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摘要:介紹了循環流化床干法煙氣脫硫技術在山東臨沂電廠135MW機組的應用情況,對循環流化床干法煙氣脫硫在運行時需要注意的問題提出了若干建議。
山東臨沂電廠135MW機組煙氣脫硫改造工程采用AE&E公司循環流化床干法煙氣脫硫技術(Turbosorp Dry FGD) ,該項目于2007年7月完成系統調試,脫硫效率達到90%以上,系統運行穩定、可靠。
1 工藝原理及工藝流程
鍋爐來的煙氣經FGD入口擋板門從反應器底部進入,在反應器內與加入的熟石灰、再循環產物及水發生反應,除去煙氣中的SO2 等酸性氣體。煙氣中夾帶的吸收劑和再循環產物,在通過反應器下部文丘里管時,受到氣流的加速而懸浮起來,形成流化床,使得煙氣和顆粒之間不斷摩擦、碰撞,從而極大地強化了氣固之間的傳熱、傳質反應。同時,為了達到最佳的反應溫度,通過向反應器內噴水,使煙氣冷卻到70℃左右。
攜帶大量吸收劑和再循環產物的煙氣從反應器頂部排出,進入靜電除塵器,進行氣固分離。靜電除塵器入口煙氣含塵量高達1 000 g·m- 3 ,經過靜電除塵器凈化后煙氣含塵量不超過50 mg·m- 3。靜電除塵器收集下來的灰中含有大量未反應的吸收劑,因此將大部分收集到的灰返回反應器進一步反應,一小部分灰作為脫硫副產品排至終產物儲倉,再通過罐車外排。經過靜電除塵器凈化后的煙氣經增壓風機和出口擋板門后排入煙囪。工藝流程如圖1所示。各個子系統的詳細描述見文獻[1 ]。
脫硫副產品的主要成分為CaSO3 ·1 /2H2O、CaSO4 ·1 /2H2O、CaF2、CaCl2 及未反應的Ca (OH) 2和雜質等。這些脫硫灰可以用于廢礦井填埋、高速公路路基、吸聲材料、水泥摻合料等。
由于流化床中氣固間良好的傳熱、傳質效果,煙氣中的SO3 幾乎被全部清除,加上排煙溫度始終高于煙氣露點溫度20℃以上,因此排煙無需再加熱,同時整個系統也無需采取任何防腐措施。下列反應方程式是采用熟石灰為吸收劑時干法的基本反應過程。
Ca (OH) 2 + SO2 = CaSO3 ·1 /2H2O + 1 /2H2O
Ca (OH) 2 + SO3 = CaSO4 ·1 /2H2O + 1 /2H2O
Ca (OH) 2 +H2O + SO2 + 1 /2O2 = CaSO4 ·2H2O
CaSO3 ·1 /2H2O + 1 /2O2 = CaSO4 ·1 /2H2O
Ca (OH) 2 +CO2 = CaCO3 +H2O
Ca (OH) 2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O
Ca (OH) 2 + 2HF = CaF2 + 2H2O
反應溫度控制在70～80℃,高于煙氣飽和溫度20～30℃。
2 運行時應注意的問題
循環流化床干法煙氣脫硫系統的關鍵在于流化床的建立和反應溫度的控制。流化床床壓不穩會影響脫硫效率,甚至會發生“塌床”的情況;反應溫度的控制直接影響脫硫效率,是循環流化床干法煙氣脫硫中最關鍵的因素。以下針對流化床床壓和反應溫度兩方面,對運行時應該注意的問題提出幾點建議。
2. 1 煙氣流速
由于反應器內顆粒濃度很高,煙氣含塵量最高可達到1 000 g·m- 3 ,為了保證大量的顆粒不落至反應器底部,設計時將再循環產物回料口和吸收劑加入口均布置在反應器文丘里段的上部,煙氣經過文丘里的流速為25～50 m / s,高速的煙氣氣流將反應器內的顆粒懸浮起來,形成流化床。本項目反應器直筒段直徑為8. 5 m,采用7個文丘里管,每個文丘里管的直徑為1 m,根據凈煙氣流量改變對反應器底部落灰量影響的測試表明,該系統必須運行在煙氣流量高于52萬m3 ·h- 1的工況下(相當于72%負荷) 。若鍋爐負荷低于72% ,反應器內煙氣流速無法滿足顆粒懸浮要求,易產生“塌床”現象。
在系統設計時,考慮到鍋爐可能會運行在70%負荷以下,因此在增壓風機后設置了再循環煙道,將脫硫后的凈煙氣補充至反應器入口處,提高反應器內煙氣流速。根據再循環煙道擋板門開度改變對煙氣流量影響的測試表明,當鍋爐運行在60%負荷時,再循環煙道擋板門全開,凈煙氣流量能保證在52萬m3 ·h- 1以上,系統能穩定運行,反應器底部落灰量少。
2. 2 流化床床料壓降
流化床床料壓降太小,煙氣和吸收劑顆粒接觸不充分,則脫硫效率難以保證;而流化床床料壓降太大,則易發生“塌床”的現象。運行時將床料壓降設定在600 Pa,由于氣化斜槽回料量不穩,反應器內流化床床壓會在500～800 Pa之間波動。在這個范圍內,本系統能穩定運行,脫硫效率達到90%以上。為了避免發生“塌床”情況,在DCS里設定床壓高于1 000 Pa自動停運工藝水系統,高于1 100 Pa自動停運產物再循環系統。
2. 3 反應溫度控制
AE&E循環流化床干法煙氣脫硫系統采用的水噴槍是Lechler公司的單流體高壓回流噴嘴,配備有兩臺高壓水泵(40bar)和一個電動回流調節閥。通過調節回流水量的大小,來控制噴入反應器的工藝水量,從而調節反應器內的反應溫度。由于反應器內的反應溫度是通過裝在反應器頂部的熱電偶來反映,存在一定的滯后現象,因此在FGD系統啟動時不能將回流調節閥設定在自動位置,必須手動逐步調小閥門開度,待反應器頂部溫度降至70℃時,再將閥門調至自動,此時該閥門會自動調整開度將反應器頂部溫度穩定在70℃。
3 結 語
隨著國家環保法規的逐步健全,煙氣脫硫技術已在我國得到了廣泛應用。干法煙氣脫硫技術由于占地小、投資省、運行維護成本低等優勢,得到了越來越多中小型機組的青睞。系統的穩定、可靠是業主最為關心的問題,這一方面在于系統設計上,而很大一方面要靠運行經驗的積累。本文在山東臨沂135MW機組運行實踐的基礎上,對循環流化床干法煙氣脫硫系統運行提出了幾點建議。
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