湿法脱硫中石灰石耗量的经济性分析.pdf

湿法脱硫中石灰石耗量的经济性分析 邢长城 国家环境保护部华北环境保护督查中心， 北京 100037 摘要 石灰石耗量是烟气脱硫系统 FGD 性能试验中较为重要的测试项目， 主要考核 FGD 中吸收剂的利用效率， 它的 高低将直接影响 FGD 的运行成本。主要介绍了钙硫比和石灰石耗量的测试方法， 对运行中石灰石耗量的影响因素进 行了分析， 并通过对盘电公司脱硫系统运行参数的分析比较， 提出了降低石灰石耗量的可行性运行方案。 关键词 石灰石耗量; 经济性分析; 湿法脱硫 ANALYSIS OF THE CONSUMPTION OF LIMESTONE IN LIMESTONE/GYPSUM WET FGD SYSTEMS Xing Changcheng North China Centre of Environmental Supervision of Ministry of Environmental Protection，Beijing 100037，China Abstract Limestone consumption is a very important test item in FGD system，which can examine efficiency of the absorbent. Limestone consumption affects directly the cost of running in FGD system. Its measurement s are introduced in this paper. Its factors which have effects on the limestone consumption are analyzed. A feasibility scheme of lowering limestone consumption is proposed by comparison of the operation parameters of FGD system in Panshan Power Generation，Tianjin. Keywords limestone consumption;economic analysis;wet desulphurization 国华盘电公司一期工程装有 2 台500 MW的俄制 超临界机组， 配有 2 套石灰石 － 石膏湿法烟气脱硫装 置， 由于石灰石具有矿产丰富、 价格低廉、 性质稳定等 特点， 选用石灰石作脱硫剂。运行实践表明， 盘电公 司脱硫系统石灰石日消耗量为 110 ～ 150 t， 脱硫剂成 本为 14 300 ～ 19 500 元 /d。石灰石耗量是 FGD 性能 试验中较为重要的测试项目， 主要考核 FGD 中吸收 剂的利用效率， 它的高低将直接影响 FGD 的运行成 本。为了达到节能减排的目的， 降低企业的成本， 以 获得更多的经济利益， 本文通过考察分析脱硫系统运 行方式及参数统计， 以节能减排为出发点， 对盘电公 司脱硫系统石灰石耗量进行了分析。 1石灰石耗量的测试方法 石灰石耗量是指脱硫系统在设计工况条件下消 耗的石灰石的量。通过统计 CEMS 测量的烟气流量 和原、 净烟气 SO2浓度， 并检测石灰石的碳酸钙纯度 后代入式 1 可计算出实际的石灰石耗量。运行情 况表明， DCS 系统在测量钙硫摩尔比、 碳酸钙纯度和 原、 净烟气 SO2浓度均有较高的测量准确度， 因此本 文采用该法测试石灰石耗量 ［ 1］。 mCaCO3 q c1－ c2 109 1 P n Ca n S 100 64 1 式中m 石灰石消耗量， t/h; q 标态干基烟气体积流量， m3/h; c1 入口烟气中的 SO2干基浓度， mg/m3; c2 出口烟气中的 SO2干基浓度， mg/m3; P 石灰石的碳酸钙纯度。 为了测试实际运行中石灰石的耗量， 统计盘电公 司 1 号机组在 400 MW 工况下 7 天中运行烟气系统 各项参数， 将各项参数代入式 1 得到 1 号 FGD 的石 灰石耗量， 见表 1。 从表 1 的计算结果可知 7 天内 n Ca /n S 的 平均值为 1. 6836， 而设计 n Ca /n S 值为 1. 03。 理论石灰石耗量均值为 1. 4785 t/h ， 而实际石灰石耗 量均 值 为 2. 5357 t/h， 石 灰 石 多 耗 用 量 平 均 值 为 1. 06 t/h。以两台机组运行计算， 每日多耗用量约为 1. 06 2 24 50 t， 每吨以 130 元计， 运行成本增加 6 500 元 /d。 石灰石的不必要浪费加大了 FGD 的运行 64 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期 表 11 号 FGD 相关参数统计及石灰石耗量 统计 日期 原烟气 流量/ m3h －1 入口 SO2 浓度/ mgm －3 出口 SO2 浓度/ mgm －3 供浆流量/ m3h －1 供浆密度/ kgm －3 吸收塔 内浆液 pH 值 石灰石 纯度 / n Ca / n S 脱硫 率 / 理论石灰 石耗量/ th －1 实际石灰 石耗量/ th －1 石灰石 耗量差值/ th －1 第 1 天1 085 0009702923. 81 1855. 293. 561. 191297. 011. 652. 450. 80 第 2 天940 0001 02025. 425. 41 1975. 392. 471. 787697. 501. 652. 771. 38 第 3 天957 0009553022. 51 1915. 294. 521. 305796. 851. 382. 330. 92 第 4 天1 005 0001 0302519. 11 2105. 293. 161. 525897. 571. 312. 561. 06 第 5 天885 0009502018. 71 1955. 392. 741. 643497. 891. 502. 631. 42 第 6 天880 0001 1703822. 41 1835. 293. 232. 193597. 221. 222. 380. 64 第 7 天900 0001 2104026. 51 1745. 294. 152. 138196. 691. 742. 731. 17 成本， 不符合企业节能减排的科学发展要求。 2降低石灰石耗量措施 2. 1提高石灰石来料品质 石灰石来料品质是影响石灰石耗量的重要因素， 石灰石中常含有 MgO、 SiO2等氧化物杂质， 甚至含有 大量的灰面、 泥土， 杂质的存在不仅会发生磨机堵料， 同时杂质带入系统中的可溶性铝和浆液中的 F － 可以 形成 AlFX络合物， AlFX络合物达到一定浓度时会降 低石灰石的反应活性， 即所谓 “封闭” 石灰石， 使石灰 石浆液进入“盲区” ［ 2］。运行中， 严格控制石灰石来 料纯度， 保证 CaCO3 91. 07 ， MgO 1. 12 ， 严格 控制石灰石来料粒径 20 mm， 减少石灰石料中泥土 和灰面的含量。 2. 2保证石灰石溢流浆液密度 制浆系统磨制出得石灰石溢流浆液密度对石灰 石耗量也有一定影响。盘电公司的石灰石浆液旋流 站溢流密度设计值为1 237 kg/ m3左右， 溢流密度偏 低会造成石灰石用浆量较大， 浆液含固率低， 进入吸 收塔内的水量偏大。溢流密度偏高会造成石灰石浆 液颗粒度大， 浆液磨制得不充分， 造成转机设备和管 道的磨损堵塞， 也会造成进入吸收塔内的石灰石粒度 超标， 不能充分地进行吸收化学反应， 造成石灰石利 用率较低， 产生不必要的石灰石耗量 ［ 3］。 从制浆系统的调节控制着手， 及时有效地对磨机 内钢球重新进行检查配比补充， 保证磨机浆液再循环 箱密度计的正常投入使用和石灰石浆液旋流站的旋 流子定期检查更换也是保证石灰石浆液旋流站溢流 合格的重要手段。 2. 3优化石灰石运行环境 石灰石浆液所处运行环境较复杂， 搅拌速率、 pH 值、 吸收塔中离子、 温度等对石灰石耗量都有一定影 响， 其中 pH 值对石灰石耗量影响最大 ［ 4］。运行环境 中 pH 值不仅影响 SO2的吸收和亚硫酸钙的氧化， 也 影响石灰石溶解， 因此对石灰石耗量有极重要的影 响。在 DCS 上将石灰石浆液的供浆模式设为自动 时， 通过硫酸滴定法实验， 分别测定了 pH 值为 4. 5， 5. 0， 5. 5， 6. 0 等四种条件下的石灰石硫酸溶解曲线， 实验结果如图 1 所示。 图 1不同 pH 值条件下石灰石溶解率 从图 1 中可以看出， pH 值越低， 越有利于石灰石 的溶解， 其中当 pH 值 为 4. 5 时， 石灰石溶解率在 30 min时达到最大。但 pH 值越高， 越有利于 SO2的 吸收。为了保持吸收溶液的脱离效果， 一般选择 pH 值控制在 5. 0 ～ 5. 25。以盘电公司脱硫系统实际运 行情况来看， 吸收塔浆液 pH 值自动值设置在 5. 0 时， 脱硫效率在 97 ～ 98 。 2. 4适量添加己二酸等添加剂 在石灰石浆液中加入一定量己二酸等添加剂， 可 改善化学反应 － 传质过程， 能促进 CaCO3的溶解并缓 冲浆液 pH 值的下降， 从而提高脱硫率。在一些科研 试验研究结果中可知， 在实验条件下， 当己二酸添加 浓度为 0. 15 时， CaCO3利用率可提高 25 ; 相同脱 硫率要求时， 可大大降低液气比， 当己二酸添加浓度 为 0. 15 ， 初始 pH 值为 6. 0， 脱硫率为 60 时， 可有 效降低液气比约 40 ;当己二酸添加量为 0. 15 ， 74 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期 控制 浆 液 pH 值 约 6. 0 时， 脱 硫 率 可 达 70 以 上 ［ 5 － 6］。由此可见， 己二酸添加剂强化可有效提高脱 硫率和吸收剂的利用率， 从而进一步降低脱硫运行成 本。但这只是在实验中得知， 在实际的脱硫系统中尚 未有投用， 实际的脱硫运行中可以考虑在经过理论计 算的基础上进行一些摸索性试验。 3结论 综上所述， 在保证脱硫系统出口 SO2浓度在排放 浓度允许范围内， 采取将吸收塔浆液 pH 值控制在下 限运行、 提高石灰石来料纯度、 保证石灰石浆液磨制 合格、 向吸收塔浆液内加入添加剂等措施可以降低脱 硫石灰石耗量。针对盘电公司脱硫系统， 各项实际运 行参数进行了优化调整后指标如下 机 组 负 荷 为400MW;原 烟 气 流 量 为 1 050 000 m3/h; 入口二氧化硫质量浓度为1 200 ～ 1 250 mg/m3; 出 口 二 氧 化 硫 质 量 浓 度 为 50 ～ 55 mg/m3; 石灰石纯度为 94 ; 吸收塔内 pH 值为 5. 0 ～ 5. 05;温 度 为55℃ ;石 灰 石 供 浆 密 度 为 1 195 ～ 1 215 kg/m3 对应含固率为 28 左右 ; 石灰 石供浆 流 量 为 30 m3/h; 理 论 石 灰 石 平 均 耗 量 为 1. 78 ～ 1. 84 t/h; 实际石灰石平均耗量为 2. 15 t/h; 调 整前同等参数下的实际平均石灰石耗量为 2. 55 t/h; 脱硫率为 95. 6 ;节约成本为 3 120 元 /d。 运行实践证明， 在优化参数条件下运行， 不仅保 证了系统 95. 6 的脱硫率， 也降低了石灰石耗量， 每 日可节约成本3 120元， 保证了脱硫系统的经济运行。 参考文献 ［1 ］ DL/T986- 2005，湿法烟气脱硫工艺性能检测技术规范［S］ . ［2 ］ Farmer R W，Jarvis J B，Moser R. Effects of aluminum/fluoride chemistry in wet limestone flue gas desulfurization［J］ . Chem Eng Comm，1989 77 135- 154. ［3 ］ 燕 丽，杨金田，薛文博. 火电机组湿法石灰石 － 石膏烟气脱 硫成本与综合效益分析［J］ . 能源环境保护，2008，22 5 6- 9. ［4 ］ 钟毅，林永明. 石灰石 /石膏湿法烟气脱硫系统石灰石活性影 响因素研究［J］ . 电站系统工程，2005，21 4 1- 3. ［5 ］ 彭皓. 湿法石灰石烟气脱硫系统运行及其吸收剂优化的研究 ［D］ . 杭州 浙江大学，2004. ［6 ］ 吴国华，朴香兰，王玉军. 添加剂强化石灰石烟气脱硫过程的 应用及研究进展［J］ . 环境科学动态，2004 3 65- 67. 作者通信处邢长城100037国家环境保护部华北环境保护督查 中心 E- mailchangcheng218 sina. com 2009 － 12 － 07 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 24 页 附能力， 从而有效的降低了矿井水的浊度和 COD， 且 出水低于饮用水限值。 2 由于表面电位的改变和磁化率的提高， 改性 滤料对重金属 Fe 的去除率高达 88. 7 。Mn 的去除 率为 66. 7 ， 剩 余 Mn 可 增 加 锰 砂 滤 料 来 进 一 步 去除。 3 通过反冲洗试验， 确定改性双层滤料的反冲 洗强度 q 16 L/ m2s 和过滤周期 T 370 min。 4 由于改性滤料的出水水质已基本满足压力 － 膜除盐的进水要求， 故采用改性滤料代替淡化除盐前 的活性炭微滤， 是一项具有发展前景的应用研究。 参考文献 ［1 ］ 李满， 赵磊， 钟振堃 . 改性石英砂滤料在水处理中的应用［J］ . 水科学与工程技术， 2007 3 62- 64. ［2 ］ 高乃云， 严敏， 乐林生. 饮用水强化处理技术［M］ . 北京 化学 工业出版社， 2005 34- 86. ［3 ］ Bajpai S，Chaudhuri M. Removal of arsenic from ground water by manganese dioxide-coated sand［J］ .J Environ Eng，1999， 125 8 782- 784. ［4 ］ 蒋展鹏. 环境 工 程 学［M］ . 北 京 高 等 教 育 出 版 社， 2005 123- 124. ［5 ］ 聂梅生. 美国 污 水 回 用 技 术 调 研 分 析［J］ . 中 国 给 水 排 水， 2001， 17 9 23- 25. ［6 ］ 崔玉川. 水的除盐方法与工程应用［M］ . 2008 178- 237. 作者通信处王伟宁232001安徽理工大学校本部 89信箱 E- mailbusterwang yahoo. com. cn 2009 － 12 － 01 收稿 84 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期