随着我国环保事业的不断发展和环保法规的不断完善,国家对二氧化硫排放提出更加严格的标准,火电厂逐步采取措施已势在必行,这将是今后一个时期内的重点治理对象。
目前对于控制二氧化硫排放污染,国外已积累了较为成熟的经验,但是由于财力、物力有限,引进这些先进的工艺和设备,工程投资和运行费用都非常昂贵。我们必须结合国情和网情,在消化吸收国内外各种技术的基础上,寻求以简单、高效,既满足环保要求,又减少投资和运行费用为目标的方案。
针对东北电网所属火电厂煤质含硫量低,湿式多的特点,我们经过大量调查研究和比较,提出并论证了简易脱硫除尘一体化技术方案,以赤峰热电厂6号炉作蓝本进行了可行性研究和初步设计。该方案以炉内喷钙和尾部湿式改造为核心,在降低二氧化硫排放的同时兼顾减少粉尘排放,从而达到污染物排放全面达标的目标。
1 脱硫工艺比较
从理论上讲,降低燃煤产生的SOx排放主要有3个途径:原煤炉前处理和净化技术;炉内燃烧中脱硫;燃烧后的脱硫。燃烧前脱硫是采用物理、化学或生物方法将煤中硫脱除,投资大、成本高,尚未推广应用。燃烧中脱硫是指燃烧与脱硫同时进行,作为最经济、最简便的工艺,随着近年来的不断改进,正愈来愈受到重视。燃烧后的脱硫被认为是运行可靠、脱硫效率最高的方法,属于比较成熟的工业化方法,但因昂贵的投资和运行费用而在实际应用中受到限制。要对各种脱硫工艺进行综合评估和技术经济比较是相当困难的,因此在选择时,需要参考别人经验,更需要根据本国本地情况对脱硫方案进行综合评估。表1列出了几种较成熟的脱硫技术粗略比较。从比较结果看,LIFAC工艺更为适合东北电网脱硫的实际情况和要求。
2 简易脱硫除尘一体化方案
2.1 东北电网火电厂概况
经过调查,东电直属火电厂有2个特点:煤质含硫量低,平均为0.68%,个别大于1%,中SO2含量约为700×10-6~800×10-6,脱硫效率达到50%以上即可满足环保要求;湿式多,出口烟温较低(60~90℃),烟气湿度大(水分约10%~15%),除尘效率低。因此,在确定烟气脱硫方案时,既要考虑到煤质特点,又要兼顾湿式除尘器,把脱硫和除尘问题结合起来,力求全面达标,这对当前面临的老电厂环保改造问题具有实际意义。
表1脱硫技术综合比较 脱硫方案 | 湿法烟气脱硫 | 喷雾干燥法 | 循环流化床 | 炉内喷钙/尾部 | 干法烟气脱硫 | 增湿(LIFAC) | 装置占电站总投资/% | 12~25 | 15 | 12 | 6~8 | 脱硫效率/% | Ca/S=1.5 | Ca/S=1.5~1.8 | Ca/S=1.1~1.5 | Ca/S=1.5~2.0 | | ≥90 | 80~90 | 90~97 | 60~80 | 运行费用 | 较高 | 中等 | 较低 | 较低 | 适用范围 | (1)中、高硫煤;(2)用于电厂改造困难较大的情况 | (1)中、低硫煤;(2)条件适合时可用于现有电厂改造 | (1)中、高硫煤;(2)条件适合时可用于现有电厂改造 | (1)中、低硫煤;(2)适用于300 MW以下机组电厂改造 | 脱硫后烟气温度 | 低于露点,再热 | 可控,不需再热 | 可控,不需再热 | 可控,不需再热 | 占地面积 | 大 | 大 | 小 | 小 | 负荷变化适应范围/% | 0~100 | 40~100 | 40~100 | 0~100 | 技术成熟性 | 完全成熟 | 近期已近成熟 | 有示范机组 | 已接近成熟 | 目前国际应用情况 | 占实际的90% | 占6%~7% | | 有一定应用 |
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2.2 LIFAC工艺特点及适用范围
(1)适用于燃用含硫量为0.6%~2.5%煤种,300MW以下锅炉脱硫。在Ca/S为1.5~2.0,采用再循环系统时,总脱硫效率为70%~90%。
(2)具有一定的运行经验,国外已正式投入商业运行,根据经济比较分析,LIFAC设备投资为湿法脱硫的32%,运行费用在各类脱硫方案中最低。
(3)占地面积小,适于改造现有运行电厂。
2.3 脱硫方案提出
鉴于上述特点,在老厂改造工程中,对于配置的电厂,在场地条件允许时,可直接采用LIFAC工艺。对于配置湿式除尘器的电厂,在LIFAC工艺的基础上加以改造,把湿式除尘器改造成湿式脱硫设备,使之既除尘又脱硫,从而提出烟气脱硫的新工艺:脱硫除尘一体化方案。该方案以炉膛喷钙作为一级脱硫,将烟气增湿作为二级脱硫,实现脱硫与除尘的集成,减小占地面积,总脱硫效率可达60%~80%,工艺流程见图1,简述如下:
第1阶段,一定细度的石灰石粉(CaCO3)被送入锅炉炉膛内温度950~1150℃的区域。CaCO3受热后分解生成CaO和CO2,烟气中部分SO2和几乎全部SO3与CaO反应生成硫酸钙CaSO4,脱硫效率为20%~30%,反应方程式为:
CaCO3→ CaO+CO2
CaO+SO2+O2→ CaSO4
aO+SO3→ CaSO4
第2阶段,即炉后增湿活化阶段。LIFAC工艺在空气预热器和电除尘器间安装增湿反应器,烟气流经过时被喷水增湿。为充分利用现有设备和场地条件,节约投资,本方案中不安装反应器,而是设计直接用文丘里湿式除尘器来完成尾部增湿活化功能。烟气中未反应的CaO与水反应生成在低温下具有很高活性的Ca(OH)2,同剩余SO2反应生成亚硫酸钙,部分被氧化成硫酸钙,形成稳定的脱硫产物,脱硫效率可达30%~40%,反应方程式为:
CaO+H2O→ Ca(OH)2
Ca(OH)2+SO2+H2O+O2→ CaSO4+H2O