PDF《半干半湿法烟气脱硫技术研究》

收稿日期: 1999- 09-

01 基金项目: 国家 九五 科技攻关课题( 96- 910- 01- 03) 作者简介: 张凡( 1959- ) , 男, 北京市人, 副研究员,硕士.

半干半湿法烟气脱硫技术研究 张凡, 张伟, 杨霓云, 王红梅, 崔平, 王山珊 ( 中国环境科学研究院, 北京 100012) 摘要: 在实验的基础上, 分析了半干半湿法烟气脱硫技术的优点.根据影响该技术脱硫效率的主要因素, 通过实验, 较系统地研究了温距与喷 嘴布局、 入塔烟温、 Ca/ S 摩尔比、 脱硫灰循环利用等对脱硫效率的影响, 并对脱硫灰制砖的成分配制也进行了讨论.结果表明, 在整 体Ca/ S 摩 尔比为

1 5~

1 7 时, 该技术工艺可以达到 80%以上的脱硫效率. 关键词: 半干半湿法;

烟气;

脱硫;

脱硫剂 中图分类号: X701

3 文献标识码: A 文章编号: 1001- 6929( 2000) 01- 0060-

05 The Study on Semi Dry FGD Technology ZHANG Fan, ZHANG Wei, YANG Ni yun, WANG Hong mei, CU I Ping, WANG Shan shan ( Chinese Research Academy of Environment al Sciences, Beijing 100012) Abstract: On the basis of experiment results, t he benefits of semi dry FGD technology have been analyzed. Based on the main factors affecting the desulfurization efficiency and through experiments, the approach to adiabatic saturation temperature and nozzle distribu tion, flue gas inlet temperature, Ca/ S molar ratio and SO2 sorbent recycling affect ing desulfurization efficiency are studied systematcal ly. The components of desulfurization ash brick are also discussed. The experience data show t hat w hen integrated Ca/ S ratio is be tw een 1.

5 to 1. 7, the desulfurization effciency of the technology can be more than 80% . Key words: semi dry;

flue gas;

desulfurization;

SO2 sorbent

1997 年我国排放 SO2 的总量已达

2 700 多万 t , 成为世 界上 SO2 排放最多的国家.SO2 的大量排放不仅引起了党 和政府的高度重视, 同时, 也引起了周边国家的关注.控制 SO2 的排放已到了刻不容缓的地步. 控制烟气 SO2 排放的方法很多, 归纳起来有

3 种[ 1] , 即 湿法、 半干法和干法.其脱硫效率、 投资和运行费用见表 1. 表1不同脱硫技术比较 Table l Comparison of different FGD technologies 名称 脱硫效率 ( % ) 投资百分比1) 运行费用2) ( 元/ t) 湿法 90~

99 10

1 000~

1 700 半干法 65~

85 8 700~

1 200 干法 50~

80 6~

7 700~

1 200 注: 1) 投资百分比指脱硫设备占整体设备的百分比;

2) 以SO2 计 从表

1 看出,

3 种烟气脱硫( FGD) 技术各有特点: 湿法 脱硫效率高, 投资大, 运行费用高;

干法脱硫效率较低, 但投 资少;

半干法脱硫效率居中, 投资也居中, 其运行费用和干法 基本持平. 半干半湿法 FGD 技术属于半干法 FGD 范畴, 它是在克 服旋转喷雾法的制浆系统庞大、 设备磨损以及炉内喷钙尾部 增湿法的钙硫比过高等缺点的基础上而发展起来的一种新 型半干法 FGD 技术.它具有投资少、 运行费用低、 占地少、 无腐蚀和脱硫灰可制砖等诸多优点, 其详细情况见表 2. 从表

2 看出, 半干半湿法 FGD 技术同其他

2 种半干法 相比, 仍具有一定的优势, 是一种具有开发价值的新技术. 表2不同半干法 FGD 技术性能比较 Table

2 Comparison of different semi dry FGD technologies FGD 名称 投资比较1) 运行费用2) ( 元/ t) 占地面积 ( m2) 腐蚀性 旋转喷雾法

1 900

300 无 炉内喷钙尾 部增湿

0 75

800 200 无 半干半湿法3)

0 75

750 250 无注: 1)

30 t/ h 锅炉及附属设备等为例;

2) 以SO2 计;

3) 脱硫灰能制砖 第13 卷第1期环境科学研究Research of Environmental Sciences Vol. 13, No. 1,

2000 1 工艺路线 半干半湿法 FGD 工艺路线见图 1. 由图

1 可知, 锅炉烟气直接进入脱硫塔, 在入塔之前, 同 脱硫剂( CaO 或Ca( OH )

2 粉末) 混合, 塔内喷淋水雾, 在塔 中, SO

2、 水、 脱硫剂三者之间发生如下反应: SO2 + H2 O= H2 SO3 CaO+ H2 SO3= CaSO3 + H2 O Ca( OH) 2+ H2SO3= CaSO3+ 2H2O 2CaSO3 + O2 = 2CaSO4 该工艺省去了旋转喷雾法制浆系统, 变喷入 Ca( OH)

2 水溶液为喷入 CaO 或Ca( OH )

2 粉末和喷水雾;

同时也克服 了炉内喷钙法 SO2 和CaO 反应效率低, 反应时间长的缺点, 提高了钙的利用效率.形成了保持旋转喷雾法脱硫效率高, 钙利用效率高和炉内喷钙法工艺简单的优点, 因而具有很好 的发展前景. 1! 锅炉, 2! 省煤器, 3! 脱硫塔, 4! 集尘装置 ( EST 或FF) , 5! 烟囱, 6! 脱硫剂, 7! 加湿水箱 图1半干半湿法 FGD 工艺路线 Fig.

1 Semi dry FGD process

2 主要设备和技术指标

2 1 主要设备 根据图 1, 其主要设备见表 3.

2 2 技术指标 a. 脱硫效率.根据煤中含硫量与烟气中 SO2 浓度关系 ( 见表 4) 可知, 只要脱硫效率达到 83% , 可以使所有含硫量

9 0% 的煤燃烧产生 SO2 达到国家排放标准.当脱硫效率达 到65% 时, 可以满足? 4% 含硫量煤燃烧烟气中 SO2 浓度达 到国家排放标准.因此, 必须确定半干半湿法 FGD 脱硫效 率为 65% ~ 85% . 表3半干半湿法 FGD 主要设备清单 Table

3 Main devices of semi dry FGD process 设备名称 数量 备注 脱硫塔

1 碳钢或混凝土,自制 脱硫剂制备系统

1 日本产 隔膜计量泵

1 日本产 空压机

1 日本产 罗茨风机

1 日本产 喷水系统

1 日本产 b. Ca/ S 摩尔比.当脱硫效率为 65% ~ 85% 时, Ca/ S 比为15~

1 7. c. 无废水排放. d. 脱硫灰可制砖. 表4煤中硫含量对应产生 SO2 的浓度表 Table

4 SO2 concentrations corresponding to sulphur content of coal 煤含硫量 ( % ) SO2 浓度 (mg/ m3 ) 国家标准 ( mg/ m3 ) 达标削减 ( mg/m

3 ) 达标对应脱硫效率 ( % ) 脱硫后的 SO2 浓度 ( mg/m

3 ) 0.

50 400

1 000 1.

00 800

1 000 1.

5 1

200 1

000 200 2.

0 1

600 1

200 400

25 1

200 3.

0 2

400 1

200 1

200 50

1 200 4.

0 3

200 1

200 2

000 63

1 184 5.

0 4

000 1

200 2

800 70

1 200 6.

0 4

800 1

200 3

600 75

1 200 7.

0 5

600 1

200 4

400 79

1 176 8.

0 6

400 1

200 5

200 81

1 216 9.

0 7

200 1

200 6

000 83

1 214

3 结果及讨论

3 1 影响脱硫效率的因素 3. 1.

1 温距与喷嘴布局 根据试验, 在各喷嘴喷水量相同的条件下, 塔内各点或 各断面的温度是不相同的, 见表 5. 由表

5 可知, 在其他条件相同情况下, 脱硫塔内不同位 置, 由于烟气流向不均, 造成各点温度不同, 在露点值一定条 件下, 塔中各点温距不同.因此, 了解塔内各点的温度是非 常重要的.为此, 笔者在脱硫塔内安置了

16 个热电偶以了 解塔内纵横的温度分布.通过调节热电偶的深度了解塔内 不同半径的温度分布, 见表 6.

61 第1期张凡, 等: 半干半湿法烟气脱硫技术研究 表5加湿条件下塔内湿度变化 Table

5 Temperature changing in tower humidification process 热电偶插入深度 ( mm) 测量结果( # ) 顶层西手孔 顶层东手孔

200 45

47 300

48 49

400 49

56 500

46 72

600 46

72 700

46 表6不加湿条件下塔内温度变化 Table

6 Temperature changing in tow er wit hout humidification 热电偶插入深度 ( mm) 测量结果( # ) 方位 30? 方位

0 ?

400 98

126 500

112 131

600 120

133 700

127 135 注: 入塔烟气温度为

140 # 根据不同点的温度分布, 调节不同点的喷水量, 并通过 喷嘴的布局调节塔内各点温度均在露点以上, 通过维持较低 的温距, 以保证足够高的脱硫效率, 同时, 使塔内不出现结垢 现象.经过以上对喷嘴布局的调整, 得到如下试验结果, 见图2( 反应塔 入口烟气温度 为130 # ;

SO2 浓度为

1 659 mg/ m3 ;

Ca/ S 为22%

0 2;

烟气量为

1 600 m3 / h) . 图2温距对脱硫效率的影响 Fig.

2 Effect of appoach temperature on SO2 removal 由图

2 可知, 温距对脱硫效果影响很大.温距从

18 K 降低到

11 K, 脱硫效率增加 30% .降低温距( 增加相对湿 度) , 可明显增加脱硫效率.在温距较低时( <

12 K) 这种趋 势更明显.但温距降低到

11 K 以下时, 调节塔中各点的喷 水量均维持在露点以上, 已很困难.这也是半干半湿法不能 长期稳定达到 90% 以上脱硫效率的原因之一. 3. 1.

2 入塔烟气温度 入塔烟气温度 对脱硫效率的影响见图

3 ( 脱硫剂为 CaO;

SO2 为1659 mg/ m3 ;

Ca/ S 为2;

加湿方法为塔内雾化) . 由图

3 可知, 入塔烟气温度对脱硫效率只有微弱的变 化.原因是因为烟气的热容很低, 喷水量的微量增减, 足以 使露点降到需要的数值.因此, 入塔烟气温度并不对脱硫效 率产生大的影响. 入塔烟温( # ) : 1! 130;

2! 140;

3!

120 图3不同入塔烟温条件下温距对 脱硫效率的影响 Fig.

3 Effect of flue gas inlet temperature on SO2 removal 3. 1.

3 Ca/ S摩尔比 试验结果见图 4( 脱硫剂为 CaO;

入塔烟温为

130 # ;

温 距为

15 K;

SO2 浓度为

2 288 mg/ m3 ;

加湿方法为塔内雾 化) .在15 K 温距条件下, 欲超过 60% 的脱硫效率, Ca/ S 摩 尔比不能低于

2 0;

而超过 80% 的脱硫效率, Ca/ S 摩尔比不 能低于

3 0;

此时, CaO( 或Ca( OH)

2 ) 过剩值约为 100% ~ 200% . 图4最低 Ca/ S 比选择 Fig.

4 Effect of Ca/ S on SO2 removal 根据前人的研究成果[ 2] , 脱硫剂吸附 SO2 时, 会使脱硫 剂表面形成一层产物层, 二氧化硫通过产物层扩散到脱硫剂 的扩散作用成为速率控制因素.当产物层达到一定厚度, 将 使脱硫反应终止, 因而脱硫剂是不可能百分之百的与二氧化 硫反应.提高脱硫剂的利用效率应从以下两个方向入手: &

减小脱硫剂的粒径;

? 循环利用脱硫剂.

62 环境科学研究第12 卷3. 1.

4 脱硫灰的循环利用 超细脱硫剂粉末, 可以提高脱硫剂的利用效率, 但一般 只能提高 25% , 而且带来实际应用上的诸多不便.试验证 明, 脱硫灰的循环利用, 可大大提高脱硫剂的利用效率, 操作 也十分方便, 见图 5. 图5循环比对脱硫效果的影响 Fig.

5 Effect of recycle ratio on SO2 removal 由图

5 可知, 当脱硫灰循环利用比( 以下简称循环比) 是2( 即1份脱硫剂,

2 份脱硫灰) 时, 脱硫效率可达 80% 以上, 相当于 Ca/ S 为17.这对于降低 Ca/ S 比是相当有意义的. 同时试验结果( 见表 7) 还表明, 在相同条件下, 脱硫灰循环 利用比纯脱硫剂的脱硫效率还要高.其原因是脱硫灰中含 有许多比 CaO 更为活跃的........