火电厂炉内喷钙法烟气脱硫改造实践.pdf

火电厂炉内喷钙法烟气脱硫改造实践 陈活虎1倪建东1黄中子2 1. 宝钢工程技术集团有限公司， 上海 201900;2. 上海工程技术大学化学化工学院，上海 201620 摘要 采用石灰石 － 石膏湿法脱硫工艺对 1 350 MW 燃煤电厂原有炉内喷钙尾部增湿脱硫工艺进行改造， 改造后运 行表明 脱硫效率 95 ， 确保在常用煤种情况下二氧化硫排放浓度≤100 mg/m3， 同时年运行费用相对改造前直接 降低数百万元， 实现了环境效益和经济效益的双赢。 关键词 烟气脱硫;火电厂;石灰石 － 石膏法;炉内喷钙 REBUILDING EXPERIENCE OF LIMESTONE INJECTION INTO FURNACE FOR FLUE GAS DESULPHURIZATION IN THERMAL POWER PLANTS Chen Huohu1Ni Jiandong1Huang Zhongzi2 1. Baosteel Engineering ＆ Technology Group Limited Corporation，Shanghai 201900，China; 2. School of Chemistry and Chemical Engineering，Shanghai University of Engineering Science，Shanghai 201620，China AbstractThe process of limestone injection into the furnace for flue gas desulphurization in a 1 350MW coal-fired power plant was rebuilt with limestone-gypsum ． The operation results show that the SO2removal efficiency is no less than 95 after its rebuilding，and the emission concentration of SO2is no more than 100 mg/m3when using common coal as fuel． In the meanwhile，the operation fee can be cut down by several million yuan RMBper year． The benefits of environment and economy are realized． Keywordsflue gas desulphurization;thermal power plant;limestone-gypsum ;limestone injection into furnace 0引言 目前国内火电厂基本已经建成烟气脱硫装置， 采 用的主要技术有石灰石 － 石膏湿法、 海水法、 氨法、 MgO 法、 循环流化床干法及炉内喷钙尾部增湿等工 艺。各种脱硫技术应用至今， 或多或少均出现了一些 问题， 如石灰石 － 石膏湿法易结垢、 堵塞和腐蚀［1- 3］、 海水法有地域应用的限制［4］、 氨法的应用局限于企 业周边吸收剂氨水的供应和副产物硫铵的销售渠 道［5］、 循环流化床干法吸收剂采用氧化钙， 其运行费 用较高且副产物处理处置仍在探索之中、 炉内喷钙尾 部增湿法目前鲜有应用于大型火力发电厂， 且脱硫效 率不如传统石灰石 － 石膏湿法等缺陷。“十二五” 期 间， 随着国家污染物减排的要求和进一步严格的限 制， 许多火力发电厂即将面临脱硫装置的局部完善甚 至整体改造的局面。 本文针对上海某电厂 1 350MW 机组已建炉内 喷钙尾部增湿干法脱硫装置， 建成后在常用煤种情况 下烟气出口二氧化硫的浓度仍然超标， 很难达到上海 所要求的排放限值 ≤200 mg/m3 ， 为此， 该企业曾 长期在运行炉内喷钙脱硫的同时， 采用含硫率低于 0. 3 的低硫煤和高炉煤气混烧以满足环保排放要 求， 因此为提高脱硫处理的能力， 降低企业生产成本， 需对原有炉内喷钙脱硫设施进行改造。 1系统配置 1. 1尾部增湿降温工艺 改造后将原有炉内喷钙尾部增湿工艺的第一段 Rotamix 段拆除， 包括附属所有石灰石吸收剂制备系 统， 石灰石粉输送系统和喷粉系统， 保留锅炉空预器 和除尘器之间的 IDH 反应器和相应的喷水系统， 该 系统可在锅炉排烟温度过高时紧急冷却烟气， 保护后 续除尘和湿法脱硫系统。 1. 2石灰石 － 石膏湿法工艺 改造所采用的工艺为市场占有率最高的、 最成熟 的石灰石 － 石膏湿法设 GGH， 其主要工艺流程见 55 环境工程 2012 年 2 月第 30 卷第 1 期 图 1。主要改造方案为保留 IDH 反应器， 当烟气温度 高于180 ℃ 时， 作为紧急喷水降温使用， 其他所有炉 内喷钙工艺的设备设施均拆除， 同时从引风机和烟囱 之间的烟道引出烟气进入烟气脱硫装置。烟气在脱 硫塔内与喷淋的石灰石浆液滴接触， 烟气中 SO2被吸 收与碳酸钙进行反应， 生成亚硫酸钙 CaCO3 SO2 H2O→ CaSO3 1 /2H2O 1 /2H2O CO2 一部分亚硫酸钙与烟气中的氧气作用转化成石 膏， 大部分亚硫酸钙在吸收塔底池中与氧化风机供给 的氧气发生反应， 生成二水石膏。 CaSO3 1 /2H2O 1 /2O2 3 /2H2O→CaSO4 2H2O 石膏浆液在脱硫塔底池内驻留一定时间生成石 膏晶体。 脱硫系统主要包括烟气换热系统、 吸收氧化系 统、 吸收剂制备和供应系统、 工艺水系统、 石膏脱水系 统和废水处理系统等。 图 1石灰石 － 石膏法脱硫工艺流程 2脱硫运行对比 2. 1脱硫效率 锅炉常用煤的含硫率为 0. 64 ～ 0. 80 ， 烟气 量 为 120 104～ 160 104m3/h，温 度 为 140 ～ 170 ℃ ， 脱硫处理前烟气中二氧化硫浓度为1 200 ～ 2 000 mg/m3。 改造前和改造后脱硫效率、 二氧化硫排 放浓度见表 1。 表 1改造前和改造后脱硫效率 项目改造前改造后 脱硫效率 /20 ～ 40≥95 出口 SO2浓度 / mg m － 3 ＞ 800≤50 由表 1 可知 对于改造前的炉内喷钙尾部增湿工 艺， 当燃用常用煤种时， SO2排放浓度远大于国家排 放标准400 mg/m3。而且经过近半年的调试， 脱硫效 率始终没有明显提高， 因此， 该电厂为满足烟气排放 标准的要求， 在很长的一段时间内采用低硫煤 含硫 率为 0. 25 和高炉煤气混烧， 同时运行炉内喷钙尾 部增湿脱硫工艺， 使 SO2排放浓度低于200 mg/m3。 改造为石灰石 － 石膏湿法脱硫工艺后， 连续运行 1 个月的脱硫效率和二氧化硫排放浓度见图 2。 图 2机组脱硫效率和出口二氧化硫浓度 由图 2 可知 改造后脱硫效率“ 95 ， 月平均值 为 96. 6 ， 可保证锅炉燃用常用煤种情况下， 二氧化 硫排 放 浓 度 低 于 50 mg/m3，月 平 均 排 放 浓 度 为 35 mg/m3， 完全符合排放标准的要求， 可见脱硫装置 的改造是成功的案例。 2. 2工业水消耗 炉内喷钙尾部增湿脱硫工艺的工业水消耗主要 集中在 IDH 增湿段， 水耗约为50 t/h。改造后石灰 石 － 石膏湿法因设置了 GGH， 因此水耗仅为46 t/h。 2. 3石灰石消耗 炉内喷钙尾部增湿脱硫工艺的 325 目石灰石粉 消耗量约为12 t/h， 而改造后石灰石 － 石膏湿法采用 浓度约为 20 的 石 灰石浆液， 石灰石消耗量约为 4. 4 t/h， 远低于改造前的耗量。另一方面， 改造前吸 收剂的来源主要是外购石灰石粉， 价格昂贵; 改造后 石灰石浆液可采用该企业内部的石灰石焙烧工艺冲 洗废料泥浆， 可达到以废治废的目的， 可实现循环经 济和环保利益的最大化。 2. 4电耗 改造前耗电主要用于 325 目石灰石粉制备、 风机 和空压机等设备， 耗电约为1 800 kW /h。改造后， 电 力消耗大大增加， 主要用于脱硫用增压风机、 循环泵、 氧化 风 机 和 脱 水 系 统 等 设 备，总 耗 电 约 为 65 环境工程 2012 年 2 月第 30 卷第 1 期 4 300 kW /h。 2. 5其他 改造后石灰石 － 石膏湿法将产生一定量废水， 约 为3 t/h， 废水进入电厂原有废水处理设施进行处理， 本次改造不新增废水处理装置。 3运行费用及经济性分析 3. 1运行费用分析 改造前和改造后的年运行费用见表 2。由表 2 可知， 改造前运行成本主要由石灰石粉和电耗组成， 炉内喷钙尾部增湿工艺要求的 Ca/S 较高， 因此石灰 石粉耗量大， 而石灰石为外购 10 ～ 35 mm颗粒， 因此 成本最高， 约为1 920 万元 /a。 改造后电耗仍然是其运 行成本的主要组成， 高达2 429. 3 万元 /a， 远超过改造 前的电费。但是由于改造后吸收剂采用的是企业石 灰石焙烧工艺的冲洗泥浆， 成本低廉， 因此此项支出 大大减少， 最终使 改造 后 年 运 行 成 本 较 改 造 前 低 569 万元 /a， 可见改造能给企业大大减轻负担， 同时 确保了烟气达标排放。 表 2改造前和改造后年运行费用比较 消耗指标 耗量 改造前 改造后 单价 / 元 总运行成本 /万元 改造前改造后 电 /10 000 kWh1 4403 4400. 711 016. 92 429. 3 水 /万 t4036. 83. 7148. 0136. 2 石灰石泥浆 /万 t－3. 5212－42. 2 石灰石粉 /万 t9. 6－2001 920. 0－ 修理费－－－115. 0102. 6 折旧费－－－736656. 6 总计3 935. 93 366. 9 注 1折旧费 固定资产投资为直线折旧， 残值率取 4 ， 综合折旧年 限 15 年; 2修理费 本项目修理费取新增固定资产投资的 1 。 3. 2经济效益 改造后脱硫处理的副产物为石膏， 年产量约为 6 万 t， 目前作为建材原料进行销售， 获得一定的经济 效益。 3. 3其他 改造前该电厂为了确保环保排放指标， 避免排污 收费和处罚， 曾很长一段时间采用低硫煤 含硫率为 0. 25 和高炉煤气混烧， 同时运行炉内喷钙尾部增 湿脱硫工艺， 而购买低硫煤较常用煤种每年将多支付 近2 000 万元， 这将大大增加电厂的总运行成本， 因此 也可以凸显脱硫改造对企业生存的意义重大。 4结论 1 采用石灰石 － 石膏湿法工艺改造后， 脱硫效 率≥95 ， 可保证常用煤种情况下二氧化硫排放浓度 ≤50 mg/m3， 完全符合排放标准的要求， 脱硫装置的 改造是成功的工程实例。 2 改造后运行电耗大增， 但吸收剂可利用石灰 石焙烧工艺冲洗泥浆， 达到以废治废， 同时大大降低 脱硫的运行费用， 最终改造后年运行费用较改造前低 569 万元 /a。 3 改造后脱硫副产物石膏可作为建材原材料， 获得一定的经济效益。 4 脱硫装置成功的改造， 使电厂在实现环境效 益的前提下， 间接降低生产开支近2 000 万元 /a， 实现 环境效益和经济效益的双赢。 参考文献 ［1］钟秦． 燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例［M］． 北京 化学工业 出版社， 2004. ［2］马磊，沈汉年，赵立冬． 石灰石 /石灰湿法烟气脱硫结垢的机 理及控制［J］． 工业安全与环保， 2007， 33 9 19- 20. ［3］冯金煌， 陈活虎． 脱硫喷淋塔除尘的影响因素及效果分析［J］． 环境工程， 2010， 28 3 70- 72． ［4］赵鹏高． 加快火电厂烟气脱硫产业化发展的建议［J］． 中国电 力，2006， 39 1 103- 105. ［5］徐长香， 傅国光． 氨法烟气脱硫技术综述［J］． 电力环境保护， 2005， 21 2 17- 20. 作者通信处黄中子201620上海市龙腾路 333 号上海工程技术 大学化学化工学院 E- mailwazzlp 163. com 2011 － 08 － 26 收稿 75 环境工程 2012 年 2 月第 30 卷第 1 期