2023年《安全环境环保技术》之脱硫工艺选择干湿法比较.docx

脱硫工艺选择——干湿法比较         1 概述         脱硫是电厂控制SO2排放的主要技术手段，目前已到达工业应用水平的烟气脱硫技术有十余种，大致可以分为干法和湿法，但能在300MW以上大容量机组使用的成熟脱硫工艺并不多。根据国内目前的实际应用推广情况，国内各大脱硫已投运的300MW级机组烟气脱硫装置均为石灰石/石膏湿法。干法技术在国内300MW大容量机组上全烟气、高脱硫率还没有运行例如。最近武汉凯迪股份正在推广德国WULLF的RCFB（内回流循环流化床）技术，该技术在国外2022年曾有1套在300MW机组上投运，3个月后停运，现国内有1套刚开始在恒运电厂1×210MW机组上投运。另有1套已投运的CFB脱硫，运用于小龙潭1×100MW机组。         以下对湿法和干法两种工艺流程，全烟气、高脱硫率下的技术、经济进行了综合比较。         2 石灰石/石膏湿法脱硫技术流程特点         石灰石/石膏湿法脱硫技术是目前世界上技术最为成熟、应用业绩最多的脱硫工艺，应用该工艺的机组容量约占电站脱硫装机总容量的85％以上，应用单机容量已达1000MW。其脱硫副产物—石膏一般有抛弃和两种方法，主要取决于市场对脱硫石膏的需求、石膏质量以及是否有足够的堆放场地等因素。         湿法工艺技术比较成熟，适用于任何含硫量的煤种和机组容量的烟气脱硫，脱硫效率最高可到达99％。         国内各家分别引进了世界上先进的几家大公司的湿法工艺技术：B&W（巴威）、斯坦米勒、KAWASAKI（川崎）、三菱、GE、DUCON ，都能根据电厂的实际情况设计出最正确的工艺参数。         2.1 石灰石/石膏湿法工艺流程         石灰石/石膏湿法脱硫工艺采用价廉易得的石灰石作脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌制成吸收浆液，也可直接用湿式球磨机将20mm左右的石灰石磨制成吸收浆液。当采用石灰吸收剂时，石灰粉经消化处理后加水搅拌制成吸收浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的SO2与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反响被脱除，最终反响产物为石膏。脱硫后的烟气经除雾器除去带有的细小液滴，经气气加热器（GGH）加热升温后排入烟囱。脱硫石膏浆液经脱水装置脱水后。由于吸收浆液的循环利用，脱硫吸收剂的利用率很高。         电厂锅炉烟气进入FGD，通过升压风机加压，经GGH降温至约100℃后进入吸收塔，吸收塔脱硫效率为96～99％，整个系统的脱硫效率不低于90％。从吸收塔出来的净烟气温度约为47℃，经GGH升温至80℃后从烟囱排放。         该工艺原理简单，工艺技术比较成熟，脱硫效率和吸收剂的利用率高，即Ca/S=1.03时，脱硫效率大于95％，能够适应各种煤种，适应大容量机组，运行可靠，可用率高，副产品石膏具有商业价值。         2.2石灰石/石膏湿法脱硫技术主要技术特点及指标         2.2.1 脱硫效率高，一般不低于90％，最高可以到达99％。         2.2.2 脱硫剂利用率高，达90％以上。Ca/S比低，只有1.01～1.05，国内现正在实施的的几个工程均不大于1.03。         2.2.3吸收塔采用各种先进技术设计，不仅解决了脱硫塔内的堵塞、腐蚀问题，而且改善了气液传质条件，从而提高了塔内脱硫效率，减少了浆液循环量，有效降低了浆液循环泵的功耗。 目前脱硫岛电耗一般为机组装机容量的1～1.5％。         2.2.4 喷淋空塔内烟气入口采用向下斜切式入口，烟气由下自上流动，延长了气体分布路径，不仅有利于气体分布均匀，而且由于气体的翻腾形成了湍流，更有利于气液的传质传热。         2.2.5 采用计算机模拟设计，优化脱硫塔及塔内构件如喷嘴等的布置，优化浆液浓度、Ca/S比、浆液流量等运行指标，可以保证脱硫塔内烟气流动和浆液喷淋均匀，以最小的消耗取得最好的脱硫效果。         2.2.6 根据烟气含硫量，采用不同层数（2～4层）的浆液喷淋层，确保取得最正确的脱硫效果。         2.2.7 塔内设置氧化空气分布系统，采用塔内强制氧化，氧化效果好。         2.2.8 喷淋层采用交叉联箱布置，使喷淋管道布置更合理，降低了吸收塔高度。         2.2.9 采用机械搅拌。         2.2.10得到良好的处理，其中废渣变成了优质石膏，完全可以取代高品位的天然石膏。采用回用技术，可以到达零排放。         2.2.11 稳定性高，适应性强，可靠性99％以上。         2.2.12 应用多、运行经验丰富。         3 干法RCFB脱硫工艺脱硫技术流程特点         干法有LIFAC（炉内喷钙尾部增湿活化）、CFB（循环流化床） 等工艺，在国家有关部门的技术指南、火电厂设计规程上均限于在中小机组或老机组上实施。CFB 最早由德国鲁奇（LURGI）公司开发，目前已到达工业应用的CFB法工艺有三种：LURGI公司的CFB、德国WULFF公司的RCFB（内回流式烟气循环流化床） 、丹麦FLS公司的GSA（气体悬浮吸收），国内分别由龙净环保、凯迪电力、龙源环保等公司引进，目前多在中小机组上运用，其中只有WULFF公司的RCFB技术向300MW机组上推广，所以本文中作比较的干法仅指RCFB。         3.1 RCFB的开展历史         循环流化床(CFB)的开展历史其实很长。循环流化床CFB烟气净化工艺的实验室技术研究开发工作开始于1968/1969年，1970～1972年CFB烟气净化工艺在德国电解铝厂获得应用，烟气流量为15,000m3/h。1985～1987年，首台CFB烟气脱硫示范装置在德国一家燃褐煤电站得到应用，处理烟气量为40万m3/h（相当于30万机组气量的四分之一），采用消石灰为脱硫剂。在此根底上，各公司分别又开发出了上述新一代CFB脱硫工艺（第三代）。         3.2 RCFB脱硫工艺流程         RCFB工艺主要采用干态的消石灰粉作为吸收剂，由锅炉排出的烟气从流化床的底部进入，经过吸收塔底部的文丘里装置，烟气速度加快，并与很细的吸收剂粉末相混合。同时通过RCFB下部的喷水，使烟气温度降低到70～90℃。在此条件下，吸收剂与烟气中的二氧化硫反响，生成亚硫酸钙和硫酸钙，经脱硫后带有大量固体的烟气由吸收塔的上部排出，排出的烟气进入中，大局部烟气中的固体颗粒都被别离出来，被别离出来的颗粒经过再循环系统大局部返回到吸收塔。         RCFB的控制系统主要通过三个局部实现:         1. 根据反响器进口烟气流量及烟气中原始SO2浓度控制消石灰粉的给料量；         2. 反响器出口处的烟气温度直接控制反响器底部的喷水量，使烟温控制在70～90℃范围内。喷水量的调节方法一般采用回流调节喷嘴，通过调节回流水压来调节喷水量；         3．在运行中调节床内的固/气比。其调节方法是通过调节别离器和下所收集的飞灰排灰量，以控制送回反响器的再循环干灰量，从而保证床内必需的固/气比。         3.3 RCFB脱硫技术的主要技术特点及指标         3.3.1 耗电量在机组容量的0.5～1.0％。脱硫率80％时，为0.6％左右；脱硫效率大于90％时，塔内物料量增加引起系统阻力的增大而使电耗大幅上升。         3.3.2 在塔的顶部区域加装了导流板，在塔内加装了紊流装置。         3.3.3 脱硫率＞90％，Ca/S为1.2～1.5。石灰活性必须高且稳定，到达T60标准（软缎石灰，四分钟内水温上升60℃）。         3.3.4 塔内平均流速4m/s左右。10米左右直径的流化床内流场比较复杂。         3.3.5 用消石灰作为脱硫剂。石灰消化后，以消石灰干粉形式送入流化床吸收塔。喷入足够的水分保证脱硫效果，水分越大脱硫率越高。         3.3.6 严格控制床温。床温偏低时设备有腐蚀，偏高时脱硫效率及脱硫剂利用率下降。         3.3.7 塔内的水分要迅速蒸发掉，以保证灰渣干态排出。         3.3.8 在煤的含硫量增加或要求提高脱硫效率时，不增加任何设备，仅增加脱硫剂和喷水量。         3.3.9 不另设烟气旁路，当FGD停运时，脱硫塔直接作为烟气旁路使用。         3.3.10 在中小电站或工业锅炉上应用较多，300MW机组上国内外仅应用了1套并只有短期运行的经验。         3.3.11 RCFB脱硫渣的利用         RCFB烟气脱硫技术吸收剂为钙基化合物，脱硫渣中的主要成分为CaSO3等。但不同电厂的脱硫渣的成份是不一样的，假设要有效利用，必须做个案研究。         不包括前的灰，CaSO31/2H2O含量占50±10％，根据德国WULFF公司提供的局部个案研究实例，是可以应用的。国内的南京下关电厂对LIFAC技术的脱硫渣已作了一些个案研究，恒运电厂正准备和凯迪公司合作，开展脱硫灰利用的研究工作。         4 石灰石-石膏湿法与干法RCFB比较         4.1 工艺技术比较         4.1.1 在300MW以上机组FGD上的应用         干法RCFB：国外从小机组放大到300MW机组仅有1台，国内还没有300MW机组的实运装置，仅在中小机组或工业锅炉上有实运装置。         从国内引进FGD的经验来看，各个电厂都有一定的实际情况，设计时也必须满足各个电厂的特定情况。据报道，几家引进CFB的公司在中小机组的示范装置上大多碰到了较严重的问题，经大量长时间调试整改后，有的仍达不到设计要求，有的甚至需更换重要部件，更为严重的机组无法按正常出力运行。         国内唯一的一套RCFB是广州恒运电厂FGD，从运行情况来看，虽然将石灰标准从T60降至T50左右，消化装置仍不能正常运行，目前靠买消石灰维持；除尘器有堵塞等问题，曾造成了电厂停运，但粉尘泄漏较严重；控制系统还不能稳定监测和调控脱硫装置的运行。         石灰石-石膏湿法：已很成熟，国外有各种条件下机组上的运行经验，国内虽然运行实例不多，但国内公司引进的均为国外先进可靠的技术。其市场占有率占电站脱硫装机总容量的85％以上，应用单机容量已达1000MW。国家相关职能部门在组织国内专家充分调研的根底上，提出指导性意见：在新、扩、改300MW机组FGD上或要求有较高脱硫率时，采用石灰石-石膏湿法技术。在火电厂设计技术规程中，也作了同样的规定。         现在大局部设备均可以实现国产化，初始投资大幅降低，备品备件的问题也将得到彻底解决。         4.1.2 适用煤种         干法RCFB ：据国内各大研究单位的报告及国外的局部应用实例，CFB适用于中、低硫煤。对高硫煤，较难到达环保要求，且投资与运行费用将大幅上升。RCFB是否适应高硫煤的大机组，需进一步论证。         石灰石-石膏湿法：不限。         4.1.3 Ca/S比         干法RCFB ：脱硫率＞90％时为1.3～1.5。氧化钙纯度要求≥90％，并要有非常高的活性（Ｔ６０标准），达不到以上要求时，将影响装置的脱硫率及正常运行。         石灰石-石膏湿法：1.01～1.05，一般为1.03，纯度达不到要求时，最终仅影响脱硫副产品石膏的质量。         4.1.4 脱硫效率         干法RCFB ：稳定运行一般在80％左右，假设需要进一步提高，那么需降低烟气趋近温差，增加Ca/S和喷水量，但会对下游设备如除尘器、引风机等带来不利影响。         95％的脱硫率对干法技术来讲，已到达高限（国外为90％），当环保要求进一步提高时，改造较困难。         烟气含硫量波动时，