NID脫硫工藝在沈陽熱電廠3#爐煙氣脫硫工程中的應(yīng)用
根據(jù)國家關(guān)于酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)的劃分,沈陽市屬于二氧化硫污染控制區(qū)內(nèi),而沈陽熱電廠位于沈陽市城區(qū),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(huán)境空氣質(zhì)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(huán)半干法的脫硫工藝,并將成為東北地區(qū)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(jù)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(shù),具體參數(shù)如下:
鍋爐最大耗煤量 31t/h
煤種含硫量 1.1%
反應(yīng)器進口煙氣量 490000m3/h
反應(yīng)器進口煙氣溫度 160℃
反應(yīng)器進口含SO2量 2000mg/Nm3
反應(yīng)器進口含塵濃度 23000mg/Nm3
反應(yīng)器進口煙氣含濕量 8%
反應(yīng)器出口煙氣量 441000m3/h
反應(yīng)器出口煙氣溫度 68~72℃
反應(yīng)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(zhì)為純度(CaO含量)≥85%,粒晶小于1mm。
三、NID脫硫工藝原理
NID技術(shù)是瑞典的ALSTONM公司開發(fā)的新穎的脫硫技術(shù),它借鑒了Drypac工藝的脫硫原理,克服了半干法使用制漿系統(tǒng)的種種弊端,開發(fā)出的NID技術(shù)既具有干法的廉介、簡單等優(yōu)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(yīng)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(yīng)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(huán)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(yīng)器中與鍋爐排放的煙氣均勻混合。由于大量的循環(huán)灰進入反應(yīng)煙道,使混合物料有極大的蒸發(fā)表面,水分蒸發(fā)很快,在極短的時間內(nèi)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(zhì)擴散,同時由于大量的循環(huán)灰,未反應(yīng)的Ca(OH)2進一步參與循環(huán)脫硫,所以反應(yīng)器中Ca(OH)2的濃度很高,反應(yīng)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(yīng)時間上的不足,能保證在1s左右的時間內(nèi)脫硫效率確保大于80%,從而使SO2與Ca(OH)2迅速反應(yīng),達到脫硫的目的。另外,由于脫硫劑是不斷循環(huán)的,脫硫劑的有效利用率高達95%以上。
反應(yīng)產(chǎn)物及未反應(yīng)的Ca(OH)2與飛灰隨煙氣進入電除塵器前的機械式預(yù)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(yù)除塵裝置收集的反應(yīng)產(chǎn)物及未反應(yīng)的Ca(OH)2與飛灰一起直接落入硫化底倉內(nèi),煙氣中大部分被電除塵器捕捉下來的反應(yīng)產(chǎn)物及未反應(yīng)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(yù)除塵裝置下部的硫化底倉內(nèi),作為再循環(huán)灰進入消化增濕器進行循環(huán)使用;多余部分可通過硫化倉下設(shè)置的小倉泵送入廠區(qū)氣力輸灰總管;三、四電場收集下來的飛灰也由各灰斗下設(shè)置的倉泵直接送入廠區(qū)氣力輸灰總管。經(jīng)脫硫、除塵后的煙氣由引風機送入現(xiàn)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(jīng)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(nèi)(全廠為1143mg/Nm3,其中3#爐為256mg/Nm3)。3#4#爐電除塵經(jīng)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(jīng)計算為267mg/Nm,滿足了GB13223—1996國家標準允許排放量(Ⅱ時段)應(yīng)小于300mg/Nm3的標準。
根據(jù)沈陽市氣象站統(tǒng)計資料,穩(wěn)定度出現(xiàn)的頻率各季及全年均以D類出現(xiàn)頻率最高,F次之,E類出現(xiàn)的頻率也較多。按C、D、E、F級向不穩(wěn)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(xiàn)在煙囪下風向的3.16~6.768km處,對城區(qū)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(huán)境質(zhì)量二級標準(煙氣0.30mg/Nm3, SO2:0.50mg/Nm3)的7.28%和15.95%,故對城區(qū)影響很小。在出現(xiàn)頻率較大的D、E類穩(wěn)定度下,最大一次濃度出現(xiàn)在煙囪風向40~100km開外的地方,對城區(qū)已基本無影響。
五、結(jié)論
(1)應(yīng)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(huán)控制系統(tǒng)和煙氣監(jiān)測排放系統(tǒng),自動化程度高且穩(wěn)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(jīng)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(xù)排放20~60mg/Nm3。
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