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半干半湿脱硫技术节能研究 都基峻 石应杰 张 凡 中国环境科学研究院, 北京 100012 摘要 以火电厂半干半湿脱硫技术 BGBS 为例, 分析 BGBS 脱硫技术的节能措施和节能潜力, 结果表明, 目前常用的 电驱动方式处于电厂能量链的末端, 能耗相对较高, 而 BGBS 烟气脱硫技术采用蒸汽引射专利技术进行脱硫剂和脱硫 灰消化、活化、氧化、输送一体化, 省去石灰消化系统和气力输送系统, 从而降低了能耗和运行费。 关键词 火电厂 半干半湿法 蒸汽引射 节能 0 引言 进入 21 世纪以来 , 能源紧张与环境污染这两个 长期困扰人类生存和发展的问题越来越受到各方面 的关注。对于我国这样一个发展中国家来说 ,这两个 重大问题是我国发展道路上的主要障碍 ,是不容回避 的必须解决的重要问题。当前随着我国大力推行“节 能减排”工作,有关节能与减排技术的研究日趋活跃, 并越来越受到社会各方面的关注。 从热力学的观点看, 环境治理过程 ,即从废水 、 废 气等污染载体中去除浓度相对较低的污染物的过程, 通常是墒减过程 ,往往需要投入一定的能量。因此污 染治理技术同时涉及节能和环保两大方面,在净化污 染、 保护环境的同时 ,还应该注重节约能源降低物耗, 在治理环境的同时尽量减少由新增能耗和物耗所产 生的环境负担。 半干半湿烟气脱硫技术 BGBS 是中国环境科学 研究院研究开发的具有国内自主知识产权的脱硫技 术 [ 1- 2] , 其工艺流程见图1 。 图 1 半干半湿烟气脱硫技术工艺流程 BGBS 法在研究开发过程中以节能和降耗为原 则,采用独特的蒸汽引射技术进行脱硫剂和脱硫灰消 化、 活化、 氧化、输送一体化 ,省去了石灰消化系统和 气力输送系统, 实现了节约能源 [ 3- 4] ; 蒸汽引射技术在 输送过程中激活粉煤灰中的碱性物质,使粉煤灰参与 脱硫反应, 降低脱硫剂 CaO 的用量 [ 5] ,降低了消耗; 在脱硫灰输送过程中使灰中的 CaSO3氧化成 CaSO4, 保证了脱硫灰的资源化利用; 雾化增湿水采用高盐水 并无废水排放, 实现高盐水的资源化 。与目前引进的 国外脱硫技术相比 ,该技术具有脱硫效率高 、 投资和 运行费用低 、 占地小等优点。在中央环保基金的支持 下,已经在天津陈塘热电厂建成了半干半湿技术示范 工程 ,并取得了良好的效果。 以火电厂半干半湿脱硫技术为例,分析该脱硫技 术的节能措施和节能潜力 ,为脱硫技术的节能研究提 供参考。 1 火电厂的能量流动 火电厂燃烧固体、液体或气体燃料 ,将燃料化学 能转换为电能, 其能量流动见图2。 燃料化学能 烟气热能 蒸汽热能 能 量 耗 散 汽轮机机械能 发电机电能 输出电能 图 2 发电厂能量流动图 其中, 从化学能到热能的转换在锅炉中完成, 从 热能到机械能的转换在汽轮机中完成,从机械能到电 能的转化在发电机中完成 。 根据现有的电厂设备发展水平 ,一般火电厂的主 要能量损失见表 1 [ 6] 。 30 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 表 1 发电厂主要能量损失 项目 电厂初参数 中参数高参数超高参数超临界参数 锅炉热损失111098 汽轮机机械损失10 . 50 . 50. 5 汽轮机排气热损失61 . 557 . 552 . 550. 5 发电机损失10 . 50 . 50. 5 管道系统损失110 . 50. 5 总损失75 . 569 . 56360 发电效率24 . 530 . 53740 由此可见, 在三大主机中, 汽轮机排气的能量损 失是最大的 ,占电厂总损失的 81. 5 ～ 84. 2。这是 由于热能的利用与化学能、机械能和电能不同 ,它不 能完全转化为其他形式的能, 其转化效率总是低于卡 诺循环的能量转化效率 。因此如果能利用蒸汽的热 能,则可以显著提高电厂整体的能量利用效率 ,热电 联产技术就是通过向外输出部分热能, 从而提高了电 厂整体的能源利用效率 [ 7] 。 2 现有脱硫技术的能量利用分析 石灰石- 石膏湿法脱硫技术是目前世界上技术 最成熟 、 应用最多的脱硫技术, 应用该技术的机组容 量约占电站脱硫装机总容量的 80, 应用机组最大 单机容量己达1 100 MW。 该技术具有脱硫效率高、 Ca S比低 、 运行稳定性好等优点。 2. 1 湿法技术本身能耗较高 湿法脱硫中最主要的耗能设备为 循环浆液泵、 氧化罗茨风机、增压风机 、搅拌器 、制浆机 、 石膏脱水 机等动力设备, 其中增压风机、氧化罗茨风机和循环 浆液泵是最主要的耗能设备。 以循环浆液泵为例, 为了创造良好的气液接触效 果,石灰石 - 石膏法往往要采用较高的液气比 ,也就 要求脱硫浆液流量较大, 加之浆液中 90是不发生 脱硫反应的水, 剩余的固体中大部分也是反应生成物 亚硫酸钙和硫酸钙, 而真正起作用的碳酸钙只占很小 一部分。正是由于循环水泵则将大量的能量都消耗 在反复推动有效成分很低的浆液的循环和克服喷嘴 阻力上,造成了石灰石-石膏法烟气脱硫技术的能量 利用效率较低, 也造成了湿法脱硫的用电量较大, 可 占厂用电的1. 5左右 。 2. 2 能源的选择 通常湿法脱硫都选择电动机作为动力源 ,再将电 能转化机械能推动烟气、空气或者循环液流动 ,作为 一般的工业用户这常常是唯一的选择,但是对于火电 厂脱硫来说 ,应进行更为深入细致的选择 。 虽然电能具有高效、清洁 、 使用方便等优点,但是 电能在发电厂的能量流动中处于最末端 ,相当部分能 量在转化过程中逐步散失了, 特别是在蒸汽热能转化 为汽轮机机械能过程中, 能量损失最大。因此过多地 使用电能会造成整体的能量利用效率较低 , 能耗 较大 。 目前已有电厂为提高能量利用率,采用小型蒸汽 透平推动高压给水泵等高耗能大功率设备,而在湿法 脱硫技术中尚未见利用蒸汽驱动设备的报道 。 3 BGBS脱硫技术的能量利用 3. 1 BGBS 能耗分析 首先, BGBS 技术属于干法脱硫技术 ,与湿法脱硫 技术相比, 干法脱硫没有循环液,没有废水排放,也就 节省了推动大量循环水的能耗 ,以及脱硫产物脱水干 燥的能耗, 所以通常干法脱硫技术的能耗小于湿法脱 硫技术。其次, 与一般的干法不同, BGBS 技术在蒸汽 输送脱硫剂的过程中实现了脱硫剂的消化,并不需要 专门的消化设备 ,节省了消化设备耗能。 因此, BGBS 技术本身对能量需求量就小于通常 的湿法和干法脱硫技术。 3. 2 能量利用合理性 为达到较好的脱硫效果, 干法脱硫技术必须要保 持较高的Ca S 比和脱硫剂循环比, 所以对于干法脱 硫而言,能量消耗最大的一般是脱硫灰循环过程。通 常脱硫剂颗粒的循环都采用气力输送的方式来实现。 经过对火电厂能源和资源的仔细分析 ,BGBS 技 术没有采用电动空压机提供压缩空气输送脱硫灰这 一传统做法 ,而是利用了电厂中的剩余的低压蒸汽来 实现脱硫灰输送 。对于火电厂的动力设备而言,蒸汽 属于一次能源, 而电能属于二次能源 ,BGBS 技术通过 合理安排能源利用方式 即增加一次能源利用量, 减 少二次能源利用量 同样也起到了良好的节能效果, 见表 2。 从表 2 中可以看出 ,仅采用节能型蒸汽输送脱硫 灰就比压缩空气输送脱硫灰节能约 13, 再加上采 用蒸汽输送后省去了消化系统 ,其总体节能效果十分 明显 。 4 BGBS脱硫技术的实际节能效益 天津陈塘热电 1 炉为 220 t h 高压液态排渣旋 风炉, 采用 BGBS 脱硫技术净化烟气。如采用空压机 31 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 表 2 节能型蒸汽输送与空压机输送能耗比较 项目 节能型蒸汽 引射空气输送 压缩空气 输送 备注 耗蒸汽量 kgt - 1 11 蒸汽压力 0 . 8MPa, 温度250 ℃ 耗气量 m3t- 1 27. 8 压缩空气压力0. 8MPa, 温度约100 ℃ 电耗 kWht- 1 4 折算标煤耗 kgt - 1 1. 31. 5按全国平均水平计算 输送 ,需 2台 75 kW 的电机总电功率为 150 kW ; 同时 为了保证脱硫效率, 需添加生石灰消化系统, 包括 石 灰消化器 ,水泵 、 循环水泵 、 输送风机、 给料机 、 熟石灰 储罐、布袋除尘器等 , 其电力消耗约 150 kW, 总电力 消耗约 300 kW, 折合 105 元 0. 35 元 kWh ; 需耗 水0. 05 t h,折合0. 15 元 3 元 t ,设备折旧约 30. 9 元 设备投资约 170 万元, 设备按 10 年折旧 , 共计 136. 05元 。若采用节能型蒸汽引射空气输送装置替 代空压机作为动力源,需耗蒸汽约 1. 32 t h,折合72. 6 元 蒸汽 55 元 t ,设备折旧费约 10. 9 元 设备投资 60 万元 ,10 年折旧 ,总计83. 5 元; 同时每年还可节省一 笔可观的设备维修费, 经济和节能效果十分明显, 详 见表 3。 表 3 不同输送方式经济性比较元 h 项目电费蒸汽费水费折旧费合计 节能型蒸汽引射空气输送72 . 610 . 983. 5 压缩空气输送1050. 1530 . 9136. 05 由于 BGBS 脱硫技术尚处于工业示范与完善过 程中 ,节能型蒸汽引射空气输送装置开发的时间也较 短,技术成熟度不高 , 其节能降耗仍有相当大的潜力 可挖 。但仅从目前的能耗水平看,通过合理利用电厂 能源 ,BGBS 法具有很好的节能前景, 应加大研究力 度,不断完善系统和装备 ,推动我国烟气脱硫技术的 发展 ,促进节能减排总体目标的顺利实现 。 5 结论与建议 烟气脱硫系统的能耗水平普遍较高 ,应重视脱硫 系统节能的研究和开发, 在治理污染的同时减少能量 消耗 。 BGBS 烟气脱硫技术采用蒸汽引射技术专利技术 进行脱硫剂和脱硫灰消化、活化 、 氧化 、 输送一体化, 省去石灰消化系统和气力输送系统 ,降低了能耗和运 行费 ,具有良好的应用前景。 目前常用的电驱动方式处于电厂能量链的末端, 能耗相对较高, 应努力研究开发利用电厂自产蒸汽驱 动的技术和设备 ,推动节能技术的发展。 参考文献 [ 1] 张凡, 张伟, 杨霓云, 等. 半干半湿法烟气脱硫技术研究. 环境 科学学报, 2000 1 60 -64 [ 2] 王凡, 王红梅, 张凡, 等. 半干半湿法烟气脱硫净化技术研究. 环境工程, 2004, 22 2 34-36 [ 3] 王红梅, 张凡, 王凡, 等. 蒸汽输送在半干半湿法烟气脱硫中的 应用. 环境科学研究, 2003 1 62 -64 [ 4] 石应杰, 王凡, 王红梅, 等. 半干半湿法烟气脱硫雾化增湿设 计. 环境工程,2006, 24 2 31 -33 [ 5] 林军, 王红梅, 张凡. 钙 硫比小于 1 条件下半干半湿法烟气脱 硫技术的研究. 环境保护, 2004 2 15 -17 [ 6] 叶涛, 武学素. 热力发电厂. 北京 中国电力出版社, 2004 [ 7] 刘志真. 热电联产, 北京 中国电力出版社, 2006 作者通信处 都基峻 100012 北京安外大羊坊 8 号 中国环境科学 研究院大气污染控制研究中心 电话 010 84934516 E -mail dujijun hotmail. com 2007- 10-29 收稿 什么是空气舒适度 空气舒适度就是指在不特意采取任何防寒保暖或防暑降温措施的前提下, 人们在自然环境中是否感觉舒 适及其达到怎样一种程度的具体描述。为了人们在生活或外出活动时能提前有所准备, 气象部门把空气舒适 度的预报分为极冷、寒冷 、 偏凉 、 舒适、 偏热、 闷热、极热 7 个等级 ,分别表示人体对外界自然环境可能产生的各 种生理感受 。“极冷”或“极热”就是提醒人们在未来的 24 h 内, 必须采取保暖或防署措施, 否则一定会冻伤裸 露的皮肤 ,或是发生严重的中暑现象。“寒冷”或“闷热”则是提醒人们要适度采取保暖或降温措施 ,否则会影响 身体健康和工作效率 。“偏冷”或“偏热”是提醒年老体弱者适当增减衣物。“舒适”即冷暖适度 ,身心爽快 ,适宜 休闲度假或外出旅游 。 摘自“中国环境报” 32 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 THE ENERGY-SAVING OF BGBS DESULFURIZATIONDuJijun Shi Yingjie Zhang Fan 30 Abstract The half dry and half wet de -sulfurization BGBStechnology used in coal power plant was investigated.The measures and potential of BGBS for energy -saving were analyzed. The results showed that the BGBS technology could corporate the de -sulfurization agents and the de -sulfurization ash digesting, activation, oxidation and transportation after the steam jet flow technology applied in this technology.As a result, the energy consumption and the operation cost were saved.In contrast, the power driving way which is applied in power plant currently stays in the end of energy transportation chain. It is quite energy consumable. Keywords thermal power plant, BGBS technology, steam jet flow and energy -saving STUDY ON PURIFICATION OF HYDROGEN SULFIDE ODOR BY BIO-TRICKLING FILTER INOCULATED WITH DENITRIFYING THIOBACILLUS Zhang Chengzhong Xing Yi Guo Mingfei et al 33 Abstract A strain of denitrifying Thiobacilluswas isolated from soil, which isinoculated in the bio -trickling filter to purify hydrogen sulfide. Removalefficiency can reach above 92 under following conditions the concentration of inlet 1 453 mg m3, HRT 78 s, pH 6. 0, The strain bacterium can endure the high pollution load and possess the larger buffer capacity and removing efficiency of hydrogen sulfide, which offered a basis for treating H2S in the industrial application. Keywords hydrogen sulfide, denitrifying Thiobacillus and bio -trickling filter NEW TECHNOLOGY OF DUST REMOVAL AND DESULFURIZATION FOR SMALL-SIZED BOILERSNiu Taotao Wang Jiangen Li Zhenyu et al 36 Abstract In this paper, the process composition and principle of double -alkali of sodium calcium multi-polar spray strong swirl process were introduced. Combining the project design, the environmental and economic benefits were analyzed. The results show that this process features less investment low running cost and good effect, it has broad development prospects. Keywords flue gas, double -alkali of sodium calcium and dust removal desulfurization STUDY ON LOW-TEMPERATURE ADSORPTION OF NO IN FLUE GAS BY MODIFIED ACTIVATED CARBON FIBERWang Xiaoming Xu Lusi Shu Zhan 39 Abstract A pilot study was done by micro -reactor of rayon-based R -ACF for denitration. The results showed if ACF immersed into sulfuric acid before impregnated with ammonia solution.it can efficiently increase the oxygen functional groups, and nitrogen functional groups, and is feasible for oxygenating removal NOXat low temperature. Through successive test record the amount ofNO adsorption, the adsorption efficiency of R -ACF before and after desorption of NO reached 15. 2 and 11. 5 respectively.In addition, through negative air desorption the R -ACF removal efficiency can reach 78. 7.It wasverified that R -ACF has good desorption cycle efficiency and renewable NO perance, which has a value of industrial application aswell. Keywords rayon -based activated carbon fiber R -ACF, denitration, modified and analytic test DISCUSSION ONCALCULATING THE GROUND MAXIMUM CONCENTRATION AND MAXIMUM DISTANCE OF ATMOSPHERIC POLLUTIONWang Feng Cheng Xiaoquan Chen Fei 42 Abstract It is analysed that the limitations and problems in calculating model for calculation of the ground maximum concentration and maximum distance of Technical Guidelines for Environmental Impact Assessment on Atmospheric Environment. At the same time, a simple substitution is given. It maybe a referrence to the work of EIA . Keywords point source, maximum ground concentration and distance THE RECYCLING TECHNOLOGY OF WASTED CRT DISPLAY UNITS Yin Fengfu Wang Hailong Liu Zhenyu et al 44 Abstract The harm to the environment of cathode ray tubes CRTdisplay units and their dismantling s are discussed. The physical seperating s like heated-ring , heat-deation, seperating at melten status, laser cutting and diamand cutting, and the chemical seperating s like hot acid ejecting and hot acid in dipping are analyzed. According to the local situation, material reusing status in China is analyzed after the CRT have been seperated. It is posed that different trends of seperating CRT in both the developed and developing countries. Keywords CRT display unit, seperating technology, lead glass and material reusing REGENERATION OF WASTE LUBRICATING OIL BY FLOCCULATION -CLAY PROCESS Zhang Xianming Jiao Zhaojie Li Chuan et al 47 Abstract Based on the research of regeneration and recycling technology at home and abroad, the non-pollution, low-cost regeneration technology which is on the basis of flocculation and combinedwith activated-clay wasproposed. Depending on the earlier experimentof flocculants decoloring and regeneration, it was emphasizedthat the best parameterson activated-clay refining the waste oil was thatwhen the clay dosage was 8～ 11、 the clay contact reaction temperature wasabout 130℃、stirting time was20 min and the constant temperature subsidence temperature 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 2,Apr. ,2008