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利用螺旋干燥机生产电石渣制粉的工艺在烟气脱硫工艺流程中的成功应用

发布时间:2010/1/3 10:23:54

   引 言
  近年来,国家对环保越来越重视,开展SO2的治理工作已成为当前火电厂的重要任务。我国火电厂烟气脱硫工作起步较晚,比较成熟的脱硫工艺技术还比较少,多数停留在积累工程经验阶段,引进国外的工艺尚在摸索论证阶段。
  在脱硫剂的选用上,主要是采用钙吸收法。
  无论是采用CaCO3、CaO或Ca(OH)2,其共同的原理都是通过化学反应,使钙元素以Ca(OH)2形态与烟气中的SO2反应,生成CaSO3和CaSO4。
  脱硫终产物中CaSO3的物性比较特殊,在开发利用上尚无比较成功的先例,如果仅仅作为废弃物填埋处理,则对脱硫剂的选择上应优先考虑以废治废的原则。实验室中有过利用工业废碱渣作为脱硫剂的试验。
  全国许多大、中型化工企业都有大量的电石渣产生,电石渣的主要成分是Ca(OH)2,易溶于水,长期露天堆放会污染土壤和浅层地下水,使土壤盐渍化和盐碱化,大量电石渣的堆放还挤占宝贵的土地资源。浙江巨化集团公司排往堆放场的电石渣和废水,每年需向环保部门交纳相当费用,电石渣的综合治理已成为公司的环保大事。
  1 NID烟气脱硫工艺
  浙江某公司热电厂八期采用的NID脱硫工艺是引进瑞典ABB公司(现为ALSTOM公司)的半干法脱硫技术,并经国产化的新型烟气处理工艺系统。NID工艺的原理为利用含石灰(CaO)的干反应剂或干的熟石灰Ca(OH)2与烟气中的SO2反应,石灰在一个专门的消化器中加水消化成Ca(OH)2,然后与从除尘器下来的大量循环灰相混合并进一步加水增湿使混合灰的水分含量达到5%,然后进入直烟道反应器,含5%水分的循环灰由于有极好的流动性,省去了喷雾干燥法复杂的制浆系统,克服了普通半干法烟气脱硫中可能出现的粘壁问题。大量的脱硫循环灰进入反应道后,由于有极大的蒸发表面,水分蒸发很快,在极短的时间内使烟道温度由138℃冷却到71℃,烟气相对温度则很快增加到40%~50%,脱硫灰的含水量由5%降到3%。一般情况下,脱硫效率和石灰利用率与出口烟气的相对湿度有关,出口温度离绝热饱和温度越近,石灰的利用率越高。出口温度的低限受副产品输送特性限制。最佳状态是趋近绝热饱和温度保持在15~20℃。一方面利用SO2分子溶解并离子化,另一方面使脱硫剂表面的液膜迅速变薄,利用SO2的传质扩散,同时由于大量的循环灰,未反应的Ca(OH)2进一步参与脱硫,所以反应器中Ca(OH)2的浓度很高,反应器中有效Ca/S比(摩尔比)很大,且加水消化制得的新鲜Ca(OH)2具有很高的活性,这样可以弥补反应时间的不足,能保证在不到2  s的时间内使脱硫效率大于80%。另一方面,再循环物料中95%以上为固态,所以再循环量可以达到30~50倍,甚至更高,从而保证了高效地利用石灰,由于脱硫剂是不断循环的,脱硫剂的有效利用率高达95%以上,故脱硫剂的消耗接近于理论耗量,部分溢流入终产物仓,由气力输送装置外送。由于氧化时间短,所以脱硫灰的最后组分主要以亚硫酸盐的形式存在。
  对烟气分布、回料供给速率及分布和增湿水用量进行有效控制,可以达到最佳脱硫效率所需的适应条件。SO3和卤化酸类(HC1, HF等)的酸性比SO2强,几乎全部与SO2一起被吸收。适量的卤化钙盐的吸湿性可以延长雾滴在湿润环境的干燥时间,有利于SO2的脱除。
  NID脱硫工艺使用的脱硫剂从高位计量仓下部由螺杆输送和皮带称计量送入消化器。消化器是由一个双搅拌制成的反应器,安装在增湿器上,两者装配在一起免除了内部输送。因比重差别形成了上部溢出口可将经消化的适量产品送增湿搅拌机,而无中断。这两个设备是整套NID装置的关键设备之一,脱硫剂在此加水消化成消石灰,并在增湿器中与大量循环灰混合均匀,加入的水在粉料颗粒的表面形成水膜,增大了酸性气体与碱性吸收剂之间的接触面积。通过补加水,使混合灰的水分达到5%,进入反应器。
  增湿搅拌机与反应器紧密相联,保证吸收剂可以均匀地分布在烟道的横截面上,避免出现局部缺钙。反应器即是除尘器进口的直烟道,反应器的设计可形成足够的湍流,使烟气吸收剂在整个负荷变化范围内能有效地混合。粉料和烟气的均匀分布对本工艺过程的运行至关重要,大面积的密切接触保证了吸收剂和SO2之间几乎是瞬间的高效反应,反应器的容量也因此保持在最小。降低到传统的半干法或流化床反应器的20%以下,从而使结构紧凑。电除尘器除下来的脱硫灰由流态化槽输送到增湿器,与机械预除尘器除下来的灰一起去流态化底仓,实现循环,一部分则溢流入仓泵外送。
  NID技术和常规半干法和湿法烟气脱硫技术相比优越点是:
  (1)由于结构紧凑,组成部件少,所以投资和维护费用较低;
  (2)电耗低;
  (3)反应器置于除尘器下,结构紧凑;
  (4)没有浆液系统,可以采用各种吸收剂;
  (5)脱硫效率可以达到90%
  2 电石渣物性分析
  电石渣是电石(CaC2)加水生成乙炔气体(C2H2)后遗留下来的工业废渣,其化学反应式如下:
  CaC2+H2O=Ca(OH)2+C2H2↑
  浙江某公司热电厂委托美国阿兰柯环境技术(北京)有限公司对几家企业产生的电石渣进行了物理化学特性分析,得出了一致的结果, 根据测试数据表明,只要将电石渣的含水率降至1.5%以下,即可直接作为火电厂烟气脱硫的脱硫剂使用。
  3 电石渣干燥制粉工艺系统
  电石渣干燥制粉由干燥及制粉两道工序组成。
  废电石渣经堆放蒸发和脱水,其含水率一般在40%左右,由双轴螺旋输送机加到皮带机上,经电磁除铁器除铁后,送入双轴螺旋干燥机,干燥机中的电石渣在导热油的间接加热下使水分蒸发。从干燥机输出的干料经FS型笼式粉碎机破碎,进入选粉机进行分离,粗料回粉至破碎机,细料进入粉仓,供脱硫装置使用。
  4 运行经济分析
  系统设计最大出力: 2.5 t(干粉)/h
  系统设计平均出力: 2 t(干粉)/h
  系统设计电耗:   100 k W
  系统设计蒸汽耗量:1.0 t(汽)/t(干粉)(1.3MPa,200℃)
  设计产物质量标准:Ca(OH)2含量≥85%
  含水量:     1%~1.5%
  粒 度:     ≤50μm(270)
  比表面积:    15~20m2/g
  系统实际出力:  2.52 t/h
  电功率:     114.89 kW
  汽耗率:     0.76 t(汽)/t(干粉)
  设备投资总额按300万元计。根据职工工资、电费、汽费、折旧及其他费用等,估算出电石渣干粉的单位成本为105.90元/t(干粉)。
  电石渣干粉作为脱硫剂应用于浙江某公司热电厂(60 MW机组,280t/h高温高压煤粉炉)NID烟气脱硫工艺中,通过浙江省环境监测中心站2001年9月环保测量出具的报告,钙硫比(mol比)1.29时,除尘效率达99.8%,脱硫效率达90.1%。
  5 结 论
  (1)开发对废电石渣的利用,不仅减少了这些废渣对环境的污染,而且为以废治废开辟了新的途径。
  (2)利用电石渣作为脱硫剂,大大地节省了运行费用,为脱硫系统能够长期连续投运提供了经济基础。
  (3)电石渣干燥制粉工艺简单,技术可行,便于调控。

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