NID脫硫工藝在沈陽熱電廠3#爐煙氣脫硫工程中的應用
根據國家關于酸雨控制區和二氧化硫污染控制區的劃分,沈陽市屬于二氧化硫污染控制區內,而沈陽熱電廠位于沈陽市城區,治理和控制沈陽熱電廠煙氣中的二氧化硫排放,對改善沈陽市的環境空氣質量有非常大的作用。沈陽熱電廠3#爐煙氣脫硫工程采用投資低、占用空間小、脫硫效率高的循環半干法的脫硫工藝,并將成為東北地區中小型燃煤熱電廠煙氣脫硫改造的示范工程。
一、工程概況
根據沈陽熱電廠3#爐實際運行工況,確定了合適的脫硫工藝參數,具體參數如下:
鍋爐最大耗煤量 31t/h
煤種含硫量 1.1%
反應器進口煙氣量 490000m3/h
反應器進口煙氣溫度 160℃
反應器進口含SO2量 2000mg/Nm3
反應器進口含塵濃度 23000mg/Nm3
反應器進口煙氣含濕量 8%
反應器出口煙氣量 441000m3/h
反應器出口煙氣溫度 68~72℃
反應器進口含SO2量 ≤300mg/Nm3
排煙含濕量 12%
電除塵出口煙氣含塵濃度 ≤91mg/Nm3
鈣硫比Ca/S 1.25%~1.30
脫硫效率 ≥85%
二、脫硫劑的選用
本工程所需要的脫硫劑采用符合NID工藝要求的成品生石灰。石灰粉要求其品質為純度(CaO含量)≥85%,粒晶小于1mm。
三、NID脫硫工藝原理
NID技術是瑞典的ALSTONM公司開發的新穎的脫硫技術,它借鑒了Drypac工藝的脫硫原理,克服了半干法使用制漿系統的種種弊端,開發出的NID技術既具有干法的廉介、簡單等優點,又有濕法的高脫硫效率,NID工藝的原理為利用生石灰粉CaO或熟石灰粉Ca(OH)2吸收煙氣中的SO2,反應式為:
CaO+H2O→Ca(OH)2
Ca(OH)2+ SO2→CaSO3·1/2H2O + 1/2H2O
CaSO3·1/2H2O+1/2H2O+1/2O2→CaSO4·2H2O
鍋爐尾部排放的煙氣從底部直接進入NID脫硫反應塔,儲存于高位料倉中的脫硫劑生石灰粉通過加水消化成Ca(OH)2,然后與電除塵下來的大量循環灰混合,進一步加水增濕,使混合物料的水分約達5%,進入NID的直煙道的反應器中與鍋爐排放的煙氣均勻混合。由于大量的循環灰進入反應煙道,使混合物料有極大的蒸發表面,水分蒸發很快,在極短的時間內使煙氣溫度從160℃下降至72℃左右,煙氣相對濕度很快增加到40%~50%,這是較好的脫硫工況:一方面有利于SO2分子溶解并離子化,另一方面使脫硫劑表面的液膜迅速變薄,利于SO2的傳質擴散,同時由于大量的循環灰,未反應的Ca(OH)2進一步參與循環脫硫,所以反應器中Ca(OH)2的濃度很高,反應器中的有效Ca/S比很大,且加水消化制得的新鮮Ca(OH)2具有很高的活性,這樣可以彌補反應時間上的不足,能保證在1s左右的時間內脫硫效率確保大于80%,從而使SO2與Ca(OH)2迅速反應,達到脫硫的目的。另外,由于脫硫劑是不斷循環的,脫硫劑的有效利用率高達95%以上。
反應產物及未反應的Ca(OH)2與飛灰隨煙氣進入電除塵器前的機械式預除塵裝置,被除去50%的煙塵后進入四電場電除塵器中;機械式預除塵裝置收集的反應產物及未反應的Ca(OH)2與飛灰一起直接落入硫化底倉內,煙氣中大部分被電除塵器捕捉下來的反應產物及未反應的Ca(OH)2與飛灰一起,通過一、二電場下部的船型硫化斜槽送入預除塵裝置下部的硫化底倉內,作為再循環灰進入消化增濕器進行循環使用;多余部分可通過硫化倉下設置的小倉泵送入廠區氣力輸灰總管;三、四電場收集下來的飛灰也由各灰斗下設置的倉泵直接送入廠區氣力輸灰總管。經脫硫、除塵后的煙氣由引風機送入現有210m的高煙囪,與其他鍋爐的凈化煙氣混合排入大氣。
四、改造后的3#爐及全廠煙氣污染物排放量及影響
改造后熱電廠大氣污染物實際排放量與國家允許標準比較見圖25。
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圖25 |
經本工程煙氣改造后,3#爐煙氣污染的SO2和煙塵的排放量、排放濃度均大大小于國家排放標準的要求,而且使得全廠SO2的排放量、排放濃度也控制在國家標準允許范圍內(全廠為1143mg/Nm3,其中3#爐為256mg/Nm3)。3#4#爐電除塵經改造后的效率提高,所以煙塵排放濃度大大低于排放標準。因此,包含1#2#爐的全廠總的煙塵排放濃度經計算為267mg/Nm,滿足了GB13223—1996國家標準允許排放量(Ⅱ時段)應小于300mg/Nm3的標準。
根據沈陽市氣象站統計資料,穩定度出現的頻率各季及全年均以D類出現頻率最高,F次之,E類出現的頻率也較多。按C、D、E、F級向不穩定方向提一級即B、C、D、E級進行。
改造工程實施后,在比較不利條件下(B、C類),煙塵和SO2最大一次濃度出現在煙囪下風向的3.16~6.768km處,對城區有一定影響,但煙塵最大一次濃度為:0.02186mg/Nm3,SO2最大一次
濃度為: 0. 0797mg/Nm3,分別只占國標(GB3095—1996)大氣環境質量二級標準(煙氣0.30mg/Nm3, SO2:0.50mg/Nm3)的7.28%和15.95%,故對城區影響很小。在出現頻率較大的D、E類穩定度下,最大一次濃度出現在煙囪風向40~100km開外的地方,對城區已基本無影響。
五、結論
(1)應用于沈陽熱電廠的NID脫硫工藝,脫硫效率、粉塵排放都是成功的;采用集中控制方式PLC閉環控制系統和煙氣監測排放系統,自動化程度高且穩定可靠。
(2)脫硫煤灰渣的水分量小于2%,適宜用氣力輸送。
(3)經過合理的選型和選用先進的級配方式和控制電源等,運行及測試表明:電除塵器用于以收集高濃度的脫硫粉塵是沒有問題的,能達到連續排放20~60mg/Nm3。
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