【導(dǎo)讀】我院的正式技術(shù)報(bào)告；1號、2號機(jī)組為北京巴威鍋爐鍋爐廠生。塵器，分別于1989年11月、1990年12月投運(yùn)；3號鍋爐由無錫鍋爐廠生產(chǎn)，錫林二電廠的燃煤來源穩(wěn)定，實(shí)際燃。故錫林二電廠委托中。裝置改造的可行性方案研究。本報(bào)告為錫林二電廠3×12MW機(jī)組煙氣脫硫裝置。供給脫硫島氣源、水源、電源參數(shù).

　　

【正文】 998 年 5 月，氨水脫硫工藝的發(fā)明者 Krupp Uhde 將這項(xiàng)專利技術(shù)轉(zhuǎn)讓給現(xiàn)在隸屬于 LLB 公司的 Bischoff 公司。與此同時(shí)，該技術(shù)的另一發(fā)明者 Walther 也將此工藝進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新。 1999 年 8 月，在德國 Heme 的某示范電廠氨水脫硫工程設(shè)計(jì)中采用了一體化的床式洗滌塔， SO2的脫除效率大于 99％。 工藝流程 氨水脫硫工藝的流程見圖 43。高效除塵后的煙氣經(jīng)噴水冷卻到飽和溫度從下部進(jìn)入洗滌塔。若煙氣中含塵濃度較高，則需增設(shè)一個(gè)噴水冷卻除塵裝置，以提高副產(chǎn)品硫酸銨的純度。飽和煙氣在一體化床式洗滌塔內(nèi)，先后通過二段循環(huán)床式洗滌區(qū)，煙氣與自上而下噴淋的洗滌液逆行，在床體中液、氣進(jìn)行劇烈的接觸反應(yīng)， SO2基本上被完全吸收。當(dāng)煙氣中 SO2 濃度較大（ 1000ppm 以上）時(shí)，脫硫系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生銨鹽的氣 溶膠（亞微米粒子），為此，在洗滌塔下游安裝了濕式電除塵器（ WESP），以除去脫硫煙氣中的氣溶膠，使煙囪出口不冒白煙。凈化后煙氣排入煙囪。在洗滌塔內(nèi)進(jìn)行的主要化學(xué)反應(yīng)如下： SO2＋ 2NH4OH ( NH4)2SO3＋ H2O SO2+（ NH4） 2SO3＋ H2O 2NH4HSO3 NH4HSO3＋ NH3 （ NH4） 2SO3 NH4） 2SO3＋ SO3 （ NH4） 2SO4＋ SO2 2（ NH4） 2SO3＋ O2 2（ NH4） 2SO4 TPRI 西安熱工研究院有限公司技術(shù)報(bào)告 22 工藝水氨主洗滌段硫酸銨冷卻水(工 藝水)后洗滌段濕式電除塵器煙氣出口煙氣進(jìn)口圖 33 氨水脫硫工藝的流程 主要設(shè)備 氨法脫硫裝置主要由以下三部分組成： 氨水制備系統(tǒng)：主要是液氨與水的混合設(shè)備，連續(xù)生產(chǎn)脫硫所需要的氨水。液氨與水的混合重量比為 1:3?；旌蠒r(shí)產(chǎn)生的反應(yīng)熱量由一個(gè)熱交換器散發(fā)。 一體化床式洗滌塔：傳統(tǒng)的氨法脫硫工藝采用二座洗滌塔，占地面積大，造價(jià)較高。 LLB公司將兩塔合一，采用了一體式床式洗滌塔，其優(yōu)點(diǎn)是：床體內(nèi)有很好的物質(zhì)傳輸，液、氣混合強(qiáng)烈，洗滌液循環(huán)泵壓頭較低，電力消耗較 少。一體化床式洗滌塔內(nèi)部分為兩段：第一段循環(huán)洗滌液 pH值為 5～ 6， SO2的吸收率為 95％；第二段在第一段上方，循環(huán)洗滌液 pH值為 4～ 5，殘余的 SO2在此段被吸收，同時(shí)在第一段化學(xué)反應(yīng)中釋放出來的氨也在此被除去。需要注意的是：床體中充滿濃度較稀的銨鹽溶液，在運(yùn)行中需對洗滌液濃度加以控制，避免因洗滌液濃度升高造成床體堵塞和結(jié)塊。在上述兩段中產(chǎn)生的亞硫酸銨溶液，一部分參與循環(huán)洗滌，另一部分則被送到一個(gè)獨(dú)立的氧化段與鼓入空氣中的氧進(jìn)一步反應(yīng)生成硫酸銨。 副產(chǎn)品處理系統(tǒng)，可根據(jù)市場需求生產(chǎn)以下化肥產(chǎn)品：硫酸銨溶液（濃 縮至重量比 48％）；硫酸銨粉（粉徑 ～ ）；硫酸銨顆粒（粒徑 2～ 4mm）；與其它化肥混合作復(fù)合肥料。 工藝特點(diǎn) TPRI 西安熱工研究院有限公司技術(shù)報(bào)告 23 工藝的主要特點(diǎn)有：脫硫率高，可達(dá) 99％以上；可除去全部 SO3；電耗較低；副產(chǎn)品為高質(zhì)量的可商用的硫酸銨肥料，據(jù)資料介紹 1噸氨與 2噸 SO2反應(yīng)可得到約 4噸硫酸銨肥料，銷售硫酸銨肥料的收益，可抵銷一部分運(yùn)行費(fèi)用；目前采用的傳統(tǒng)的石灰石 石膏濕法脫硫裝置可改造成為氨法洗滌裝置，部分現(xiàn)有設(shè)備仍可利用，以節(jié)省投資。它的主要缺點(diǎn)是：存在氨腐蝕和煙囪冒白煙。 該脫硫工藝以氨水為吸收劑 ，副產(chǎn)硫酸銨化肥。鍋爐來的煙氣經(jīng)煙氣換熱器冷卻至 90～ 100℃ ，進(jìn)入預(yù)洗滌器經(jīng)洗滌后除去 HCl/HF，洗滌后的煙氣經(jīng)過液滴分離器除去水滴進(jìn)入洗滌器 1 中。在洗滌器 1 中，氨水自塔頂噴淋洗滌煙氣，煙氣中的SO2被洗滌吸收除去，經(jīng)洗滌后的煙氣排出后經(jīng)液滴分離器除去攜帶的水滴，進(jìn)入洗滌器 2。在洗滌器 2 中煙氣進(jìn)一步被洗滌，經(jīng)洗滌塔頂部的除霧器除去霧滴，再經(jīng)煙氣換熱器加熱后經(jīng)煙囪排放。洗滌工藝中產(chǎn)生的約 30%的硫酸銨溶液排出洗滌塔，可以送到化肥廠進(jìn)一步處理或直接作為液體氮肥出售，也可以把這種溶液進(jìn)一步加工成顆粒、晶體或塊 狀化肥出售。 氨法脫硫?qū)佥^為成熟的一種脫硫工藝，在國外具有一定的應(yīng)用業(yè)績，在德國的一些電廠已得到應(yīng)用，如：曼海姆電廠，處理煙氣量為 750000Nm3/h；卡爾斯魯厄電廠，處理煙氣量 300000Nm3/h 等。 噴霧干燥法（半干法）脫硫工藝 噴霧干燥法脫硫工藝以石灰作為脫硫吸收劑，石灰經(jīng)消化并加水制成消石灰乳，消石灰乳由泵打入位于吸收塔內(nèi)的霧化裝置，在吸收塔內(nèi)，被霧化成細(xì)小液滴的吸收劑與煙氣混合接觸，與煙氣中的 SO2 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成 CaSO3，煙氣中的 SO2 被脫除。與此同時(shí)，吸收劑帶入的水分迅速被蒸 發(fā)而干燥，煙氣溫度隨之降低。脫硫反應(yīng)產(chǎn)物及未被利用的吸收劑以干燥的顆粒物形式隨煙氣帶出吸收塔，進(jìn)入除塵器被收集下來。脫硫的煙氣經(jīng)除塵器除塵后排放。為了提高脫硫吸收劑的利用率，一般將部分脫硫灰加入制漿系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)利用。 該工藝有兩種不同的霧化形式可供選擇，一種為旋轉(zhuǎn)噴霧輪霧化，另一種為氣液兩相流霧化。 噴霧干燥法脫硫工藝具有技術(shù)成熟、工藝流程簡單、系統(tǒng)可靠性高等特點(diǎn)，脫硫率可達(dá)到 85%以上。該工藝在美國及西歐一些國家應(yīng)用較多，在 300MW 以上機(jī)組上有一定的應(yīng)用業(yè)績。 TPRI 西安熱工研究院有限公司技術(shù)報(bào)告 24 1984 年我國在四川內(nèi)江白馬電廠建成了第一 套旋轉(zhuǎn)噴霧半干法煙氣脫硫小型試驗(yàn)裝置，處理煙氣量為 3400Nm3/h。于 1990 年 1 月在白馬電廠建成了一套中型試驗(yàn)裝置。該脫硫中試裝置處理煙氣量 70000Nm3/h，進(jìn)口 SO2濃度 3000ppm，當(dāng)鈣硫比為 時(shí)脫硫率可達(dá)到 80%以上。 爐內(nèi)噴鈣加尾部增濕活化器脫硫工藝（ LIFAC） 爐內(nèi)噴鈣加尾部增濕活化器脫硫工藝是在爐內(nèi)噴鈣脫硫工藝的基礎(chǔ)上在鍋爐尾部增設(shè)了增濕段，以提高脫硫效率。該工藝多以石灰石粉為吸收劑，石灰石粉由氣力噴入爐膛 850～ 1150℃ 溫度區(qū)，石灰石受熱分解為氧化鈣和二氧 化鈣，氧化鈣與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸鈣。由于反應(yīng)在氣固兩相之間進(jìn)行，受到傳質(zhì)過程的影響，反應(yīng)速度較慢，吸收劑利用率較低。在尾部增濕活化反應(yīng)器內(nèi)，增濕水以霧狀噴入，與未反應(yīng)的氧化鈣接觸生成氫氧化鈣進(jìn)而與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)。當(dāng)鈣硫比控制在 及以上時(shí)，系統(tǒng)脫硫率可達(dá)到 65～ 80%。由于增濕水的加入煙氣溫度下降，一般控制出口煙氣溫度高于露點(diǎn)溫度 10～ 15℃ ，增濕水由于煙溫加熱被迅速蒸發(fā)，未反應(yīng)的吸收劑、反應(yīng)產(chǎn)物呈干燥態(tài)隨煙氣排出，被除塵器收集下來。 由于脫硫過程對吸收劑的利用率很低，脫硫副產(chǎn)物 為以不穩(wěn)定的亞硫酸鈣為主的脫硫灰，副產(chǎn)物的綜合利用受到一定的限制。 該脫硫工藝在芬蘭、美國、加拿大、法國等國家得到應(yīng)用，采用這一脫硫技術(shù)的最大單機(jī)容量已達(dá) 300MW。我國已在南京下關(guān)電廠的 2125MW 機(jī)組、以及紹興錢清發(fā)電廠的 125MW 采用了這一脫硫工藝。目前均已投運(yùn)，但由于要在爐膛出口噴鈣、鍋爐效率和尾部受熱面會(huì)有所影響，同時(shí)，由于石灰石粉的噴入，煤灰的特性和濃度都有變化，電除塵器要作相應(yīng)的調(diào)整。 電子束法脫硫工藝 本工藝流程由排煙預(yù)除塵、煙氣冷卻、氨的充入、電子束照射和副產(chǎn)品捕集工序所組成 。鍋爐所排出的煙氣，經(jīng)過集塵器的粗濾處理之后進(jìn)入冷卻塔，在冷卻塔內(nèi)噴射冷卻水，將煙氣冷卻到適合于脫硫、脫硝處理的溫度 (約 60℃ )。通過冷卻塔后的煙氣流進(jìn)反應(yīng)器，在反應(yīng)器進(jìn)口處將一定的氨氣、壓縮空氣和軟水混合噴入，加入氨的量取決于 SOx濃度和 NOx濃度，經(jīng)過電子束照射后， SOx和 NOx在自由基作用下生成中間生成物硫酸 (H2SO4)和硝酸 (HNO3)。然后硫酸和硝酸與共存的氨進(jìn)行TPRI 西安熱工研究院有限公司技術(shù)報(bào)告 25 中和反應(yīng)，生成粉狀微粒 (硫酸銨： (NH4)2SO4 與硝酸銨： NH4NO3 的混合粉體 )。生成的粉體微粒一部分沉淀到反應(yīng)器底部，通過輸送機(jī) 排出，其余被副產(chǎn)品集塵器所分離和捕集，經(jīng)過造粒處理后被送到副產(chǎn)品倉庫貯藏。經(jīng)過凈化后的煙氣由脫硫增壓風(fēng)機(jī)增壓，經(jīng)煙囪向大氣排放。 脫硫副產(chǎn)品（主要是硫酸銨）可作為復(fù)合肥的原料。 到目前為止，電子束法脫硫僅在日本、美國進(jìn)行過一些小型工業(yè)試驗(yàn)，尚沒有在大型機(jī)組上應(yīng)用的業(yè)績。中日合作進(jìn)行的電子束法脫硫工藝工業(yè)化裝置試驗(yàn)在成都熱電廠一臺(tái) 200MW 機(jī)組的部分煙氣進(jìn)行，試驗(yàn)裝置處理煙氣量為 30 萬 Nm3/h。杭州熱電廠 3120t/h 鍋爐煙氣采用此工藝脫硫，目前裝置已投運(yùn)。 海水法脫硫工藝 海水脫硫 工藝是利用海水的堿度達(dá)到脫除煙氣中 SO2 目的的一種脫硫方法。在脫硫吸收塔內(nèi)，大量海水噴淋洗滌進(jìn)入吸收塔內(nèi)的燃煤煙氣，煙氣中的 SO2 被海水吸收而除去，凈化后的煙氣經(jīng)除霧器除霧、經(jīng)煙氣加熱器加熱后排放。吸收 SO2 后的海水經(jīng)曝氣池曝氣處理，使其中的 SO32被氧化成為穩(wěn)定的 SO42后排入大海。 海水脫硫一般適用于靠海邊、擴(kuò)散條件較好、用海水作為冷卻水、燃用低硫煤的電廠煙氣脫硫。海水脫硫在挪威被廣泛用于煉鋁廠、煉油廠等工業(yè)爐窯的煙氣脫硫，先后有近 20 套脫硫裝置投入運(yùn)行。近年，海水脫硫工藝在電廠的應(yīng)用取得了較快的進(jìn) 展，繼印度 TATA 電廠在 500MW 機(jī)組上安裝二臺(tái)處理煙氣量 104Nm3/h的海水脫硫裝置之后，西班牙在 2 臺(tái) 80MW 機(jī)組安裝了海水脫硫裝置，英國蘇格蘭電力公司的 Longan 電廠 4600MW 機(jī)組的海水脫硫裝置已得到政府批準(zhǔn)，印度尼西亞某電廠的 2670MW 新建機(jī)組已決定采用海水脫硫工藝。在我國，深圳西部電廠的一臺(tái) 300MW 機(jī)組海水脫硫工藝，已經(jīng)國家環(huán)保局和電力部批準(zhǔn)，作為海水脫硫試驗(yàn)示范項(xiàng)目開始實(shí)施，在運(yùn)行過程中開展相應(yīng)的跟蹤監(jiān)測和試驗(yàn)研究工作。目前，這一項(xiàng)目已經(jīng)投運(yùn)。 幾種脫硫工藝的 比較分析 對幾種不同的脫硫工藝進(jìn)行技術(shù)比較，比較結(jié)果列于下表中：TPRI 西安熱工研究院有限公司技術(shù)報(bào)告 － 26－ 表 31 脫硫工藝方案條件比較表 項(xiàng)目 石灰石 石膏濕法 氧化鎂法 循環(huán)流化床干 法 氨法 噴霧干燥法 LIFAC 電子束法 海水法 技術(shù)成熟程度 成熟 成熟 成熟 成熟 成熟 成熟 工業(yè)試驗(yàn) 成熟 適用煤種 不受含硫量限 制 不受含硫量限 制 適用中低硫煤 不受含硫量限 制 適用中低硫煤 適用中低硫煤 適用中低硫煤 低硫煤 應(yīng)用單機(jī)規(guī)模 沒有限制 沒有限制 多為中小機(jī)組 中小機(jī)組 多為中小機(jī)組 多為中小機(jī)組 — 中小機(jī)組 能達(dá)到的脫硫率 90%以上 90%以上 85%以上 90%以上 85% 60～ 80% 90%以上 90% 吸收劑種類 石灰石 氧化鎂 石灰 氨水 石灰 石灰石 氨 海水 吸收劑來源 當(dāng)?shù)乜梢詽M足 從外地運(yùn)來 當(dāng)?shù)?可以滿足 當(dāng)?shù)仉y以滿足 當(dāng)?shù)?可以滿足 當(dāng)?shù)乜梢詽M足 當(dāng)?shù)仉y以滿足 當(dāng)?shù)仉y以滿足 副產(chǎn)物種類 石膏 亞硫酸鎂等 脫硫廢渣（亞 硫酸鈣等） 硫酸銨溶液 脫硫廢渣（亞 硫酸鈣等） 脫硫廢渣（亞 硫酸鈣等） 硫酸銨 /硝酸銨 無 副產(chǎn)物出路 當(dāng)?shù)乜勺魉嗑從齽?，如有條件還可進(jìn)一步利用 可以綜合利用，也可循環(huán)使用 可做 蒸 壓磚 ，需進(jìn)一步落實(shí) 困難較大 難以綜合利用 難以綜合利用 困難較大 不需處理 TPRI 西安熱工研究院有限公司技術(shù)報(bào)告 － 27－ 由以上比較可以看出： (1) 電子束法脫硫工藝目前尚處于試驗(yàn)研究階段（在成都熱電廠進(jìn)行的相當(dāng)于 100MW煙氣脫硫），氨法脫硫工藝還沒有在 300MW以上大機(jī)組上應(yīng)用的業(yè)績和經(jīng)驗(yàn)。從當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有的條件看，電子束法及氨法脫硫所需的吸收劑液氨和氨水難以保證供應(yīng)，且這兩種工藝的副產(chǎn)品為以硫酸銨為主的氮肥，在當(dāng)?shù)仉y以處理。所以，這兩種工藝不適合 錫林二電廠 的現(xiàn)有情況。 (2) 爐內(nèi)噴鈣 +尾部增濕活化脫硫工藝適用于對脫硫效率要求不高的中小機(jī)組脫 硫， 錫林二電廠 原煙氣 SO2濃度高達(dá) 3300mg/m3， 脫硫效率要求達(dá)到 94%，因此這一脫硫工藝不能滿足要求。 (3) 噴霧干燥法脫硫工藝具有技術(shù)成熟，工藝流程較為簡單、系統(tǒng)可靠性較高，脫硫率可以達(dá)到 85%。缺點(diǎn)是需用純度較高及價(jià)格較貴的石灰作為吸收劑，且脫硫產(chǎn)物較難利用。 因此不適合 錫林二電廠 。 (4) 氧化鎂脫硫工藝脫硫效率高，一般可達(dá) 95%以上，不受燃煤含硫量與機(jī)組容量的限制。但 目前電廠還無法落實(shí)氧化鎂來源 ， 價(jià)格較高， 且副產(chǎn)物處理還不成熟，因而不適于 錫林二電廠 。 (5) 循環(huán)流化床干法脫硫工藝脫硫效率較高 ，在 Ca/S摩爾比為 ，脫硫效率可達(dá)到 85%。迄今為止已有十多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn) ，且目前有運(yùn)行脫硫效率達(dá)到 95%的業(yè)績 ， 最大裝機(jī)容量為 300MW。技術(shù)較為成熟，投資費(fèi)用較低，占地面積較小。缺點(diǎn)是需用純度較高及價(jià)格較貴的石灰作為吸收劑， 脫硫副產(chǎn)品性質(zhì)不穩(wěn)定，脫硫產(chǎn)物較難利用，且對粉煤灰的綜合利用有影響 ，但綜合考慮優(yōu)缺點(diǎn)、初始投資、運(yùn)行費(fèi)用以及 錫林二電廠 3臺(tái) 12MW運(yùn)行年限，本可研推薦循環(huán)流化床半干法脫硫工藝作為首選方案。 (6) 石灰石－石膏濕法脫硫工藝具有在大型發(fā)電機(jī)組上應(yīng)