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DCL型固硫技術(shù)在大型高壓煤粉鍋爐的應(yīng)用

http://njchuangji.com 2015年09月19日        

   摘   要:通過對固硫劑輸送、噴射設(shè)施的優(yōu)化及不同Ca/S摩爾比、不同噴射方式下鍋爐SO2的削減量,證實了DCL型燃煤固硫劑是一種投資少、占地小、效率高的新技術(shù),可在220t/h高壓煤粉鍋爐使用。 
       關(guān)鍵詞:固硫劑;輸送、噴射裝置;二氧化硫;削減量 
       DCL型燃煤固硫劑脫硫技術(shù)是國家環(huán)??偩窒逻_給中科院的“九五”攻關(guān)項目,已通過國家科委的成果鑒定,并于1999年9月在鞍鋼第一發(fā)電廠130t/h鍋爐上進行了工業(yè)試驗運行并取得成功,Ca/S摩爾比在2.0~2.5時,SO2的排放削減量穩(wěn)定在59%~66%之間。中國石化集團廣州石油化工總廠與廣州市粵首實業(yè)有限公司合作在廣州石化總廠自備熱電站4#鍋爐(WGZ220/100-13型高壓、單汽包、自然循環(huán)、固態(tài)排渣煤粉爐)進行DCL型固硫劑示范工程,從固硫劑儲存、輸送、噴射工藝上采取了先進技術(shù),在試運行中取得較好效果,達到成果鑒定的SO2排放削減率。在燃煤含硫量為0.8%,Ca/S為2.0和2.5時,SO2排放削減率分別達到了57.9%和65.5%。 
       一、固硫技術(shù)基本原理 
       煤按不同的含硫量稱為低、中、高硫煤。硫在煤中以無機硫(單質(zhì)硫、硫酸鹽),有機硫(硫醇、硫鍵、雜環(huán)硫)等不同形態(tài)存在,在燃燒過程中生成硫氧化物SOx。SOx排入大氣經(jīng)光化學(xué)反應(yīng),形成硫酸霧,進而形成酸雨,嚴重危害生態(tài)環(huán)境。
固硫技術(shù)是指在鍋爐燃燒過程的一定溫度區(qū)域中加入固硫劑脫硫的方法,使燃燒過程中產(chǎn)生的SOx立即轉(zhuǎn)化為MeSOx,固定在爐渣及煤灰中,而不排入大氣環(huán)境,其原理為:
SO2+MeO+1/20 → MeSO4 
       但此反應(yīng)式?jīng)]有表達反應(yīng)的復(fù)雜機理和各種條件因素??扇剂蛉紵笊蒘Ox,當鍋爐過剩空氣系數(shù)=2、燃燒室出口溫度=1100℃時,絕大部分是SO2,SO3僅為3%~5%,隨過剩空氣和燃燒室出口溫度加大而增加。如果用CaO來吸收SO2,吸收率是非常低的。生成的CaSO3在過??諝鉃?%~3%時,也只有少部分CaSO3被氧化成穩(wěn)定的CaSO4,大部分又被分解為CaO與SO2。而CaO吸收SO3的的效果要好得多,其吸收率取決于CaO的活性(比表面及活化中心),如在CaO中加入一定量的催化劑進行活化處理,CaO對SO3的吸收率則大大提高了。 
       DCL型固硫劑正是運用這個原理在MeO中加一定量的助劑,將催化的概念引入固硫,通過提高固硫劑的吸附表面及活性,同時將SO2轉(zhuǎn)化為SO3,或使CaSO3轉(zhuǎn)化為CaSO4,從而使Ca O固硫率大大提高,DCL型固硫劑不同于傳統(tǒng)的固硫劑摻加到原煤中,而是噴到鍋爐燃燒中心上部,固硫劑直接與煙氣中的SOx反應(yīng),對燃燒沒有造成不良影響,對鍋爐效率影響甚微。 
       二、DCL型固硫劑爐內(nèi)噴射基本工藝 
       按照DCL型固硫劑的技術(shù)要求,與煙氣最佳反應(yīng)溫度為950℃~1050℃。固硫劑噴嘴的位置確定在23.1m前墻看火孔處,該處處于鍋爐轉(zhuǎn)向室之前,屏式過熱器煙氣入口中心點下3m處,在鍋爐負荷170t/h時,利用阿吉瑪紅外線熱像測得該處溫度為1045℃~1075℃,這樣完全不用對鍋爐進行改造。
DCL固硫劑物理性能: 
       堆密度:1.00~1.15t/m3細度:≤200目 
       外觀:灰色粉狀物 含水量:≤5% 
       根據(jù)固硫劑容易受潮和粘附力較強的特性,我們在考慮工藝系統(tǒng)設(shè)計時,盡量簡化系統(tǒng)、優(yōu)化工藝,并在整個系統(tǒng)中考慮到不發(fā)生二次污染,而且要有一定自控程度。整個工藝流程見圖1。


圖1 DCL型固硫劑輸送噴射工藝流程

       如圖1所示,100m3儲罐為鋼結(jié)構(gòu)儲料倉,儲料倉根據(jù)DCL型固硫劑物理特性設(shè)置自動加熱的空氣流化設(shè)施,高低料位采用美國DE公司產(chǎn)品。罐頂設(shè)置布袋除塵器,用于處理散裝車輛料進罐的動力氣源。發(fā)送器輸送能力為6~8t/h,氣灰度為1:39。22層小料倉為2m3×2,同樣設(shè)置美國DE公司料位計、加熱板、布袋除塵器。噴射部分包括了羅茨風(fēng)機、螺旋給料機(帶變頻調(diào)速)、噴嘴。發(fā)送系統(tǒng)采用了PLC程控:小料倉料位低→發(fā)送器啟動→輸送固硫劑往上料倉→上料倉料位高→發(fā)送器停運→吹掃輸送系統(tǒng)。整個系統(tǒng)占地在50m2左右,并包括預(yù)留第二臺爐位置。 
       為了保證噴嘴不會堵塞,設(shè)置羅茨機任何一種狀況下停機均聯(lián)跳對應(yīng)給料機。羅茨風(fēng)機停運、系統(tǒng)設(shè)置在程控狀態(tài)下,給料機不能啟動。其它參數(shù)均能在表盤顯示,給料機可人工任意調(diào)整轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)給料量。
固硫劑噴嘴從鍋爐標高23.1m處下兩個手孔插入,噴嘴采用耐熱合金鋼鑄造,內(nèi)管鋼材為1Gr18Ni9Ti。助推風(fēng)利用鍋爐熱風(fēng)道送來的熱風(fēng),氣料比為<3kg/m3。為保證固硫劑能在爐內(nèi)迅速均勻擴散,噴嘴在出廠前進行了冷態(tài)試驗,保證足夠的旋流強度,使物料離開噴嘴迅速擴散并形成一個回流區(qū),保證固硫劑均勻擴散。系統(tǒng)中采用了不少外國先進專利技術(shù),整個系統(tǒng)耗能見表1和表2。


       表1輸送噴射設(shè)備電耗表


       表2輸送噴射設(shè)備氣耗表


       三、固硫劑在鍋爐應(yīng)用的幾個關(guān)鍵問題 
       1、固硫劑噴入爐內(nèi)區(qū)域選擇 實驗室高溫固硫表明,溫度對固硫效率是相當重要的,當溫度超過1200℃時SO2重新釋放出來,固硫率接近于零。這是因為:SO2通過覆蓋在CaSO4表面的保護層的擴散速度隨著溫度的升高而增大;另一種原因可能是在當固硫劑里面的催化劑失效時,SO2與MeO生成的MeSO3又分解為SO2和MeO。從4#爐試驗結(jié)果來看,第二種可能更大一些。 
       4#爐第一次試驗,噴嘴裝在20.8m處,噴入?yún)^(qū)域溫度高于1200℃,數(shù)據(jù)顯示出口煙氣中的SO2較未噴固硫劑時煙氣中的SO2還高出5%~10%。當噴嘴裝到23.1m時,(測得溫度均為1045℃)固硫效率明顯提高。 
       2、選擇合適的鈣硫比 不同的固硫劑添加量有不同的固硫效果,取決于原煤含硫量、燃煤用量,它可通過鈣硫摩爾比來求得: 
       M=A×B×X/0.27 
       式中:M--固硫劑噴入量t/h 
       A--鍋爐每小時耗煤量t/h 
       B--煤中含硫量% 
       X--Ca/S摩爾比 
       假設(shè)220t/h鍋爐燃煤量為28t/h,煤中含硫量為0.8%,要求Ca/S摩爾比為2時,則固硫劑噴入量為:
M=28×0.8%×2/0.27=1.66t/h 
       設(shè)定不同的Ca/S摩爾比取決于本爐在哪一種固硫劑噴入量取得最佳固硫效果,它要考慮到安全、經(jīng)濟,對削減SO2排放量的要求等,經(jīng)優(yōu)化方式來決定。廣石化220t/h鍋爐在應(yīng)用試運Ca/S摩爾比在2和2.5時,由廣州市環(huán)境保護科學(xué)研究所測得的SO2削減率,見表3。


       表3DCL型燃煤固硫劑固硫效果監(jiān)測結(jié)果 
 
       注:廣州市環(huán)境保護科學(xué)研究所監(jiān)測

       需要說明的是,固硫劑噴入爐內(nèi)后,最終與粉煤灰一起被電除塵捕捉。不能無限度的提高Ca/S摩爾比,否則,電除塵前煙塵濃度增大后,影響電除塵正常運行。在電除塵滿負荷運行狀態(tài)下,電除塵出口煙塵排放濃度依然超標。根據(jù)4#爐投入固硫劑后對電除塵前后煙塵濃度和除塵效率檢測結(jié)果表明,當Ca/S摩爾比在2.5以下時,除塵效率和出口煙塵濃度變化不大。 
       3、噴嘴助推風(fēng)對脫硫效率的影響 
       由于各種鍋爐結(jié)構(gòu)不同,設(shè)計煤種和實際用的煤種不一樣,鍋爐的溫度場分布不一樣,廣石化4#爐最后確定的固硫劑噴入位置為23.1m處,該處爐內(nèi)結(jié)構(gòu)見圖2。


 
圖2 固硫劑噴嘴位置

       當噴嘴二次風(fēng)速過高時,SO2排放量曾出現(xiàn)過削減率不到35%,當調(diào)整了二次風(fēng)開度,降低了風(fēng)速,SO2削減率即上升到55%以上。在不同鍋爐應(yīng)用時,噴嘴的助推風(fēng)(二次風(fēng))的風(fēng)速的調(diào)整是相當重要的。 
       四、脫硫成本分析 
       目前供應(yīng)商提供的固硫劑為200元一噸,根據(jù)Ca/S摩爾比在2.0和2.5時的SO2削減率,按廣石化動力事業(yè)部4#鍋爐試驗時的原煤含硫量和耗煤量理論測算,當Ca/S摩爾比在2.0時,削減每噸SO2固硫劑成本為1509元;當Ca/S摩爾比在2.5時,固硫劑成本為1687元,每kW·h發(fā)電成本約增加0.006元~0.008元。SO2排放環(huán)境造成的損失遠遠大于此數(shù),也大大低于國外脫硫設(shè)施削減一噸SO2的成本。 
       DCL型燃煤固硫劑技術(shù),具有投資少、占地小、效率高、運行費用低等優(yōu)點,對鍋爐運行安全可靠性影響甚微,非常適合我國國情。DCL型固硫劑固硫技術(shù),對新建企業(yè)鍋爐的環(huán)保“三同時”,對現(xiàn)有企業(yè)的改擴建、削減企業(yè)的SO2排放總量,是一個可行的高新技術(shù)

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