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通过表1可以看出,脱硫剂的有效成分为CaO,电石渣中的CaO比石灰石粉中的CaO高出9.95%,说明同样脱除单位质量SO2,电石渣用量要少于石灰石粉。且根据电石渣表面积大、活性好和粒径小等特点,可将其制成优良脱硫剂,既可以实现SO2的低排放,又可以实现电石渣的资源化利用。
同样从表1也可以看出电石渣的酸不溶物比石灰石粉高出0.3%,细度低11.8%,说明电石渣颗粒较粗,且杂质较多,容易在吸收塔、浆液箱内形成沉淀、积砂现象,并加剧管道的冲刷磨损,也有可能在管道内部形成沉积,导致浆液管道堵塞。
电石渣作为脱硫剂对SO2的吸收原理,与石灰石完全相同,都通过Ca(OH)2对SO2进行吸收。吸收原理如下:
从上述反应原理来看,以电石渣作为脱硫剂进行烟气脱硫是完全可行的。
电石渣-石膏湿法脱硫在电厂应用中的技术分析
内蒙古某电厂2x350MW机组脱硫系统采用石灰石-石膏湿法脱硫的方式,采用单塔单循环,每台炉配置一座吸收塔,吸收塔直径为17m,浆液池高11m。每座吸收塔配置4层喷淋层,各设一套旋汇耦合装置、管束式除尘器;4台浆液循环泵,流量均为9000m3/h;4台搅拌器;石灰石粉仓容积为1254m3,配置一台石灰石粉仓仓顶布袋除尘器,处理风量为3200m3/h;供浆系统设置2台容积为400m3的石灰石浆液箱。脱硫系统设计入口SO2浓度为4980mg/m3,脱硫效率为98%。
图1电石渣用量及其与石灰石粉掺配比例统计
图1为电石渣用量及其与石灰石粉掺配比例统计。从图1可看出,自7月24日起,该电厂2号机组开始电石渣粉掺配实验工作,初步掺配电石渣粉比例为30%;7月28日掺配比例达到60%;8月13日掺配比例接近100%。
2.1石灰石供浆与电石渣粉供浆对比分析
图2、3分别为2号、1号吸收塔供浆量与浆液pH值变化。通过1号与2号吸收塔供电石渣粉浆液对比试验,在同样270MW的工况下,入口SO2在2600mg/m3左右,供浆量调整到30m3/h,pH值从4.6调整到5.8,使用电石渣粉浆液用时26min,使用石灰石浆液用时60min,说明电石渣粉浆液的碱性比石灰石粉高,pH值提升效果明显。经过试验,该电厂最终全部使用电石渣进行湿法脱硫时,可保持最佳运行pH值在5.2-5.5,与理论研究结果相一致,并且完全满足超低排放要求。
图2 2号吸收塔供浆量与浆液pH值变化
图3 1号吸收塔供浆量与浆液pH值变化
2.2浆液循环泵运行台数对比分析
石灰石粉与电石渣粉掺配后浆液循环泵运行统计如表2所示,可以看出,掺配电石渣粉后,在270-300MW负荷下,当SO2浓度为2300-2700mg/m3时,使用电石渣粉浆液可减少一台浆液循环泵,而且供浆量比石灰石浆液少。
表2石灰石粉与电石渣粉掺配后浆液循环泵运行统计
2.3石灰石浆液、石膏浆液、石膏成分分析
石灰石浆液、石膏浆液、石膏成分分析如表3所示,可以看出,掺配电石渣粉后,与单纯采用石灰石脱硫相比,吸收塔浆液各项参数没有明显变化,吸收塔浆液pH值、密度等参数均符合标准,Cl-未见明显上涨。吸收塔浆液内氧化风量充足,未出现CaSO3增高现象,石膏脱水效果仍可保持良好。
表3石灰石浆液、石膏浆液、石膏成分分析
2.4 SO2排放对比分析
图4为调取2号炉电石渣粉掺配之前和电石渣粉掺配之后的出口SO2曲线,可以看出,电石渣粉掺配前后出口SO2曲线没有明显变化,说明使用电石渣粉浆液与石灰石粉浆液供浆对控制出口SO2的稳定性没有明显区别。
图5为使用电石渣粉作为脱硫剂时每天出口SO2最大值、最小值、平均值。可以看出,使用电石渣粉后,出口SO2运行数据基本都在超低排放要求以内,运行调整可控。
图4掺配前后SO2的排放量对比
图5电石渣粉作为脱硫剂时出口SO2排放情况统计
电石渣在电厂应用中的经济分析
电石渣-石膏湿法脱硫工艺中,经济分析从人员消耗成本、脱硫剂原料成本以及电耗成本3方面综合展开。
1) 人员成本。
电石渣代替石灰石湿法脱硫方案不需要增加任何额外运维人员,原有配置人员可满足运行、维护需求。
2)原料成本。
吸收剂来源为电石渣的脱硫工艺,以内蒙地区某热电为例,双机运行工况。该电厂每月按完全使用石灰石粉进行湿法烟气脱硫,理论使用电石渣11608.5t;实际使用电石渣13133t,石灰石粉耗量降低至567.24t,电石渣掺比量近96%,共节约成本162.5万元/月(石灰石粉价格按190元/t计算,电石渣价格按36元/t计算)。
3)电耗成本。
内蒙地区该电厂在投运电石渣(双机)的情况下,浆液循环泵较石灰石粉脱硫可减少一台运行,以6台泵功率值为中间值的3号泵为准,如果减少一台浆液循环泵,就可降低月耗电量为886510.76kW/h。同时,投运电石渣后增加的2台电石渣溶解箱搅拌器月耗电量为10567.1kW/h,电石渣输送泵月耗电量为11862.28kW/h。综合分析,采用电石渣(双机)脱硫后,耗电量节约成本为86.41万kW/h/月,按地区上网电价为0.2829元计算,节能效益为24.44万元/月(计算过程中电石渣浆池搅拌器运行时长按24h计算;电石渣浆液输送泵运行时长按12h计算;节约电量=浆液循环泵节省电量-电石渣浆液制备系统耗电量)。从以上3项分析来看,原料消耗成本降低了162.5万元/月,电耗成本降低了24.44万元/月,综合收益为186.94万元/月,具有一定经济效益。
电石渣-石膏湿法脱硫在电厂应用中存在的问题及解决措施
4.1电石渣反应迅速,pH值控制难度高
因电石渣粉浆液与SO2反应迅速,电石渣加入脱硫时缓冲作用较石灰石粉差,脱硫过程中容易引起pH值波动和净烟气SO2波动,需在初期投运期间掺配石灰石浆液以控制调整吸收塔pH值,后期逐步通过运行经验摸索电石渣的反应特性和浆液pH值之间的关系。以该电厂为例,全部使用电石渣进行湿法脱硫时,可保持最佳运行pH值在5.2-5.5。
4.2系统部分区域频繁堵塞
由于电石渣粉中酸不溶物比例较高,细度较低,电石渣中过量的氧化铁、碳颗粒会导致石灰石供浆系统、石膏脱水系统、废水系统堵塞停运,电石渣浆液箱搅拌器跳闸现象也时有发生。针对在各厂掺配试验期间出现的设备频繁堵塞问题,需要对相关设备进行改造,降低电石渣粉对设备的影响,同时在电石渣加工设备中增加除铁器或旋振给料筛,除去电石渣中的氧化铁,避免设备及管道磨损。最终经过设备改造后调试运行,可将电石渣浆液最佳筛分浓度控制在1120-1150kg/m3之间,并且保持旋振筛运行情况较好,能满足设备的连续运行。
4.3电石渣易结垢、结团,石膏结晶氧化控制存在难度
由于电石渣反应速度快、结晶快,因而容易发生粘壁,在运行中可能会存在一定的粘结。而在实际运行中通过控制电石渣浆液浓度在1120-1150kg/m3,可观察到电石渣浆液与石灰石浆液脱硫效率相当,并且用之全面替代石灰石浆液进行湿法脱硫时,吸收塔内反应产物的氧化和结晶均正常。
4.4安全问题及措施
由于电石渣为制造乙炔的废料,因此在储存及制浆过程中会有部分一氧化碳、乙炔、硫化氢等易燃、易爆、有毒气体,且电石渣粉属于强碱,在运输或储存过程中需要做好防止一氧化碳中毒、乙炔爆炸、强碱烧伤的防护措施。
结论
1)电石渣-石膏湿法脱硫可以显著提高吸收塔的pH值。全部使用电石渣进行湿法脱硫时,可保持最佳运行pH值在5.2-5.5,并降低了脱硫剂的使用量。
2)与石灰石-石膏湿法脱硫相比,电石渣-石膏湿法脱硫可减少浆液循环泵运行台数,且供浆量明显降低,降低了电厂用电电耗。
3)电石渣-石膏湿法脱硫中使用电石渣粉浆液与石灰石粉浆液供浆对控制出口SO2的稳定性没有明显差异。
4)从经济学角度分析,采用电石渣-石膏湿法脱硫后原料消耗成本降低了162.5万元/月,电耗成本降低了24.44万元/月,综合收益可达到186.94万元/月。
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