西山煤電股份公司矸石電廠,于1995年元月投產(chǎn)發(fā)電,總裝機(jī)容量12 MW,年產(chǎn)量7 200萬(wàn)kW h,燃用西山煤電股份有限公司太原選煤廠洗選的矸石做為燃料,擔(dān)負(fù)供熱、發(fā)電的雙重任務(wù)。由于脫硫工藝、除塵系統(tǒng)落后已不能滿足國(guó)家及地方政府環(huán)保指標(biāo)的 要求, 2007年5月矸石電廠進(jìn)行了供熱環(huán)保改造工程。拆除原來(lái)的三套麻石水膜除塵及一體化脫硫裝置,采用預(yù)除塵+半干法脫硫+布袋除塵工藝等先進(jìn)的自動(dòng)控制技 術(shù),滿足鍋爐煙氣中煙塵、 SO2、NOx 排放標(biāo)準(zhǔn)的要求,并將灰、渣用機(jī)械輸送到封閉的灰?guī)?、渣倉(cāng),集中外運(yùn),實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益最大化,以適應(yīng)環(huán)保要求。

1　循環(huán)流化床半干法脫硫工藝流程

矸石電廠循環(huán)流化床半干法脫硫系統(tǒng)包括: 預(yù)除塵器(采用電除塵,型號(hào)為ISC15 - 1 3. 7 10) 、消石灰倉(cāng)、脫硫塔、脫硫灰再循環(huán)系統(tǒng)、氣力吹灰系統(tǒng)、噴水系統(tǒng)、脫硫后除塵器(采用布袋除塵,型號(hào)為XQ - LCDM /40)及DCS儀表控制系統(tǒng)等。工藝流程,見(jiàn)圖1。

從鍋爐出來(lái)的煙氣首先進(jìn)入預(yù)除塵器即電除塵器,電除塵的主要作用是把煙氣中的大多數(shù)飛灰除掉,其目的還有以下幾個(gè)方面: ①防止下游設(shè)備因?yàn)轱w灰?guī)?lái)的磨損; ②降低廢物處理的體積。矸石電廠所用的ISC15 - 1 3. 7 10型電除塵,除塵效率可達(dá)85%。

脫硫塔入口處的布風(fēng)裝置是為了使預(yù)除塵后的煙氣能分布均勻進(jìn)入,脫硫塔內(nèi)部配置有7個(gè)文丘里管,可以使煙氣氣流加速,從而在文丘里管上部形成吸收反應(yīng)區(qū): 一個(gè)懸浮的物料床層即所謂的流化床。矸石電廠使用的脫硫劑為消石灰。消石灰從文丘里管的上部加入到脫硫塔內(nèi),與煙氣在吸收反應(yīng)區(qū)充分混合,文丘里出口的高 速氣流作用使這種混合更加充分,更加激烈。另一方面霧化狀態(tài)的冷卻水從文丘里出口擴(kuò)管段噴入脫硫塔內(nèi),在高溫?zé)煔庾饔孟鲁浞值恼舭l(fā),保證了進(jìn)入脫硫除塵器 中的灰具有良好的流動(dòng)性,避免了可能出現(xiàn)的循環(huán)灰粘壁現(xiàn)象。另外噴入水霧的目的還有: ①使煙氣溫度迅速降至脫硫反應(yīng)的最佳溫度(70～80 ℃) ; ②為消石灰和煙氣中的SO2 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)提供條件。在消石灰與煙氣充分混合、相互激烈碰撞的過(guò)程中,煙氣中的SO2、SO3、HCl、HF等有害氣體通過(guò)化學(xué)反應(yīng)得以脫除。

煙氣和消石灰顆粒在充分混合與反應(yīng)中共同上升,比較小的粉塵隨煙氣被帶出脫硫塔,大一些的在自重作用下重新返回脫硫塔中,繼續(xù)參加脫硫反應(yīng), 這部分煙氣產(chǎn)生回流,形成特別強(qiáng)大的內(nèi)部湍流,從而增加了煙氣與消石灰的接觸時(shí)間,使脫硫過(guò)程得到了極大的改善,提高了吸收劑的利用率和脫硫效率。當(dāng)然還 有極少部分沒(méi)有分解的煙塵中的大顆粒直接落入脫硫塔底部的儲(chǔ)灰斗中排出。同時(shí)脫硫塔頂部的煙氣回流裝置又進(jìn)一步強(qiáng)化了煙氣中固體顆粒物的返回運(yùn)動(dòng),再次提 高了脫硫塔內(nèi)的固體濃度, 使得Ca /S比例達(dá)到最佳,極大的強(qiáng)化了煙氣與消石灰間的傳質(zhì)、傳熱反應(yīng),減少了消石灰的用量。

經(jīng)過(guò)反應(yīng)處理的煙氣從脫硫塔出來(lái)后直接進(jìn)入后除塵器即布袋除塵器中,這部分被布袋除塵器收集的煙氣中包括未反應(yīng)完的消石灰、反應(yīng)生成的產(chǎn)物、沒(méi)有分解干凈 的煙塵等,其中絕大部分通過(guò)空氣斜槽重新返回到脫硫塔內(nèi),再次參與脫硫反應(yīng)。剩余部分進(jìn)入儲(chǔ)灰倉(cāng),借助氣力輸送系統(tǒng)排到灰渣倉(cāng)。

這樣煙氣多次在脫硫塔和除塵器之間往復(fù)循環(huán),增加了吸收劑與煙氣的接觸幾率,延長(zhǎng)了塔內(nèi)反應(yīng)時(shí)間,消石灰的作用得以充分發(fā)揮,節(jié)省用量的同時(shí),脫硫效率得以提高。

2　煙氣脫硫的化學(xué)反應(yīng)

煙氣和Ca (OH) 2 (消石灰)在混合與湍動(dòng)的過(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng),主要方程式如下:

Ca (OH) 2 + SO2 CaSO3 1 2 H2O Ca (OH) 2 + SO3 +H2OCaSO4 2H2O Ca (OH) 2 + 2HClCaCl2 + 2H2O Ca (OH) 2 + 2HFCaF2 + 2H2O Ca (OH) 2 + SO2 + 1 2 O2 CaSO4 +H2O Ca (OH) 2 +CO2 CaCO3 +H2O

3　循環(huán)流化床煙氣脫硫除塵系統(tǒng)的控制

主要通過(guò)三個(gè)相互獨(dú)立,互不影響的控制回路實(shí)現(xiàn): ①脫硫劑(消石灰)給料量控制。根據(jù)脫硫塔進(jìn)口SO2 濃度預(yù)先設(shè)定脫硫劑的給料量,再根據(jù)脫硫塔出口SO2 濃度來(lái)微調(diào)脫硫劑的給料量,以確保 SO2 的排放達(dá)標(biāo)。②循環(huán)灰量控制。循環(huán)流化床內(nèi)的固/氣比或固體顆粒濃度是保證其良好運(yùn)行的重要參數(shù)。沿床高度的固/氣比可以通過(guò)沿床高度底部和頂部的壓差 △p來(lái)表示。循環(huán)倍率越高、固/氣比越大,即固體顆粒濃度越大, 脫硫效率越高, 但床的壓力損失也越大。根據(jù)床底部和頂部的壓差△p 來(lái)控制反應(yīng)器進(jìn)口的回灰量,將△p控制在一定范圍內(nèi),從而保證床內(nèi)必需的固/氣比,使反應(yīng)器始終處于良好的運(yùn)行工況?！鱬的最大值受制于鍋爐引風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓 和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的考慮。③脫硫塔出口煙溫控制。根據(jù)脫硫塔進(jìn)口煙溫預(yù)先設(shè)定噴水量,再根據(jù)脫硫塔出口的煙氣溫度來(lái)微調(diào)脫硫塔噴水量,確保水分在吸收塔內(nèi)能夠 充分蒸發(fā)、反應(yīng)器內(nèi)的溫度處于最佳值。對(duì)于脫硫反應(yīng),溫度越低,脫硫效率越高,但是必須高于煙氣的露點(diǎn)( 15～20 ℃以上) ,以免出現(xiàn)冷凝腐蝕。

4　結(jié)語(yǔ)

2007年10 月矸石電廠環(huán)保改造工程結(jié)束,循環(huán)流化床半干法脫硫系統(tǒng)正式投產(chǎn)使用。通過(guò)9個(gè)多月的運(yùn)行和監(jiān)測(cè)證明, 電廠的除塵效率達(dá)到 99. 96% ,煙塵排放濃度小于50 mg/m3 ;脫硫效率達(dá)到90. 6% ,排放濃度小于400 mg/m3 ;現(xiàn)場(chǎng)觀察看不到任何煙氣從煙囪冒出,林格曼黑度及廢氣排放指標(biāo)均小于太原市鍋爐煙氣排放最低標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)了環(huán)保效益和社會(huì)效益的雙豐收。