搜索
沿海大型火电厂脱硫添加剂采用碱性化工废料实现以废治废的研究和应用丁甫军刘峰摘要：对大唐黄岛发电厂（下称黄岛电厂）3#机组海水加生石灰脱硫系统，5#和6#机组海水脱硫系统进行改造，利用青岛碱业股份有限公司（下称青岛碱业）副产物白泥（碱性物质）作脱硫的添加剂，加入脱硫系统和替代原添加剂，达到以废治废的目的。试验证明改造后，机组脱硫率大于90%，悬浮物和pH值均能达标排放，3#机组采用直接法海水加白泥脱硫，年节约生石灰1.24万t；5#和6#机组采用间接法海水加白泥脱硫，年节约海水18450万m3，年节电1540万kWh。年需要耗用青岛碱业白泥5.48万t，达到双向治理的目的，实现了企业间联合的循环经济。关键词：以废治废；循环经济；海水脱硫；白泥0引言以火电为主的电源结构决定了电力行业对我国大气环境质量产生重要影响[1]。黄岛电厂作为青岛电网内主力电厂之一，经过三期工程建设（一期2×140MW、二期2×225MW、三期2×670MW），总装机容量达到2070MW。节能减排降耗、提高资源利用率，建设资源节约型、环境友好型企业，是黄岛电厂可持续发展的必然要求和永恒的主题。青岛碱业是国内六大纯碱厂之一，以氨碱法生产纯碱，年生产能力60×104t，副产物白泥（碱性物质）主要在海边堆放，形成白色污染，成为污染胶州湾的主要公害之一。白泥治理与综合利用是世界性技术难题。目前我国和世界纯碱行业采用的主要处置方法有：筑坝存渣，清液溢流；填海造地，改良土壤；填充矿井；或作填埋场衬层防渗土料等。该公司也已针对行业白泥开展了多种综合利用研究。以循环经济思路，针对固废资源化特征开展综合利用，将是解决白泥出路的有效途径。为此，黄岛电厂针对白泥的特性，结合全厂脱硫系统的特点，经研究对厂内3#，5#和6#机组脱硫系统进行改造，采用青岛碱业的碱性化工废料--白泥作海水脱硫的添加剂进行了试验，改造试验取得了成功，达到以废治废的目的，从而实现企业间联合的循环经济。1试验测量方法烟气中SO2的测定采用固定污染源排气中SO2的测定定电位电解法，采用KM900烟气分析仪；监测点位于脱硫吸收塔前、海水脱硫吸收塔后的排烟烟道处。pH和悬浮物的监测点位于排水槽出口处。pH测定采用玻璃电极法，pHB-4型酸度计。悬浮物含量的测定采用质量法。2机组脱硫现状3#机组采用海水加生石灰脱硫工艺，其主要由海水、生石灰供配系统，烟气系统，吸收系统和曝气处理系统组成，如图1所示。首先，将生石灰用海水在配乳罐中制成浓乳液，该浓乳液与大量海水同时在贮乳池中搅混成海水稀乳液，进入吸收塔，与换热后烟气逆流反应。脱硫后的烟气经换热器进烟囱排空，海水稀乳液吸收SO2并发生酸碱中和反应后进入曝气处理系统，经曝气、分离、澄清和喷兑海水深度氧化后以SO42-和Ca2+的状态达标排放。按设计煤种w(硫)为1.16%，年运行5000h，负荷100%，SO2产生量2t/h，设计脱硫效率90%，SO2脱除量为1.8t/h，耗用生石灰粉2.145t/h。图1海水石灰脱硫工艺流程5#和6#机组脱硫采用海水脱硫工艺，即利用海水的天然碱度脱除烟气中SO2，如图2所示。在脱硫吸收塔内，大量海水喷淋洗涤进入吸收塔内的燃煤烟气，烟气中的SO2被海水吸收而除去。净化后的烟气经除雾后排放。吸收SO2的海水经曝气处理，SO32-被氧化成稳定的SO42-后排入大海。图2海水脱硫工艺流程按设计煤种w(硫)考核工况0.63%，脱硫效率90%，应脱除SO23.11t/h。按校核工况，w(硫)为0.75%，脱硫效率90%，5#和6#机组每台应脱除SO24.63t/h。根据所需海水量，使用用2台Q=36900m3/h循环水泵及2台N=1250KW曝气风机。如果燃煤w(硫)率高达1.4%~1.8%，目前海水脱硫工艺排水的pH6，不能达标排放。3白泥污染现状青岛碱业每年在纯碱生产过程中排放白泥（干基废渣)约18×104t，主要含有CaCO3和Mg(OH)2等碱性物质，pH约为11，成分见表1，粒度分布见表2。表1干基白泥成分组分CaCO3CaCl2Mg(OH)2CaSO4CaOSiO2Al2O3Fe2O3w/%45.6615.49.888.738.16.512.361.08表2干基白泥粒度分布粒度/μm12293.1~12272.2~93.156.1~72.243.3~56.133.2~43.325.4~33.219.7~25.415.6~19.712.5~15.612.5重量（%）00.12.13.77.610.912.812.811.49.928.74海水白泥乳脱硫按各期工程设计煤种含硫量，黄岛电厂确定3#机组脱硫效率为90%，5#和6#机组脱硫效率为95%。3#机组脱硫消耗大量生石灰粉，5#和6#机组脱硫消耗大量海水和电力，但由于燃用较高含硫煤，脱硫排水pH仍不能达标。为此，在前期以制碱废渣——白泥脱硫中试及生产性试验成功的基础上，黄岛电厂拟用白泥替代3#机组脱硫所用的生石灰粉，替代5#和6#机组脱硫的部分海水，实现脱硫排水达标排放。白泥脱硫化学机理如下：SO2+H2OH2SO3CaCO3+H2SO3CaSO3+H2O+CO2Mg(OH)2+H2SO3MgSO3+2H2O2CaSO3+O22CaSO42MgSO3+O22MgSO43#机组海水加白泥脱硫为直接法脱硫，而5#和6#机组均为间接法脱硫，如图3和图4所示。青岛碱业压滤后的白泥在黄岛电厂制成白泥浆用于脱硫。制浆工艺流程如图5所示。图3海水白泥乳直接法脱硫流程3690013000239003690029.4540030002400图4海水白泥乳间接法脱硫流程图5白泥制浆流程5海水白泥乳脱硫效益分析黄岛电厂海水白泥乳直接脱硫法试验表明，脱硫效率大于90%，排水可满足pH和悬浮物排放要求时，确定1m31‰浓度的海水白泥乳相当于10m3海水的中和能力。1kg干基白泥相当于9m3海水的总碱度。海水中CaSO4的欠饱和量较大，每m3海水可约再溶解CaSO43.8kg。1kgSO2可溶解2kg干基白泥或1.1kg石灰粉。排水pH高，要求加入较多的白泥，但同时导致悬浮物较高。因此，在实践中要控制好白泥加入量，使悬浮物和pH均能达标。黄岛电厂海水白泥乳间接脱硫法试验表明，脱除1tSO2约需干基白泥1.57t，脱硫效率达90%以上，白泥可替代石灰粉进行烟气脱硫。不同条件下，3#，5#和6#机组所需白泥量详见表3。按3#机组燃煤w(硫)为1.68%（设计值），5#和6#机组燃煤w(硫)为1.4%（设计值）计算，冬季白泥需要量为15.03t/h，夏季6.83t/h，机组年运行5000h，年需要耗用白泥5.48×104t。当3#机组燃煤w(硫)最大值为2.0%，5#和6#机组燃煤w(硫)最大值为1.8%时，冬季白泥需要量为26.34t/h，夏季为18.14t/h。表33#、5#和6#机组脱硫白泥消耗量机组编号额定蒸发量(t/h)燃煤量(t/h)w(硫)/%脱硫效率/%脱除SO2/（t∙h-1）m(白泥):m(SO2)/（kg∙kg-1）干基白泥耗量/（t∙h-1）工作时间/（h∙a-1）白泥消耗量/(104t∙a-1)设计值最大值冬季夏季冬季夏季冬季夏季冬季夏季3#670831.68902.261.301.302.952.9550001.482.0902.691.351.353.623.625#21002701.4956.460.930.36.041.94250025002.001.8958.321.000.588.964.863201.8959.851.150.7411.367.266#21002701.4956.460.930.306.041.94250025002.001.8958.321.080.588.964.863201.8959.851.150.7411.367.26合计15.036.8326.3418.145.48注：5#和6#机组年运行5000h，按冬、夏季各2500h计，夏季凝汽冷凝水开用2台水泵3.69×104m3/h;（2）当开用二台海水泵，由于煤含硫率高，仍需使用白泥，按1kg白泥相当于9m3海水碱度计算，不足量按1kgSO2消耗1.57kg（试验值）白泥计;3#机组5400m3/h海水中碱度按1kg白泥相当于9m3海水计算，其余按1kgSO2消耗1.57kg（试验值）白泥计。实施后，5#和6#机组2台660MW发电机组的每台锅炉脱硫系统可以少开循环水泵及曝气风机各一台（夏季除外），每年节电1540×104kW•h(见表4)。3#机组原设计以1‰海水石灰乳进脱硫塔脱硫，改用2‰海水白泥乳脱硫后每年可节约石灰粉1.24×104t，5#和6#机组可少用海水18450×104m3(见表5)。表4节电统计脱硫单位内容黄岛电厂#5、#6机组脱硫少开海水循环水泵年节电（万kWh/年）2×2500×2600×0.8×10-4=1040少开曝气风机年节电（万kWh/年）2×2500×1250×0.8×10-4=500合计（万kWh/年）1540表5节约资源脱硫单位内容黄岛电厂节约海水（万m3/年）#5、#6机组脱硫2×3.69×2500=18450节约生石灰粉（万t/年）#3机组脱硫2.26×1.1×5000=1.246项目实施需落实的事宜该项目需具有海域评估资质的单位就工程烟气海水脱硫白泥治理后排放海水对海域的环境影响进行评价，同时还要落实白泥运输时对公路周边环境的影响评估。7结语海水加白泥脱硫工艺有利于减轻城市白泥污染，改善城市环境，符合循环经济和可持续发展理念，符合国家产业政策，为有条件的电厂、工业锅炉脱硫改造提供了一个新的方向。黄岛电厂采用海水加白泥脱硫系统后，可利用青岛碱业产生的约5.48×104t白泥（干基废渣），可节约生石灰1.24万t/年，年节约海水18450万m3，年节电1540万kWh，经测算1年可收回全部投资成本。如在青岛市其他电厂推广应用，青岛碱业的白泥将全部得到资源化利用。不仅可消除白泥对胶州湾白色污染，同时烟气SO2也得到有效治理，达到双向治理，节能、节水和节约生石灰资源，实现了企业间的循环经济。参考文献(References)：[1]严刚,杨金田,陈罕立,等.基于SO2总量控制探讨我国煤电发展的环境空间[J].环境科学研究,2008,21(3):185-189.[2]王凤英,周晓东,王庆璋.海水白泥乳烟道气脱硫中试研究[J].化工环保,2004,24(增刊):271-273.[3]刘淑梅,周宗辉,赵铁军.复合利用白泥和粉煤灰的探索研究[J].低温建筑技术,2002,(1):4-6..[4]刘兴超,金春姬,曹煊,等.碱厂白泥作为填埋场衬层防渗土料的探索研究[J].岩土工程学报,2006,28(6):776-779.[5]张明义,韩风芹,孙德庆,周益众.碱渣土的击实试验.青岛建筑工程学院学报[J].2003,4(24):65-68.[6]李显忠.天津碱渣土的基本性质的研究[D].青岛:中国海洋大学,2000:1-34.[7]李月永,闫澍旺,等.碱渣的工程性质及其微结构特征[J].岩土工程学报,1999,1(21):100-103.[8]闫澍旺,等.碱渣土工程性能的试验研究[J].石油工程建设,1997,23(4):1-8.[9]娄性义,张焕云,闫慎杰.碱渣(白泥)综合利用途径的探讨[J].青岛建筑工程学院学报,1999,20(2):55-60.[10]匡少平,张朝杰,蒋志刚,等.碱厂白泥的资源化综合利用技术[J].中国资源综合利用,2006,24(3):20-24.[11]张利群,何薇薇.发展循环经济，促进区域可持续发展[J].贵州大学学报(社会科学版),2007,25(4):31-33.[12]尚建壮,王孝峰.我国纯碱工业循环经济现状分析[J].纯碱工业,2007,(1):15-17.[13]可桂云.大力发展循环经济实现废弃物综合利用[J].纯碱工业,2006,(6),12-16.[14]陆钟武.关于循环经济几个问题的分析研究[J].环境科学研究,2003,1