干濕法脫硫工藝研究論文

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[內(nèi)容摘要]本文介紹了國內(nèi)電廠煙氣脫硫主要為濕法和干法工藝，重點分析了濕法和干法的技術(shù)和經(jīng)濟特點，并對脫硫工藝選擇提出了建議。

[關(guān)鍵詞]煙氣脫硫濕法干法比較

1概述

煙氣脫硫是電廠控制SO2排放的主要技術(shù)手段，目前已達(dá)到工業(yè)應(yīng)用水平的煙氣脫硫技術(shù)有十余種，大致可以分為干法和濕法，但能在300MW以上大容量機組使用的成熟脫硫工藝并不多。根據(jù)國內(nèi)目前的實際應(yīng)用推廣情況，國內(nèi)各大脫硫公司已投運的300MW級機組煙氣脫硫裝置均為石灰石/石膏濕法。干法技術(shù)在國內(nèi)300MW大容量機組上全煙氣、高脫硫率還沒有運行示例。最近武漢凱迪股份公司正在推廣德國WULLF的RCFB（內(nèi)回流循環(huán)流化床）技術(shù)，該技術(shù)在國外2000年曾有1套在300MW機組上投運，3個月后停運，現(xiàn)國內(nèi)有1套剛開始在恒運電廠1×210MW機組上投運。另有1套已投運的CFB脫硫，運用于小龍?zhí)?×100MW機組。

以下對濕法和干法兩種工藝流程，全煙氣、高脫硫率下的技術(shù)、經(jīng)濟進行了綜合比較。

2石灰石/石膏濕法脫硫技術(shù)流程特點

石灰石/石膏濕法脫硫技術(shù)是目前世界上技術(shù)最為成熟、應(yīng)用業(yè)績最多的脫硫工藝，應(yīng)用該工藝的機組容量約占電站脫硫裝機總?cè)萘康?5％以上，應(yīng)用單機容量已達(dá)1000MW。其脫硫副產(chǎn)物—石膏一般有拋棄和回收兩種方法，主要取決于市場對脫硫石膏的需求、石膏質(zhì)量以及是否有足夠的堆放場地等因素。

濕法工藝技術(shù)比較成熟，適用于任何含硫量的煤種和機組容量的煙氣脫硫，脫硫效率最高可達(dá)到99％。

國內(nèi)各家公司分別引進了世界上先進的幾家大公司的濕法工藝技術(shù)：B&W（巴威）、斯坦米勒、KAWASAKI（川崎）、三菱、GE、DUCON，都能根據(jù)電廠的實際情況設(shè)計出最佳的工藝參數(shù)。

2.1石灰石/石膏濕法工藝流程

石灰石/石膏濕法脫硫工藝采用價廉易得的石灰石作脫硫吸收劑，石灰石經(jīng)破碎磨細(xì)成粉狀與水混合攪拌制成吸收漿液，也可直接用濕式球磨機將20mm左右的石灰石磨制成吸收漿液。當(dāng)采用石灰吸收劑時，石灰粉經(jīng)消化處理后加水?dāng)嚢柚瞥晌諠{液。在吸收塔內(nèi)，吸收漿液與煙氣接觸混合，煙氣中的SO2與漿液中的碳酸鈣以及鼓入的氧化空氣進行化學(xué)反應(yīng)被脫除，最終反應(yīng)產(chǎn)物為石膏。脫硫后的煙氣經(jīng)除霧器除去帶有的細(xì)小液滴，經(jīng)氣氣加熱器（GGH）加熱升溫后排入煙囪。脫硫石膏漿液經(jīng)脫水裝置脫水后回收。由于吸收漿液的循環(huán)利用，脫硫吸收劑的利用率很高。

電廠鍋爐煙氣進入FGD，通過升壓風(fēng)機加壓，經(jīng)GGH降溫至約100℃后進入吸收塔，吸收塔脫硫效率為96～99％，整個系統(tǒng)的脫硫效率不低于90％。從吸收塔出來的凈煙氣溫度約為47℃，經(jīng)GGH升溫至80℃后從煙囪排放。

該工藝原理簡單，工藝技術(shù)比較成熟，脫硫效率和吸收劑的利用率高，即Ca/S=1.03時，脫硫效率大于95％，能夠適應(yīng)各種煤種，適應(yīng)大容量機組，運行可靠，可用率高，副產(chǎn)品石膏具有商業(yè)價值。

2.2石灰石/石膏濕法脫硫技術(shù)主要技術(shù)特點及指標(biāo)

2.2.1脫硫效率高，一般不低于90％，最高可以達(dá)到99％。

2.2.2脫硫劑利用率高，達(dá)90％以上。Ca/S比低，只有1.01～1.05，國內(nèi)現(xiàn)正在實施的的幾個工程均不大于1.03。

2.2.3吸收塔采用各種先進技術(shù)設(shè)計，不僅解決了脫硫塔內(nèi)的堵塞、腐蝕問題，而且改善了氣液傳質(zhì)條件，從而提高了塔內(nèi)脫硫效率，減少了漿液循環(huán)量，有效降低了漿液循環(huán)泵的功耗。目前脫硫島電耗一般為機組裝機容量的1～1.5％。

2.2.4噴淋空塔內(nèi)煙氣入口采用向下斜切式入口，煙氣由下自上流動，延長了氣體分布路徑，不僅有利于氣體分布均勻，而且由于氣體的翻騰形成了湍流，更有利于氣液的傳質(zhì)傳熱。

2.2.5采用計算機模擬設(shè)計，優(yōu)化脫硫塔及塔內(nèi)構(gòu)件如噴嘴等的布置，優(yōu)化漿液濃度、Ca/S比、漿液流量等運行指標(biāo)，可以保證脫硫塔內(nèi)煙氣流動和漿液噴淋均勻，以最小的消耗取得最好的脫硫效果。

2.2.6根據(jù)煙氣含硫量，采用不同層數(shù)（2～4層）的漿液噴淋層，確保取得最佳的脫硫效果。

2.2.7塔內(nèi)設(shè)置氧化空氣分布系統(tǒng)，采用塔內(nèi)強制氧化，氧化效果好。

2.2.8噴淋層采用交叉聯(lián)箱布置，使噴淋管道布置更合理，降低了吸收塔高度。

2.2.9采用機械攪拌。

2.2.10廢物得到良好的處理，其中廢渣變成了優(yōu)質(zhì)石膏，完全可以取代高品位的天然石膏。廢水采用回用技術(shù)，可以達(dá)到零排放。

2.2.11穩(wěn)定性高，適應(yīng)性強，可靠性99％以上。

2.2.12應(yīng)用多、運行經(jīng)驗豐富。

3干法RCFB脫硫工藝脫硫技術(shù)流程特點

干法有LIFAC（爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化）、CFB（循環(huán)流化床）等工藝，在國家有關(guān)部門的技術(shù)指南、火電廠設(shè)計規(guī)程上均限于在中小機組或老機組上實施。CFB最早由德國魯奇（LURGI）公司開發(fā)，目前已達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的CFB法工藝有三種：LURGI公司的CFB、德國WULFF公司的RCFB（內(nèi)回流式煙氣循環(huán)流化床）、丹麥FLS公司的GSA（氣體懸浮吸收），國內(nèi)分別由龍凈環(huán)保、凱迪電力、龍源環(huán)保等公司引進，目前多在中小機組上運用，其中只有WULFF公司的RCFB技術(shù)向300MW機組上推廣，所以本文中作比較的干法僅指RCFB。

3.1RCFB的發(fā)展歷史

循環(huán)流化床(CFB)的發(fā)展歷史其實很長。循環(huán)流化床CFB煙氣凈化工藝的實驗室技術(shù)研究開發(fā)工作開始于1968/1969年，1970～1972年CFB煙氣凈化工藝在德國電解鋁廠獲得應(yīng)用，煙氣流量為15,000m3/h。1985～1987年，首臺CFB煙氣脫硫示范裝置在德國一家燃褐煤電站得到應(yīng)用，處理煙氣量為40萬m3/h（相當(dāng)于30萬機組氣量的四分之一），采用消石灰為脫硫劑。在此基礎(chǔ)上，各公司分別又開發(fā)出了上述新一代CFB脫硫工藝（第三代）。

3.2RCFB脫硫工藝流程

RCFB工藝主要采用干態(tài)的消石灰粉作為吸收劑，由鍋爐排出的煙氣從流化床的底部進入，經(jīng)過吸收塔底部的文丘里裝置，煙氣速度加快，并與很細(xì)的吸收劑粉末相混合。同時通過RCFB下部的噴水，使煙氣溫度降低到70～90℃。在此條件下，吸收劑與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)，生成亞硫酸鈣和硫酸鈣，經(jīng)脫硫后帶有大量固體的煙氣由吸收塔的上部排出，排出的煙氣進入除塵器中，大部分煙氣中的固體顆粒都被分離出來，被分離出來的顆粒經(jīng)過再循環(huán)系統(tǒng)大部分返回到吸收塔。

RCFB的控制系統(tǒng)主要通過三個部分實現(xiàn):

1.根據(jù)反應(yīng)器進口煙氣流量及煙氣中原始SO2濃度控制消石灰粉的給料量；

2.反應(yīng)器出口處的煙氣溫度直接控制反應(yīng)器底部的噴水量，使煙溫控制在70～90℃范圍內(nèi)。噴水量的調(diào)節(jié)方法一般采用回流調(diào)節(jié)噴嘴，通過調(diào)節(jié)回流水壓來調(diào)節(jié)噴水量；

3．在運行中調(diào)節(jié)床內(nèi)的固/氣比。其調(diào)節(jié)方法是通過調(diào)節(jié)分離器和除塵器下所收集的飛灰排灰量，以控制送回反應(yīng)器的再循環(huán)干灰量，從而保證床內(nèi)必需的固/氣比。

3.3RCFB脫硫技術(shù)的主要技術(shù)特點及指標(biāo)

3.3.1耗電量在機組容量的0.5～1.0％。脫硫率80％時，為0.6％左右；脫硫效率大于90％時，塔內(nèi)物料量增加引起系統(tǒng)阻力的增大而使電耗大幅上升。

3.3.2在塔的頂部區(qū)域加裝了導(dǎo)流板，在塔內(nèi)加裝了紊流裝置。

3.3.3脫硫率＞90％，Ca/S為1.2～1.5。石灰活性必須高且穩(wěn)定，達(dá)到T60標(biāo)準(zhǔn)（軟緞石灰，四分鐘內(nèi)水溫上升60℃）。

3.3.4塔內(nèi)平均流速4m/s左右。10米左右直徑的流化床內(nèi)流場比較復(fù)雜。

3.3.5用消石灰作為脫硫劑。石灰消化后，以消石灰干粉形式送入流化床吸收塔。噴入足夠的水分保證脫硫效果，水分越大脫硫率越高。

3.3.6嚴(yán)格控制床溫。床溫偏低時設(shè)備有腐蝕，偏高時脫硫效率及脫硫劑利用率下降。

3.3.7塔內(nèi)的水分要迅速蒸發(fā)掉，以保證灰渣干態(tài)排出。

3.3.8在煤的含硫量增加或要求提高脫硫效率時，不增加任何設(shè)備，僅增加脫硫劑和噴水量。

3.3.9不另設(shè)煙氣旁路，當(dāng)FGD停運時，脫硫塔直接作為煙氣旁路使用。

3.3.10在中小電站或工業(yè)鍋爐上應(yīng)用較多，300MW機組上國內(nèi)外僅應(yīng)用了1套并只有短期運行的經(jīng)驗。

3.3.11RCFB脫硫渣的利用

RCFB煙氣脫硫技術(shù)吸收劑為鈣基化合物，脫硫渣中的主要成分為CaSO3等。但不同電廠的脫硫渣的成份是不一樣的，若要有效利用，必須做個案研究。

不包括前除塵器的灰，CaSO3·1/2H2O含量占50±10％，根據(jù)德國WULFF公司提供的部分個案研究實例，是可以應(yīng)用的。國內(nèi)的南京下關(guān)電廠對LIFAC技術(shù)的脫硫渣已作了一些個案研究，恒運電廠正準(zhǔn)備和凱迪公司合作，開展脫硫灰利用的研究工作。

4石灰石-石膏濕法與干法RCFB比較

4.1工藝技術(shù)比較

4.1.1在300MW以上機組FGD上的應(yīng)用

干法RCFB：國外從小機組放大到300MW機組僅有1臺，國內(nèi)還沒有300MW機組的實運裝置，僅在中小機組或工業(yè)鍋爐上有實運裝置。

從國內(nèi)引進FGD的經(jīng)驗來看，各個電廠都有一定的實際情況，設(shè)計時也必須滿足各個電廠的特定情況。據(jù)報道，幾家引進CFB的公司在中小機組的示范裝置上大多碰到了較嚴(yán)重的問題，經(jīng)大量長時間調(diào)試整改后，有的仍達(dá)不到設(shè)計要求，有的甚至需更換重要部件，更為嚴(yán)重的機組無法按正常出力運行。

國內(nèi)唯一的一套RCFB是廣州恒運電廠FGD，從運行情況來看，雖然將石灰標(biāo)準(zhǔn)從T60降至T50左右，消化裝置仍不能正常運行，目前靠買消石灰維持；除塵器有堵塞等問題，曾造成了電廠停運，但粉塵泄漏較嚴(yán)重；控制系統(tǒng)還不能穩(wěn)定監(jiān)測和調(diào)控脫硫裝置的運行。

石灰石-石膏濕法：已很成熟，國外有各種條件下機組上的運行經(jīng)驗，國內(nèi)雖然運行實例不多，但國內(nèi)公司引進的均為國外先進可靠的技術(shù)。其市場占有率占電站脫硫裝機總?cè)萘康?5％以上，應(yīng)用單機容量已達(dá)1000MW。國家相關(guān)職能部門在組織國內(nèi)專家充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出指導(dǎo)性意見：在新、擴、改300MW機組FGD上或要求有較高脫硫率時，采用石灰石-石膏濕法技術(shù)。在火電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程中，也作了同樣的規(guī)定。

現(xiàn)在大部分設(shè)備均可以實現(xiàn)國產(chǎn)化，初始投資大幅降低，備品備件的問題也將得到徹底解決。

4.1.2適用煤種

干法RCFB：據(jù)國內(nèi)各大研究單位的報告及國外的部分應(yīng)用實例，CFB適用于中、低硫煤。對高硫煤，較難達(dá)到環(huán)保要求，且投資與運行費用將大幅上升。RCFB是否適應(yīng)高硫煤的大機組，需進一步論證。

石灰石-石膏濕法：不限。

4.1.3Ca/S比

干法RCFB：脫硫率＞90％時為1.3～1.5。氧化鈣純度要求≥90％，并要有非常高的活性（T60標(biāo)準(zhǔn)），達(dá)不到以上要求時，將影響裝置的脫硫率及正常運行。

石灰石-石膏濕法：1.01～1.05，一般為1.03，純度達(dá)不到要求時，最終僅影響脫硫副產(chǎn)品石膏的質(zhì)量。

4.1.4脫硫效率

干法RCFB：穩(wěn)定運行一般在80％左右，若需要進一步提高，則需降低煙氣趨近溫差，增加Ca/S和噴水量，但會對下游設(shè)備如除塵器、引風(fēng)機等帶來不利影響。

95％的脫硫率對干法技術(shù)來講，已達(dá)到高限（國外為90％），當(dāng)環(huán)保要求進一步提高時，改造較困難。

煙氣含硫量波動時，因為有大循環(huán)灰量，難以靈敏調(diào)整控制，脫硫效率難以保證。

石灰石-石膏濕法：一般可在95％以上穩(wěn)定運行，對環(huán)保要求的適應(yīng)性強。

煙氣含硫量變化時，易于調(diào)整控制，脫硫效率較穩(wěn)定。

4.1.5耗電量

干法RCFB：機組容量的0.5～1.0％，脫硫效率在80％左右時，為0.6％左右；當(dāng)脫硫效率＞90％時，耗電量上升很快，將達(dá)到1％左右。

石灰石-石膏濕法：機組容量的1.0～1.5％。

.1.6對ESP（電除塵器）的影響

干法RCFB：初始設(shè)計時ESP2負(fù)荷很高，進口濃度800g/Nm3（遠(yuǎn)高于電廠正常電除塵器進口的20～30g/Nm3），ESP2除塵效率將達(dá)到99.9875％。隨脫硫率的變化增加Ca/S，ESP2負(fù)荷急劇增加，其出口含塵濃度能否達(dá)標(biāo)值得考慮。環(huán)保要求還將進一步提高，在即將實行的《火電廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿）中，火電廠最高允許煙塵排放濃度為50mg/Nm3。

當(dāng)煙氣含硫量變化時，為保證脫硫率，或滿足環(huán)保要求的不斷提高而提高脫硫效率，采取以上降低煙氣趨近溫差，增加噴水量和Ca/S措施時，將導(dǎo)致ESP低溫腐蝕，排灰易粘結(jié)（塔壁也易于結(jié)灰），嚴(yán)重時，將影響裝置的正常運行，在中小機組的運行中是普遍存在的問題。

石灰石-石膏濕法：沒有后ESP，無影響。經(jīng)脫硫塔洗滌后，煙塵總量減少50～80％左右，F(xiàn)GD出口煙塵濃度小于50mg/Nm3。

4.1.7對機組的影響

干法RCFB：因故障停電等原因使CFB停運，會導(dǎo)致塔內(nèi)固態(tài)物沉積，重新啟動需清理沉積固態(tài)物，由于無旁路，當(dāng)后ESP和回灰系統(tǒng)發(fā)生堵塞進行檢修時，機組將停運。

石灰石-石膏濕法：因FGD是獨立系統(tǒng)，有旁路，故無影響。

4.1.8對機組負(fù)荷的適應(yīng)性

干法RCFB：負(fù)荷的變化會引起煙氣流速的變化，從而影響脫硫反應(yīng)及裝置的運行。

石灰石-石膏濕法：較好。

4.1.9水

干法RCFB：石灰消化一般需熱水，且水質(zhì)要求高；無廢水排放。

石灰石-石膏濕法：耗水量相對稍多一點，但水質(zhì)要求不高，可用水源水；僅有少量廢水排放。

4.1.10吸收劑制備

干法RCFB：需大批量外購符合要求的T60標(biāo)準(zhǔn)的石灰粉，以目前投運電廠的運行情況來看，石灰消化存在諸多問題，如果采購滿足要求的消石灰Ca(OH)2將增加業(yè)主采購成本。最大問題是一般較難購買到品質(zhì)穩(wěn)定的高活性（T60標(biāo)準(zhǔn)）的石灰粉。RCFB脫硫效果的保證及裝置的運行可靠性完全依賴于石灰的高純度及高活性。

石灰石-石膏濕法：可外購石灰石粉或塊料，石灰石塊料價格便宜，直接購粉則可大幅度降低投資及耗電量，但相應(yīng)增加了采購成本。

4.1.11排煙溫度

干法RCFB：脫硫率80％左右時為70～90℃，脫硫率提高到95％后要降55～70℃。

石灰石-石膏濕法：GGH出口一般為大于80℃。

4.1.12副產(chǎn)品輸送利用

干法RCFB：目前僅適宜用于填坑、鋪路，應(yīng)用價值低。用于其他場合的應(yīng)用方法還未研究，而且還將是很長一段過程。灰易產(chǎn)生粘結(jié)，既影響輸送，也影響裝置的運行。當(dāng)脫硫渣排入灰場時，將影響粉煤灰的綜合利用。在拋棄過程中需要考慮增設(shè)合適的儲運設(shè)施，同時也增加一定的運輸和儲存成本。

石灰石-石膏濕法：脫硫石膏質(zhì)量優(yōu)于天然石膏，可綜合利用，應(yīng)用價值較高。如采用拋棄法，可節(jié)省部分投資，輸送也不會有問題。

4.1.13占地面積

干法RCFB：在大容量機組考慮采用1爐1塔時占地較小。

石灰石-石膏濕法：較大。

4.2經(jīng)濟比較

以下以某電廠2×300MW機組煙氣脫硫裝置為例，脫硫項目建設(shè)期按1年計算，運營期按20年計算，采用總費用法對干、濕法方案進行經(jīng)濟比較，總費用低的方案較優(yōu)。

從“經(jīng)濟比較成果表”可以看出，濕法脫硫方案的總費用略低于干法脫硫方案。因此，從經(jīng)濟比較的角度來看，濕法方案優(yōu)于干法方案。

5結(jié)論和建議

5.1結(jié)論

綜上所述，濕法與干法相比，技術(shù)更加成熟，運行經(jīng)驗更加豐富，脫硫劑供應(yīng)有保證，脫硫副產(chǎn)品利用好，系統(tǒng)供應(yīng)商較多；經(jīng)營費用小，初始投資高，總成本費用較低，全系統(tǒng)本廠占地面積較大。

每個電廠有各自的實際情況，在FGD裝置設(shè)計上也有不同。方案比選中不僅要考慮干法、濕法的技術(shù)因數(shù)，還要考慮各種實際存在的問題：如脫硫劑的供應(yīng)、廢渣的處理、對環(huán)境變化的適應(yīng)、政府的規(guī)劃等。

目前干法煙塵排放量要大于100mg/Nm3，濕法小于50mg/Nm3，均小于現(xiàn)行環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)200mg/Nm3的要求。如果環(huán)保政策要求進一步提高脫硫效率，降低出口允許煙塵排放濃度，濕法也比較容易調(diào)整改造，而干法效率已到高限，難以實施進一步改造。

5.2建議

濕法脫硫工藝是目前世界上應(yīng)用最多、最為成熟的技術(shù)，吸收劑價廉易得、副產(chǎn)物便于利用、煤種適應(yīng)范圍寬，并有較大幅度降低工程造價的可能性。對大容量機組，從技術(shù)的成熟性、可靠性以及環(huán)保的高要求考慮，應(yīng)采用石灰石/石膏濕法。

RCFB工藝脫硫效率較高，建設(shè)投資較省，占地面積較少，在能滿足高品位石灰供應(yīng)并妥善處理脫硫灰的條件下，具有較好的發(fā)展前景，主要適用于中小機組和老機組的脫硫改造。