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火电厂氢氧化钙脱硫的分析报告

添加时间:2020-07-20 点击量:

一、电厂脱硫相关规定及现状

二、脱硫主要方法简介与基本原理

三、使用氢氧化钙脱硫的特点和优势

四、实例分析

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

一、电厂脱硫相关规定及现状

2011年初,国家环境保护部发布了《火电厂大气污染物排放标准》。与2009年发布的一次征求意见稿相比,其中的脱硫规定,无论是完成时间要求,还是减排力度,都有明显提高。新标准已于2011年7月颁布,2012年1月1日起开始执行。

新标准中对使用高硫煤地区电厂的排放标准进行了特别规定。现役机组从2014年1月1日起执行200mg排放标准,执行期间可延续到2017年。新建机组从2012年1月1日起执行100mg排放标准。

随着我国经济的增长,大气环境污染问题日益严重,酸雨及灰霾已严重危害人民的身体健康进而危及生存。2013年,国务院发布了《关于加快发展节能环保产业的意见》(国发〔201330 号)和《大气污染防治行动计划》(国发〔201337 ),国家财政拿出4.7万亿元用于环境治理,并出台最为严厉的环保政策与措施,要求2017年7月1日前,所有火力电厂锅炉烟气SO2 排放由现在的400mg/m3 下降到100mg/ m 3,重点地区(京津唐,长三角,珠三角,各一、二线大城市)降低到50 mg/m3。据统计,仅火力发电行业,2017年前,全国就有2万多台30万千瓦机组急需深度脱硫改造。

   十一五期间,火电企业安装的脱硫装置均是按环境主管部门的批复文件和现行的大气污染排放标准的规定设计建造的,脱硫装置使用寿命基本与机组同步,如果标准提高到100mg/m3,即使火电厂应用的是设计煤种也需要对脱硫设备进行改造。另外,对于实际含硫量为3%左右的煤,达到100mg/m3的排放要求,从技术及设备、运行管理上的要求更为严格。

近年来受电煤质量变差,含硫量普遍升高的影响,电力企业已耗费巨资对不能达标的脱硫装置进行了不同程度的改造,在电煤质量短期内得不到根本好转的条件下,这些机组势必又将开展新一轮现役机组的脱硫改造。甚至部分脱硫装置要推倒重建。因此电厂寻求更好的脱硫方法和辅料,使用氢氧化钙脱硫的方法脱颖而出。

 

二、脱硫主要方法简介与基本原理

1)主要方法

1、石灰石—石膏法烟气脱硫技术

该技术以石灰石/氢氧化钙浆液作为脱硫剂,在吸收塔内对烟气进行喷淋洗涤,使烟气中的二氧化硫反应生成亚硫酸钙,同时向吸收塔的浆液中鼓入空气,强制使亚硫酸钙转化为硫酸钙,脱硫剂的副产品为石膏。该系统包括烟气换热系统、吸收塔脱硫系统、脱硫剂浆液制备系统、石膏脱水和废水处理系统。由于石灰石价格便宜,易于运输和保存,因而已成为湿法烟气脱硫工艺中的主要脱硫剂,在新的《火电厂大气污染物排放标准》颁布之前,石灰石—石膏法烟气脱硫技术成为优先选择的湿法烟气脱硫工艺。该法脱硫效率高,工作可靠性高,缺点是易堵塞腐蚀,脱硫废水较难处理。

2、氨法烟气脱硫技术

该法的原理是采用氨水作为脱硫吸收剂,氨水与烟气在吸收塔中接触混合,烟气中的二氧化硫与氨水反应生成亚硫酸氨,氧化后生成硫酸氨溶液,经结晶、脱水、干燥后即可制得硫酸氨(肥料)。该法的反应速度比石灰石—石膏法快得多,而且不存在结构和堵塞现象。但成本高,脱硫工艺更复杂,

湿法烟气脱硫技术中还有钠法、双碱脱硫法和海水烟气脱硫法等,基中钠法、双碱脱硫法、氨法均未成为主流脱硫方法,一方面是工艺相对更复杂,另一方面是成本更高。而国内目前海水法非常稀少,要布置在海边才行。

3干法烟气脱硫技术

主要旋转喷雾干燥法。该法是美国和丹麦联合研制出的工艺。该法与其他烟气脱硫工艺相比,具有设备简单投资和运行费用低,占地面积小等特点,而且烟气脱硫率达75%—90%。该法利用喷雾干燥的原理,将吸收剂浆液雾化喷入吸收塔。在吸收塔内,吸收剂在与烟气中的二氧化硫发生化学反应的同时,吸收烟气中的热量使吸收剂中的水分蒸发干燥,完成脱硫反应后的废渣以干态形式排出。该法包括四个在步骤:1)吸收剂的制备;2)吸收剂浆液雾化;3)雾粒与烟气混合,吸收二氧化硫并被干燥;4)脱硫废渣排出。该法一般用氢氧化钙做吸收剂。氢氧化钙制备成具有良好反应能力的熟石灰浆液,熟石灰浆液经高达15000~20000r/min的高速旋转雾化器喷射 成均匀的雾滴,其雾粒直径可小于100微米,具有很大的表面积,雾滴一经与烟气接触,便发生强烈的热交换和化学反应,迅速的将大部分水分蒸发,产生含水量很少的固体废渣。与传统湿法相比,该法具有工艺设备更简单,脱硫效率高,维护保养成本相对低,更容易达到新规定的排放标准要求。湿法是目前主流的脱硫方法,而(半)干法将是今后发展的趋势。

2)基本原理

SO2是一种酸性气体因此需要用碱性物质来中和烟气中的 SO2。从理论上讲,只要能中和SO2并在反应速度上有实用价值的碱或弱碱性盐都可以作为吸收剂,但在湿法烟气脱硫工程中采用最多的是储量丰富且价格低廉的石灰石

从烟气中脱除SO2的过程是在气、液、固三相中进行,发生气-液反应和液-固反应。

主要步骤如下:

1)气相SO2经扩散作用从气相溶入液相中,与水生成亚硫酸 H2SO3H2SO3迅速离解成亚硫酸氢根离子 HSO3-) 和氢离子(H+)。只有当 pH 值较高时,HSO3-的二级电离才会产生较高浓度的 SO32-。以上反应都是可逆反应,要使 SO2 的吸收不断进行下去,就必须中和电离产生H+,即降低吸收液的酸度。石灰石粉/氢氧化钙的作用就是中和H+。当吸收液中的吸收剂反应完后,如果不添加新的吸收剂或添加量不足,吸收液的酸度将迅速提高,pH值将迅速下降,当 SO2溶解达到饱和后,SO2的吸收就告终止。

2)脱硫反应过程中关键的Ca2+的形成。Ca2+的形成之所以关键,是因SO2正是通过Ca2+SO32-SO42-发生化合反应而得以从溶液中除去。 在使用石灰石粉的情况下,因为碳酸钙及难溶于水,因此必须先转换:CaCO3---CaO+CO2,电厂在此过程中是向水中鼓入大量蒸汽而达到转换的目的,但此过程中Ca2+的转换率就算理论值都只达到56%,若是使用氢氧化钙的情况下,制备成浆液时直接依氢氧化钙的含量生成大量有效的Ca2+离子,因此使用氢氧化钙的脱硫率能比石灰石粉的脱硫率提高40%左右。

3)最后亚硫酸进行氧化反应,在强制氧化工艺中,由氧化风机提供喷入反应塔罐中的氧化空气,析出结晶物,析出的产物(根据氧化程度的不同主要是二水硫酸钙(石膏)或者是半水亚硫酸钙,在氧化反应充分的情况下可以生成 CaSO4·2H2O,即优质的商品石膏。

 

三、使用氢氧化钙脱硫的特点和优势

 1)提高脱硫效率,

    使用氢氧化钙脱硫能同时脱有机硫和无机硫,H2S脱除率达97%以上,有机硫脱除率达50%左右

2)节能降耗

    脱硫装置入口的二氧化硫浓度在设计值范围内,可停运部分吸收塔浆液循环泵,相对降低系统所需液气比,降低脱硫系统厂用电率,从而有效降低脱硫运行费用和脱硫维护检修费用;同时相比于石灰石,氢氧化钙的用量将降低一半。 

3)提高燃煤调整和脱硫运行、备用的灵活性,降低燃煤成本。

   使用氢氧化钙脱硫可以减少液相阻力,浆液PH不会因SO2 的溶解而下降过快,增加主机燃煤调整和脱硫系统运行灵活性和稳定性。

4)提高氧化效率,减少亚硫酸根含量,提高真空皮带机脱水效率

     高目数的氢氧化钙能使临界晶核半径减小,强化HSO3 的氧化使CaSO4 CaSO3 易析出石膏,并使CaSO4 等处于非饱和状态,阻碍化学硬垢的生成,确保设备长期运行阻碍结垢。

 

四、实例分析

以某电厂为实例,该电厂总装机容量为两台30万千瓦的机组:2x30万KW,之前用石灰石脱硫,改用我公司生产的氢氧化钙脱硫后给电厂带来的经济效益,分析如下:

1、改变煤源种类,合理利用能源,降低燃煤成本;

2、节省浆液循环泵电耗、减少设备损耗;

3、提高脱硫效率30-40%,确保环保达标;

4、保证机组最大可能的满负荷运行。

 

1、改变煤源种类,合理利用能源,降低燃煤成本

首先,对不同硫含量的煤,进行价格调查了解得知,以低位发热量5500kcal,神木煤炭的价格为参考,调查结果:硫份每增加1%,价格降低30元/吨。

    正常情况下,每台30万kw的机组每天用煤量为2750吨,2台机组每天日用煤量为5500吨。

    使用了氢氧化钙脱硫后,可以提高脱硫效率的40%,根据实践及理论换算,其效果是能将设计燃料含硫量上限由1%提高到2%以上。

节约的燃煤成本(每年按300天计)为:

5500吨/天×30元/吨×300天=4950万元/年

 

目前石灰石的用量为每个月3000吨,采购成本(假设)100元每吨,则全年共需要使用石灰石(每年按300天计)

3000吨×12月×100元每吨=360万元/年

 

改用氢氧化钙每个月的用量为1500吨,采购成本为680元每吨,则全年共需要使用的氢氧化钙(每年按300天计):

1500吨×12月×680元每吨=1224万元/年

 

使用氢氧化钙比用石灰石要多采购成本:864万元/年,但综合燃煤成本来计算,则电厂年直接收益:4950万元-864万元=4086万元

 

2、减少设备的损耗、减少维修时间

在脱硫实际运行中,浆液循环泵在24小时不停的抽取和输送石灰石浆液,该电厂脱硫塔需开启全部2台浆液循环泵(最大一台功率为900KW),才能安全排放。而使用氢氧化钙后,可以通过停运一台浆液循环泵来降低运行费用,所能节省的电费成本如下表所示:

机组数量

循环泵功率(KW

循环泵效率

上网电价

(元/kwh

机组运行时间(小时/年)

年节省电费

(万元/年)

1

900

90%

0.42

7200

245

由于我公司生产的氢氧化钙目数高,悬浮性好,浆液循环泵及循环管路的工作条件和环境得到大幅度改善,阻力和损耗也小得多了。根据科学测算,浆液循环泵的损耗降低了70%,其故障及维修也降低了70%以上,仅节省的设备维护费也是一笔巨大的费用,这里不作细算。

 

3、提高脱硫效率30%-40%,以保排放达标。

现行的实时环保监测制度,以小时为单位,若某一时段未达标,则将扣除该时段内的脱硫补贴并加罚补贴的50%,其中补贴为0.015元/度。当然,如果在长时间未达标,电厂可能面临更为严厉的处罚。也就是说任一台机组如果有一小时未达标,每小时将损失:

30万KWx0.015元/KWhx1.5=6750元/台/时

使用氢氧化钙脱硫后,由于提高了脱硫效率的30%-40%,使原本处于脱硫监测的脱硫系统从此进入了安全区,不再受环保实时监测的困扰,其意义何等重大!

 

4、保证机组最大可能的满负荷运行

电厂日趋严格的环保监测,位于重点监测区域的电厂或是脱硫效率不够高的电厂,往往被迫降负荷运转使脱硫系统达标,而使用氢氧化钙脱硫后,尤其对于一些脱硫效率不高的脱硫系统,提高脱硫效率非常明显,脱硫率从80%左右可直接提高到95%左右。直接保证机组的满负荷运转,为电厂的正常营运创造条件。

综上所述,对于本案例中的电厂述说,使用氢氧化钙脱硫后,虽然采购成本较石灰石多了864万元/年,但产生的其他直接经济效益如下:

节约燃煤成本: 4950万元/年

电耗节约: 245万元/年

使用氢氧化钙而增加的采购成本仅占其产生的直接经济效益的16%。

至于确保环保达标避免的环保罚款,提高副产品石膏品质而带来的巨大效益以及提高机组负荷而产生的边际利润由于无精确计算依据。只能作为间接经济效益进行估算。

   但无论怎样计算,上亿元的直接经济效益加上无法估量的巨大间接效益。其投入远远低于其直接经济效益16%的采购成本。

(实例中的数据来自电厂、脱硫氢氧化钙供应商等,属于理论值的范围,与实际数据有偏差,但可以作为范围内的参考依据)


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