燃煤电厂除灰-脱硫系统一体化r艺研究.pdf

第19 卷第4 期 3 1 4 1 9 9 9 年8 月 动力工程 P O W E RE N G I N E E R I N G V o 】l9 N o4 A u g ．I9 9 9 文章编号1 0 0 0 6 7 6 1 19 9 9 0 4 0 3 1 4 0 4 燃煤电厂除灰一脱硫系统一体化工艺研究 黄种买1 ，胡将军1 ， 胡仲英1 ，廖己红2 1 ．武汉水利电力大学环化系，武汉4 3 0 0 7 2 , ；2 ．贵州省清镇发电厂，贵阳5 5 1 4 0 0 摘要研完了燃煤电厂除灰脱硫系境一体化工艺度其对防止船灰系统结垢和降低冲友废水p H 值的作 用，并讨论了谊工艺Y - 业化应用的可行性。图2 表3 参4 主题词燃煤电厂；除灰；烟气脱硫} 阻垢；p H 值 ’ 中图分类号T K2 8 4 ．4文棘标识码A 1 概述 在燃煤电厂中，由锅炉排出的炉渣和除尘器 收集的飞灰，一般都含有括性氧化钙 f c a O 等碱 性物质。这些灰渣大部分用水力输送到灰场贮存。 在灰渣转送过程中，由于f c a o 等碱性物质的溶 出，使冲灰水水质恶化，p H 值升高，C a 2 4 和T D S 浓度增大，同时含有重金属等污染物质，其结果是 由灰场排出的冲灰废水水质超出国家规定的废水 排放标准，最突出的是p H 2 9 ．0 。这使冲灰废水成 为燃煤电厂最大的水污染源，不但污染水体，而且 燃煤电厂还必须承担巨额排污和超标费用。除此 之外，由于冲灰水p H 值升高和C a ”浓度增大。冲 灰水中H C O 。转变为C O 。，使冲灰水中C a C O s 过饱和并析出C a C O ，沉淀。当这些C a C O s 沉淀 附着于系统内壁时，即造成系统结垢，这不但使输 灰系统阻力增大，输灰动力消耗增加，严重时危及 燃煤电厂生产安全，而且燃煤电厂每年要支付数 十万乃至上百万的除灰系统清洗费用。解决以上 问题的办法之一是在冲灰系统中加入酸性物质． 中和灰渣溶解出来的碱性物质，使冲灰水p H 3 时，尽管 冲灰水p H 值相差悬殊，但所形成的灰浆在 3 0 m i n 后p H 值已相差不大，且均大于9 ．5 。另外， 灰场排水p H 也均大于9 。这显然达不到防止系统 结垢和冲灰废水p k l 值达标的要求。当冲灰水p H 在2 ．5 左右时，整个灰浆输送过程p H i 8 ．5 ，在这 种工况下灰浆中不会产生C a C O 。沉淀，避免了除 灰系统结C a C O 。垢的可能。另外，在这种工况下， 灰场排水p H 9 ，解决了冲灰废水p H 值超标的 问题。 综上所述，在试验工况下，当脱硫塔捧水p H 2 ．5 时，则用这种水做冲灰水即可达到除灰系 统防垢和冲灰废水p H 达标排放的要求。考虑到 冲灰水重复使用后水质变化，我们就p H 一2 ．5 ， T D S 浓度各不相同的冲灰永重复进行上述试验。 试验结果如表2 所示。 万方数据 3 1 6 动力工程第1 9 卷 表l 除灰过程模拟试验结果 除灰盈程中灰菜p H 值灰场排水 试验号冲灰水p H 5 m m 3 0 r a i n6 0 I r 2 nL 2 0 m l np H 值 7 ．3 474 086 29 ．6 29 ．9 l9 ．8 096 6 26 ．8 47 ．2 38 ．6 296 89 ．8 39 ．9 597 4 6 ．6 46 ．9 07 ．9 49 ，6 41 0 ．0 41 0 ．0 1 98 5 6 ．3 38 ．0 59 ．7 01 0 ．0 0l O 0 6 1 00 5 6 ．2 l6 ．2 98 ．0 598 5 1 0 ．1 7 1 02 11 02 3 66 ．0 065 69 ．7 79 ．9 3l O ．141 0 ．0 5 4 ．0 06 ，1 87 ．8 593 79 ．5 79 ．8 599 0 833 86 ，2 07 ．9 294 09 ．5 69 ．6 697 3 2 ．8 2 3 ．8 85 ．7 08 ．4 28 ．8 7 0 ．1 59 ．0 7 24 8 40 3 6 ．7 9 7 ．9 482 0 * 表中所列时问为灰浆开始■进到被测定的时问 勿孕￡苎 。甜∥ja．j。 毒≯I ／一／ 鼠{ j } ／| ／ f ／i hf 1 ， ／j ／ ． 。 1 03 06 01 2 01 4 4 0 T r a i n 田2 腧蕨挝程模拟试验结果 _ 一蓐刊4 系列7 赢刊l o 系，临 一系刊8 系列6 一幕列9 表2 所示的试验结果表明，当冲灰水p H 2 ．5 时，对于不同的T D S 浓度，都可以保持输灰过 程中灰浆p H i 8 ．5 和灰场排水p H 9 ．0 ，达到防 止除灰系统结垢和冲灰废水达标排放的目的。另 外我们注意到，当冲灰水T D S 浓度增大时，灰浆 和灰场排水p H 值均有增大趋势，说明冲灰水 T D S 浓度增大，有利飞灰中碱性物质的溶出。这 可能是由于冲灰水离子强度增大，同离子效应降 低的缘故。这种现象有利于飞灰中碱性物质的充 分利用。 表2 不同T D S 浓度冲灰水的模拟除灰过程 试验冲灰肇 输灰过程中灰袋p H 值 灰场排水 号 T D S m g ／L 3 06 01 2 0p H 16 ．8 174 68 ．0 38 ．o o 2 6 ．9 8 8 ．2 182 0 3 2 0 0 0 6 ．8 9 7 ．4 3 8 ．0 9 8 ．1 2 8 ，2 78 ．3 l 8 0 0 07 ．1 l7 ．7 58 ．2 58 ．2 2 1 6 0 0 079 58 ．4 0 3 2 0 0 073 38 ．0 38 ．4 88 ．5 7 ’冲夏末p H 均为2 ．5 3 ．2 除灰一脱硫一体化工艺模拟试验 在除灰系统模拟试验基础上，我们进一步就 除灰一脱硫一体化工艺进行了模拟试验，以观察系 统中各部分水质变化情况。 试验同脱硫塔郯0 0 5 0 0 0 ，两层格调滤网， 逆流喷淋，喷淋高度4 0 0 0 和2 5 0 0 。系统基本按图 1 连接，主要参数有L ／G 一7 1 ／m3 ，烟气S O 。浓度 3 0 0 0 m g ／m 3 标准状态 ，烟气流速2 ．0 m ／s ，进口 烟温1 2 0 ℃，出口烟温5 0 ～7 0 ℃。试验结果如表3 所示。 表3 除灰一脱硫一体化工艺模拟试验结果 项目指标 脱奠塔进口嗳收藏p H 4 ．1 ～58 脱毫塔出口吸收藏p H24 ～27 灰浆输送3 0 m i n 后p H 6 ．5 ～7 ．2 灰蠕排水p P l 7 ．9 ～8 ．6 脱赢宰 ％6 8 ～7 0 试验结果表明，在除灰一脱硫一体化工艺能保 n 9 8 7 6 s l 3 2 万方数据 第4 期 动力工程3 1 7 持除厌系统灰浆p H 8 ．5 和灰场排水p H 9 ．0 ， 满足除灰系统防垢和排水水质达标的要求。但由 于脱硫吸收液控制较低p H 值，脱硫率仅为6 2 ％ ～7 0 ％，是比较低的。 4 除灰一脱硫一体化工艺工业化应 用的可行性分析 首先分析除灰一脱硫一体化工艺的特点，然后 分析其工业化应用的可行性，最后提出有待进一 步研究的问题。 与传统湿法相比，除灰脱硫一体化工艺具有 如下特点 1 实现除灰、脱硫两系统的联合运行，在实 现烟气脱硫的同时，解决了除灰系统长期无法解 决的系统结垢和排水p H 超标的问题。这样，既利 用了飞灰中的碱性物质，也利用了烟气中的酸性 物质，以废治废，降低了运行成本。 2 脱硫塔吸收液控制较低p H 值，可直接 与M g O 产生中和反应形成澄清溶液，省去了传 统湿法工艺中庞大的制浆系统。同时，因使用 M g O 作脱硫剂，脱硫产物M g S O 。溶解度大，于环 境无害，可随冲灰水进入除灰系统，并在p H 值升 高时以M g O H z 沉淀折出，因此省去废渣和废 水的处理设施。这样，整套系统大为简化，当然设 备投资也大大降低。 3 脱硫效率低于传统湿法脱硫工艺。 综上所述，除灰脱硫一体化工艺具有系统简 单，设备投资和运行费用低的特点。根据该工艺建 成的l 台2 0 0 M W 机组的工业脱硫设备，其设备 投资约为2 0 0 0 万 除灰系统是原有装置 ，而同样 机组按传统湿法建设至少要l ～2 亿元。根据工业 运行情况看，其主要参数与模拟试验基本吻合，达 到预期效果，说明该工艺工业化是可行的。对于发 展中国家来说，没有足够的资金建设传统湿法工 艺的系统，牺牲一点脱硫率，选择该工艺是合适 的。 另外．火电厂除灰系统结垢，冲灰废水p H 值 超标一直是难于解决的问题。该工艺为解决这两 个问题提供了一个简便的办法。根据飞灰中碱性 物质的量，建设一个小型的部分烟气脱硫系统，不 需投加脱硫剂。即可解决除灰系统的问题，又可脱 去部分烟气中的S O 。，一举两得，其运行费用少于 目前专为冲灰系统防垢和水质处理建立的系统的 运行费用。由于设备十分简单，其投资也不高。 但是，该工艺的工业设备在试运行几个月后， 也暴露r 一些问题，仍需进一步探讨、完善。 首先是腐蚀问题。由于该工艺的工业装置是 在老机组上建设的，除灰系统及管网系统都是原 有设备。而该工艺要求低p l - I 值运行，因此设备腐 蚀严重，由于生产需要和经济性的原因，一时难于 更换，影响了该系统的正常运行。我们认为，对于 新建燃煤电厂，除了可以在设计时即考虑防腐问 题t 避免系统腐蚀外．由于飞灰和烟气本在一个通 道，若能统一考虑除灰一脱硫一体化工业的实施， 对优化燃煤电厂除灰、脱硫系统的运行工况，足十 分有利的。 其次是H S O 。一的氧化。S O 。在吸收液中溶 解，其传质过程与吸收液中{ H } { H S O 。”} 有关， 降低{ H } 或降低{ H S O 。2 均会提高S O 进入吸 收液的传质速度。除灰一脱硫一体化工艺的吸收液 控制较大的{ H } ，要达到同样的脱硫率，则必须 降低{ H S O ，” ，即提高吸收液中{ H S O 。2 一} 的氧 化速度。除了提供足量的o 外，加入高教催化剂 是关键，目前已有许多这方面的研究和工业应用。 总之，除灰一脱硫一体化工艺在理论上是成立 的，工业运行也证明是可行的。且有系统简单，投 资少，运行费用低的特点，作为一种简易脱硫系统 是有应用前景的，值得深入研究。 5 结论 1 燃煤电厂除灰、脱硫两个系统联合运行 的除灰一脱硫一体化工艺采用M g O 脱硫剂和低 p H 值吸收液，可省去制浆系统、废渣和废水处置 系统，使系统大为简化，大幅度降低设备投资和运 行费用，但其脱硫率较低。因此，该工艺适用于所 在地区大气S O 。尚有一定环境容量，而设有足够 资金建设高效率脱硫工艺系统的燃煤电厂。 2 实验室模拟试验表明在试验条件下，除 灰一脱硫一体化工艺的脱硫率为6 2 ％～7 0 ％，脱 硫塔底部排出吸收液p H i 2 ．5 。当用这些吸收液 作除灰系统冲灰水时，形成的灰浆p H 8 ．5 ，冲灰 废水p H 9 ．0 ，达到除灰系统防垢和冲灰废水达 标排放的要求。除灰一脱硫一体化工艺的工业装置 运行工况与上述结论基本吻合。 3 为提高除灰一脱硫一体化工艺的脱硫效 率，应进一步研究促进H S O 。一氧化的高效催化 剂。另外，原有除灰系统的防腐应得到重视。 下转第3 1 3 页 万方数据 第4 期动力工程 3 1 3 ， 参考文献 r 】] F u c h sNA ．T h eM e c h a r 6 co fA e r o s d ．1 9 6 4 [ 2 ] s t a l r m a n dCJ ．T h cd e s i g ua n dl 删o r m a n c eo fc y c l o n es e p a f a t ㈣T r a n 8 ] C B E ，2 9 ，p p ．2 3 5 ～3 7 5 ，1 9 7 5 r 3 jP i l l a lKK ，W o o dP ．E m i s s i o n sf r o maP F B Cc o a lc o m b u s t i o n ，JI n s l ．E n e r g y ，5 3 ，p p1 5 9 ～1 7 5 ，D e c 1 9 8 0 [ 4 ] W h e e l d o nJM ．B u r n a r dGK ．P e r f o r m a n c eo fc y c l o n e si nt h e o f f g a sp a t ho faP r e s s u r i s e dF l u i d i s e dB e dc o m b u s t o r ， F i l t r a t i o n8 L S e p a r a t i o n ．P P1 7 8 ～1 8 7 ，M a y ／J u n e19 8 7 [ 5 ] I E AC o a lR e s e a r c h ．C o a lg a s i f i c a t i o nf o rI G C CI E Ar e p o r t 1 9 9 1 ，1 6 ～1 7 E o ] 许世森等．沮度和压力对旋风分 舟豫生性雠的髟响．动力 工程．1 9 9 7 1 [ 7 ] T s a o K C ，J e n C 0 ．P a r t i c u l a t e C o l l e c t i o n i na H i g h T e m p e r a t u r eC y c l o n e ．E n v i r o n m e n tI nt e r n a t i o n a l ，19 8 1 6 3 4 3 ～ 3 4 8 E x p e r i m e n t a lR e s e a r c ho nt h eP e r f o r m a n c eo fC y c l o n ea tH i g h T e m p e r a t u r eI m p r o v e db yA g g l o m e r a t i n gM i c r o P a r t i c l e s X US h i s e n C o m b i n e dC i c u l a t i n gR e s e a r c hC e n t e r ，X i ’s ni n s t i t u t eo fT h e r m a l E n g i n e e r i n g ，X i ’a n7 1 0 0 3 2 ，C h i n a A b s t r a c t l nt h i sp a p e r ，ae x p e r i m e n t a lr e s e a r c h0 nt h ec y c l o n ep e r f o r m a n c ef o rh o td u s tr e m o v a lh a d b e e nd o n e ．T h er e s u i t so fr h er e s e a r c hs h o w e dt h a tt h ee f f i c i e n c yo ft h ec y c l o n es e p a r a t o r a th i g ht e r n p e r a t u r ec o u l db ei m p r o v e db yA g g l o m e r a t i n gM i c r o P a r t i c l e sb e f o r et h e yg o i n gi n t ot h ec y c l o n e ．I t m a yb e8g o o dw a yt oi m p r o v et h ec y c l o n ep e r f o r m a n c ef o rd u s tr e m o v a lf r o mh o tg a s - F i g s5a n dr e f s 7 ． T h e m ew o r d s c o a lf i r e du n i t ；c y c l o n e ；p a r t i c l e s ；a g g l o m e r a t i o n ；h i g ht e m p e r a t u r ed u s tr e m o v a l ，-}--}h---叶-十卅_卅-呻’-}-}-呻- 上接第3 1 7 页 棰环技术．环境科学与技术，1 9 9 4 ， 1 参考文献 [ 1 ] 陈靼璩，童志权．用藏相催化和艇奠簿尘器脱睬烟气中8 0 2 ． 中国环境科学，1 9 9 4 1 4 6 [ 2 ] 刘少砖，橱春平，趄聚羹．螺炉除尘脱琉及髂尘冲渣废木闭路 [ 3 ] 黄种买，慷囊育．火电厂冲灰术同路循环技术研究．武救木利 电力大学学报，1 9 9 8 ，3 1 3 [ 4 ] 孙风石等．电厂飞灰湿式烟气脱藏试验研究．电力环境保护- 1 9 9 0 ，6 3 ／ S t u d yo nT e c h n o l o g yo fF G DS y s t e mR u n n i n gT o g e t h e rw i t h A s h C o n v e y i n gS y s t e mi nC o a lF i r e dP o w e rP l a n t H U A N GZ h o n 譬一m a i l ，H UJ i a n g 一扣n 1 ，H UZ h o n g y l n 9 1 ，L I A OW e i h a n 9 2 1 ．D e p t ．o fE n v i r o n ．＆C h e m ．，W u h a nU n i v ．o fH y d r a u l i c ＆E n g ，W u h a n4 3 0 0 7 2 ’C h i n a 2 ．Q i n g z h e nP o w e rP l a n to fG u i z h o uP r o v i n c e ，G u i y a n g5 5 1 4 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h i sp a p e ri sc o n c e r n e dw i t ht h et e c h n o l o g yo fF G Ds y s t e mr u n n i n gt o g e t h e rw i t ha s h c o n v e y i n gs y s t e mi nc o a lf i r e dp o w e rp [ a n t ，a n di t se f f e c to nt h ea s h c o n v e y i n gw a s t e w a t e rp H l o w e r i n g a n do nt h ea s h c o n v e y i n gp i p e ss c a l e ～r e s i s t i n g ．T h e nt h ef e a s i b i l i g yo fa p p l y i n gt h et e c h n o l o g yt oi n 。 d u s t r yi sd i s c u s s e d ．F i g s 2 ．t a b l e s3a n dr e f s4 ． T h e m eW o r d s c o a lf i r e dp o w e rp l a n t ；a s h c o n v e y i n gs y s t e m ；F G D ls c a l e r e s i s t i n g ；p Hl o w e r i n g 万方数据