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双碱法在本钢发电厂 220 t/h 燃煤锅炉烟气 脱硫技术中的应用 刘春红 1 王析明 1 李建萍 2 吕永吉 1 1． 本溪钢铁集团公司环保部， 辽宁 本溪 117000;2． 中国京冶工程技术有限公司， 北京 100088 摘要 烟气脱硫对节能减排起着关键性的作用， 本钢发电厂 3 年内先后对 4 台 220 t/h 燃煤锅炉进行烟气脱硫， 采用 WSCM 型石质旋流式脱硫除尘设备， 在运行中不断完善脱硫工艺， 配备了 NaOH、 CaO 系统， 建成安装了浓缩池及相应 的泵房等配套设施， 脱硫工艺更名为“双碱法 CaO/NaOH ” 。通过对污染物的控制、 在线监控及监测数据， 加强管理 达到节能减排的预期效果。 关键词 WSCM 型石质旋流式脱硫除尘设备;双碱法 CaO/NaOH ;监测数据;节能减排 APPLICATION OF DOUBLE ALKALI PROCESS IN COAL- FIRED BOILER FGD OF ELECTRIC POWER PLANT UNDER BENXI IRON ＆ STEEL GROUP Liu Chunhong1Wang Ximing1Li Jianping2L Yongji1 1． Environmental Protection Bureau of Benxi Iron ＆ Steel Group， Benxi 117000，China; 2． China Jingye Engineering Corporation Limited， Beijing 100088，China AbstractFlue gas desulfuration FGDplays a key role in energy conservation and emission reduction，and the electric power plant of Benxi Iron ＆ Steel Group has managed to deal with 4 220 t/h coal-frid boilers’fule gas desulfurization using WSCM type stone swirl desulphurization and dust removal equipment，and the desulfurization process continually is improved through equipped with NaOH and CaO system，and the appropriate concentration pool and pump，as well as other facilities are installed． Desulfurization process changed its name to“dual-alkali CaO/NaOH ”process． Through the control of pollutants， online monitoring data and strengthening the management，the expected result of energy saving is achieved． KeywordsWSCM stone swirl desulphurization and dust removal equipment;dual-alkali CaO/NaOH ;monitoring data; energy conservation and emission reduction 0引言 燃煤火电是我国电力生产的主体， 一直占电力产 量的 80 以上。2009 年我国煤炭产量达 30. 5 亿 t， 2010 年预计将达 33 亿 t， 其中煤炭产量的增量大部 分用于发电。研究表明， 燃煤发电锅炉排放的 SO2已 成为我国大气 SO2污染的主要贡献者［1］， 各类大气 污染物排放标准对燃煤烟气 SO2净化要求不断提高， 为了切实落实减排工作和实现企业的可持续发展， 燃 煤锅炉实施烟气脱硫已势在必行。 本文以本钢 4 座 220t/h 燃煤锅炉为例， 探讨了 “双碱法 CaO/NaOH ” 工艺对燃煤锅炉烟气脱硫的 效果和技术可行性， 结果表明采用该工艺可以达到预 期的减排效果， 环境效益明显。 1脱硫方法的选定及选择原则 1. 1电厂烟气脱硫技术目前常用的方法 烟气脱硫技术早在 20 世纪 60 年代已被采用， 我 国燃煤电厂也较早采用了脱硫技术， 并在“十五” 期 间得到快速发展。经过几十年的发展， 世界已有多种 脱硫方法 ［2- 7］ 如海水法、 石灰 － 石膏法、 氨 － 硫铵法、 氢氧化镁法、 活性炭法、 电子束照射法等烟气脱硫技 术。目前国内已实施并生产运行和正在建设中的烟 气脱硫工艺可分为湿法、 半干法和干法三类。选择一 种正确的使用方法无疑是脱硫成功的关键。 1. 2本钢对脱硫方法的选择依据 1 脱硫技术工艺成熟， 有良好的工业化运行业 绩， 能适应本钢燃煤锅炉烟气的特点。 99 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 2 流程较简单， 占地面积小， 可在老厂区现有场 地布置。 3 投资经济， 操作简单， 运行成本低。 4 系统设施设备调控、 维护方便， 运行稳定。 5 脱硫剂资源充足， 价格适宜， 副产物基本可以 综合利用， 不产生二次污染。 本钢板材股份有限公司发电厂为本钢自备电厂， 承担着高炉等各主要生产环节的供风、 热力发电、 生 产供热和本钢厂区及本溪市区的冬季供暖等任务。 全厂锅炉均为大型燃煤锅炉， 全部配套了高效静电除 尘器， 但烟气脱硫问题一直未能很好解决。因此本钢 决定对燃煤锅炉进行烟气脱硫。 2006 年以来， 发电厂先后对 4 台 220 t/h 燃煤锅 炉实施烟气脱硫。经对电厂燃煤锅炉工艺系统分析， 发现发电厂冲灰水工艺存在系统水质 pH 值 pH≥ 10. 5 碱度高的特点， 可作为初期脱硫技术工艺措施 中的脱硫介质补充液 ［1］。2006 年 9 月本钢与湖南湘 北森隆环保实业 有限 公 司 合 作， 首 先 对 1 号 锅 炉 220 t/h 进行以废治废的 SO2治理技术探索， 2006 年 11 月投入运行， 经本溪市环保监测站实地监测， 脱 硫及除尘效果明显， 脱硫效率达 83 以上。首开了 “占地小、 投资少、 效果好、 运行成本低、 简单实用” 的 电厂烟气脱硫改造之先河。 之后， 本钢又陆续对其余 3 台220 t/h燃煤锅炉 进行烟气脱硫改造， 第 2、 3 台220 t/h燃煤锅炉 3 号、 4 号锅炉 烟气脱硫工程于 2007 年先后完成; 第 4 台 220 t/h燃煤锅炉 2 号锅炉 烟气脱硫工程于 2008 年 8 月完成投用。到 2008 年 8 月已完成 4 台燃煤锅炉 烟气脱硫并投入正常运行， 4 台220 t/h燃煤锅炉烟气 中 SO2全部实现达标排放， 为本钢乃至本溪市的总量 减排和环境改善做出了贡献。 4 台 220 t/h 燃 煤 锅 炉 烟 气 脱 硫 工 程 总 投 资 5 243． 4万元， 工程位于本钢工源厂区发电厂高压车 间， 4 台脱硫设施建筑面积逾 800 m2。分别在 4 台 220 t/h燃煤锅炉尾部 电除尘器后 新建脱硫塔及相 应设施， 并建设碱液循环、 补充、 调节系统和烟气在线 检测装置等。 2脱硫工艺原理及工艺改进情况 本 项 目 脱 硫 工 艺，初 期 全 部 采 用 了 新 型 “WSCM － 220 型” 工艺， 对发电厂 4 台220 t/h燃煤锅 炉的出口烟气进行脱硫除尘处理， 设计脱硫效率大于 80 ， 新型“WSCM － 220 型” 工艺主要采用石质冲击 式水浴脱硫除尘设备。石质冲击式水浴除尘脱硫设 备经国家知识产权局和国家环保产业协会认定认可， 颁布实用新型专利证书 专利号 ZL 02 2 31821． 6 和国家环保产业证书。 本脱硫工程设备与主体设施采用自有专利技术 及国家环保部门认可的 WSCM 型石质旋流式脱硫除 尘设备。脱硫设备主体是整个脱硫系统的核心， 直接 关系到系统的正常稳定运行和脱硫效率。在系统运 行过程中， 设备主体内含尘烟气流速过快、 温度过高、 含 SO2及粉尘的烟气经雾化水接触后产生的酸、 碱性 物质腐蚀性强。为克服上述不利因素， 脱硫除尘设备 主体用材设计全部采用耐酸、 耐碱、 耐磨损、 耐高温的 精制花岗岩制作， 用材满足 JC 20592天然花岗岩 石建筑板材标准 和 HJ/T 3192006花岗石类湿式 烟气脱硫除尘装置 的有关规定和技术认定条件， 以 确保脱硫设备主体的稳定运行和烟气达标排放。花 岗岩的使用寿命不低于 20 年， 设备主体维护、 维修量 小， 一般可做到终身运行无大修， 从而降低了设备运行 的维护、 维修成本。由于设备正压运行， 为了避免因温 差导致的渗漏问题， 设备主体采用内外双墙花岗岩中 间钢筋混凝土结构。花岗岩的生产过程从符合脱硫设 备用材条件的原始矿山开采， 经 2 级初开采至 3 级初 加工至 2 级精加工， 质检合格后进行安装施工。 WSCM 型脱硫设备采用湿式吸收法， 使烟气中的 SO2在塔内利用气体、 液体的物理特性吸收。液体被 雾化后 单位表面积扩大了2 000余倍 ， 迅速向雾状 液滴大面积扩散， 使烟气中的 SO2及粉尘与液滴充分 接触。当 SO2浓度在气 － 液两相间达到平衡后， SO2 温度降低由气态转入液态， 从而更容易被碱性液体充 分吸收。WSCM 吸收设备内所有部件选材都能承受 快速入口飞灰气流及最高进口烟气温度的冲击、 磨损 及腐蚀， 吸收设备内的导向装置、 喷射装置及喷淋雾 化系统是脱硫设备配备的部分吸收设施， 雾化器采用 螺旋喷嘴， 316 L 不锈钢制作， 雾化效果好， 不易堵 塞， 直接与外部管法兰连接， 检修、 维修时不需停炉。 三年时间共计建成 4 台燃煤锅炉脱硫工程。在 水力除灰系统中， 煤燃烧后产生的炉渣和电除尘收集 的飞灰一并用水力输送到浓缩池， 浓缩后的高浓度灰 渣送往灰场贮存， 浓缩池的上清液 溢流水 送回锅 炉循环使用。由于炉渣和飞灰中一般都会有活性氧 化钙等碱性物质， 冲灰溢流水呈碱性， 将锅炉冲渣溢 流水作为脱硫剂循环系统的补充水。 001 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 此碱性废水送入脱硫脱氮除尘系统， 经烟气进口 顶部下行， 与下行通道雾化系统充分接触， 完成第 1 次脱硫、 除尘、 脱氮过程。经过 8 次脱硫、 除尘、 脱氮 过程效果明显， 达到国家排放标准要求。 运行一段时间后， 在日常取样检测和在线监测 仪显示中发现冲灰水碱度在逐渐下降， 水中碱度越 来越稀少， 已很难满足脱硫工艺对脱硫剂技术指标 要求及实际生产运行需要。为提高并稳定脱硫效 率， 环保部及时与电厂及湖南湘北森隆环保实业有 限公司一起深入分析研究， 对整体脱硫系统进行了 进一步整改和系统完善， 增设了自动补碱设施、 设 备及桌面动态监控设施， 完善了 NaOH 及 CaO 自动 投加脱硫剂装置和浓缩池及相应的泵房等配套设 施。根据其技术工艺改进特点， 脱硫设施名称也由 “石质冲击式水浴” 脱硫工艺更名为“双碱法 CaO / NaOH ” 脱硫工艺， 主体脱硫装置不变， 将脱硫介质 由含碱性 的 冲 灰 水改 为投加 CaO /NaOH 的“双 碱 法” 脱硫工艺见图 1。 图 1双碱法脱硫工艺 搅拌后的碱性吸收液进入 pH 调节池后由循环 用水泵送至吸收塔内的雾化系统传递至吸收设施及 旋流装置， 循环使用。石灰浆液用石灰浆液泵直接送 至脱硫设施底部。 脱硫区域内的所有用水， 由脱硫循环水泵将 pH 调节池中的上清液送至各用水装置循环使用， 满足 WSCM 吸收设备、 碱性制备石灰浆液制备、 脱硫区域 场地冲洗、 冲灰水的循环用水。 脱硫后的废水经灰沟进入浓缩池， 浓缩后的上清 液循环使用， 副产物进入脱水系统处理。中心传动浓 缩机用于汇集并处理脱硫副产物及脱硫过程中捕集 下来的烟气中的飞灰。污水处理的圆形浓缩池中， 对 污泥进行浓缩处理， 减小污泥体积， 为下一步脱水提 供条件。采用减速机带动回转支承传动。工作原理 浓缩机由中心传动装置驱动传动轴、 刮臂等旋转， 刮 臂上的刮板将污泥由池边逐渐刮至池中心的泥坑中， 通过排泥管排出池外， 刮臂上固定有搅拌栅条， 旋转 时提供絮状污泥的沉淀空间， 加速污泥的下沉， 提高 浓缩效果。 带式压滤机是一种连续给料连续出饼的脱水设 备， 过滤介质由上下两层滤带组成， 过滤压力源于气 缸对滤带的柔性张力。 钠钙双碱法脱硫工艺的主要副产物为硫酸钙， 双 碱法， 即 加 钠 石 灰 法， SO2与 NaOH 反 应 后 生 产 Na2SO3， 充分与氧气反应后生产 Na2SO4， 加入定量 CaOH 后与 Na2SO4反应后生产 CaSO4沉淀。 新建脱水系统设计处理量可满足上述所有 4 台 锅炉的使用。 水污染物 除尘脱硫装置产生工艺废水排入本钢 大清沟灰渣场储灰坝。 固体废弃物 除尘脱硫装置产生 CaSO4、 灰渣， 收 集后排入本钢大清沟灰渣场储灰坝集中处理。 3污染物及控制情况运行效果分析 本项目是在静电除尘器后部进行烟气脱硫， 实际 是对锅炉产生的烟尘进一步去除和对烟气中的 SO2、 NOX进行处理， 使其最终成为灰和不溶的固态硫酸盐 石膏 的混合物， 然后综合利用。 锅炉燃煤产生烟尘、 SO2、 NOX， 通过除尘器、 脱硫 装置治理后达标排放。 发电厂 21 号锅炉脱硫项目经本溪市环境监测中 101 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 心站监测并出具了监测报告， 监测结论为 1 本 钢 发 电 厂 燃 煤 锅 炉 烟 尘 排 放 浓 度 为 81 mg/m3， 烟尘林格曼黑度为 0. 4 级; SO2排放浓度 为27 mg/m3; NOX排放浓度为 261 mg/m3; 符合 GB 132232003火电厂大气污染物排放标准 第 1 时 段 实施时间为 2005 年 1 月 1 日 火力发电燃煤锅炉 污染物排放标准 烟尘排放浓度为 300 mg/m3; SO2排 放 浓 度 为 2 100 mg/m3; NOX排 放 浓 度 为 1 100 mg/m3。 2 根据本溪市环保局对发电厂 4 台220 t/h燃煤 锅炉实施脱硫后的污染物总量核算数据 详见表 1、 表 2 ， 实际 4 台锅炉的排放总量为 烟尘为 420 t/a、 SO2为 1 027 t/a， 满足总量要求。 表 12008 年 4 台炉烟尘排放情况 产生烟 尘量 / t a － 1 静电除尘 98． 5 去除量 / t a － 1 剩余烟尘 / t a － 1 脱硫除尘 70 去除量 / t a － 1 实际外排 / t a － 1 93 50592 1031 402982420 表 22008 年 4 台炉 SO 2排放情况 炉号 产生量 / t a － 1 效率 / 排放 / t a － 1 减排量 / t a － 1 21 号 1 53083． 52521 278 22 号 2 068． 683． 53411 728 23 号 1 43783． 52371 200 24 号 1 19283． 5197995 合计6 227. 81 0275 201 4结论及建议 经过 2 年多的运行考核， 体现出良好的效果， 本 溪市环境监测中心站监测结果表明 脱硫效率均稳定 在 83． 5 以上， 脱氮效率可达 31． 6 ， 除尘效率达 74. 8 ; 本溪市环保局对发电厂 4 台220 t/h燃煤锅炉 实施 脱 硫 后 的 污 染 物 总 量 核 算 后， 脱 硫 效 率 为 83. 5 ， 除尘效率 70 。符合环评中要求在静电除 尘器后安装脱硫设备， 脱硫效率 80 ， 除尘效率 60 的要求。基本达到了预期目的。做到了既保护环境 又综合利用能源， 环境效益比较明显。 存在不足及建议 目前最大的不是脱硫灰渣的使 用范围受限， 除少量用于路基铺设， 水泥添加剂， 内墙 墙面涂料等方面， 尚不能大量有效地利用。脱硫设施 初期因脱硫剂量的投加控制不均匀脱硫效率不稳定。 经多次调节与改进， 达到了稳定运行效果。 建议在建厂加强日常管理和维护， 做好设备正常 稳定运行， 使在线监测数据及时有效地指导脱硫设施 的联动监管与运行。设置专人专管， 制定专门的环境 保护管理制度， 按章办事， 按制度考核。真正使脱硫 设施在污染减排工作中发挥出最大的效能。 参考文献 ［ 1］亢燕铭， 王胜良， 沈恒根， 等． 电站冲灰水烟气脱硫的工业应用 ［J］． 环境工程， 2003， 21 1 44- 48． ［ 2］江永盟． 湿法烟气脱硫应用中的几个问题探讨［J］． 环境工程， 2003， 21 2 35- 38． ［ 3］周建宏， 甘艳， 普煜， 等． 燃煤锅炉氨法烟气脱硫［J］． 环境工 程， 2005， 23 3 49- 50. ［ 4］莫建松． 双碱法烟气脱硫工艺的可靠性研究及工业应用［D］． 杭州 浙江大学， 2006． ［ 5］张军． 海水烟气脱硫技术及其在火电厂的工程应用［D］． 成都 西南交通大学， 2007. ［ 6］牛涛涛， 汪建根， 李振玉， 等． 小型锅炉烟气脱硫除尘新工艺 ［J］． 环境工程， 2008， 26 2 36- 40. ［ 7］王晓玲． 燃煤锅炉烟气脱硫方案比较研究［D］． 西安 长安大 学， 2009． 作者通信处刘春红117000辽宁省本溪市明山区贵宾巷 1 号本 溪钢铁集团公司环保部 电话 0414 7827576 E- mail456liuh 163． com 2010 － 10 － 27 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 73 页 ［ 2］祈君田， 聂孝峰． 循环流化床锅炉电 － 袋组合除尘技术应用研究 ［J］． 热力发电， 2007 12 49- 52． ［ 3］柳少华， 陈 延 涛． 电 袋 复 合 式 除 尘 技 术［J］． 科 技 信 息， 2009 31 837． ［ 4］王丽丽， 王丽萍． 电袋复合式除尘器的工业化应用研究［J］ ． 电 力环境保护， 2008， 24 5 1- 4． 作者通信处李杰221008江苏省徐州市中国矿业大学文昌校区 环境与测绘学院 E- maillijiecumt 126． com 2010 － 07 － 13 收稿 201 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期