西山煤电股份公司矸石电厂,于1995年元月投产发电,总装机容量12 MW,年产量7 200万kW h,燃用西山煤电股份有限公司太原选煤厂洗选的矸石做为燃料,担负供热、发电的双重任务。由于脱硫工艺、除尘系统落后已不能满足国家及地方政府环保指标的 要求, 2007年5月矸石电厂进行了供热环保改造工程。拆除原来的三套麻石水膜除尘及一体化脱硫装置,采用预除尘+半干法脱硫+布袋除尘工艺等先进的自动控制技 术,满足锅炉烟气中烟尘、 SO2、NOx 排放标准的要求,并将灰、渣用机械输送到封闭的灰库、渣仓,集中外运,实现经济效益和环境效益最大化,以适应环保要求。
1 循环流化床半干法脱硫工艺流程
矸石电厂循环流化床半干法脱硫系统包括: 预除尘器(采用电除尘,型号为ISC15 - 1 3. 7 10) 、消石灰仓、脱硫塔、脱硫灰再循环系统、气力吹灰系统、喷水系统、脱硫后除尘器(采用布袋除尘,型号为XQ - LCDM /40)及DCS仪表控制系统等。工艺流程,见图1。
从锅炉出来的烟气首先进入预除尘器即电除尘器,电除尘的主要作用是把烟气中的大多数飞灰除掉,其目的还有以下几个方面: ①防止下游设备因为飞灰带来的磨损; ②降低废物处理的体积。矸石电厂所用的ISC15 - 1 3. 7 10型电除尘,除尘效率可达85%。
脱硫塔入口处的布风装置是为了使预除尘后的烟气能分布均匀进入,脱硫塔内部配置有7个文丘里管,可以使烟气气流加速,从而在文丘里管上部形成吸收反应区: 一个悬浮的物料床层即所谓的流化床。矸石电厂使用的脱硫剂为消石灰。消石灰从文丘里管的上部加入到脱硫塔内,与烟气在吸收反应区充分混合,文丘里出口的高 速气流作用使这种混合更加充分,更加激烈。另一方面雾化状态的冷却水从文丘里出口扩管段喷入脱硫塔内,在高温烟气作用下充分的蒸发,保证了进入脱硫除尘器 中的灰具有良好的流动性,避免了可能出现的循环灰粘壁现象。另外喷入水雾的目的还有: ①使烟气温度迅速降至脱硫反应的最佳温度(70～80 ℃) ; ②为消石灰和烟气中的SO2 发生化学反应提供条件。在消石灰与烟气充分混合、相互激烈碰撞的过程中,烟气中的SO2、SO3、HCl、HF等有害气体通过化学反应得以脱除。
烟气和消石灰颗粒在充分混合与反应中共同上升,比较小的粉尘随烟气被带出脱硫塔,大一些的在自重作用下重新返回脱硫塔中,继续参加脱硫反应, 这部分烟气产生回流,形成特别强大的内部湍流,从而增加了烟气与消石灰的接触时间,使脱硫过程得到了极大的改善,提高了吸收剂的利用率和脱硫效率。当然还 有极少部分没有分解的烟尘中的大颗粒直接落入脱硫塔底部的储灰斗中排出。同时脱硫塔顶部的烟气回流装置又进一步强化了烟气中固体颗粒物的返回运动,再次提 高了脱硫塔内的固体浓度, 使得Ca /S比例达到最佳,极大的强化了烟气与消石灰间的传质、传热反应,减少了消石灰的用量。
经过反应处理的烟气从脱硫塔出来后直接进入后除尘器即布袋除尘器中,这部分被布袋除尘器收集的烟气中包括未反应完的消石灰、反应生成的产物、没有分解干净 的烟尘等,其中绝大部分通过空气斜槽重新返回到脱硫塔内,再次参与脱硫反应。剩余部分进入储灰仓,借助气力输送系统排到灰渣仓。
这样烟气多次在脱硫塔和除尘器之间往复循环,增加了吸收剂与烟气的接触几率,延长了塔内反应时间,消石灰的作用得以充分发挥,节省用量的同时,脱硫效率得以提高。
2 烟气脱硫的化学反应
烟气和Ca (OH) 2 (消石灰)在混合与湍动的过程中发生化学反应,主要方程式如下:
Ca (OH) 2 + SO2 CaSO3 1 2 H2O Ca (OH) 2 + SO3 +H2OCaSO4 2H2O Ca (OH) 2 + 2HClCaCl2 + 2H2O Ca (OH) 2 + 2HFCaF2 + 2H2O Ca (OH) 2 + SO2 + 1 2 O2 CaSO4 +H2O Ca (OH) 2 +CO2 CaCO3 +H2O
3 循环流化床烟气脱硫除尘系统的控制
主要通过三个相互独立,互不影响的控制回路实现: ①脱硫剂(消石灰)给料量控制。根据脱硫塔进口SO2 浓度预先设定脱硫剂的给料量,再根据脱硫塔出口SO2 浓度来微调脱硫剂的给料量,以确保 SO2 的排放达标。②循环灰量控制。循环流化床内的固/气比或固体颗粒浓度是保证其良好运行的重要参数。沿床高度的固/气比可以通过沿床高度底部和顶部的压差 △p来表示。循环倍率越高、固/气比越大,即固体颗粒浓度越大, 脱硫效率越高, 但床的压力损失也越大。根据床底部和顶部的压差△p 来控制反应器进口的回灰量,将△p控制在一定范围内,从而保证床内必需的固/气比,使反应器始终处于良好的运行工况。△p的最大值受制于锅炉引风机的风压 和运行经济性的考虑。③脱硫塔出口烟温控制。根据脱硫塔进口烟温预先设定喷水量,再根据脱硫塔出口的烟气温度来微调脱硫塔喷水量,确保水分在吸收塔内能够 充分蒸发、反应器内的温度处于最佳值。对于脱硫反应,温度越低,脱硫效率越高,但是必须高于烟气的露点( 15～20 ℃以上) ,以免出现冷凝腐蚀。
4 结语
2007年10 月矸石电厂环保改造工程结束,循环流化床半干法脱硫系统正式投产使用。通过9个多月的运行和监测证明, 电厂的除尘效率达到 99. 96% ,烟尘排放浓度小于50 mg/m3 ;脱硫效率达到90. 6% ,排放浓度小于400 mg/m3 ;现场观察看不到任何烟气从烟囱冒出,林格曼黑度及废气排放指标均小于太原市锅炉烟气排放最低标准,实现了环保效益和社会效益的双丰收。
