我们主要介绍一种新型脱硫技术,从脱硫理论分析、脱硫工艺、技术特点等方面,详细介绍该脱硫技术。该工艺的主要改进是,除了保留炉内喷钙的脱硫系统外,还在尾部烟道增设了一个独立的活化反应器,将炉内未反应完的CaO通过雾化水进行活化后再次脱出烟气中的SO2。然后,将收集下来的部分粉尘和脱硫灰渣进行循环使用。从活化反应器排出的烟气经除尘、再热后由引风机排入烟囱。
1、概述
SO2是大气中主要污染物之一,而大气中的SO2气体80%以上都来自于各类燃煤设备,所以降低燃煤设备的SO2排放量,对于改善生态环境具有重要意义。
炉内喷钙脱硫技术就是其中一种,炉内喷钙是指直接将钙基脱硫剂喷入炉膛热烟气中,与其中的SO2发生反应进行脱硫的技术。该项技术投资少,运行费用低,不产生废水,但是由于反应较难充分进行,大量未反应的脱硫剂都随烟气离开了炉膛,因此其脱硫率和脱硫剂的利用率都很低,不能满足日益严格的锅炉要求。因此人们在此基础上进行改进,开发了多种新型的炉内喷钙类脱硫技术,炉内喷钙尾部增湿脱硫技术LIFAC就是其中的一种。
2、炉内喷钙脱硫的理论分析
石灰石的热解特性:石灰石在700~800℃时开始缓慢热解,在850~950℃时热解反应加快,在低于700℃和高于950℃的恒温时均不发生热解。石灰石的这种热解特性是脱硫的重要依据,炉内喷钙脱硫选择在燃烧室上部区域(温度在850~1100℃)喷入石灰石粉末就是根据这一原理。这里之所以将烟温高限增至1100℃,主要是考虑到运行条件(如煤种、石灰石品质、负荷等)的变化。试验证明即使保持烟温在850~950℃恒温下,石灰石热解产物的脱硫时间也需要持续60~70min才能完全完成,但锅炉烟气从燃烧室出口到除尘器前远不可能有这么长的时间,故需要在尾部再设置增湿活化反应器,采用雾化水枪将少量水雾化,进一步提高烟气除硫。
3、脱硫工艺流程
该工艺多以石灰石粉为脱硫剂,石灰石粉由气力输送的方式喷入炉膛中的850~1150℃温度区域,石灰石受热后其分解产物氧化钙与烟气中SO2反应生成亚硫酸钙。由于反应在气固两相间进行,受到传质速度的影响,反应速度较慢,吸收剂利用率较低。炉内喷钙后的脱硫率随煤种、石灰石粉的特性、炉型及炉内空气动力场和温度场等因素的变化而改变,一般为20~50%。
在尾部增湿活化反应器内,增湿水以雾状喷入,与未反应的氧化钙接触生成反应活性更高的氢氧化钙,进而与烟气中的SO2、SO3反应。活化器内的脱硫率取决于雾化的水量、液滴的粒径分布、烟速以及出口烟温等因素,一般为42%~61%。在采用底灰再循环时,可以使整体脱硫效率接近90%。
由于在烟气中喷入增湿水,使烟气温度下降,增湿水由于吸收烟气热量而被迅速蒸发,未反应的脱硫剂、反应产物呈干态随烟气排出被除尘器收集下来,不产生废水。脱硫产品中亚硫酸钙含量较高,其进一步的综合利用受到限制。
4、技术特点
(1)如同湿法烟气脱硫工艺一样,可以采用石灰石作为脱硫剂,具有资源分布广泛,价格低廉,处理简便等特点。
(2)系统工艺流程简单,占地面积小,无废水排放,初投姿低,运行费用较低,并能得到较高的脱硫效率。
(3)既适用于新建大型电站锅炉及中小型工业锅炉,又适用于现役锅炉增设脱硫装置的改造,不需另设单独脱硫风机,增加的阻力完全可以由锅炉的引风机克服。
(4)脱硫副产品的成分与喷雾干燥工艺相似,脱硫灰渣为干态,为稳定的中性物资,但是,它包括了更多的飞灰(70%~80%),石灰的含量也较高。脱硫产品一般采取堆放处理,但要考虑堆放对地下水的影响。(5)活化反应器的底渣和除尘器下的部分灰再循环使用,有利于提高脱硫效率和脱硫剂的利用率。
(6)脱硫系统与电站机组、尤其是锅炉的运行关系紧密。由于在炉膛内喷入脱硫剂,会对锅炉的工作产生程度不同的不利影响,存在造成锅炉炉内受热面结渣。加剧受热面磨损的可能性。
(7)由于脱硫系统启动迅速,因此,对锅炉负荷的变化有良好的跟踪能力。
(8)脱硫系统的投运将使锅炉尾部排出的粉尘量成倍增加,因此,需要增加除尘器的设计出力或改造现有的除尘器,以保证除尘效果。