淺談FCL氨法脫硫技術(shù)在小型燃煤鍋爐煙氣脫硫中的應(yīng)用
目前,我國大型燃煤機(jī)組的脫硫裝置基本上都是引進(jìn)國外的技術(shù)和設(shè)備,并以石灰石—石膏法為主。但對(duì)于小型燃煤機(jī)組而言,由于石灰石—石膏法占地面積大、投資大、運(yùn)行費(fèi)用高、副產(chǎn)物處置困難等問題而難以推廣。FCL氨法脫硫工藝具有占地面積小、投資相對(duì)較小、副產(chǎn)硫酸銨可作為肥料銷售、運(yùn)行費(fèi)用低、可同時(shí)脫氮等特點(diǎn),適合在小型燃煤機(jī)組中推廣。
1 工程概況
太倉保利協(xié)鑫熱電有限公司現(xiàn)有3臺(tái)抽凝式發(fā)電機(jī)組,裝機(jī)容量為45MW,配備有2臺(tái)75 t/h、1臺(tái) 90 t/h煤粉爐、1臺(tái)150 t/h煤粉爐。
保利協(xié)鑫熱電公司于2006年開始實(shí)施煙氣脫硫技改工程,并于2007201225 一次性通過環(huán)保驗(yàn)收。本工程設(shè)計(jì)煤種硫分為0. 7% ,校核煤種硫分為1. 0% , 電除塵器出口SO2 質(zhì)量濃度不超過 1 500mg/m3 ,粉塵質(zhì)量濃度不超過400mg/m3。
2 工藝原理
FCL氨法脫硫是用氨水洗滌含SO2 的廢氣,形成(NH4 ) 2 SO3 —NH4HSO3 —H2O 的吸收液體系。 (NH4 ) 2 SO3 是氨法中的主要吸收劑,對(duì)SO2 具有很好的吸收能力,其反應(yīng)如下:
 |
在脫硫塔底部氧化池內(nèi), (NH4 ) 2 SO3 被鼓入的氧化空氣氧化成硫酸銨:
 |
3 工藝流程
FCL氨法脫硫工藝流程主要分為預(yù)洗滌、SO2 吸收、亞硫酸銨氧化和蒸發(fā)結(jié)晶等工序。脫硫系統(tǒng)主要由煙氣系統(tǒng)、濃縮塔濃縮系統(tǒng)、脫硫塔吸收系統(tǒng)、回收系統(tǒng)、供氨系統(tǒng)、煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電氣及 DCS控制系統(tǒng)等組成。
3. 1 煙氣系統(tǒng)
太倉保利協(xié)鑫熱電公司實(shí)施脫硫技改的4臺(tái)鍋爐中, 1、2號(hào)爐出口煙氣進(jìn)入1號(hào)脫硫系統(tǒng),凈煙氣經(jīng)1、2號(hào)爐煙道排入煙囪; 3號(hào)爐煙氣分別或同時(shí)送入1號(hào)或2號(hào)脫硫系統(tǒng); 4號(hào)爐煙氣進(jìn)入2號(hào)脫硫系統(tǒng),凈煙氣經(jīng)3、4號(hào)爐煙道排入煙囪(磚煙道經(jīng)耐酸混凝土防腐處理) 。
3. 2 濃縮系統(tǒng)
煙氣進(jìn)入冷卻濃縮塔,與同向噴淋的濃縮液接觸后,煙溫降至60℃左右,然后進(jìn)入脫硫塔,濃縮液經(jīng)煙氣加熱蒸發(fā)后得以濃縮。當(dāng)濃縮液密度達(dá)到 1 240 kg/m3 左右時(shí),由取出液泵抽至硫酸銨回收系統(tǒng)。濃縮塔和脫硫塔之間設(shè)有連通管道,可自動(dòng)平衡濃縮塔液位,無需人工調(diào)節(jié)。濃縮塔采用玻璃鱗片防腐,噴嘴采用鈷6合金材料。
3. 3 吸收系統(tǒng)
脫硫塔吸收系統(tǒng)共設(shè)置3臺(tái)漿液循環(huán)泵,塔內(nèi)設(shè)3層噴淋。氨液加至第一噴淋層,加氨后的脫硫液pH值控制在6. 0～6. 5之間。第二、第三噴淋層起到進(jìn)一步脫硫和防止氨逃逸的作用。在噴淋層的上部設(shè)有一層工藝水噴淋,主要作用是保持塔內(nèi)液位和減少氨的逃逸。脫硫塔體采用玻璃鱗片防腐, 噴淋管為FPR材料,噴嘴為鈷6合金材料。煙氣進(jìn)入脫硫塔后自下向上流動(dòng),首先與第一噴淋層的脫硫液反應(yīng)。
在脫硫塔出口處設(shè)置兩級(jí)除霧器,阻力降低于 200 Pa,并設(shè)有自動(dòng)清洗系統(tǒng)。除霧器系統(tǒng)的煙氣水分設(shè)計(jì)值為低于75mg/m3 (本文煙氣量均為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)值) 。除霧器沖洗周期為每8 h沖洗1min。
吸收系統(tǒng)按吸收與氧化一體化設(shè)計(jì)(亞硫酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在20%左右) ,氧化空氣由2臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)提供。氧化空氣經(jīng)設(shè)置在脫硫塔底部的曝氣器鼓出,細(xì)小氣泡均勻分散到脫硫液中,將脫硫液中的亞硫酸銨和亞硫酸氫銨氧化成硫酸銨。
3. 4 回收系統(tǒng)
來自脫硫取出液泵的硫酸銨濃縮液,首先進(jìn)入濃縮進(jìn)料槽,再進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶器。在蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi), 硫酸銨料液經(jīng)高溫蒸汽加熱而蒸發(fā),產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)真空系統(tǒng)噴淋冷卻成水后進(jìn)入脫硫塔循環(huán)使用。由于蒸發(fā)器為負(fù)壓運(yùn)行,硫酸銨料液在低于沸點(diǎn)條件下蒸發(fā),大大降低了蒸汽的耗用量,而蒸汽凝結(jié)的疏水則全部回收至疏水箱重復(fù)利用。當(dāng)料液含固量達(dá)到一定程度時(shí),將料液放入濃漿槽,再由濃漿泵打入冷卻結(jié)晶槽,料液的熱量由循環(huán)冷卻水系統(tǒng)帶走。晶體完全析出后,再用離心機(jī)甩干成為水分小于 415%的硫酸銨。在布置回收系統(tǒng)管線時(shí),應(yīng)盡量減少彎頭數(shù)量,同時(shí)在蒸發(fā)濃縮工藝管線上加裝快裝接頭,這樣就可以分別用壓縮空氣、蒸汽、水進(jìn)行沖洗,保證管線的通暢。
3. 5 供氨系統(tǒng)
供氨泵將10% ～20%的氨水打入脫硫循環(huán)泵出口管中,經(jīng)靜態(tài)混合器混合均勻后進(jìn)入第一噴淋層。加氨流量由供氨泵變頻控制。由于氨水極易揮發(fā),對(duì)于卸氨過程中揮發(fā)出來的氨氣,采取了將其導(dǎo)入脫硫塔的措施,避免了氨氣的浪費(fèi)和環(huán)境污染。
3. 6 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
脫硫塔進(jìn)、出口煙道上分別安裝了二氧化硫分析儀,用以監(jiān)測(cè)原煙氣和凈煙氣中的二氧化硫,在線監(jiān)控脫硫效率和SO2 排放濃度;在脫硫塔進(jìn)口的原煙氣管道安裝煙塵儀在線監(jiān)測(cè)煙塵;在脫硫塔出口凈煙氣管道上用NOx 分析儀在線監(jiān)測(cè)NOx 排放濃度。系統(tǒng)按要求自動(dòng)生成日?qǐng)?bào)和月報(bào),并以出口煙氣SO2 濃度為參考指標(biāo)來調(diào)節(jié)和控制加氨量。
3. 7 控制系統(tǒng)
本工程采用的DCS控制系統(tǒng),自動(dòng)化控制率為 95%;通過DCS系統(tǒng)集中控制整個(gè)脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行,如實(shí)現(xiàn)煙道風(fēng)門聯(lián)鎖、塔內(nèi)液位聯(lián)鎖、自動(dòng)加氨、蒸發(fā)結(jié)晶器加熱聯(lián)鎖、離心機(jī)運(yùn)行監(jiān)控等,為脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。
4 主要技術(shù)指標(biāo)
太倉保利協(xié)鑫熱電公司1 號(hào)、2 號(hào)脫硫系統(tǒng) 168 h運(yùn)行的主要技術(shù)指標(biāo)詳見表1。
 |
1號(hào)脫硫系統(tǒng)在測(cè)試期間負(fù)荷波動(dòng)大,工況不穩(wěn)定,造成其凈煙氣中游離氨超過設(shè)計(jì)值。但從2 號(hào)脫硫系統(tǒng)數(shù)據(jù)可見,在鍋爐工況穩(wěn)定的情況下,該指標(biāo)完全可以達(dá)到設(shè)計(jì)值要求。
5 存在問題及對(duì)策
5. 1 煙囪防腐
太倉保利協(xié)鑫熱電公司的脫硫系統(tǒng)未設(shè)GGH, 脫硫后的煙氣溫度在50～55 ℃之間,且處于濕飽和狀態(tài)。由于煙溫低于結(jié)露溫度,雖經(jīng)除霧器處理,煙囪內(nèi)壁仍產(chǎn)生較多的水液。水液具有一定的腐蝕性,長(zhǎng)期運(yùn)行,將會(huì)對(duì)煙囪內(nèi)筒造成腐蝕。根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn),濕法脫硫后的煙囪鋼內(nèi)筒防腐襯主要有三類:一是防酸腐蝕的內(nèi)襯,如玻璃鋼( FRP) ,玻璃鱗片等;二是襯薄板,即采用耐酸腐蝕的金屬合金板材作內(nèi)襯,如鈦板( TiCr2 )等;三是用耐腐蝕的輕質(zhì)隔熱制品粘貼,如泡沫玻璃等。由于煙囪內(nèi)襯防腐材料既要能防止脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)濕煙氣的腐蝕,又要在脫硫系統(tǒng)故障或檢修時(shí),能長(zhǎng)時(shí)間耐130 ～150 ℃的高溫。就以上幾種材料看,第二類和第三類材料能達(dá)到此要求,但價(jià)格太高。目前,電廠已加強(qiáng)煙囪外表面的監(jiān)測(cè),對(duì)比分析煙囪外表面鐵銹的流掛程度,準(zhǔn)備在機(jī)組全停期間, 對(duì)煙囪內(nèi)壁作全面檢查。
5. 2 回收系統(tǒng)防堵
當(dāng)硫酸銨溶液達(dá)到過飽和狀態(tài)后,會(huì)析出顆粒狀硫酸銨晶體,并極易沉積在設(shè)備或管道的底部。在太倉協(xié)鑫熱電公司脫硫系統(tǒng)調(diào)試期間,由于系統(tǒng)的不完善和經(jīng)驗(yàn)的缺乏,從蒸發(fā)結(jié)晶器到離心機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備、管道全面發(fā)生嚴(yán)重堵塞,導(dǎo)致整個(gè)脫硫系統(tǒng)無法運(yùn)行。我們利用硫酸銨易溶于水的特點(diǎn),對(duì)回收系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化控制:
(1)系統(tǒng)改進(jìn)。在安裝輸送硫酸銨過飽和溶液的管道時(shí),減少了彎頭數(shù)量,并盡量避免水平布置; 在硫酸銨過飽和溶液管道上增加了沖洗水接頭,當(dāng)發(fā)生堵塞時(shí),可以從不同方向?qū)艿肋M(jìn)行沖洗疏通; 蒸發(fā)器的下料口由蒸發(fā)循環(huán)泵入口處改至出口處, 并改用球閥控制;在冷卻結(jié)晶槽底部增加了壓縮空氣吹掃和蒸汽吹掃功能,改變冷卻結(jié)晶槽下料管的布置方式,從而降低了管道阻力。
(2)優(yōu)化運(yùn)行控制。通過對(duì)脫硫取出液泵流量、蒸汽量和蒸發(fā)器放料量的動(dòng)態(tài)控制,使蒸發(fā)器內(nèi)料液的含固量穩(wěn)定在30%左右,從而解決了從蒸發(fā)器到濃漿槽的硫酸銨堵塞問題;為了防止硫酸銨在濃漿槽內(nèi)沉降結(jié)塊,采取了攪拌器連續(xù)運(yùn)行、保持濃漿槽低液位和濃漿泵小流量運(yùn)行的方式,避免了從濃漿泵出口到冷卻結(jié)晶槽之間管道的堵塞;在運(yùn)行控制上,除保持?jǐn)嚢杵鬟B續(xù)運(yùn)行外,再在冷卻結(jié)晶槽底部打入壓縮空氣,利用壓縮空氣的沖擊力,使沉降在椎底的固體硫酸銨懸浮于溶液中,解決了冷卻結(jié)晶槽底部的硫酸銨堆積問題,保證了下料的通暢,從而確保離心機(jī)可以均勻地進(jìn)料。
6 結(jié)語
FCL氨法煙氣脫硫工藝技術(shù)成熟、適用煤種廣、脫硫效率高、運(yùn)行穩(wěn)定,且其副產(chǎn)物是優(yōu)質(zhì)的復(fù)合肥原料,具有一定的經(jīng)濟(jì)效益,可降低脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。對(duì)于實(shí)際運(yùn)行中存在的硫酸銨回收系統(tǒng)堵塞問題,可通過對(duì)回收系統(tǒng)的合理改進(jìn)和采取優(yōu)化運(yùn)行控制等措施來解決。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
