低熱值煤發電工程煙氣脫硫與脫硝1.1 煙氣脫硫1.1.1 常見脫硫工藝簡介目前，全世界脫硫工藝共有100多種，按其燃燒的過程可分為：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫、燃燒后脫硫(煙氣脫硫)。煙氣脫硫(FlueGasDesulfurization，FGD)技術，是目前世界上唯一大規模商業化應用的脫硫技術，被認為SO2污染控制最為行之有效的途徑。石灰石－石膏濕法脫硫工藝、氨法脫硫工藝和循環流化床干法脫硫工藝是目前商業應用上最具有代表性的煙氣脫硫工藝，下面分別對這些工藝進行簡單介紹。石灰石－石膏濕法脫硫工藝石灰石－石膏濕法脫硫工藝采用價廉易得的石灰石作為脫硫吸收劑，石灰石小顆粒經磨細成粉狀與水混合攪拌制成吸收漿液。在吸收塔內，吸收漿液與煙氣接觸混合，煙氣中的SO2與漿液中的碳酸鈣及鼓入的氧化空氣進行化學反應被脫除，最終反應產物為石膏。脫硫后的煙氣經除霧器除去攜帶的細小液滴，排入煙囪。脫硫石膏漿液經脫水裝置脫水后回收，脫硫廢水經處理后供電廠綜合利用。根據市場對脫硫石膏的需求情況、脫硫石膏的質量以及是否有足夠的堆放場地等因素，對脫硫副產物石膏可以采用拋棄和回收利用兩種方式進行處理。該工藝適用于任何含硫率煤種的煙氣脫硫，脫硫效率可以達到95%以上。石灰石－石膏濕法脫硫工藝由于具有脫硫效率高(Ca/S大于1時，脫硫效率可達95~98%)、吸收劑利用率高、技術成熟、運行穩定等特點，因而是目前世界上應用最多的脫硫工藝。國內目前的1000MW機組基本都采用了石灰石－石膏濕法脫硫工藝。已投運的脫硫裝置均達到或超過了設計指標，證明了該種脫硫工藝的可靠性。氨法脫硫工藝氨法脫硫工藝是采用NH3做吸收劑除去煙氣中的SO2的工藝。氨的堿性強于鈣基吸收劑；氨吸收煙氣中的SO2是氣—液或氣—氣反應，反應速率更快、更完全，吸收劑利用率高，可以做到很高的脫硫效率。另外，其脫硫副產物硫酸銨經過加工后是具有商業價值的農業肥料。氨法脫硫工藝于上世紀九十年代開始應用于煙氣脫硫。在國外，發展氨法的技術商主要有美國環境系統工程公司(GE氨法)、德國LenjetsBischoff公司、日本鋼管公司(NKK氨法)。從動力學原理來說，氨法實質上是以循環的(NH4)2SO3、NH4HSO3水溶液吸收SO2的過程。亞硫酸銨SO2具有更好的吸收能力，是氨法中的主要吸收劑。隨著亞硫酸氫銨比例的增大，吸收能力降低，須補充氨水將亞硫酸氫銨轉化成亞硫酸銨。GE氨法的工藝流程主要分為預洗滌、SO2吸收、亞硫酸銨氧化和結晶四個工序。熱煙氣經除塵后進入預洗滌塔，與硫酸銨飽和溶液并流接觸，煙氣被冷卻，同時，由于硫酸銨飽和溶液中的水蒸發而析出硫酸銨結晶。來自預吸收塔的已被冷卻飽和的煙氣經過除霧器進入SO2吸收塔，煙氣與噴淋而下的稀硫酸銨溶液逆流接觸，煙氣中的SO2在此被吸收。氨氣與壓縮空氣混合進入吸收塔底部漿池，在添加氨的同時氧化亞硫酸銨。在世界的火電廠煙氣脫硫市場上，氨法的比例約1%。當脫硫劑氨的來源充分并且副產物硫酸銨有較好的銷售市場時，該工藝在運行上才具有經濟可行性。而且，目前氨法脫硫實際投運的最大機組為300MW。循環流化床干法脫硫工藝循環流化床干法煙氣脫硫技術是由德國Lurgi公司20世紀80年代初開發的，Wulff公司在此基礎上開發了回流式循環流化床煙氣脫硫技術(RCFB-FGD)，德國的Thysseen公司、美國的Airpol公司、法國的Stein公司及丹麥FLS、Miljo等公司也都在開發和推廣該項技術。循環流化床煙氣脫硫系統主要由吸收劑制備系統、吸收塔、吸收劑再循環系統、除塵器和控制設備等組成。根據高速煙氣與所攜帶的稠密懸浮顆粒充分接觸原理，在吸收塔內噴入消石灰粉使其與煙氣充分接觸、反應，然后噴入一定量的水，將煙氣溫度控制在對反應最有利的溫度。塔內出去的煙氣進入除塵器，除塵器內收集下來的脫硫灰，小部分排掉，其余的則經循環系統進入吸收塔繼續脫硫。吸收塔的底部為一文丘里裝置，煙氣流過時被加速并與細小的吸收劑顆粒混合，煙氣和吸收劑顆粒向上運動時，會有一部分煙氣產生回流，形成內部湍流，從而增加煙氣與吸收劑顆粒的接觸時間，提高吸收劑的利用率和系統的脫硫效率。該種脫硫工藝具有投資少、占地面積小，脫硫效率較高的優點。我國廣州恒運電廠的200MW機組就采用了Wulff公司的RCFB-FGD裝置，目前300MW以上投運業績尚不成熟。1.1.2 脫硫工藝的確定通過前面對幾種典型的煙氣脫硫工藝的分析可以看出：氨法脫硫工藝脫硫效率高，運行可靠，但是氨水脫硫劑的成本高，是鈣基脫硫劑價格的十倍以上；副產物如果要加工成有商品價值的農用肥料，還需增加昂貴的后處理設備；所以氨法脫硫受到脫硫劑供給源和副產物銷售市場的很大限制。循環流化床煙氣脫硫工藝目前在300MW等級機組脫硫上應用很少，由于缺乏足夠操作經驗，因此系統運行可靠性較差；該工藝的脫硫副產物是粉煤灰、消石灰、亞硫酸鈣、硫酸鈣的混合物，基本沒有火山灰活性，商業利用價值很低，通常只能灰場堆放處理。本工程在對多種常用煙氣脫硫工藝進行了對比分析的基礎上，現階段推薦采用石灰石─石膏濕法脫硫工藝，它具有其他脫硫工藝不可比的下列突出優點：發展歷史長，技術成熟，運行可靠性高，脫硫裝置投入率一般可達95%以上，不會因脫硫設備而影響鍋爐的正常運行，適合大容量機組，使用壽命長，在國內外工程中采用最多；脫硫效率高，吸收劑利用率高，脫硫效率可達95%以上，大機組采用該脫硫工藝SO2的脫除量大，有利于地區和電廠實行總量控制。該脫硫工藝對煤種的適應性也很強，無論是含硫量大于3%的高硫煤還是含硫量低于1%的低硫煤都能適應，當鍋爐煤種變化時，可以通過調節鈣硫比、液氣比等因子來保證脫硫效率。吸收劑的來源廣，價格便宜。作為石灰石—石膏濕法脫硫工藝吸收劑的石灰石方便采購。脫硫副產物便于綜合利用。石灰石—石膏濕法脫硫工藝的脫硫副產物為石膏，主要用途是建筑制品和水泥緩凝劑。脫硫副產物的綜合利用，不但可以增加電廠效益，而且可以減少脫硫副產物處置費用，延長灰場使用年限。符合國家改革和發展委員會2004年制定的《火力發電廠煙氣脫硫設計技術規程》中提出的主要技術原則與技術路線。1.2 脫硫劑來源及消耗量脫硫使用外購進料粒度95%通過250um篩網的石灰石粉，罐車運輸進廠，在漿液制備車間內與工藝水混合配制成合格的石灰石漿液。石灰石粉中CaCO3含量不低92%，完全能夠滿足脫硫對石灰石品質的要求。設計煤種2時全廠石灰石消耗總量約15萬t/a。燃用設計煤種和校核煤種小時石灰石耗量見下表。石灰石用量表爐內脫硫石灰石粉消耗量項目 設計煤種 校核煤種燃煤量(BMCR)一臺爐兩臺爐一臺爐兩臺爐小時燃煤量(t/h)11.85323.70111.92223.844年燃煤量(×104t/a)1.51913.0381.55713.114注：a) 按CaCO3有效含量93%計算；鍋爐的年利用小時數按5500小時計算；燃煤量按鍋爐B-MCR工況計算。爐外脫硫石灰石粉消耗量項目 設計煤種 校核煤種燃煤量(BMCR)一臺爐兩臺爐一臺爐兩臺爐小時燃煤量(t/h)1.9513.9121.9413.892年燃煤量(×104t/a)1.0712.1521.0702.141注：a) 按CaCO3有效含量93%計算；鍋爐的年利用小時數按5500小時計算；燃煤量按鍋爐B-MCR工況計算。1.3 煙氣脫硫副產物處置石灰石濕法煙氣脫硫副產物為二水石膏，脫水后石膏含水量≤10%，純度≥90%。脫硫石膏的利用途徑很廣泛，在不少領域如水泥、建材行業、建筑業及農業等都能夠應用，尤其在新型建筑材料中，石膏及石膏制品占有特殊地位。石膏作為水泥摻和料，可起到緩凝作用，一般摻加量為3~5%。目前，水泥中石膏摻和料多取自天然石膏礦，耗用了大量資源。中國硅酸鹽學會曾對珞璜電廠的脫硫石膏進行全面性能驗證試驗，試驗結果證明脫硫石膏用作水泥緩凝劑完全可行，