采用半干法脱硫工艺锅炉的烟囱选型

发表时间:2018/7/26   来源:《基层建设》2018年第15期   作者:王晓天
[导读] 摘要:燃煤电厂烟气脱硫技术是控制SO2危害有效的手段之一,由于烟囱的材料和施工质量,对我国脱硫烟囱有不同程度的破坏。
        中国天辰工程有限公司  天津  300400
        摘要:燃煤电厂烟气脱硫技术是控制SO2危害有效的手段之一,由于烟囱的材料和施工质量,对我国脱硫烟囱有不同程度的破坏。通过分析半干法脱硫后烟囱烟气的操作条件和特点,对半干法脱硫烟囱的结构形式及防腐方案选择分析,确保烟囱的设计合理使用年限正常发挥其功能,以确保装置的正常运行。
        关键词:锅炉;半干法脱硫;烟气特点;烟囱选型
        1半干法脱硫形式工艺
        采用气力输送或原煤混掺的方式向炉内喷入CaCO3粉末,在循环流化床锅炉炉内800℃以上环境下,CaCO3受热分解成CaO、CO2。CaO与锅炉烟气中的SO2、SO3反应生成CaSO4,未反应完的CaO和未脱除的SO2随烟气进入下游。
        CaO+SO2+O2→CaSO4
        CaO+SO3→CaSO4
        在锅炉尾部增加活化脱硫塔,离开的锅炉的未反应完的CaO因为脱离了高温区,活性降低,不在与SO2进行反应,故在炉后增加活化脱硫塔,利用少量的水使CaO生成 Ca(OH)2在低温状态下也具有较高的反应活性,这些将于烟气中剩余的SO2反应生成CaSO3,部分被氧化成CaSO4。
        CaO+H2O→Ca(OH)2
        Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2O
        CaSO3+1/2O2→CaSO4
        半干法设备大多为固定设备,动设备很少,系统都在干态下进行,系统无需考虑防腐问题。就设备复杂程度比较,半干法脱硫设备构造简单,主体塔内部为空塔,基本没有内部安装的设备,外围配合设备也很少。
        2半干法脱硫技术
        2.1喷雾干燥脱硫技术
        喷雾干燥脱硫技术使用生石灰(CaO)作为吸收剂,生石灰经过消化后制成熟石灰浆液(Ca(OH)2),熟石灰浆液通过泵输送至吸收塔顶部的旋转雾化器,在雾化轮高速旋转作用下,浆液被雾化成雾滴,含硫烟气进入吸收塔后,与呈强碱性的吸收剂雾滴相接触,烟气中的其他酸性成份(如HCl、HF、SO3)被吸收,同时雾滴的水分被蒸发,变成干燥的脱硫产物。
        喷雾干燥半干法脱硫技术的反应过程:
        CaO+H2O→Ca(OH)2
        Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2O
        Ca(OH)2+SO3→CaSO4+H2O
        Ca(OH)2+2HCl→CaCl2+2H2O
        Ca(OH)2+2HF→CaF2+2H2O
        2CaSO3+O2→CaSO4
        喷雾干燥脱硫技术工艺流程较简单,投资也较小,适用于小机组、中低硫煤,在钙硫比为1.5时,脱硫效率可达70%~80%,副产物没有成熟的商用利用途径。
        2.2烟气循环流化床技术
        从锅炉出来的含有粉尘和SO2的烟气,从脱硫塔的底部经文丘里管进入吸收塔,与吸收剂发生反应后,烟气温度高于烟气露点温度15℃以上进入除尘器。生石灰在消化器内加水消化后,在消石灰仓储存。将一定量的消石灰粉和水在文丘里喉口上端加入,在脱硫塔内与烟气混合流动,并与烟气中的SO2反应,生成亚硫酸钙和硫酸钙,进入后面的除尘器。反应产物通过空气斜槽返回塔内,再次循环参与脱硫反应。
        烟气循环流化床技术的反应过程:
        SO2+H2O→H2SO3
        Ca(OH)2+H2SO3→CaSO3+2H2O
        CaSO3(L)→CaSO3(S)
        CaSO3+1/2O2→CaSO4
        CaSO4(L)→CaSO4(S)
        烟气循环流化床法脱硫效率较高,在Ca/S大于1.3、烟气温度高于绝热饱和温度15℃以上,脱硫效率达到90%以上,是目前半干法同类脱硫技术中单塔处理能力最大、脱硫效率较高的一种脱硫方法的,但副产物缺少有效的商业化利用途径。


        2.3 循环悬浮式半干法脱硫技术
        循环悬浮式半干法烟气净化+布袋除尘器工艺,主要根据循环流化床理论,采用悬浮方式,使吸收剂在反应塔内悬浮、反复循环,与烟气中的酸性物质充分接触反应来实现脱硫的一种方法。其既有干法无污水排放、脱硫后产物易处理的好处,又有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点。
        SO2(气)+H2O→H2SO3(液)
        Ca(OH)2(液)+H2SO3(液)→CaSO3(液)+2H2O
        Ca(OH)2(固)+H2SO3(液)→CaSO3(液)+2H2O
        CaSO3(液)→CaSO3(固)
        CaSO3(液)+1/2O2(液)→CaSO4(液)
        CaSO4(液)→CaSO4(固)
        3半干法脱硫工艺主要影响因素
        3.1近绝热饱和温度差
        半干法烟气脱硫反应中出口烟的温度和烟气的绝热饱和温度之间的差额即近绝热饱和温度差,在其数值较小的情况下,水的消耗大、需要补充大量的水,使液相在吸收塔内的存在时间加长,有利于SO2的吸收,但在系统内易出现阻塞、结露等现象;如绝热饱和温度差进一步提高,脱硫效率会有所降低。通常出口烟温高于绝热饱和温度15℃以上,既能保证脱硫效率,又能避免出现阻塞、结露现象。
        3.2烟气停留时间
        随着吸收塔内烟气和吸收剂接触停留时间增加,脱硫效率会有所提升,在烟气循环流化床脱硫工艺中,其烟气停留时间控制在6~8s以内为宜;旋转喷雾反应器内烟气流速约1.2~1.6m/s,石灰系统的烟气停留时间为8~12s。
        3.3 Ca/S(钙硫比)
        通常随着钙硫比的增大脱硫效率增加,钙硫比的大小与烟气的停留时间也密切相关,对于较长的停留时间,即使是在较低的、合适的钙硫比的情况,也可以获得较高的脱硫效率。
        3.4吸收剂再循环倍率
        对循环流化床半干法脱硫工艺来说,吸收剂再循环倍率直接影响脱硫效率和钙的利用率。再循环倍率越高,脱硫效率越高,钙的利用率也越高,但是太高的再循环倍率会使吸收系统压降增加,增加系统的能耗。
        3.5雾滴粒径
        对旋转喷雾脱硫工艺来说,浆液雾化粒径与雾化空气压力大小以及雾化旋转喷嘴的转速有关。雾化压力和转速越大,浆滴粒径越小,有利于SO2的吸收、钙的利用和产物干燥,但是雾滴过小,在与烟气接触的过程中容易干燥而使反应速度下降,影响了钙的利用。
        3.6液气比
        对旋转喷雾脱硫工艺来说,脱硫效率与液气比有关。在一定吸收剂浓度的情况下,液气比越大,越有利于SO2的吸收,但是过高的液气比,存在产物不易完全干燥,增加塔壁积垢的风险。
        4半干法脱硫烟囱常用形式
        4.1防腐型单筒式烟囱
        在外筒内壁采用“2布5涂”法涂上OM涂料;将现浇发泡聚氨酯保温隔热层。该方案已使用多年,隔热层外内衬采用带企口烧结釉面耐酸耐火砌块,用耐酸胶泥砌筑,该技术成熟且较为普遍,但施工过程工序较多,衬砌和保温层密度较低,施工难度较大,施工质量难以控制。
        4.2防腐型单筒式烟囱
        用防水耐酸胶泥在混凝土墙表面批刮,平均厚度2 ~ 33mm,,使整个封闭的空间,耐酸涂抹均匀,然后吹防水抗渗的三面光腐蚀陶瓷砖,并粘贴到位置,内壁和挤压密实,保证平躺,垂直的,水泥砂浆关节和结合层,和纵向接缝错开。
        该防腐内衬系统由胶粘剂层和轻质防腐陶瓷砖层双层结构组成,其中胶黏剂层是防腐蚀的关键,轻质防腐陶瓷砖主要起到保护和保温隔热效果。
        4.3钢套筒式烟囱
        钢内筒采用不锈钢316L,中间60mm厚硅酸铝保温棉及空气层作为隔热层,外筒材质Q235B,作为整个烟囱的主要支撑。套筒式烟囱从结构体系上避免了烟气腐蚀对烟囱结构主体的安全危害,对烟气负压运行和烟气抬升相对较好。钢套筒烟囱从出厂时分段预制成成品,现场仅需拼接螺栓把住即可,施工简单,周期短,特别适合小型燃煤锅炉烟气排放及对工期要求严格的项目使用。
        5结束语
        采用半干法脱硫工艺的锅炉,烟气与湿法脱硫(不设置GGH)相比,温度较高(相当于设置GGH),湿度较低,因此腐蚀性减弱(中等腐蚀性等级),采用套筒式钢烟囱完全能满足安全运行要求。
        参考文献:
        [1] 杨晓飞.半干法烟囱设计标准的完善建议[J].中国标准化,2017(09)
       
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