滌煙氣中的SO2，達(dá)到煙氣凈化的目的。海水脫硫工藝主要由煙氣系統(tǒng)、供排海水系統(tǒng)、海水恢復(fù)系統(tǒng)等組成。 

美嘉華技術(shù)        脫硫系統(tǒng)中常見的主要設(shè)備為吸收塔、煙道、煙囪、脫硫泵、增壓風(fēng)機(jī)等主要設(shè)備，美嘉華技術(shù)在脫硫泵、吸收塔、煙道、煙囪等部位的防腐蝕、防磨效果顯著，現(xiàn)分別敘述。
應(yīng)用1
       濕法煙氣脫硫環(huán)保技術(shù)（FGD）因其脫硫率高、煤質(zhì)適用面寬、工藝技術(shù)成熟、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)周期長、負(fù)荷變動(dòng)影響小、煙氣處理能力大等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于各大、中型火電廠，成為國內(nèi)外火電廠煙氣脫硫的主導(dǎo)工藝技術(shù)。但該工藝同時(shí)具有介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)、處理煙氣溫度高、SO2吸收液固體含量大、磨損性強(qiáng)、設(shè)備防腐蝕區(qū)域大、施工技術(shù)質(zhì)量要求高、防腐蝕失效維修難等特點(diǎn)。因此，該裝置的腐蝕控制一直是影響裝置長周期安全運(yùn)行的重點(diǎn)問題之一。
       濕法煙氣脫硫吸收塔、煙囪內(nèi)筒防腐蝕材料的選擇必須考慮以下幾個(gè)方面：（1）滿足復(fù)雜化學(xué)條件環(huán)境下的防腐蝕要求：煙囪內(nèi)化學(xué)環(huán)境復(fù)雜，煙氣含酸量很高，在內(nèi)襯表面形成的凝結(jié)物，對于大多數(shù)的建筑材料都具有很強(qiáng)的侵蝕性，所以對內(nèi)襯材料要求具有抗強(qiáng)酸腐蝕能力；
(2)耐溫要求：煙氣溫差變化大，濕法脫硫后的煙氣溫度在40℃~80℃之間，在脫硫系統(tǒng)檢修或不運(yùn)行而機(jī)組運(yùn)行工況下，煙囪內(nèi)煙氣溫度在130℃~150℃之間，那么要求內(nèi)襯具有抗溫差變化能力，在溫度變化頻繁的環(huán)境中不開裂并且耐久；
(3)磨性能好：煙氣中含有大量的粉塵，同時(shí)在腐蝕性的介質(zhì)作用下，磨損的實(shí)際情況可能會(huì)較為明顯，所以要求防腐材料具有良好的耐磨性；
(4)具有一定的抗彎性能：由于考慮到一些煙囪的高空特性，包括是地球本身的運(yùn)動(dòng)、地震和風(fēng)力作用等情況，煙囪尤其是高空部位可能會(huì)發(fā)生搖動(dòng)等角度偏向或偏離，同時(shí)煙囪在安裝和運(yùn)輸過程中可能會(huì)發(fā)生一些不可控的力學(xué)作用等，所以要求防腐材料具有一定的抗彎性能；
(5)具有良好的粘結(jié)力：防腐材料必須具有較強(qiáng)的粘結(jié)強(qiáng)度，不僅指材料自身的粘結(jié)強(qiáng)度較高，而且材料與基材之間的粘結(jié)強(qiáng)度要高，同時(shí)要求材料不易產(chǎn)生龜裂、分層或剝離，附著力和沖擊強(qiáng)度較好，從而保證較好的耐蝕性。通常我們要求底涂材料與鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的粘接力能夠至少達(dá)到10MPa以上。

應(yīng)用2
       脫硫漿液循環(huán)泵是脫硫系統(tǒng)中繼換熱器、增壓風(fēng)機(jī)后的大型設(shè)備，通常采用離心式，它直接從塔底部抽取漿液進(jìn)行循環(huán)，是脫硫工藝中流量大、使用條件苛刻的泵，腐蝕和磨蝕常常導(dǎo)致其失效。其特性主要有：
(1)強(qiáng)磨蝕性
       脫硫塔底部的漿液含有大量的固體顆粒，主要是飛灰、脫硫介質(zhì)顆粒，粒度一般為0～400µm、90%以上為20～60µm、濃度為5%～28%（質(zhì)量比）、這些固體顆粒（特別是Al2O3、SiO2顆粒）具有很強(qiáng)的磨蝕性。
(2)強(qiáng)腐蝕性
       在典型的石灰石（石灰）-石膏法脫硫工藝中，一般塔底漿液的pH值為5～6，加入脫硫劑后pH值可達(dá)6～8.5（循環(huán)泵漿液的pH值與脫硫塔的運(yùn)行條件和脫硫劑的加入點(diǎn)有關(guān)）；Cl-可富集超過80000mg/L，在低pH值的條件下，將產(chǎn)生強(qiáng)烈的腐蝕性。(3)氣蝕性在脫硫系統(tǒng)中，循環(huán)泵輸送的漿液中往往含有一定量的氣體。實(shí)際上，離心循環(huán)泵輸送的漿液為氣固液多相流，固相對泵性能的影響是連續(xù)的、均勻的，而氣相對泵的影響遠(yuǎn)比固相復(fù)雜且更難預(yù)測。當(dāng)泵輸送的液體中含有氣體時(shí)泵的流量、揚(yáng)程、效率均有所下降，含氣量越大，效率下降越快。隨著含氣量的增加，泵出現(xiàn)額外的噪聲振動(dòng)，可導(dǎo)致泵軸、軸承及密封的損壞。泵吸入口處和葉片背面等處聚集氣體會(huì)導(dǎo)致流阻阻力增大甚至斷流，繼而使工況惡化，必須氣蝕量增加，氣體密度小，比容大，可壓縮性大，流變性強(qiáng)，離心力小，轉(zhuǎn)換能量性能差是引起泵工況惡化的主要原因。試驗(yàn)表明，當(dāng)液體中的氣量（體積比）達(dá)到3%左右時(shí)，泵的性能將出現(xiàn)徒降，當(dāng)入口氣體達(dá)20%～30%時(shí)，泵完全斷流。離心泵允許含氣量（體積比）極限小于5%。高分子復(fù)合材料現(xiàn)場應(yīng)用的主要優(yōu)點(diǎn)是：常溫操作，避免由于焊補(bǔ)等傳統(tǒng)工藝引起的熱應(yīng)力變形，也避免了對零部件的二次損傷等；另外施工過程簡單，修復(fù)工藝可現(xiàn)場操作或設(shè)備局部拆裝修復(fù)；美嘉華材料的可塑性好，本身具有極好的耐磨性及抗沖刷能力，是解決該類問題理想的應(yīng)用技術(shù)。