燃煤鍋爐脫硫除塵技術(shù)及設(shè)備的現(xiàn)狀評價概要

1、燃煤鍋爐脫硫除塵技術(shù)及設(shè)備的現(xiàn)狀評價楊明珍閆靜姚生臨北京市環(huán)境保護科學研究院摘要:我國排放的二氧化硫已連續(xù)多年超過 2000萬噸 ,居世界首位?；痣姀S的二 氧化硫排放占整個二氧化硫排放量的比重相當高。據(jù)統(tǒng)計燃煤工業(yè)鍋爐的二氧化硫排放量 占全國二氧化硫排放量達到 40%左右。我國酸雨和二氧化硫污染嚴重 ,酸雨面積已經(jīng)占國土面 積的 30%。同時我國能源結(jié)構(gòu)的特點決定了控制燃煤二氧化硫的排放是我國控制二氧化硫污染 的重點 ,目前燃煤鍋爐在用的脫硫除塵技術(shù)已涉及到很多種工藝 ,各種工藝在運行過程中所具 有的減排特性、可靠性、經(jīng)濟性等都存在較大的差別。調(diào)查了解掌握國內(nèi)外目前主要的在用脫 硫技術(shù)性能和生

2、產(chǎn)使用情況。1 概述燃煤鍋爐在用的濕式脫硫除塵技術(shù)已涉及到很多種工藝 ,各種工藝在運行過程 中所具有的減排特性、可靠性、經(jīng)濟性等都存在較大的差別。本文研究目的和內(nèi)容 是調(diào)查了解掌握國內(nèi)外目前主要的在用脫硫技術(shù)性能和生產(chǎn)使用情況。我國是世界 上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國。 1996年我國煤炭產(chǎn)量達 13.97 億噸,占全國一次能 源總產(chǎn)量的 75%左右 ,絕大部分用于國內(nèi)消費。隨著我國工業(yè)化城市化進程的加快 和人民生活水平的提高 ,煤炭消費量還將持續(xù)增長 ,預計到 2000 年煤炭消費量將增至 15億噸。由于我國的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和社會生活建立在國產(chǎn)能源的基礎(chǔ)上 ,而煤炭又占常規(guī)能 源探明儲量的 90%,

3、因此 ,在今后相當長的時期內(nèi) ,煤炭仍將是我國的主要能源。我國的大氣污染與以煤為主的能源結(jié)構(gòu)有著直接的關(guān)系。煤炭的大量燃燒是造 成城市大氣中二氧化硫和煙塵污染的最直接的原因。我國排放的二氧化硫已連續(xù)多 年超過 2000萬噸 ,居世界首位?；痣姀S的二氧化硫排放占整個二氧化硫排放量的比 重相當高。據(jù)統(tǒng)計燃煤工業(yè)鍋爐的二氧化硫排放量占全國二氧化硫排放量達到 40%左右。二氧化硫年日均值超過國家二級標準的城市不斷增多 ,由二氧化硫排放 引起的酸雨污染 ,現(xiàn)在擴展到長江以南、青藏高原以東的大部分地區(qū) ,并呈繼續(xù)擴大 之勢。對北方城市來說冬季采暖期由于用煤量增大以及冬季不利擴散的氣象條件使 二氧化硫和煙塵

4、的污染變得更為嚴重 ,以北京市為例 , 1996 年冬季采暖期大氣中的二 氧化硫和總懸浮顆粒物尤其是二氧化硫的污染是比非采暖期要嚴重得多。二氧化硫和煙塵污染危害整個生態(tài)系統(tǒng)及建筑物等 ,已成為制約社會經(jīng)濟發(fā)展 的重要351環(huán)境因素 ,在“八五”和“九五”期間,對國際上現(xiàn)有的主要脫硫除塵技術(shù)組織了研 究開發(fā) ,取得了一定成績 ,從總體上說 ,除塵工藝和設(shè)備已日趨完善 ,現(xiàn)已形成一定的規(guī) 模生產(chǎn)能力 ,而對脫硫工藝和設(shè)備 ,除少數(shù)引進國外的脫硫工藝和設(shè)備能確?？煽?、 有效運行外 ,多數(shù)工藝和設(shè)備尚處在小試探索或中試階段 ,到最后進入實用階段 ,還有 許多問題需要完善。盡管總的來說安裝脫硫裝置的鍋爐

5、比例還很低 ,但目前在用的脫硫技術(shù)已涉及 到很多種工藝 ,各種技術(shù)在運行過程中所具有的減排特性 ,可靠性 ,經(jīng)濟性等都是有差 別的,它們將影響到技術(shù)的適用性和推廣應(yīng)用前景。2 我國典型的煙氣脫硫技術(shù)的引進、開發(fā)和使用情況2.1火電廠煙氣脫硫現(xiàn)狀我國火電廠煙氣脫硫技術(shù)的研發(fā)起始于六十年代初 ,進入七十年代后 ,先后開展 了 10 多項不同規(guī)模、不同工藝的試驗研究 , 取得了階段性成果。但由于技術(shù)、經(jīng)濟 等多方面的原因 ,一直未能在大型火電廠機組上得到應(yīng)用。近幾年來 ,隨著我國經(jīng)濟發(fā)展的增長和環(huán)境標準的漸趨嚴格以及對火電廠二氧 化硫污染治理力度的加大 ,促使火電廠煙氣脫硫行業(yè)的發(fā)展 ,取得了長足進

6、步。主要 表現(xiàn)在以下幾個方面 :(1 在國內(nèi)技術(shù)和經(jīng)驗不能滿足國內(nèi)脫硫市場需求的情況下 ,通過多種合作方法 , 引進了在國際上已進入商業(yè)化市場或具有良好商業(yè)發(fā)展前景的多種脫硫技術(shù)。并在 此基礎(chǔ)上 ,構(gòu)建了 10 多個具有較強經(jīng)濟實力和技術(shù)研發(fā)能力的煙氣脫硫工程公司 ,有 些公司經(jīng)過努力已實現(xiàn)幾個億甚至近 10 億元工程業(yè)績 ,初步形成了一批火電廠煙氣 脫硫工程骨干企業(yè) ,為技術(shù)、設(shè)備國產(chǎn)化和參與國外脫硫市場的競爭 ,奠定堅實的基 礎(chǔ)。(2 在引進和消化吸收的基礎(chǔ)上 ,先后建設(shè)了一批不同脫硫工藝的示范工程 ,全國 已建成的脫硫工程已達到 530萬千瓦 ,在建的脫硫機組不超過 1000萬千瓦。在這

7、些 脫硫工程中以采用石灰石 石膏法脫硫工藝為主 ,約占 70%;其次是煙氣循環(huán)流化床 和海水煙氣脫硫工藝 ,約占 20%;其它脫硫工藝如 :噴霧干燥和爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化 等,只占 20%左右 ,通過示范工程建設(shè)和消化吸收 ,在工藝、施工設(shè)計和運行調(diào)試中積 累了相當經(jīng)驗 ,并培養(yǎng)了一批技術(shù)骨干力量 ,為進一步發(fā)展具有我國特色煙氣脫硫行 業(yè)起到積極的推動作用。(3 煙氣脫硫工程技術(shù)和設(shè)備的國產(chǎn)化程度不斷提高。有些骨干企業(yè)已能承接 我國火力發(fā)電廠主導機組的煙氣脫硫工程總承包 ,具備從工程設(shè)計、設(shè)備供應(yīng)、加 工安裝、運行調(diào)試等項工作依靠國內(nèi)技術(shù)力量自行獨立完成的條件和能力,不但使工程造價大幅度下降

8、,同時也帶動國內(nèi)相關(guān)機電產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn) ,新的產(chǎn)業(yè)鏈已初 步形成。北京國電龍源環(huán)保工程有限公司承接 4 個脫硫工程機組總?cè)萘恳堰_ 190萬 千瓦 ,其中北京京能熱電廠 1352&OOMW機組上配用的煙氣脫硫工程是在引進技術(shù)、消化吸收的基礎(chǔ)上依靠 自己的技術(shù)力量 ,完成了石灰石 石膏法脫硫的工藝設(shè)計和工程設(shè)計 ,設(shè)備國產(chǎn)化率 達80%以上，從而使工程造價大幅度降低，達到500元/千瓦左右。北京京能熱電廠的 脫硫機組經(jīng)調(diào)試 ,各項技術(shù)性能均已達到設(shè)計要求 ,已投入正常運轉(zhuǎn)。武漢凱迪電力 股份有限公司也已承接 1610MW 裝機容量的煙氣脫硫工程 ,廣州恒達電廠 1 &10MW機組

9、采用的回流式循環(huán)流化床脫硫工程也已投入運行。2.2 火電廠煙氣脫硫技術(shù)(1 石灰石 石膏法煙氣脫硫技術(shù)。石灰石 石膏法脫硫工藝是世界上應(yīng)用最廣泛的一種脫硫技術(shù) ,日本、德國、 美國的火力發(fā)電廠采用的煙氣脫硫裝置約 90%采用此工藝。它的工作原理是 :將石灰石粉加水制成漿液作為吸收劑泵入吸收塔與煙氣充分 接觸混合 ,煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及從塔下部鼓入的空氣進行氧化 反應(yīng)生成硫酸鈣 ,硫酸鈣達到一定飽和度后 ,結(jié)晶形成二水石膏。經(jīng)吸收塔排出的石 膏漿液經(jīng)濃縮、脫水 ,使其含水量小于 10%,然后用輸送機送至石膏貯倉堆放 ,脫硫后 的煙氣經(jīng)過除霧器除去霧滴 ,再經(jīng)過換熱器加熱升溫后 ,

10、由煙囪排入大氣。由于吸收 塔內(nèi)吸收劑漿液通過循環(huán)泵反復循環(huán)與煙氣接觸 ,吸收劑利用率很高 ,鈣硫比較低 ,脫 硫效率可大于 95% 。(2 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥煙氣脫硫技術(shù)旋轉(zhuǎn)噴霧干燥煙氣脫硫技術(shù)于 70 年代中開始研究開發(fā) , 80年代初開始工業(yè)性應(yīng) 用,該技術(shù)與濕式石灰石 石膏法煙氣脫硫技術(shù)相比 ,具有流程短 ,系統(tǒng)簡單,能耗低, 無腐蝕 ,無廢水排放等優(yōu)點。該裝置是石灰由斗式提升機送至石灰儲倉 ,經(jīng)倉下部的螺旋給料機加入消化槽 與水混合消化 ,同時經(jīng)終產(chǎn)物倉下部的螺旋給料機將反應(yīng)物加入混合槽與水混合 ,兩種漿液按比例同時泵入吸收槽 ,配制成所需要的吸收液 ,然后泵入高位槽經(jīng)噴霧器在 干燥塔內(nèi)霧化

11、 ,并與經(jīng)煙氣分配器進入干燥塔的煙氣混合 ,漿液霧滴在蒸發(fā)干燥過程 中 ,鈣與煙氣中的硫氧化物發(fā)生反應(yīng) ,生成硫酸鈣和亞硫酸鈣。反應(yīng)后的煙氣進入布 袋除塵器在除去煙氣中攜帶的已被干燥的吸收劑及煙塵的同時,煙氣中的硫氧化物再次與一部分吸附在濾袋上尚未反應(yīng)完全的吸收劑繼續(xù)發(fā)生反應(yīng),進一步脫除硫氧化物。（3 磷銨肥法煙氣脫硫技術(shù)磷銨肥法煙氣脫硫技術(shù)屬于回收法 ,以其副產(chǎn)品為磷銨而命名。該工藝過程主 要由吸附 （活性炭脫硫制酸、萃取 （稀硫酸分解磷礦萃取磷酸、中和 （磷銨中和液制 備、吸收 （磷銨液脫硫制肥、氧化 （亞硫酸銨氧化、濃縮干燥 （固體肥料制備等單元組 成。它分為兩個系統(tǒng) :l煙氣脫硫系統(tǒng)一

12、一煙氣經(jīng)高效除塵器后使含塵量小于 200mg/Nm3,用風機將 煙壓353升高到7000Pa先經(jīng)文氏管噴水降溫調(diào)濕，然后進入四塔并列的活性炭脫硫塔組 （其中一只塔周期性切換再生 ,控制一級脫硫率大于或等于 70%,并制得 30%左右濃度 的硫酸 ,一級脫硫后的煙氣進入二級脫硫塔用磷銨漿液洗滌脫硫,凈化后的煙氣經(jīng)分離霧沫后排放。l 肥料制備系統(tǒng) 在常規(guī)單槽多漿萃取槽中 ,同一級脫硫制得的稀硫酸分解磷 礦粉（P2O5含量大于26%,過濾后獲得稀磷酸（其濃度大于10%,加氨中和后制得磷氨 作為二級脫硫劑 ,二級脫硫后的料漿經(jīng)濃縮干燥制成磷銨復合肥料。（4 爐內(nèi)噴鈣尾部增濕煙氣脫硫技術(shù)爐內(nèi)噴鈣脫硫技術(shù)

13、由兩步固硫反應(yīng)組成 ,首先將石灰石粉料噴入爐膛熱煙氣中 , 石灰石熱解后生成的氧化鈣與煙氣中的二氧化硫發(fā)生反應(yīng) ,脫除一部分二氧化硫 ,然 后煙氣進入鍋爐尾部的活化反應(yīng)器 ,通過有序的噴水增濕 ,一部分尚未反應(yīng)的氧化鈣 轉(zhuǎn)變?yōu)橛休^高脫硫活性的氫氧化鈣 ,繼續(xù)與煙氣中二氧化硫發(fā)生反應(yīng)從而完成脫硫 的全過程。（5 簡易石灰石 石膏法煙氣脫硫技術(shù)我國的燃煤煙氣脫硫技術(shù)尚處在引進、研究和開發(fā)階段 ,而且不同的脫硫工藝 技術(shù),其設(shè)備投資、運行費用、技術(shù)性能和經(jīng)濟性均有很大差異。雖然我國已對國 際上現(xiàn)有煙氣脫硫技術(shù)的一些主要類型引進、消化、研究和開發(fā),但還僅僅處在探索和示范階段 ,目前還難以形成規(guī)模生產(chǎn)和

14、應(yīng)用的能力 ,其設(shè)備投資和運行費用 ,雖因 脫硫工藝技術(shù)的不同而有差異 ,但總體上說投資和運行費用還較大 ,每脫除一噸二氧 化硫的運行成本濕法為 1100元左右 ,干法/半干法在 800元左右 ,從經(jīng)濟承受能力來 衡量 ,不容易很快為企業(yè)接受 ,尤其對工業(yè)鍋爐的用戶存在著煙氣脫硫工藝技術(shù)的管 理及技術(shù)要求與操作人員素質(zhì)和管理水平不相適應(yīng)的矛盾 ,更難以為企業(yè)所接受。3 我國工業(yè)鍋爐濕式脫硫除塵技術(shù)的現(xiàn)狀3.1 濕式脫硫除塵器在工業(yè)鍋爐上的應(yīng)用范圍在不斷擴大由于傳統(tǒng)的濕式除塵器具有結(jié)構(gòu)簡單 ,對煙塵的捕集效率高且穩(wěn)定 ,比其他高效 除塵器靜電除塵器、布袋除塵器的投資和運行費用低 ,并對有害氣體有

15、一定的凈化 作用等優(yōu)點 ,而為較多工業(yè)鍋爐用戶選用 ,濕式除塵器在工業(yè)鍋爐上的應(yīng)用正在逐步 擴大。濕式除塵器之所以能在6t/h以上工業(yè)鍋爐上得到較為普遍的應(yīng)用，主要是因為： 第一,凡是采用濕式除塵器的工業(yè)鍋爐除塵效果相當顯著,絕大多數(shù)鍋爐的煙塵排放濃度可以達到一類地區(qū)（100mg/Nm3和二類地區(qū)（250mg/Nm3的排放標準，其周圍環(huán) 境均不會因煙塵污染而受到影響。其次 ,濕式除塵器對細顆粒的捕集十分有效 ,一般 旋風除塵器的分割粒徑d C50在515微米之間，而濕式除塵器的分割粒徑d C50的 范圍可在 15微米之間 ,因此,對于煙塵濃度大 ,細顆粒多的拋煤機爐、煤粉爐和沸騰 爐,在配用濕

16、式除塵器或者對沸騰爐和煤粉爐在前置一級中效旋風除塵器后可以達 到二類地區(qū)的排放標準。第三 ,濕式除塵354355 器具有一定的脫硫作用。由于水是一種極好的溶劑 ,當文丘里離心水膜除塵 器在使用清水介質(zhì)時 ,也可有 10 %左右的脫硫效率 ,在使用堿性水時脫硫效率還會提 高。3.2 在用典型濕式脫硫除塵器的結(jié)構(gòu)簡介在用濕式脫硫除塵器的品種繁多 ,結(jié)構(gòu)也不盡相同 ,但從其脫硫除塵原理 (即水與 含塵氣流的接觸方式分 ,大致有三種形式。l 噴淋水滴。利用機械噴霧或其他方式 , 使水形成大小不同的水滴 , 分散于含塵 氣流中 ,與氣流中的塵粒相互碰撞凝聚 ,在捕集塵粒的同時 ,水中的堿性物質(zhì)與氣體中

17、的二氧化硫發(fā)生化學反應(yīng) ,脫去二氧化硫。該技術(shù)主要使用與蒸發(fā)量 <10t/h 燃煤層 燃鍋爐的脫硫除塵。l 離心水膜。利用水進入脫硫除塵器后 , 在其內(nèi)表面形成一層水膜和進入裝置內(nèi) 氣流中塵粒受慣性和離心力的作用撞擊到水膜中 ,而完成脫硫除塵過程。該技術(shù)主 要實用于蒸發(fā)量>iot/h然煤層燃鍋爐。l 氣泡。當脫硫除塵器的某個部位形成一定厚度的水層時 , 當含塵氣流穿過或撞 擊水層時 ,由于受氣流速度 ,水的表面張力等因素的影響 ,將產(chǎn)生大小不等的氣泡 ,同時 在氣泡形成和自行破裂的過程中 ,將塵粒和二氧化硫除去。該技術(shù)脫硫效果好 ,適用 于燃煤層燃鍋爐。(1 文丘里離心水膜脫硫除塵

18、器。它是由文丘里管與水膜除塵器兩部分組成。 含塵氣體進入文丘里管 ,在收縮段喉管處的氣體流速達 5o7om/s 。在接近喉管處噴 入水 ,在水滴被高速氣流迅速破碎的過程中 ,塵粒與細水滴開始有效碰撞、凝聚 ,進藐 *幽1皿劑幡J煙道截面逐漸擴大，氣流減速，使塵粒與水滴再次碰撞，凝聚而形成灰水塵器后形 成旋轉(zhuǎn)氣流，灰水滴受離心力的作用撞擊由溢流槽流入筒體內(nèi)壁水形成的水膜而被 捕集。該技術(shù)脫硫除塵效率較高，可用于蒸發(fā)量iot/h然煤層燃鍋爐。(2自激式脫硫除塵器。當含塵氣體進入脫硫除塵器后，氣流沖擊水面產(chǎn)生大量的水滴和水霧，并充滿進 氣室空間后，煙氣中的部分二氧化硫氣體和塵粒與水滴和水霧發(fā)生碰撞、

19、凝聚和吸 收從而被除去。然后煙氣被迫通過由上、下葉片組成的“S型通道，此通道的下部浸沒在水里，當較高氣流速度的煙氣穿過液面細微塵粒。凈化后的煙氣經(jīng)(3噴淋式脫硫除塵器。它是濕式脫硫除塵器結(jié)構(gòu)最簡單的一種。由于除塵效率低，一般不單獨使用，大多作為多管旋風除塵器后的第二級脫硫除塵器。3.3在用濕式脫硫除塵器的用水據(jù)調(diào)查濕式脫硫除塵器的用水主要有以下幾種：新水、工業(yè)廢水、鍋爐自身排 污水以及除塵灰水回用等。目前國內(nèi)工業(yè)鍋爐濕式脫硫除塵器上使用新水 (井水、 自來水等的占絕大多數(shù)，脫硫除塵后的灰水直接或經(jīng)沉淀后排放到城市下水道或天然水體.排放的水質(zhì)一般呈酸性，固體懸浮物較多，部分有害物質(zhì)如硫化物，氟等也部分溶于水 中,盡管此種用水方式流程簡單，但耗水量大，而當除塵灰水一接觸大氣后，溶解在水 中的硫化物會釋放出來，加上酸性水的直接排放，造成一定程度的污染轉(zhuǎn)移，并產(chǎn)生設(shè) 備管道的腐蝕和堵塞.采用工業(yè)廢水作為濕式脫硫除塵設(shè)備的用水，這是一種以廢治 廢，綜合利用的好辦法，但這樣做的單位為數(shù)不多.由于工業(yè)廢水的情況較為復雜，有 的可直接利用，有的要經(jīng)過一級或多級處理后方可使用.利用鍋爐自身的排污水和鍋 爐房的沖渣水作為鍋爐脫硫除塵用水，這是一種值得提倡的以廢治廢的技術(shù)方法，例 如首都鋼鐵公司特種鋼廠將鍋爐房的所有廢水，包括鍋爐排污水,沖渣水，水處理裝置的反饋水 ,風機軸承的冷卻水 ,一