钙法烟气脱硫工艺技术问题探讨

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钙法烟气脱硫工艺技术问题探讨

发布时间:2017/6/30 14:33:57 关注次数:558

2003年以来,全国大部分省市都严重缺电,给电力工业又一次带来发展的机遇,各大电力公司和地市相关企业都纷纷为适应新的形势到来,在各地抢占电源建设点,新上马的火电厂在全国各地迅猛出现,这种供电紧张的局面将在2007年才会有所缓解,但由于GDP年均增长过7 % ,经济持续快速增长,需要充足的电力供应,预计2020,我国全社会用电量将达到4. 8kW·h左右,需装机容量约10亿kW ,这意味着未来15年间,年均新装机将超过3 300kW ,年均用电增长达到1 600亿kW·h。其中火电装机容量约6. 5亿kW2004年全国发电装机容量已达到44 070kW ,其中火电装机为32 490kW ,发电及供热消耗原煤10. 5亿t ,火电SO2排放量高达1 300t2005年全国电力装机突破5亿kW ,达到50 841kW ,

电达到38 413kW ,SO2排放量接近1 600t。火电SO2排放占全国SO2 排放量的53. 2 % ,占工业SO2 排放量的63. 4 %。到2020年底,电力行业的SO2 排放量就相当于目前全国SO2 排放总量。1995,中国由SO2造成的酸雨损失超过1 100亿元/ a ,大气污染造成的损失每年约占我国GDP2 %3 % ,每排放1 t SO2,平均约造成5 000元的损失,世界银行根据目前发展趋势预计,2020 年中国由于燃煤污染所导致的疾病需付出的代价为3 900亿元,GDP13 %。因各地区经济发展水平和人口密度及污染排放差异,发电大气污染造成的经济损失不同,2010 年火电污染损失为18/ (kW·h)不等,经济发达水平较高的地区SO2 造成的经济损失较大。因此,火电行业新装机组以及现有机组装设脱硫设施是当务之急。但用哪些脱硫工艺更合适,的确需要深入探讨,下面就当前主流的脱琉工艺的一些问题谈谈看法。1 钙法烟气脱硫带来新的污染1. 1 石灰石2石膏湿法带来的新问题湿法脱硫占世界安装烟气脱硫机组总容量的85 % ,其中石灰石法占36. 7 % ,其他湿法技术约占48. 3 %。我国已有2 400kW燃煤机组的烟气脱硫设施投运或建成,占火电机组容量的6. 8 % ,300多万kW机组的烟气脱硫装置正在施工建设。包括已签合同的工程,烟气脱硫机组容量已达到1. 2亿kW左右。现有机组经技术改造的烟气脱硫装置约850kW ,35. 4 % ,所有投运和在建脱硫工艺中,石灰石2石膏湿法约占90 %以上。该脱硫工艺占的比例如此之高是我国现行政策所决定的,因为200 MW及以上机组都要采用石灰石2石膏湿法。这种工艺为成熟,运行较为可靠,但投资高,运行费用高,工艺中存在结垢、腐蚀、磨损等问题,同时也带来其他新的环境问题。从反应式可知,脱硫过程中释放出CO2,消耗大量的碳酸钙,产生大量的副产品二水石膏,它们会造成新的环境问题。

SO2+ CaCO3+12O2+ 2H2OCaSO4·2H2O + CO2

1. 2 脱硫用大量石灰石将会造成水土流失

理论上脱除1 kg硫需要3. 125 kgCaCO3。实际石灰石用量可由计算钙硫比的公式反算求得:

CaS=32100×CaCO3%S %×GB也可直接从下式计算得出实际所需的石灰石量:

G =Ca/ S×10064SO2CaCO3

式中CaCO3%为石灰石中CaCO3 的质量分数; S %为煤中硫分;转换率取0. 9 ; G为实际石灰石用量,kg/h ; B为实际燃料耗量,kg/ h ; SO2为年二氧化硫排放量,kg。脱硫率在90 %以上时,钙硫比一般取值为1. 11. 2 ,佳状态可达1. 011. 02 ,本文取1. 12000年煤炭平均硫分为0. 9 % ,现在煤质越来越差, S %1 %(有些资料取1. 08 %) 。我国大部分地区的石灰石品位较低,CaCO3含量仅为75 %左右,计算时取75 % ,则每脱除1 kg硫需消耗4. 5 t石灰石,那么

2005年按90 %采用石灰石2石膏工艺计,共用石灰石3 666. 6t ,2020 年将达到4 812. 53t ,15 年平均累计消耗石灰石高达63 778. 83t。为了取得石灰石将毁灭山头,破坏大面积的山林和植被,将会出现新一轮生态环境问题,特别是山西、内蒙,河南等省大量建设火电厂,问题更为突出。1. 3 脱硫副产物如何处理(1)石灰石2石膏湿法脱硫工艺可得到含2个结

晶水的脱硫石膏,大约是石灰石的1. 5倍。这种脱硫石膏虽经真空机干燥仍含自由水10 %左右,利用时还需进一步干燥消耗更多的热量,另因其级配不好还应考虑研磨等问题。这种石膏可以在建材行业经加工后应用,基本上可代替天然石膏,可作水泥缓凝剂、石膏板、石膏砌块、模型衬料、脱凝材料等。但由于脱硫石膏受烟尘含量及未反应的吸收剂等影响,纯度低于90 %时就很难作为建材石膏使用。而烟尘浓度又受除尘器效率的影响,除尘器效率又受到煤质、锅炉燃烧工况,磨煤机性能以及燃料煤杂质中的氯化物超过极限值等因素影响,所以,很难使脱硫石膏的品质保持稳定,使得脱硫石膏综合利用市场很难打开,是目前脱硫石膏堆积的原因之一。

(2)我国有丰富的石膏资源,已探明的蕴藏量为570亿t ,且天然石膏基本处于无偿开采状态,形成了与脱硫石膏竞争的局面。另据报道,我国化肥工业每年的磷肥石膏多达2 000t ,基本上弃置未用。虽然我国每年需用石膏接近1 500t ,但是在天然石膏年产1 000多万t 以及磷肥石膏废弃料的夹击下,脱硫石膏很难被利用。

(3)我国电力行业目前建设的烟气脱硫装置几乎100 %采用的是钙法,而石灰石2石膏湿法占90 %以上。2005年产生脱硫石膏约4 730t , 是每年需要石膏量的3倍左右, 2020, 脱硫石膏将达到6 210t ,15 年累计共产生82 289. 2t ,而被利用的脱硫石膏少于20 % ,仍然有65 831. 36t 要占地填埋,按深埋12 m计算,要占地292. 78 hm2。脱硫石膏量大,目前尚未有适合大量综合利用的途径,在未来除灰场外,火电厂存放脱硫石膏又成为另一个麻烦。产煤地区火电基地也是天然石膏富产地,供需矛盾更为凸出,所以,从全国整体来看不容

乐观,除非有了更好的综合利用方法。

1. 4 增加CO2排放量对大气造成污染

从反应式中可算出理论上每脱除1 kg SO2 就会放出0. 687 5 kgCO2

,考虑到钙硫比一般在1. 11. 27 ,佳为1. 011. 02 ,又有过量的CaCO3再把烟气中少量的HClHF考虑进去,有些资料得出脱除1 kg SO2,会放出0. 7 kgCO2。以2005SO2排放1 600t 计算,考虑90 %采用石灰石2石膏湿法脱硫工艺,就会放出CO21 008t ,2020SO2排放达到2 100t ,仍然有90 %装机容量采用石灰石2石膏湿法脱硫,排放的CO2将达到23t。从2005年开始逐年平均累计,202015年中将因采用石灰石2石膏湿法脱硫多排放CO2累计达17 533. 5t ,这是十分惊人的数字。当然,有学者会提出质疑,电厂燃煤排放的CO2比脱硫排放的CO2多得多,即燃烧100 kg的煤(平均硫分为1 %)排放SO2

1. 8 kg ,排放CO21. 26 kg ,考虑90 %的脱硫率,从脱硫工艺中只排放CO2 1. 134 kg。而每吨燃煤中CO2排放率则为:

GCO2=B ×Q×E×KCO2×λCO2

式中B为耗煤量,kg ; Q为煤炭的单位热值,MJ / kg ;E为单位热值下潜在碳的排放量,t/ TJ ; KCO2为燃料中碳的氧化率;λCO2CO2 C的质量摩尔比,约为3. 667。我国煤炭的平均数值: Q 21. 2 MJ / kg ; E24. 74 t/ TJ ; KCO20. 9 ,由此求得GCO2= 1 731 kg/ t ;

燃烧1 000 kg煤时,排放的CO2173 kg ,SO2脱除中释放的CO2 只占0. 655 % ,但从脱硫设备后增加的CO2的绝对数和累计数来看,却是相当大的数字,而且每年新增的CO2远超过大自然光合作用和海水吸收淡化的能力。本来燃煤电厂排放CO2数量已相当大,因脱硫新增的CO2 无疑是雪上加霜。当温室气体一旦超出人均4 t ,我国国际履约的费用每年就达到500亿元,这种损失是相当大的。排放值是以煤含硫1 %计算的,而这里尚未考虑今后用煤增加,

下深层煤的含硫量会逐年增加。当然,这个数字可能由于煤耗逐年下降所抵消。1. 5 烟气循环流化床等其他钙法脱硫工艺钙法中的烟气循环流化床半干法脱硫工艺有CFBRCFBGSA以及NID技术等,脱硫剂使用CaOCa(OH)2,同样产生上述问题,因为所用吸收剂仍

是由CaCO3烧制得到,反应过程如下:CaCO3CaO + CO2↑每生产1 t石灰大约需要200 k的煤,产生3. 6kgSO2气体和346. 2 kgCO2,烧制CaCO3时还放出CO2785. 7 kg。消耗1 785. 7 kg CaCO3,即要用石灰石2 380 kg。所以说烟气循环流化床半干法脱硫要用CaO作脱硫剂,只是提前在上一个环节造成空气污染,使用大量石灰石同样破坏环境和植被。脱硫后的废弃物CaSO4 CaSO3 综合利用也同样很难办,大部分只好堆放在灰场和填埋。

1. 6 选择烟气脱硫工艺要因地制宜

我国有丰富的石灰石矿产资源,所以钙基吸收剂在烟气脱硫中得到广泛应用。由于我国酸和

SO2污染十分严重,进入21世纪以来,我国对烟气脱硫高度重视,加上电力等能源基础设施建设快速发展,迫切需要相关政策法规和实用的脱硫技术。有关部门制定了大力支持和发展钙法烟气脱硫产业和技术政策,国内几十家大的脱硫公司也纷纷重复引进国外20世纪7080年代水平的各种钙法工艺,形成目前国内火电厂的脱硫局面,脱硫技术几乎清一色的钙法。这种单一脱硫技术,因为量大面广,把这种方法存在的问题累加起来,就明显显示出给生态环境带来的新问题。提出以上的问题和看法主要目的是希望因地制宜地采用和开发新的脱硫方法,例如氨法和非钙基烟气脱硫技术,其中有负载型CuO脱硫脱硝技术, SRT/ ISPRA 烟气脱硫辅助脱NOx 技术,Na 化合物作为脱硫剂的联合化学 ———生物脱硫技术、新型活性碳纤维的脱硫技术,等离子体烟气脱硫脱硝技术、NaClO2烟气脱硫脱硝技术,MgO脱硫工艺等。一定要结合当地情况,进行长远的分析,灵活选用各种脱硫工艺,扬长避短,尽量降低和分散对生态环境的影响,真正起到绿色环保的作用。

2 结语

为缓和工业发展对电力的需求,电力工业得到迅速的发展,其中将近70 %是火力发电,都需加装烟气脱硫装置,带动了广阔的烟气脱硫市场,由于我国目前的政策导向,几乎100 %都用钙法,其中石灰石2石膏湿法占90 %以上,过于单一而集中的脱硫工艺,将会带来新的环境污染和生态破坏问题,从绿色环境角度审视,是否应因地制宜开发和采用多种脱硫工艺,尽量减少带来新的环境问题是至关重要的。