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脱硫工程

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 脱硫工程

将煤中的硫元素用钙基等方法固定成为固体防止燃烧时生成SO2,通过对国内外脱硫技术以及国内电力行业引进脱硫工艺试点厂情况的分析研究,目前脱硫方法一般可划分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫等3类。其中燃烧后脱硫,又称烟气脱硫(Flue gas desulfurization,简称FGD),在FGD技术中,按脱硫剂的种类划分,可分为以下五种方法:以CaCO3(石灰石)为基础的钙法,以MgO为基础的镁法,以Na2SO3为基础的钠法,以NH3为基础的氨法,以有机碱为基础的有机碱法。世界上普遍使用的商业化技术是钙法,所占比例在90%以上。按吸收剂及脱硫产物在脱硫过程中的干湿状态又可将脱硫技术分为湿法、干法和半干(半湿)法。湿法FGD技术是用含有吸收剂的溶液或浆液在湿状态下脱硫和处理脱硫产物,该法具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点,但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染等问题。干法FGD技术的脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行,该法具有无污水废酸排出、设备腐蚀程度较轻,烟气在净化过程中无明显降温、净化后烟温高、利于烟囱排气扩散、二次污染少等优点,但存在脱硫效率低,反应速度较慢、设备庞大等问题。半干法FGD技术是指脱硫剂在干燥状态下脱硫、在湿状态下再生(如水洗活性炭再生流程),或者在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物(如喷雾干燥法)的烟气脱硫技术。特别是在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物的半干法,以其既有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点,又有干法无污水废酸排出、脱硫后产物易于处理的优势而受到人们广泛的关注。按脱硫产物的用途,可分为抛弃法和回收法两种。
        干式脱硫--------该工艺用于电厂烟气脱硫始于80年代初,与常规的湿式洗涤工艺相比有以下优点:投资费用较低;脱硫产物呈干态,并和飞灰相混;无需装设除雾器及再热器;设备不易腐蚀,不易发生结垢及堵塞。其缺点是:吸收剂的利用率低于湿式烟气脱硫工艺;用于高硫煤时经济性差;飞灰与脱硫产物相混可能影响综合利用;对干燥过程控制要求很高。
       (1)喷雾干式烟气脱硫工艺:喷雾干式烟气脱硫(简称干法FGD),最先由美国JOY公司和丹麦Niro Atomier公司共同开发的脱硫工艺,70年代中期得到发展,并在电力工业迅速推广应用。该工艺用雾化的石灰浆液在喷雾干燥塔中与烟气接触,石灰浆液与SO2反应后生成一种干燥的固体反应物,最后连同飞灰一起被除尘器收集。炉内喷钙活化脱硫技术流程图如下:
       (2)粉煤灰干式烟气脱硫技术:日本从1985年起,研究利用粉煤灰作为脱硫剂的干式烟气脱硫技术,到1988年底完成工业实用化试验,1991年初投运了首台粉煤灰干式脱硫设备,处理烟气量644000Nm3/h。其特点:脱硫率高达60%以上,性能稳定,达到了一般湿式法脱硫性能水平;脱硫剂成本低;用水量少,无需排水处理和排烟再加热,设备总费用比湿式法脱硫低1/4;煤灰脱硫剂可以复用;没有浆料,维护容易,设备系统简单可靠。
 

   

湿法工艺--------世界各国的湿法烟气脱硫工艺流程、形式和机理大同小异,主要是使用石灰石(CaCO3)、石灰(CaO)或碳酸钠(Na2CO3)等浆液作洗涤剂,在反应塔中对烟气进行洗涤,从而除去烟气中的SO2。这种工艺已有50年的历史,经过不断地改进和完善后,技术比较成熟,而且具有脱硫效率高(90%~98%),机组容量大,煤种适应性强,运行费用较低和副产品易回收等优点。在大型火电厂中,90%以上采用湿式石灰/石灰石-石膏法烟气脱硫工艺流程。我公司采用如下两种方法:
  

 一、湿式石灰(石)/石膏法烟气脱硫技术,其工艺流程图如上: 锅炉烟气在吸收塔内与石灰(石)粉形成的浆液进行逆流接触反应。吸收塔下段低PH值有利于氧气和石灰石溶解,上段较高PH值有利于吸收反应,提高脱硫效率。
        工艺特点:
①吸收剂廉价易得,副产品石膏有较高的商业利用价值;
②特制的吸收塔喷嘴不易堵塞,寿命长;
③采用特殊防腐工艺和材料,设备寿命可达20~30年;
④能够适应机组容量大,SO2浓度高的烟气条件;
⑤喷淋层独特排列,可按照SO2浓度来酌情操作,即使SO2的浓度也能通过较低运行成本来达到较高脱硫效率。
       二、湿式加镁石灰法烟气脱硫技术
       以加镁石灰作为脱硫剂,可以有效增强石灰的脱硫活性,改善吸收性能。加镁石灰浆液吸收SO2能力比石灰膏10-~15倍,系统所需液气比大大降低。
       工艺特点:
①脱硫效率极高,运行稳定可靠;
②系统运行费用低,循环动力小;
③投资省,占地小;
④可自动抑制系统结垢;
⑤副产物纯度高,废液外排少。
       氨法脱硫工艺--------单塔设计:吸收反应和副产品的浓缩均在一个塔内,流程简化,利于运行操作及检修,有效降低成本和节约空间。
空塔喷淋,降低系统压降,减少运行电耗量。
高浓度的过饱和浆液循环喷淋,有效的控制氨的逃逸率,不会产生气溶胶并保证脱硫效率。
烟气通过吸收塔顶的烟囱直排达标排放,彻底解决了原有烟囱腐蚀的问题,减少烟气加热设备的投资和运行成本。
改进传统的搅拌方式,采用液力扰动搅拌,降低了成本并增加了运行的可靠性。
硫酸铵回收系统采用新工艺,根本上解决了传统硫酸铵回收采用蒸发结晶的工艺方法,大大降低了硫酸铵回收成本。
硫铵的干燥过程利用原烟气热源,降低能耗,并对利用过的烟气进行回收。
硫铵的质量好,含氮量高。
整个生产过程中不产生废水废气废渣,无二次污染。
       在湿法工艺中,烟气的再热问题直接影响整个FGD工艺的投资。因为经过湿法工艺脱硫后的烟气一般温度较低(45℃),大都在露点以下,若不经过再加热而直接排入烟囱,则容易形成酸雾,腐蚀烟囱,也不利于烟气的扩散。所以湿法FGD装置一般都配有烟气再热系统。目前,应用较多的是技术上成熟的再生(回转)式烟气热交换器(GGH)。GGH价格较贵,占整个FGD工艺投资的比例较高。  

等离子体烟气脱硫        等离子体烟气脱硫技术研究始于70年代,目前世界上已较大规模开展研究的方法有2类:
电子束法
       电子束辐照含有水蒸气的烟气时,会使烟气中的分子如O2、H2O等处于激发态、离子或裂解,产生强氧化性的自由基O、OH、HO2和O3等。这些自由基对烟气中的SO2和NO进行氧化,分别变成SO3和NO2或相应的酸。在有氨存在的情况下,生成较稳定的硫铵和硫硝铵固体,它们被除尘器捕集下来而达到脱硫脱硝的目的。
脉冲法
       脉冲电晕放电脱硫脱硝的基本原理和电子束辐照脱硫脱硝的基本原理基本一致,世界上许多国家进行了大量的实验研究,并且进行了较大规模的中间试验,但仍然有许多问题有待研究解决。 

海水脱硫
        海水通常呈碱性,自然碱度大约为1.2~2.5mmol/L,这使得海水具有天然的酸碱缓冲能力及吸收SO2的能力。国外一些脱硫公司利用海水的这种特性,开发并成功地应用海水洗涤烟气中的SO2,达到烟气净化的目的。海水脱硫工艺主要由烟气系统、供排海水系统、海水恢复系统等组成。 

美嘉华技术        脱硫系统中常见的主要设备为吸收塔、烟道、烟囱、脱硫泵、增压风机等主要设备,美嘉华技术在脱硫泵、吸收塔、烟道、烟囱等部位的防腐蚀、防磨效果显著,现分别叙述。
应用1
       湿法烟气脱硫环保技术(FGD)因其脱硫率高、煤质适用面宽、工艺技术成熟、稳定运转周期长、负荷变动影响小、烟气处理能力大等特点,被广泛地应用于各大、中型火电厂,成为国内外火电厂烟气脱硫的主导工艺技术。但该工艺同时具有介质腐蚀性强、处理烟气温度高、SO2吸收液固体含量大、磨损性强、设备防腐蚀区域大、施工技术质量要求高、防腐蚀失效维修难等特点。因此,该装置的腐蚀控制一直是影响装置长周期安全运行的重点问题之一。
       湿法烟气脱硫吸收塔、烟囱内筒防腐蚀材料的选择必须考虑以下几个方面:(1)满足复杂化学条件环境下的防腐蚀要求:烟囱内化学环境复杂,烟气含酸量很高,在内衬表面形成的凝结物,对于大多数的建筑材料都具有很强的侵蚀性,所以对内衬材料要求具有抗强酸腐蚀能力;
(2)耐温要求:烟气温差变化大,湿法脱硫后的烟气温度在40℃~80℃之间,在脱硫系统检修或不运行而机组运行工况下,烟囱内烟气温度在130℃~150℃之间,那么要求内衬具有抗温差变化能力,在温度变化频繁的环境中不开裂并且耐久;
(3)磨性能好:烟气中含有大量的粉尘,同时在腐蚀性的介质作用下,磨损的实际情况可能会较为明显,所以要求防腐材料具有良好的耐磨性;
(4)具有一定的抗弯性能:由于考虑到一些烟囱的高空特性,包括是地球本身的运动、地震和风力作用等情况,烟囱尤其是高空部位可能会发生摇动等角度偏向或偏离,同时烟囱在安装和运输过程中可能会发生一些不可控的力学作用等,所以要求防腐材料具有一定的抗弯性能;
(5)具有良好的粘结力:防腐材料必须具有较强的粘结强度,不仅指材料自身的粘结强度较高,而且材料与基材之间的粘结强度要高,同时要求材料不易产生龟裂、分层或剥离,附着力和冲击强度较好,从而保证较好的耐蚀性。通常我们要求底涂材料与钢结构基础的粘接力能够至少达到10MPa以上。

应用2
       脱硫浆液循环泵是脱硫系统中继换热器、增压风机后的大型设备,通常采用离心式,它直接从塔底部抽取浆液进行循环,是脱硫工艺中流量最大、使用条件最为苛刻的泵,腐蚀和磨蚀常常导致其失效。其特性主要有:
(1)强磨蚀性
       脱硫塔底部的浆液含有大量的固体颗粒,主要是飞灰、脱硫介质颗粒,粒度一般为0~400µm、90%以上为20~60µm、浓度为5%~28%(质量比)、这些固体颗粒(特别是Al2O3、SiO2颗粒)具有很强的磨蚀性。
(2)强腐蚀性
       在典型的石灰石(石灰)-石膏法脱硫工艺中,一般塔底浆液的pH值为5~6,加入脱硫剂后pH值可达6~8.5(循环泵浆液的pH值与脱硫塔的运行条件和脱硫剂的加入点有关);Cl-可富集超过80000mg/L,在低pH值的条件下,将产生强烈的腐蚀性。(3)气蚀性在脱硫系统中,循环泵输送的浆液中往往含有一定量的气体。实际上,离心循环泵输送的浆液为气固液多相流,固相对泵性能的影响是连续的、均匀的,而气相对泵的影响远比固相复杂且更难预测。当泵输送的液体中含有气体时泵的流量、扬程、效率均有所下降,含气量越大,效率下降越快。随着含气量的增加,泵出现额外的噪声振动,可导致泵轴、轴承及密封的损坏。泵吸入口处和叶片背面等处聚集气体会导致流阻阻力增大甚至断流,继而使工况恶化,必须气蚀量增加,气体密度小,比容大,可压缩性大,流变性强,离心力小,转换能量性能差是引起泵工况恶化的主要原因。试验表明,当液体中的气量(体积比)达到3%左右时,泵的性能将出现徒降,当入口气体达20%~30%时,泵完全断流。离心泵允许含气量(体积比)极限小于5%。高分子复合材料现场应用的主要优点是:常温操作,避免由于焊补等传统工艺引起的热应力变形,也避免了对零部件的二次损伤等;另外施工过程简单,修复工艺可现场操作或设备局部拆装修复;美嘉华材料的可塑性好,本身具有极好的耐磨性及抗冲刷能力,是解决该类问题最理想的应用技术。
  

 
 

 

 

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