淺談 FCL氨法脫硫技術在小型燃煤鍋爐煙氣脫硫中的應用
目前 ,我國大型燃煤機組的脫硫裝置基本上都是引進國外的技術和設備 ,并以石灰石 — 石膏法為主。但對于小型燃煤機組而言 ,由于石灰石— 石膏法占地面積大、 投資大、 運行費用高、 副產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、 投資相對較小、 副產硫酸銨可作為肥料銷售、 運行費用低、 可同時脫氮等特點 ,適合在小型燃煤機組中推廣。
1 工程概況
太倉保利協鑫熱電有限公司現有 3臺抽凝式發電機組 ,裝機容量為 45MW,配備有 2臺 75 t /h、 1臺 90 t /h煤粉爐、 1臺 150 t /h煤粉爐。保利協鑫熱電公司于 2006年開始實施煙氣脫硫技改工程 ,并于 20072 012 25一次性通過環保驗收。本工程設計煤種硫分為 0 . 7% ,校核煤種硫分為 1 . 0% ,電除塵器出口 SO2 質量濃度不超過 1 500mg/m3 ,粉塵質量濃度不超過 400mg/m3 。
2 工藝原理
FCL氨法脫硫是用氨水洗滌含 S O2 的廢氣 ,形成 (NH4 ) 2 SO3—NH4HSO3—H2O 的吸收液體系。 (NH4 ) 2 S O3是氨法中的主要吸收劑 ,對 SO2具有很好的吸收能力 ,其反應如下:
SO2 + 2NH3 +H2O ——(NH4 ) 2 SO3
SO2 + (NH4 ) 2 SO3 +H2O ——2NH4HSO3
NH3 +NH4HSO3—— (NH4 ) 2 S O3
在脫硫塔底部氧化池內 , (NH4 ) 2 SO3 被鼓入的氧化空氣氧化成硫酸銨:
2 (NH4 ) 2 SO3 +O2 ——2 (NH4 ) 2 SO4
3 工藝流程
FCL氨法脫硫工藝流程主要分為預洗滌、 SO2 吸收、 亞硫酸銨氧化和蒸發結晶等工序。脫硫系統主要由煙氣系統、 濃縮塔濃縮系統、 脫硫塔吸收系統、 回收系統、 供氨系統、 煙氣在線監測系統、 電氣及 DCS控制系統等組成 。
3 . 1 煙氣系統
太倉保利協鑫熱電公司實施脫硫技改的 4臺鍋爐中 , 1、 2號爐出口煙氣進入 1號脫硫系統 ,凈煙氣經 1、 2號爐煙道排入煙囪; 3號爐煙氣分別或同時送入 1號或 2號脫硫系統; 4號爐煙氣進入 2號脫硫系統 ,凈煙氣經 3、 4號爐煙道排入煙囪 (磚煙道經耐酸混凝土防腐處理 )。
3 . 2 濃縮系統
煙氣進入冷卻濃縮塔 ,與同向噴淋的濃縮液接觸后 ,煙溫降至 60℃ 左右 ,然后進入脫硫塔 ,濃縮液經煙氣加熱蒸發后得以濃縮。當濃縮液密度達到 1 240 kg/m3 左右時 ,由取出液泵抽至硫酸銨回收系統。濃縮塔和脫硫塔之間設有連通管道 ,可自動平衡濃縮塔液位 ,無需人工調節。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
脫硫塔吸收系統共設置 3臺漿液循環泵 ,塔內設 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、 第三噴淋層起到進一步脫硫和防止氨逃逸的作用。在噴淋層的上部設有一層工藝水噴淋 ,主要作用是保持塔內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。煙氣進入脫硫塔后自下向上流動 ,首先與第一噴淋層的脫硫液反應。
在脫硫塔出口處設置兩級除霧器 ,阻力降低于 200 Pa,并設有自動清洗系統。除霧器系統的煙氣水分設計值為低于 75mg/m3 (本文煙氣量均為標準狀態值 )。除霧器沖洗周期為每 8 h沖洗 1min。吸收系統按吸收與氧化一體化設計 (亞硫酸銨質量分數控制在 20%左右 ) ,氧化空氣由 2臺羅茨風機提供。氧化空氣經設置在脫硫塔底部的曝氣器鼓出 ,細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
來自脫硫取出液泵的硫酸銨濃縮液 ,首先進入濃縮進料槽 ,再進入蒸發結晶器。在蒸發結晶器內 , 硫酸銨料液經高溫蒸汽加熱而蒸發 ,產生的蒸汽經真空系統噴淋冷卻成水后進入脫硫塔循環使用。由于蒸發器為負壓運行 ,硫酸銨料液在低于沸點條件下蒸發 ,大大降低了蒸汽的耗用量 ,而蒸汽凝結的疏水則全部回收至疏水箱重復利用。當料液含固量達到一定程度時 ,將料液放入濃漿槽 ,再由濃漿泵打入冷卻結晶槽 ,料液的熱量由循環冷卻水系統帶走。晶體完全析出后 ,再用離心機甩干成為水分小于 415%的硫酸銨。在布置回收系統管線時 ,應盡量減少彎頭數量 ,同時在蒸發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、 水進行沖洗 ,保證管線的通暢。
3 . 5 供氨系統
供氨泵將 10% ～20%的氨水打入脫硫循環泵出口管中 ,經靜態混合器混合均勻后進入第一噴淋層。加氨流量由供氨泵變頻控制。由于氨水極易揮發 ,對于卸氨過程中揮發出來的氨氣 ,采取了將其導入脫硫塔的措施 ,避免了氨氣的浪費和環境污染。
3 . 6 在線監測系統
脫硫塔進、 出口煙道上分別安裝了二氧化硫分析儀 ,用以監測原煙氣和凈煙氣中的二氧化硫 ,在線監控脫硫效率和 SO2 排放濃度;在脫硫塔進口的原煙氣管道安裝煙塵儀在線監測煙塵;在脫硫塔出口凈煙氣管道上用 NOx 分析儀在線監測 NOx 排放濃度。系統按要求自動生成日報和月報 ,并以出口煙氣 SO2濃度為參考指標來調節和控制加氨量。
3 . 7 控制系統
本工程采用的 DCS控制系統 ,自動化控制率為 95%;通過 DCS系統集中控制整個脫硫系統的運行 ,如實現煙道風門聯鎖、 塔內液位聯鎖、 自動加氨、蒸發結晶器加熱聯鎖、 離心機運行監控等 ,為脫硫系統的安全穩定運行提供了保障。
4 主要技術指標
太倉保利協鑫熱電公司 1號、 2號脫硫系統 168 h運行的主要技術指標詳見表 1。 1號脫硫系統在測試期間負荷波動大 ,工況不穩定 ,造成其凈煙氣中游離氨超過設計值。但從 2 號脫硫系統數據可見 ,在鍋爐工況穩定的情況下 ,該指標完全可以達到設計值要求。
5 存在問題及對策
5 . 1 煙囪防腐
太倉保利協鑫熱電公司的脫硫系統未設 GGH, 脫硫后的煙氣溫度在 50～55℃ 之間 ,且處于濕飽和狀態。由于煙溫低于結露溫度 ,雖經除霧器處理 ,煙囪內壁仍產生較多的水液。水液具有一定的腐蝕性 ,長期運行 ,將會對煙囪內筒造成腐蝕。根據國內外的經驗 ,濕法脫硫后的煙囪鋼內筒防腐襯主要有三類:一是防酸腐蝕的內襯 ,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襯 ,如鈦板 ( TiCr 2 )等;三是用耐腐蝕的輕質隔熱制品粘貼 ,如泡沫玻璃等。由于煙囪內襯防腐材料既要能防止脫硫系統正常運行時濕煙氣的腐蝕 ,又要在脫硫系統故障或檢修時 ,能長時間耐 130 ～150℃ 的高溫。就以上幾種材料看 ,第二類和第三類材料能達到此要求 ,但價格太高。目前 ,電廠已加強煙囪外表面的監測 ,對比分析煙囪外表面鐵銹的流掛程度 ,準備在機組全停期間 , 對煙囪內壁作全面檢查。
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5 . 2 回收系統防堵
當硫酸銨溶液達到過飽和狀態后 ,會析出顆粒狀硫酸銨晶體 ,并極易沉積在設備或管道的底部。在太倉協鑫熱電公司脫硫系統調試期間 ,由于系統的不完善和經驗的缺乏 ,從蒸發結晶器到離心機系統的設備、 管道全面發生嚴重堵塞 ,導致整個脫硫系統無法運行。我們利用硫酸銨易溶于水的特點 ,對回收系統進行了改進和優化控制:
(1)系統改進。在安裝輸送硫酸銨過飽和溶液的管道時 ,減少了彎頭數量 ,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 ,當發生堵塞時 ,可以從不同方向對管道進行沖洗疏通; 蒸發器的下料口由蒸發循環泵入口處改至出口處, 并改用球閥控制;在冷卻結晶槽底部增加了壓縮空氣吹掃和蒸汽吹掃功能 ,改變冷卻結晶槽下料管的布置方式 ,從而降低了管道阻力。
(2)優化運行控制。通過對脫硫取出液泵流量、 蒸汽量和蒸發器放料量的動態控制,使蒸發器內料液的含固量穩定在 30%左右 ,從而解決了從蒸發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沉降結塊 ,采取了攪拌器連續運行、 保持濃漿槽低液位和濃漿泵小流量運行的方式 ,避免了從濃漿泵出口到冷卻結晶槽之間管道的堵塞;在運行控制上 ,除保持攪拌器連續運行外 ,再在冷卻結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 ,從而確保離心機可以均勻地進料。
6 結語
FCL氨法煙氣脫硫工藝技術成熟、 適用煤種廣、脫硫效率高、 運行穩定 ,且其副產物是優質的復合肥原料 ,具有一定的經濟效益,可降低脫硫系統的運行費用。對于實際運行中存在的硫酸銨回收系統堵塞問題 ,可通過對回收系統的合理改進和采取優化運行控制等措施來解決。
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