水泥廠自備電站煙氣脫硫技術(shù)路線之探討

王鳳榮

摘 要：自備電站鍋爐煙氣脫硫系統(tǒng)，應(yīng)將脫硫系統(tǒng)納入主工藝系統(tǒng)一并研究，將脫硫系統(tǒng)與主工藝系統(tǒng)有效結(jié)合，實現(xiàn)整體優(yōu)化，方能保證在滿足日益嚴格的環(huán)保排放的前提下，實現(xiàn)企業(yè)整體的節(jié)能增效要求。文章介紹了目前幾種典型脫硫方式，提出了水泥廠脫硫工藝系統(tǒng)技術(shù)路線。

關(guān)鍵詞：水泥廠 自備電站 技術(shù)路線選擇

中圖分類號：X773 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（b）-0108-04

近來，全國大面積霧霾天氣的持續(xù)加重，有關(guān)部門加大了對燃煤電站煙氣處理的管理力度。2015年11月30日，國家發(fā)改委、國家能源局下發(fā)了《關(guān)于加強和規(guī)范燃煤自備電廠監(jiān)督管理的指導(dǎo)意見》，明確“推進環(huán)保改造：自備電廠應(yīng)安裝脫硫、脫硝、除塵等環(huán)保設(shè)施，確保滿足大氣污染物排放標準和總量控制要求，并安裝污染物自動監(jiān)控設(shè)備，與當?shù)丨h(huán)保、監(jiān)管和電網(wǎng)企業(yè)等部門聯(lián)網(wǎng)。污染物排放不符合環(huán)保要求的自備電廠要采取限制生產(chǎn)、停產(chǎn)改造等措施，限期完成環(huán)保設(shè)施升級改造。對于國家要求實施超低排放改造的自備燃煤機組，要在規(guī)定期限內(nèi)完成相關(guān)改造工作。鼓勵其他有條件的自備電廠實施超低排放改造”。水泥、鋼鐵等行業(yè)的自備電廠與電力系統(tǒng)燃煤電站一道，其環(huán)保排放納入環(huán)保部門的監(jiān)控行列。

1 典型脫硫系統(tǒng)簡介

目前，電站鍋爐煙氣脫硫的方法有石灰石-石膏法濕法脫硫（Wet FGD）、石灰石-石膏法干法脫硫（Dry FGD）、氨法脫硫技術(shù)、海水脫硫、爐內(nèi)噴鈣爐后活化脫硫以及電子束法工藝等。

石灰石-石膏濕法脫硫、熟石灰-石膏干法脫硫、氨法脫硫、海水脫硫等工藝均可以達到95%以上的脫硫效率，循爐內(nèi)噴鈣爐后活化脫硫效率一般在左右80%。鑒于電子束法目前尚不成熟，且應(yīng)用業(yè)績極少；循爐內(nèi)噴鈣爐后活化脫硫效率較低，且應(yīng)用業(yè)績少，以下僅對目前應(yīng)用最為廣泛的4種脫硫工藝原理及特點進行簡要介紹。

1.1 石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)

1.1.1 系統(tǒng)簡介

石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)是目前世界上技術(shù)最為成熟、應(yīng)用業(yè)績最多的脫硫工藝，應(yīng)用該工藝的機組容量約占電站脫硫裝機總?cè)萘康?5%以上，應(yīng)用的單機容量已達1050MW。其脫硫副產(chǎn)物——石膏一般有拋棄和回收兩種方法，主要取決于市場對脫硫石膏的需求、石膏質(zhì)量以及是否有足夠的堆放場地等因素。典型石灰石-石膏法脫硫工藝流程圖見圖1。

1.1.2 技術(shù)特點

（1）采用塊狀或者粉狀CaCO3作為還原劑，價格低廉，資源豐富，運輸、儲存安全可靠。（2）脫硫副產(chǎn)品為石膏，其成份完全滿足建材（水泥）、空心磚以及石膏板綜合利用的需要。（3）脫硫效率高，最高可以達到99.7%。（4）脫硫劑利用率高，達90%以上。Ca/S比低（1.03～1.05）。（5）運行業(yè)績多，且有運行近20年的商業(yè)運行經(jīng)驗。

該工藝原理簡單，吸收劑的利用率高，脫硫效率高，在Ca/S=1.03時，脫硫效率高達99.7%，能夠適應(yīng)各種煤種，適應(yīng)各種容量機組，運行可靠，可用率高，副產(chǎn)品石膏具有商業(yè)價值。

1.2 熟石灰-石膏干法脫硫技術(shù)

1.2.1 系統(tǒng)簡介

熟石灰-石膏干法脫硫技術(shù)也是應(yīng)用業(yè)績較多的脫硫工藝，應(yīng)用該工藝的機組容量約占電站脫硫裝機總?cè)萘康?%～2%以上，應(yīng)用的單機容量已達200MW。由于其脫硫副產(chǎn)物——石膏中的CaO較高，一般不宜綜合利用，多采用排放至電廠灰場儲存。典型流程圖見圖2。

1.2.2 技術(shù)特點

（1）脫硫還原劑采用CaO或者Ca（OH）2。（2）還原劑消耗量較大，Ca/S≈2.5。（3）整個裝置結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小，運行可靠。裝置的負荷適應(yīng)性好。（4）脫硫付產(chǎn)物為干態(tài)，系統(tǒng)無污水產(chǎn)生。（5）脫硫后煙氣不必再加熱，可直接排放，脫硫后煙氣溫度為70℃～75℃，高于水露點15℃以上，煙囪出口無“白煙”和“石膏雨”現(xiàn)象，對煙道、煙囪系統(tǒng)無腐蝕。（6）脫硫效率高，保證脫硫效率達90%以上。

1.3 氨法脫硫技術(shù)

1.3.1 系統(tǒng)簡介

氨法脫硫技術(shù)也是較為成熟的一種脫硫工藝，其脫硫效率可以達到95%。但受制于還原劑需要液氨或者氨水，大型電廠應(yīng)用很少，基本上在化工等自備電廠是使用，同時，其脫硫副產(chǎn)物為硫酸銨，當作為肥料應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時，容易使土地產(chǎn)生板結(jié)，故副產(chǎn)物的應(yīng)用受到影響。典型氨法脫硫工藝流程圖，見圖3。

1.3.2 技術(shù)特點

（1）屬于回收法，將煙氣中的SO2作為資源，回收生產(chǎn)使用價值較高的硫銨。（2）還原劑可以采用液氨、氨水、廢氨水，還可以采用化肥級碳銨。（3）系統(tǒng)較為復(fù)雜，既有脫硫吸收塔，還需要硫酸銨加工工藝。（4）脫硫副產(chǎn)品——硫酸銨運輸和儲存較為方便。

1.4 海水法脫硫技術(shù)

1.4.1 系統(tǒng)簡介

海水脫硫技術(shù)也是較為成熟的一種脫硫工藝，其脫硫效率可以到到95%。但受制于還原劑需要海水，應(yīng)用收到限制，業(yè)績一般均為濱海電廠。同時，由于脫硫副產(chǎn)物排入大海中，極易對附近海域造成化學(xué)以及熱污染。隨著對排放越來越嚴格，該工藝的應(yīng)用越來越受到限制。典型海水脫硫流程圖見圖4。

1.4.2 技術(shù)特點

（1）海水作為還原介質(zhì)；（2）工藝系統(tǒng)較簡單；（3）沒有固體副產(chǎn)物排放；（4）系統(tǒng)脫硫率可達90%以上；（5）投資及運行費用較低。

2 水泥廠自備電廠脫硫工藝的選擇

2.1 水泥原材料組成情況

水泥行業(yè)一般來講生產(chǎn)的是硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥是一種細致的、通常為灰色的粉末，它由鈣（來自石灰石）、硅酸鹽、鋁酸鹽（黏土）以及鐵酸鹽組成。石灰石是水泥生產(chǎn)的主要原料，每生產(chǎn)1t熟料大約需要1.3t石灰石，占生料的80%以上。石膏占水泥生產(chǎn)原材料的4%左右。endprint

2.2 脫硫工藝的選擇

水泥廠自備電廠作為為水泥廠提供熱源、電源的一個動力車間，其脫硫方式的選擇應(yīng)該與主生產(chǎn)工藝相結(jié)合，依托其主工藝的現(xiàn)有條件，優(yōu)化系統(tǒng)，同時為主工藝系統(tǒng)服務(wù)的原則進行。

根據(jù)對目前常用的4種脫硫系統(tǒng)技術(shù)路線的分析可以得知：幾種常用的脫硫工藝，其脫硫效果均能滿足水泥廠自備電站SO2排放的要求。但從與主工藝系統(tǒng)銜接來看，氨法脫硫的還原劑為氨水或者液氨，產(chǎn)品為硫酸氫銨；海水脫硫的還原劑為海水，與水泥廠主體工藝沒有銜接性。而石灰石-石膏法濕法（WFGD）或者熟石灰-石膏干法（DFGD）的脫硫副產(chǎn)品為石膏，為生產(chǎn)水泥的原材料之一，與主工藝的相關(guān)性大。

石灰石-石膏濕法脫硫與熟石灰-石膏干法脫硫相比，雖然其副產(chǎn)品均為石膏，但石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)的還原劑為石灰石，與生產(chǎn)水泥的主要原材料相同，且主工藝相同中，已經(jīng)有各種粒徑的石灰石粉（濕法脫硫需要石灰石粒徑為28～44μm）和儲存措施（石灰石儲存場和石灰石粉倉），無需獨立設(shè)置石灰石儲存?zhèn)}和石灰石粉倉，也無需設(shè)置石膏庫，僅設(shè)置一個石膏裝卸點即可。如果采用熟石灰-石膏干法（DFGD）脫硫工藝，需要單獨的CaO或者Ca（OH）2來源，且需要設(shè)置獨立的儲存場地，系統(tǒng)設(shè)置復(fù)雜，還原劑的利用率低（Ca/S為2.5左右）。

3 結(jié)語

鑒于以上分析，水泥廠自備電站的脫硫系統(tǒng)建議采用石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)路線，這樣即可以有效地將脫硫系統(tǒng)與水泥廠主工藝有效結(jié)合，簡化了脫硫還原劑制備以及石膏儲存系統(tǒng)，同時又將脫硫副產(chǎn)品直接作為制造水泥的原材料，降低了水泥生產(chǎn)成本（1t石灰石進入WFGD后，可產(chǎn)生～1.8t石膏），實現(xiàn)了脫硫系統(tǒng)與水泥主工藝一體化，在有效降低投資成本的同時，降低了水泥的生產(chǎn)成本。

隨著國家環(huán)保政策、節(jié)能要求越來越高，尤其是在電站鍋爐煙氣采用超低排放后，對系統(tǒng)配置、運行的要求越來越高，單一從一個設(shè)備、一個點可優(yōu)化量越來越艱難，建議把脫硫系統(tǒng)納入主體系統(tǒng)，將脫硫系統(tǒng)與主工藝系統(tǒng)有效結(jié)合，實現(xiàn)整體優(yōu)化，方能保證在滿足日益嚴格的環(huán)保排放的前提下，實現(xiàn)企業(yè)整體的節(jié)能增效要求。

參考文獻

[1] 繆明烽，于耘.濕式逆流噴淋脫硫塔中SO2吸收特性的研究[J].環(huán)境工程學(xué)報，2010（4）：887-892.

[2] 楊愛勇，韋飛，祝業(yè)青，等.影響濕法脫硫煙氣系統(tǒng)電耗的因素[J].節(jié)能與環(huán)保，2010（3）：41-42.

[3] 周曉輝，駱文波，廖永進.火電機組煙氣脫硫裝置運行分析及優(yōu)化建議[J].廣東電力，2009（8）：52-56.

[4] 郭欣.降低濕法脫硫系統(tǒng)的電耗分析[J].山西電力，2009（3）：19-20.

[5] 鐘毅，高翔，王惠挺，等.基于CFD技術(shù)的濕法煙氣脫硫系統(tǒng)性能優(yōu)化[J].中國電機工程學(xué)報，2008（32）18-23.endprint