NID脱硫工艺在沈阳热电厂3#炉烟气脱硫工程中的应用
根据国家关于酸雨控制区和二氧化硫污染控制区的划分,沈阳市属于二氧化硫污染控制区内,而沈阳热电厂位于沈阳市城区,治理和控制沈阳热电厂烟气中的二氧化硫排放,对改善沈阳市的环境空气质量有非常大的作用。沈阳热电厂3#炉烟气脱硫工程采用投资低、占用空间小、脱硫效率高的循环半干法的脱硫工艺,并将成为东北地区中小型燃煤热电厂烟气脱硫改造的示范工程。
一、工程概况
根据沈阳热电厂3#炉实际运行工况,确定了合适的脱硫工艺参数,具体参数如下:
锅炉最大耗煤量 31t/h
煤种含硫量 1.1%
反应器进口烟气量 490000m3/h
反应器进口烟气温度 160℃
反应器进口含SO2量 2000mg/Nm3
反应器进口含尘浓度 23000mg/Nm3
反应器进口烟气含湿量 8%
反应器出口烟气量 441000m3/h
反应器出口烟气温度 68~72℃
反应器进口含SO2量 ≤300mg/Nm3
排烟含湿量 12%
电除尘出口烟气含尘浓度 ≤91mg/Nm3
钙硫比Ca/S 1.25%~1.30
脱硫效率 ≥85%
二、脱硫剂的选用
本工程所需要的脱硫剂采用符合NID工艺要求的成品生石灰。石灰粉要求其品质为纯度(CaO含量)≥85%,粒晶小于1mm。
三、NID脱硫工艺原理
NID技术是瑞典的ALSTONM公司开发的新颖的脱硫技术,它借鉴了Drypac工艺的脱硫原理,克服了半干法使用制浆系统的种种弊端,开发出的NID技术既具有干法的廉介、简单等优点,又有湿法的高脱硫效率,NID工艺的原理为利用生石灰粉CaO或熟石灰粉Ca(OH)2吸收烟气中的SO2,反应式为:
CaO+H2O→Ca(OH)2
Ca(OH)2+ SO2→CaSO3·1/2H2O + 1/2H2O
CaSO3·1/2H2O+1/2H2O+1/2O2→CaSO4·2H2O
锅炉尾部排放的烟气从底部直接进入NID脱硫反应塔,储存于高位料仓中的脱硫剂生石灰粉通过加水消化成Ca(OH)2,然后与电除尘下来的大量循环灰混合,进一步加水增湿,使混合物料的水分约达5%,进入NID的直烟道的反应器中与锅炉排放的烟气均匀混合。由于大量的循环灰进入反应烟道,使混合物料有极大的蒸发表面,水分蒸发很快,在极短的时间内使烟气温度从160℃下降至72℃左右,烟气相对湿度很快增加到40%~50%,这是较好的脱硫工况:一方面有利于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,利于SO2的传质扩散,同时由于大量的循环灰,未反应的Ca(OH)2进一步参与循环脱硫,所以反应器中Ca(OH)2的浓度很高,反应器中的有效Ca/S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上的不足,能保证在1s左右的时间内脱硫效率确保大于80%,从而使SO2与Ca(OH)2迅速反应,达到脱硫的目的。另外,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。
反应产物及未反应的Ca(OH)2与飞灰随烟气进入电除尘器前的机械式预除尘装置,被除去50%的烟尘后进入四电场电除尘器中;机械式预除尘装置收集的反应产物及未反应的Ca(OH)2与飞灰一起直接落入硫化底仓内,烟气中大部分被电除尘器捕捉下来的反应产物及未反应的Ca(OH)2与飞灰一起,通过一、二电场下部的船型硫化斜槽送入预除尘装置下部的硫化底仓内,作为再循环灰进入消化增湿器进行循环使用;多余部分可通过硫化仓下设置的小仓泵送入厂区气力输灰总管;三、四电场收集下来的飞灰也由各灰斗下设置的仓泵直接送入厂区气力输灰总管。经脱硫、除尘后的烟气由引风机送入现有210m的高烟囱,与其他锅炉的净化烟气混合排入大气。
四、改造后的3#炉及全厂烟气污染物排放量及影响
改造后热电厂大气污染物实际排放量与国家允许标准比较见图25。
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图25 |
经本工程烟气改造后,3#炉烟气污染的SO2和烟尘的排放量、排放浓度均大大小于国家排放标准的要求,而且使得全厂SO2的排放量、排放浓度也控制在国家标准允许范围内(全厂为1143mg/Nm3,其中3#炉为256mg/Nm3)。3#4#炉电除尘经改造后的效率提高,所以烟尘排放浓度大大低于排放标准。因此,包含1#2#炉的全厂总的烟尘排放浓度经计算为267mg/Nm,满足了GB13223—1996国家标准允许排放量(Ⅱ时段)应小于300mg/Nm3的标准。
根据沈阳市气象站统计资料,稳定度出现的频率各季及全年均以D类出现频率最高,F次之,E类出现的频率也较多。按C、D、E、F级向不稳定方向提一级即B、C、D、E级进行。
改造工程实施后,在比较不利条件下(B、C类),烟尘和SO2最大一次浓度出现在烟囱下风向的3.16~6.768km处,对城区有一定影响,但烟尘最大一次浓度为:0.02186mg/Nm3,SO2最大一次
浓度为: 0. 0797mg/Nm3,分别只占国标(GB3095—1996)大气环境质量二级标准(烟气0.30mg/Nm3, SO2:0.50mg/Nm3)的7.28%和15.95%,故对城区影响很小。在出现频率较大的D、E类稳定度下,最大一次浓度出现在烟囱风向40~100km开外的地方,对城区已基本无影响。
五、结论
(1)应用于沈阳热电厂的NID脱硫工艺,脱硫效率、粉尘排放都是成功的;采用集中控制方式PLC闭环控制系统和烟气监测排放系统,自动化程度高且稳定可靠。
(2)脱硫煤灰渣的水分量小于2%,适宜用气力输送。
(3)经过合理的选型和选用先进的级配方式和控制电源等,运行及测试表明:电除尘器用于以收集高浓度的脱硫粉尘是没有问题的,能达到连续排放20~60mg/Nm3。
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