半干法脱硫技术

一、工艺概述循环悬浮式半干法烟气脱硫技术兼有干法与湿法的一些特点，其既具有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点，又具有干法无污水排放、脱硫后产物易于处理的好处而受到人们广泛的关注。循环悬浮式半干法烟气脱硫技术是近几年国际上新兴起的比较先进的烟气脱硫技术，它具有投资相对较低，脱硫效率相对较高，设备可靠性高，运行费用较低的优点，因此它的适用性很广，在许多国家普遍使用。循环悬浮式半干法烟气脱硫技术主要是根据循环流化床理论，采用悬浮方式，使吸收剂在吸收塔内悬浮、反复循环，与烟气中的SO2充分接触反应来实现脱硫的一种方法。利用循环悬浮式半干法最大特点和优势是：可以通过喷水（而非喷浆）将吸收塔内温度控制在最佳反应温度下，达到最好的气固紊流混合并不断暴露出未反应的消熟石灰的新表面；同时通过固体物料的多次循环使脱硫剂具有很长的停留时间，从而大大提高了脱硫剂的利用率和脱硫效率。与湿法烟气脱硫相比，具有系统简单、造价较低，而且运行可靠，所产生的最终固态产物易于处理等特点。二、技术特点循环悬浮式半干法烟气脱硫技术是在集成浙大和国外环保公司半干法烟气脱硫技术基础上，结合中国的煤质和石灰品质及国家最新环保要求，经优化、完善后开发的第三代半干法技术。它是在锅炉尾部利用循环流化床技术进行烟气净化，脱除烟气中的大部分酸性气体，使烟气中的有害成分达到排放要求。与第一、第二代半干法相比，第三代循环悬浮式半干法烟气脱硫技术具有以下特点：1、在吸收塔喉口增设了独特的文丘里管，使塔内的流场更均匀。2、在吸收塔内设置上下两级双流喷嘴，雾化颗粒可达到50µm以下，精确的灰水比保证了良好的增湿活化效果，受控的塔内温度使脱硫反应在最佳温度下进行，从而取得较高的脱硫效率，较长的滤料使用寿命。3、采用比第二代更完善的控制系统，操作更简捷。4、采用成熟的国产原材料和设备，降低成本，节约投资.5、占地少，投资省，运行费用低，无二次污染。6、非常适合中小型锅炉的脱硫改造。7、输灰采用上引式仓泵，耗气量小，输灰管路不易堵塞，使用寿命长。同时，在仓泵和布袋之间增设中间灰仓，使仓泵运行更稳定、可靠。8、固体物料经袋式除尘器收集，再用空气斜槽回送至反应器，使未反应的脱除剂反复循环，在反应器内的停留时间延长，从而提高脱除剂的利用率，降低运行成本。9、根据烟气净化需要，添加适量的活性炭等添加剂可改变循环物料组成，有效的吸附脱除二噁英和重金属等毒性大、难去除的污染物，达到特殊净化效果。由于采用了大量的技术改良和优化，目前掌握的第三代半干法烟气脱硫技术克服了第一代半干法脱硫装置易塌床、易磨损、系统阻力大、运行不可靠及第二代半干法脱硫装置塔内易结垢、效率较低等缺点，具有先进、可靠、高效、低维护要求的特点，适用于200MW以下发电机组的尾部烟气净化工程。三、方案设计依据1.1项目概况单台锅炉设计参数表项目名称型号备注蒸发量（t/h）130×3燃料耗煤量29t/(h·台)粉炉煤种劣质烟煤（依兰长焰煤）煤含硫量0.38％～0.29％烟气原始参数烟气量（工况）270000～310000m3/h烟气排放温度180℃现有除尘器类型布袋除尘器除尘效率99.99％氧含量10％外排烟气湿度未测烟气排放浓度50mg/Nm3引风机参数型号AX×75-5NO.21D引风机全压6500Pa配置方式2台/炉风量160000m3/h2台为320000m3/h风量控制方式一个风门全开一个变频现有风机余量50000m3/h排放要求SO2排放浓度100mg/Nm3脱硫效率85%烟尘排放浓度50mg/Nm3经济指标电费0.495元/度水费0.8元/吨脱硫剂1.2气象条件厂区所在地属亚寒带温暖潮湿季风气候区，冬季漫长寒冷，夏季短促。其主要气象要素为：(1)气温年平均气温3.2℃绝对最低气温-39.5℃冬季平均最低气温－11.1℃历年最高月平均气温28℃历年最低月平均气温-25℃湿度夏季平均相对湿度73%冬季平均相对湿度71%年平均相对湿度72%气压夏季最高气压98.60kPa冬季最高气压100.50kPa年平均气压99.64kPa最大积雪深度24cm设计雪荷载0.3kPa(4)风速年平均风速3.0m/s最大风速28.0m/s风压值4.5kPa风向频率全年主导风向为WS(5)降雨量年平均降雨量415.5mm1小时最大降雨量40.3mm24小时最大降雨量83.2mm1.3脱硫剂要求消石灰粉的品质分析数据对消石灰粉的品质要求：Ca(OH)2消石灰：平均粒径（50%的筛余量）7±3μm规定表面积（用BET方式测量）≥16±2m2/g纯度，自由活性Ca(OH)280±15%四、技术要求4.1脱硫除尘岛范围脱硫岛包括脱硫吸收塔系统、再循环系统、连接烟道、脱硫剂储运系统、工艺水系统、输送风系统、流化系统、仓泵等；所有的设备、管道、电控、保温、防腐、防护、消防等的设计、制造、供货、运输、安装、培训、调试等。4.2对脱硫除尘岛总的技术要求在燃用电厂所提供的设计煤种时，脱硫除尘岛能满足本方案书的技术要求。4.2.1脱硫系统的选择考虑了煤种变化的可能。按含硫量波动范围±0.5%，脱硫效率大于85％。4.2.2脱硫除尘岛达到技术先进、所有设备的制造和设计符合安全可靠、连续有效运行的要求，设备的可用率不低于98%。脱硫除尘岛在Ca/S摩尔比为1.1～1.25范围内，最低脱硫率保证值不低于85%。脱硫后除尘器出口粉尘浓度不大于50mg/Nm3。五、可达到的技术经济指标承包商按以下要求填写性能保证值。5.1脱硫除尘岛在下列条件下，脱硫保证效率≥85%，出口烟气含尘量浓度≤50mg/Nm3。（锅炉运行范围为锅炉最大连续出力,锅炉设计出口烟气量和出口烟气温度为BMCR工况下数值。）5.2脱硫除尘岛Ca/S(mol/mol)≤1.20（硫份为锅炉出口烟气中SO2的摩尔数，BMCR工况）。5.3脱硫除尘岛吸收塔出口烟气温度约70-80℃；5.4烟气通过脱硫除尘岛的压降≤3200Pa（从吸收塔进口到烟囱入口）5.5脱硫除尘岛功率≤3×95KW。5.6脱硫后，烟气进入除尘器前烟尘浓度≤800－1000g/Nm35.7脱硫除尘岛耗水量≤3×4.8t/h5.8在85％纯度的熟石灰条件下，脱硫除尘岛消石灰粉耗量≤3×0.28t/h5.9脱硫剂循环倍率≥2005.10压缩空气耗量≤20Nm3/min5.11脱硫除尘岛设备的噪音不高于85dB(A)（距离设备外1m，操作平台1.2m处测试）5.12设备可用率不低于98%。5.13吸收塔的漏风率分别为：≤1％5.14系统的蒸汽耗量约为0.5t/h。六、脱硫除尘岛的布置鉴于目前已有两台锅炉上了布袋除尘器，其形式为反吹风类型。根据我们多年的经验，这种类型的布袋除尘器属于弱清灰能力的除尘器，因此不适应处理高浓度含尘烟气，否则会使除尘器阻力居高不下，影响锅炉的出力。根据现场实际情况，我们提出两种方案供业主参考。方案一利用现有除尘器，对其改造，在除尘器前加装脱硫塔，此方案目前仅适用新上的流化床锅炉，对老的煤粉炉，除尘器与锅炉房之间没有距离，无法加装脱硫塔。方案二在引风机后新增脱硫塔和布袋除尘器，该方案适用3台煤粉炉，其烟囱后还要场地，但对新的流化床锅炉，烟囱后没有布置场地。除尘脱硫岛采用一炉一塔布置。除尘脱硫岛的进口烟道与锅炉空预器出口烟道相连接。除尘脱硫岛横向布置，按工艺流程分别为吸收塔、布袋除尘器和引风机各一台。系统设置一个消石灰仓，为钢结构，布置在吸收塔和布袋除尘器之间，并设专用运输通道与外侧规划主干道路相连，便于吸收剂的运输和卸料；工艺水箱、仓泵、储气罐等置于布袋除尘器支撑架下方；流化风机、蒸气加热器、气化斜槽均置于吸收塔和布袋除尘器之间，充分利用其地面空间。整个除尘脱硫岛布置独立成岛。布置图设计充分考虑本工程现有场地条件、吸收剂运输方便、全厂道路通畅以及锅炉炉后所有设备的安装检修方便。承包商提供了总系统流程图和布置图，对系统内的主要设备和附件有明确的标示，并指明了与业主方的机械接口。另外，脱硫除尘岛旁布置灰库。(详见除尘脱硫岛平面布置图)七、烟气净化系统工艺流程从锅炉出来的原烟气，由循环悬浮式半干法净化装置底部进入循环悬浮流化床反应器。同时Ca(OH)2原料经过螺旋给料器与循环灰一起送入反应器，流态化的物料和烟气中的二氧化硫等酸性物质在反应器中发生化学反应，脱除掉大部分的二氧化硫、氯化氢等；烟气经反应器的顶部出口排出后进入袋式除尘器除去大部分细灰，由除尘器除下的细灰和大颗粒大部分经过空气斜槽循环进入反应器，少量经过排灰装置到输灰系统外排。净化后的烟气经引风机由烟囱排入大气。系统图如下：八、工艺原理描述锅炉尾气在循环悬浮式半干法烟气净化系统中得以净化，该系统主要是根据循环流化床理论和喷雾干燥原理，采用悬浮方式，使吸收剂在吸收塔内悬浮、反复循环，与烟气中的SO2等酸性气体充分接触、反应来实现脱除酸性气体及其它有害物质的一种方法。烟气脱硫工艺分7个步骤：⑴吸收剂存储和输送；⑵烟气雾化增湿调温；⑶脱硫剂与含湿烟气雾化颗粒充分接触混合；⑷二氧化硫吸收；⑸增湿活化；⑹灰循环；⑺灰渣排除。⑵、⑶、⑷、⑸四个步骤均在吸收塔中进行，其化学、物理过程如下所述。1、化学过程：当雾化水经过双流体雾化喷嘴在吸收塔中雾化，并与烟气充分接触，烟气冷却并增湿，氢氧化钙粉颗粒同H2O、SO2等反应生成干粉产物，整个反应分为气相、液相和固相三种状态反应，反应步骤及方程式如下：⑴SO2被液滴吸收；SO2(气)+H2O→H2SO3(液)⑵吸收的SO2同溶液的吸收剂反应生成亚硫酸钙；Ca(OH)2(液)+H2SO3(液)→CaSO3(液)+2H2OCa(OH)2(固)+H2SO3(液)→CaSO3(液)+2H2O⑶液滴中CaSO3达到饱和后，即开始结晶析出CaSO3(液)→CaSO3(固)⑷部分溶液中的CaSO3与溶于液滴中的氧反应，氧化成硫酸钙CaSO3(液)+1/2O2(液)→CaSO4(液)⑸CaSO4(液)溶解度低，从而结晶析出CaSO4(液)→CaSO4(固)⑹对未来得及反应的Ca(OH)2(固)，以及包含在CaSO3(固)、CaSO4(固)内的Ca(OH)2(固)进行增湿雾化。Ca(OH)2(固)→Ca(OH)2(液)SO2(气)+H2O→H2SO3(液)Ca(OH)2(液)+H2SO3(液)→CaSO3(液)+2H2OCaSO3(液)→CaSO3(固)CaSO3(液)+1/2O2(液)→CaSO4(液)CaSO4(液)→CaSO4(固)⑺布袋除尘器脱除的烟灰中的未反应的Ca(OH)2(固)，以及包含在CaSO3(固)、CaSO4(固)内的Ca(OH)2(固)循环至吸收塔内继续反应。Ca(OH)2(固)→Ca(OH)2(液)SO2(气)+H2O→H2SO3(液)Ca(OH)2(液)+H2SO3(液)→CaSO3(液)+2H2OCaSO3(液)→CaSO3(固)CaSO3(液)+1/2O2(液)→CaSO4(液)CaSO4(液)→CaSO4(固)2、物理过程：物理过程系指液滴的蒸发干燥及烟气冷却增湿过程，液滴从蒸发开始到干燥所需的时间，对吸收塔的设计和脱硫率都非常重要。影响液滴干燥时间的因素有液滴大小、液滴含水量以及趋近绝热饱和的温度值。液滴的干燥大致分为两个阶段：第一阶段由于浆料液滴中固体含量不大，基本上属于液滴表面水的自由蒸发，蒸发速度快而相对恒定。随着水分蒸发，液滴中固体含量增加，当液滴表面出现显著固态物质时，便进入第二阶段。由于蒸发表面积变小，水分必须穿过固体物质从颗粒内部向外扩散，干燥速率降低，液滴温度升高并接近烟气温度，最后由于其中水分蒸发殆尽形成固态颗粒而从烟气中分离。反应器内循环灰的高倍率循环使循环灰颗粒之间发生激烈碰撞，使颗粒表面生成物的固形物外壳被破坏，里面未反应的新鲜颗粒暴露出来继续参加反应。客观上起到了加快反应速度、干燥速度以及大幅度提高吸收剂利用率的作用。另外由于高浓度密相循环的形成，反应器内传热、传质过程被强化，反应效率、反应速度都被大幅度提高。而且反应灰中含有大量未反应吸收剂，所以反应器内实际钙硫比远远大于表