高效脫硫新思路.ppt

1、1,高效脫硫新思路,馬果駿 2014.3,Cliffside電廠的Alstom IAQCS 系統(tǒng),2,Cliffside電廠6號機組,3,引言,Cliffside電廠改造計劃 拆除原有的4臺50MW機組； 已建成1臺560MW機組（5號機）； 在建1臺800MW機組（6號機），2012年投運。,4,引言,頗受爭議的電廠,5,引言,對6號機的煙氣排放要求 脫硫效率 150mg/m3， 99%； 脫汞效率 90%； 硫酸煙霧 6.25mg/m3； 粉塵PM10 22.5mg/m3 ； HCl和HF 也有要求。,6,引言,為達到當前嚴格的環(huán)保排放要求，通常需要安裝： 粉塵：ESP或FF； SO2和酸

2、性氣體：濕法FGD； 硫酸氣溶膠：WESP（濕式電除塵器）。,7,引言,Cliffside電廠決定使用Alstom的IAQCS系統(tǒng)（集成空氣質(zhì)量控制系統(tǒng)），其優(yōu)點是： 能保證滿足所有的排放標準； 省去了占地較多的廢水處理系統(tǒng)； 強化了汞的協(xié)同控制功能，提高了汞的脫除效率； 布袋除塵器設(shè)置在干法脫硫的下游，工作溫度低、腐蝕減少，運行壽命延長；,8,引言,續(xù)上 水耗降低； 濕法FGD的煙道和煙囪可用普通材料制作。,9,Alstom的IAQCS系統(tǒng),IAQCS是由干法FGD和濕法FGD結(jié)合而成； 這是兩種成熟的工藝的結(jié)合，因而系統(tǒng)可靠； 干法FGD負責硫酸煙霧、HCl、汞的脫除； 濕法FGD負責脫除

3、SO2，并對汞、HCl進行進一步脫除； 濕法脫硫石膏的沖洗水返回到干法系統(tǒng)，在干法吸收塔內(nèi)被干燥，固體物由布袋除塵器（FF）收集，系統(tǒng)沒有廢水排放，省去了濕法的廢水處理系統(tǒng)。,10,Alstom的IAQCS系統(tǒng),圖1 IAQCS系統(tǒng)流程圖,11,IAQCS工藝流程的要點,1.干法FGD系統(tǒng) 煙氣在干法系統(tǒng)中因噴入了漿液（或水）被冷卻； 煙氣中的SO3凝結(jié)為為硫酸煙霧，與吸收劑反應生成CaSO4，并被（FF）捕集； 根據(jù)經(jīng)驗和試驗裝置的測試，估計干法系統(tǒng)出口的煙氣硫酸煙霧濃度低于1ppm。,12,IAQCS工藝流程的要點,13,IAQCS工藝流程的要點,5.由于濕法FGD使用廉價的石灰石作為吸收

4、劑，因此SO2的脫除主要在濕法FGD中進行； 6.Alstom的濕法FGD脫硫率可以達到99%；HCl、HF和氧化汞可以在濕法洗滌塔中得到進一步脫除。,14,IAQCS工藝流程的要點,7.濕法FGD的石膏沖洗水返回到干法系統(tǒng)，用于石灰的消化或煙氣降溫，其中的溶解鹽和固體顆粒，在水分被蒸發(fā)后由FF捕集； 8. 濕法FGD系統(tǒng)不再設(shè)置廢水處理系統(tǒng)，不但節(jié)省了投資費用，也降低了有關(guān)的運行費用，包括能源、藥品和維護費用。,15,IAQCS的特點和效益,16,IAQCS的特點和效益,燃料多樣性和濕法FGD使用低品位結(jié)構(gòu)材料 由于大部分輸入HCl已經(jīng)在干法FGD中被除去，濕法FGD中的Cl離子的濃度可以控

5、制在12000ppm之內(nèi)； 如今后使用高濃度Cl離子的燃煤，只要提高干法FGD的HCl脫除效率，就可以保持濕法FGD中的Cl的水平； Cl離子濃度的降低可以用低品位的不銹鋼（如2205）作為結(jié)構(gòu)材料，降低了投資和運行費用。,17,IAQCS的特點和效益,FGD不設(shè)置廢水處理系統(tǒng) 通常，濕法FGD的石膏沖洗水需要經(jīng)過多級處理，去除懸浮固體物、重金屬和有機成分后達標排放； 在IAQCS中，沖洗水返回到干法的制漿系統(tǒng)或吸收塔中蒸發(fā)，可以省去投資和運行費用很高的廢水處理系統(tǒng)； 業(yè)主方無需向環(huán)保當局申請、監(jiān)督和報告廢水排放的情況。,18,IAQCS的特點和效益,減少系統(tǒng)的水耗 常規(guī)的濕法FGD需要排除大

6、量的含氯廢水，以保持漿液中的Cl離子的水平在設(shè)計范圍內(nèi)； 在IAQCS中，由于無需處理沖洗水，因此節(jié)省了大量系統(tǒng)補充水； 在燃煤中含氯量增加時，節(jié)水的效果更加明顯。,19,IAQCS的特點和效益,對Cliffside 6號機的節(jié)省水耗，見表1：,表1 節(jié)省的水耗,20,IAQCS的特點和效益,脫汞能力 根據(jù)燃料中的含氯量和采用SCR脫硝，因此有相應程度的汞的氧化。干法和濕法FGD都會對汞有協(xié)同控制作用； 在IAQCS中干法FGD和濕法FGD是串聯(lián)布置的，大部分的汞在干法FGD中已被脫除，濕法FGD起補充完善的作用； 由于濕法FGD捕獲的汞量很少，因此不會有明顯的汞的再釋放，也不會影響石膏的汞含

7、量；,21,IAQCS的特點和效益,對飛灰綜合利用的影響 在干法FGD中加入的石灰主要用于脫除SO3和部分HCl，用量有限，因此對粉煤灰成分的影響不大； 對于Cliffside 6號機，燃煤灰分為17.96%，SO2為4500mg/m3，Cl=531ppm，搜集的飛灰的增加量不到5%； 但是當燃煤的含氯量和含硫量增加時，影響會加大； 試驗裝置的試驗結(jié)果表明，對水泥中的綜合利用沒有影響,22,Cliffside 6號機組的IAQCS系統(tǒng),設(shè)計要求 6號機組為煤粉超臨界鍋爐； 采用SCR脫硝工藝； 鍋爐容量為800MW； 允許燃燒熱量為：8281GJ/h； IAQCS的設(shè)計必須滿足很寬范圍的煤種變

8、化； 設(shè)計的最高的煙氣含硫量為6250mg/m3； 設(shè)計的煤的含氯量最高為3000ppm。,23,Cliffside 6號機組的IAQCS系統(tǒng),表2 Cliffside的燃煤設(shè)計數(shù)據(jù),24,Cliffside 6號機組的IAQCS系統(tǒng),表3 煙氣設(shè)計條件,25,Cliffside 6號機組的IAQCS系統(tǒng),* IAQCS的設(shè)計值,表4 IAQCS的允許排放值,26,Cliffside 6號機組的IAQCS系統(tǒng),煙道 煙氣從兩個空預器出來后，煙道合并為一個煙道，垂直上升到兩個分別處理50%煙氣量的干法FGD(噴霧干燥吸收工藝，SDA)入口； 干法FGD處理后的煙氣各自進入相應的FF； 從FF出來

9、的煙氣進入兩個增壓風機； 經(jīng)增壓的煙氣合并后進入濕法FGD洗滌塔； 洗滌后的凈煙氣進入雙管煙囪的一個排煙筒后排放到大氣。,27,Cliffside 6號機組的IAQCS系統(tǒng),圖2 Cliffside 6號機的IAQCS系統(tǒng),28,公用系統(tǒng) 6號機的濕法FGD的公用系統(tǒng)與5號機的公用系統(tǒng)合用； 采用兩臺出力為48t/h臥式球磨機磨制石灰石漿液； 石膏一級脫水為水力旋流器，二級脫水為真空皮帶機。,Cliffside 6號機組的IAQCS系統(tǒng),29,Cliffside 6號機組的IAQCS系統(tǒng),干法FGD部分（DFGD） 采用Alstom的典型的SDA工藝設(shè)計； 共有兩個直徑為20m的SDA吸收塔；

10、 每個吸收塔頂部安裝有3個旋轉(zhuǎn)噴霧頭； SDA的蒸發(fā)能力要同時滿足5、6號機的濕法FGD沖洗水水量；,30,Cliffside 6號機組的IAQCS系統(tǒng),圖3 旋轉(zhuǎn)噴霧頭,31,Cliffside 6號機組的IAQCS系統(tǒng),布袋除塵器部分（FF） 采用Alstom的LKP中壓脈沖沖洗設(shè)計； 共兩列，每列有12個小室； 布袋長度為8m； 布袋材料為帶涂層的PPS/P84混合編織材料。,32,Cliffside 6號機組的IAQCS系統(tǒng),濕法FGD部分（WFGD） 噴淋空塔，脫硫效率為99%； 洗滌塔材料為2205，允許漿液中Cl離子濃度為12000ppm； 5層噴淋層+5臺循環(huán)泵 煙氣流速為3.

11、96m/s； 漿液池的直徑比噴淋段大，以保證漿液有足夠的停留時間； 安裝有機酸添加系統(tǒng)，作為循環(huán)泵故障時的備用。,33,Cliffside 6號機組的IAQCS系統(tǒng),圖4 濕法FGD洗滌塔,34,IAQCS系統(tǒng)的經(jīng)濟分析,IAQCS的主要經(jīng)濟收益體現(xiàn)在節(jié)省了壽命期成本； 對以下三種工藝的壽命期成本進行比較； IAQCS； FF/WFGD/WESP：布袋+濕法FGD+濕式電除塵器，由WESP來脫除煙氣中的SO3； Alk Inj/FF/WFGD: MgO煙道噴射+布袋+濕法FGD。MgO煙道噴射脫除SO3的效果是否能滿足排放要求，尚待論證。這里僅用作比較。,35,IAQCS系統(tǒng)的經(jīng)濟分析,分析方

12、法 采用凈現(xiàn)值法（NPV）,36,IAQCS系統(tǒng)的經(jīng)濟分析,基建投資費用 表5所示為計算壽命期費用所需的基建投資和財務(wù)假定； 整個系統(tǒng)的基建投資包括： 主要設(shè)備的采購：吸收塔、FF、WESP、吸收劑制備、副產(chǎn)物處置等； 輔助設(shè)備：基礎(chǔ)、電控和系統(tǒng)服務(wù)等； 施工和安裝； 啟動和調(diào)試。,37,IAQCS系統(tǒng)的經(jīng)濟分析,表5 壽命期成本計算輸入量,38,IAQCS系統(tǒng)的經(jīng)濟分析,運行和維修費用（O&M Cost） 電耗 吸收劑 石灰石-三種工藝都需要，用與脫除SO2和酸性氣體，如HCl和HF； 石灰-只有IAQCS使用，脫除SO3和其他酸性氣體，如HCl和HF； 氧化鎂-在FF/WFGD/WESP中

13、用于中和WESP收集的SO3，在Alk Inj/FF/WFGD中用于SO3控制； 廢水處理藥劑：處理FF/WFGD/WESP和 Alk Inj/FF/WFGD中WFGD的沖洗水； 副產(chǎn)物：考慮了石膏出售的收入。由于三種工藝的飛灰的出售和處置費用是一樣的，因此在費用比較中沒有考慮。,39,IAQCS系統(tǒng)的經(jīng)濟分析,表6所示為運行費用計算時所用的輸入量； 表7為三種工藝的計算所得的壽命期成本的比較。,40,IAQCS系統(tǒng)的經(jīng)濟分析,表6 運行費用計算輸入量,41,IAQCS系統(tǒng)的經(jīng)濟分析,表7 壽命期成本比較,42,IAQCS系統(tǒng)的經(jīng)濟分析,從表7可以看出IAQCS是最優(yōu)的，原因是： 采用廉價的石

14、灰作為SO3的吸收劑，其他兩種工藝使用了價格昂貴的MgO； IAQCS省去了廢水處理所需的藥劑，每年可節(jié)約1.3百萬美元的運行費用； IAQCS的基建投資要比FF/WFGD/WESP小許多，因為： 省去了廢水處理系統(tǒng)； 用廣發(fā)FGD來取代WESP節(jié)省了材料費用； 節(jié)省了相應的施工安裝費用；,43,IAQCS系統(tǒng)的經(jīng)濟分析,44,IAQCS的中試,盡管IAQCS的主要部分是非常成熟的干法和濕法FGD，但還是在Cliffside電廠進行了中試； 中試的目的： 確立SO3和HCl的脫除效率和極限； 明確洗滌塔排除漿液的干燥特性； 鈣硫比、溫度和排出漿液參數(shù)有關(guān)的研究； 考察微量污染物的影響； 收集并

15、分析灰樣。,45,IAQCS的中試,圖5 Cliffside的中試裝置,46,IAQCS的中試,中試的結(jié)果 SO3排放很低（1ppm）； 在存在SO2時，可以進行HCl的選擇性脫除； 明確了石灰作為吸收劑時的鈣硫比； 濕法FGD的沖洗液可以得到有效的干燥； 對灰樣的分析表明可以滿足水泥生產(chǎn)的要求。,47,投運后的測試結(jié)果（2012年12月）,48,結(jié)論,IAQCS以一種創(chuàng)新的方法將Alstom的干法和濕法FGD系統(tǒng)結(jié)合了起來； 其結(jié)果是可以滿足嚴格的排放標準的要求，并且其壽命期成本要比其他競爭工藝低許多； 費用節(jié)省的主要原因是用干法FGD來代替WESP，以及省去了WFGD的廢水處理系統(tǒng)； 其它

16、的優(yōu)點還包括： 降低水耗； WFGD可以采用廉價的材料來制作。,49,WESP圖片,50,濕法FGD的廢水處理系統(tǒng),51,Cliffside電廠6號機組建設(shè)工地,52,建設(shè)進度（2008.3）,53,建設(shè)進度（2009.3）,54,建設(shè)進度（2010.3）,55,建設(shè)進度（2010.9 ）,56,建設(shè)進度（2010.9）,57,建設(shè)進度（2012.6）,58,一些想法,Cliffside電廠6號機的干濕聯(lián)用工藝中，干法部分的目的主要是脫除SO3、解決濕法的廢水排放，考慮到SDA用的吸收劑是石灰，價格貴，為降低運行成本，所以不承擔脫硫任務(wù)。達到99%的脫硫效率主要由濕法部分完成； 設(shè)想：是否可以

17、增加干法工藝的脫硫效率，來減輕濕法工藝對脫硫效率（98%）的要求？,59,關(guān)于設(shè)想的思考,有無現(xiàn)實意義? 新建機組 不必使用WESP； 對燃料含硫量和含氯量有更大的彈性； 不必設(shè)置濕法廢水處理系統(tǒng)，甚至可以處理電廠的其他一些廢水； 如果干法部分和濕法部分別設(shè)置小旁路，可以避免在FGD故障時，必須停主機的風險；,60,關(guān)于設(shè)想的思考,有無現(xiàn)實意義？ 對現(xiàn)有現(xiàn)有機組的濕法FGD增效+WESP改造 除了前述對新建機組的優(yōu)點之外： 降低投資：現(xiàn)有的濕法FGD可以不必拆除或改建； 改造期間可保持濕法FGD繼續(xù)運行，主機不必停機；這是業(yè)主的最大利益所在！,61,關(guān)于設(shè)想的思考,具體的工藝流程路線圖,鍋爐,

18、預除塵器,干法脫硫,布袋 除塵器,濕法脫硫,濕法制漿系統(tǒng),可出售飛灰,濕法廢水,煙氣排放,62,關(guān)于設(shè)想的思考,有何好處？ 脫硫率 出于經(jīng)濟性考慮，干法的脫硫率在80%，濕法在95%，這時總系統(tǒng)的綜合脫硫率在99%；如果干法脫硫率提高到85%，綜合脫硫率達到99.25； 此時，干法系統(tǒng)的鈣硫比在1.3，濕法在1.03，各自出于運行最經(jīng)濟、最安全可靠的狀態(tài)； 可靠性 如果實現(xiàn)干法濕法各自小旁路系統(tǒng)，并在設(shè)計時考慮到干濕法系統(tǒng)在單獨運行時，仍能達標的應急措施，那么干濕法任一系統(tǒng)有故障，主機仍可運行。,63,關(guān)于設(shè)想的思考,有何好處？ 保持了電廠原有的飛灰綜合利用； 不但解決了濕法的廢水排放，還可以幫助消化一部分其它廢水； 干法脫硫的副產(chǎn)物中的未反應吸收劑，有可能作為一部分的濕法吸收劑，降低濕法吸收劑的用量； 干法副產(chǎn)物中的亞硫酸鹽可在濕法漿液罐中得到部分氧化，降低脫硫產(chǎn)物中的亞硫酸鹽的含量,64,關(guān)于設(shè)想的思考,干法脫硫副產(chǎn)物用于濕法系統(tǒng)的問題 丹麥Dong Energy屬下的三個電廠，采用SDA的副產(chǎn)物作為濕法的部分吸收劑，已經(jīng)多年了，應該至少是可行的，但具體資料很難找到 ； 南京理工大學的鐘秦教授曾在丹麥技術(shù)理工大學就此研究過一年。,65,關(guān)于