CN109078475A - 一种满足超低排放要求的高可靠性电石渣脱硫方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种满足超低排放要求的高可靠性电石渣脱硫方法，包括：通过电石渣‑石膏湿法脱硫***的物料平衡计算，确定脱硫***的设计参数；提高单吸收塔模式下的脱硫效率；稳定吸收塔浆池内的pH值；减少吸收塔内的结垢、磨蚀及磨损；电石渣浆液制备供应***采取三级处理。不仅有效降低了成本，实现了以废治废的循环经济，提高了经济效益，而且脱硫效率更高、抗冲击性复合能力更强，为燃煤电厂的烟气治理提供一种更加可靠、更加高效的解决方案，是一种环保治理的新思路，具有良好的市场前景，是一个真正造福企业和社会的环保型工艺。
Description
技术领域
本发明涉及电石渣脱硫技术领域，尤其涉及一种满足超低排放要求的高可靠性电石渣脱硫方法。
背景技术
目前国内电厂普遍采用较为成熟的石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺，石灰石脱硫剂成本高，发电企业压力大，采用电石渣代替石灰石作为脱硫吸收剂可有效降低运行成本，可实现以废治废，提高企业经济效益，但目前的电石渣脱硫***还存在浆液活性差、脱硫效率较低，不能达到超低排放标准要求、氧化效果差、pH难以控制、石膏难以脱水、***堵塞和磨损严重等许多问题，造成运行上的不可靠，一直阻碍着该技术的推广应用。烟气污染物超低排放要求实施后，对于脱硫效率提出更高的要求，电石渣脱硫在这方面具有更好的特性，因此研发一种满足超低排放要求的高可靠性电石渣脱硫技术是有重要意义的，具有良好的市场前景。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题，提供一种满足超低排放要求的高可靠性电石渣脱硫方法，有效降低了成本，实现了以废治废的循环经济，脱硫效率更高、抗冲击性复合能力更强。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种满足超低排放要求的高可靠性电石渣脱硫方法，包括：
通过电石渣-石膏湿法脱硫***的物料平衡计算，确定脱硫***的设计参数；
提高单吸收塔模式下的脱硫效率；
稳定吸收塔浆池内的pH值；
减少吸收塔内的结垢、磨蚀及磨损；
电石渣浆液制备供应采取三级处理。
通过电石渣-石膏湿法脱硫***的物料平衡计算，确定的脱硫***的设计参数包括Ca/S比、液气比、循环浆液量、浆液停留时间、浆池高度、pH值、浆液浓度、塔内流速、塔内脱硫时间及氧化风流量。
浆液停留时间设计为3.5-4min，pH值控制在5.5-6.0之间。
提高单吸收塔模式下的脱硫效率的方法包括：
采用高液位变径吸收塔，控制塔内烟气流速在3.5-3.8m/s范围内；
吸收塔内喷淋层设备各喷射点的流速和流量偏差都在4％以内；
采用全合金贴衬的吸收塔。
稳定吸收塔浆池内的pH值的方法包括：
控制进吸收塔电石渣浆液浓度在15％；
通过电石渣浆液预处理***提高进塔浆液品质；
吸收塔内采用高效曝气装置，加强氧化，使***氧化率大于强制氧化临界值；
改进自动控制***，实现进口SO2浓度、进口烟气量与电石渣浆液加入量快速匹配，根据负荷变化及时调整电石渣浆液加入量，减少延时性。
减少吸收塔内的结垢、磨蚀及磨损的方法包括：
控制吸收塔浆池内的CaSO4过饱和度低于1.4；
控制进吸收塔电石渣浆液浓度在15％，进塔流量根据烟气量和SO2浓度进行调整；
pH值在5.5-6.0范围内；
设置单独的石膏浆液测量***及石膏饱和度的在线监测设施，通过调整液气比来调整石膏饱和度；
采用全合金贴衬的吸收塔；
加强喷嘴的固定，避免喷嘴脱落。
电石渣浆液制备供应***采取三级处理，包括：
电石渣泥堆放于电石渣堆料间，通过电动抓斗送入螺旋称重皮带输送机精确称量，之后送入电石渣浆液池，浆液池入口处安装格栅网过滤，将电石渣内的大颗粒杂质去除；
电石渣送入电石渣浆液池内，通过添加滤液水制成浓度50％的电石渣浆液，滤液水管道上设有流量计以便精确控制，池内设有电动搅拌器，防止浆液沉积，尾部设有溢流墙和沉淀泵坑，沉淀去除不溶性的杂质，从源头控制电石渣浆液的品质；
池内设置的电石渣提升泵将浆液送入电动滚筒筛，进一步去除粒径较小的不溶性杂质，主要为SiO2和焦炭颗粒，保证浆液活性，过滤后的浆液进入电石渣浆液箱。
经过电石渣浆液预处理***处理后的电石渣浆液通过电石渣浆液泵输送到吸收塔，采用变频调节供浆。
所述电石渣浆液箱上部设置多处排气装置。
还包括：
石膏脱水***中的真空皮带脱水机的单位面积处理能力在0.5-0.8t/m2h(10Wt％)范围内，带速控制在5～6m/min，同时控制皮带机上的石膏厚度为15-20mm，最终石膏含水率达到10-12％。
本发明的有益效果：
不仅有效降低了成本，实现了以废治废的循环经济，提高了经济效益，而且脱硫效率更高、抗冲击性复合能力更强，为燃煤电厂的烟气治理提供一种更加可靠、更加高效的解决方案，是一种环保治理的新思路，具有良好的市场前景，是一个真正造福企业和社会的环保型工艺。
附图说明
图1为高液位变径吸收塔的结构图；
图2为电石渣浆液制备供应***。
其中，1.变径段，2.电动滚筒筛，3.电石渣堆料间，4.电动抓斗，5.电石渣溶解池搅拌器，6.电石渣溶解池，7.电石渣提升泵，8.格栅网，9.溢流墙，10.吸收塔，11.电石渣浆液泵，12.电石渣浆液箱，13.沉淀泵坑。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
本发明解决了常规电石渣脱硫***存在的浆液活性差、脱硫效率较低、不能达到超低排放标准要求、氧化效果差、pH难以控制、石膏难以脱水、***堵塞和磨损严重等问题，不仅有效降低成本，实现以废治废的循环经济，提高经济效益，而且脱硫效率更高、抗冲击性复合能力更强，为燃煤电厂的烟气治理提供一种更加可靠、更加高效的解决方案，是一种环保治理的新思路，具有良好的市场前景，是一个真正造福企业和社会的环保型工艺。
建立电石渣脱硫反应机理模型和计算模型，寻找电石渣-石膏湿法脱硫***的物料平衡计算方法，形成高效电石渣脱硫吸收塔***的核心工艺方案。
进一步地，设计适用于高脱硫效率的高液位变径吸收塔，如图1所示，其中设有变径段1，在燃用高硫煤的情况下可实现高效吸收氧化结晶于一体的电石渣单塔脱硫模式，脱硫效率可达到99.5％以上，解决了燃用高硫煤机组实现超低排放标准难以实现的问题。
进一步地，通过吸收塔内工艺参数的控制及脱水***设备参数的修正，解决常规电石渣脱硫***存在的pH难以调整、氧化效果差、石膏脱水困难的问题。
进一步地，采用新型电石渣预处理设施及电石渣浆液制备供应三级配置，解决常规电石渣脱硫***存在的***杂质影响浆液活性、设备管道磨蚀严重等问题。
进一步地，采用乙炔排气装置，解决电石渣浆液制备过程中乙炔集聚等问题，杜绝***的风险。
进一步地，为提高电石渣脱硫***的可靠性，吸收塔内采用全合金贴衬，同时喷淋区域采取合金贴衬后，改变了贴壁区域喷嘴的布置，可在不使用贴壁增效环的情况下，防止烟气短路的发生，确保了99.5％以上的脱硫效率。
本发明的工作原理是：电石渣是一种钙基脱硫剂，强碱性，pH>12，其主要成分是Ca(OH)2，能与SO2迅速反应，以达到脱硫的目的。电石渣脱硫的过程是除尘处理后的烟气通过引风机送入脱硫吸收塔内，配制好的电石渣浆液通过循环浆液泵从吸收塔浆池送至塔内喷淋***，与烟气在吸收塔内逆流接触反应，吸收烟气中的SO2生成亚硫酸钙，在吸收塔循环浆池中利用氧化空气进一步氧化成硫酸钙。浆池内10-15wt％的石膏浆液由石膏排出泵排出，送入石膏脱水***。
电石渣脱硫与石灰石脱硫比较，具有反应快、吸收SO2效果好、脱硫效率高、抗冲击性复合能力强的优点，不易发生溶解的抑制或闭塞。但同时具有氧化效果差、石膏脱水难、***易堵塞等缺点，严重时脱水机的滤布会完全堵塞，***运行可靠性差。因此本专利通过采取措施，解决常规电石渣脱硫***存在的诸多问题，提高其高效性、可靠性。
烟气由锅炉引风机送入吸收塔内，自下而上流动与喷淋层喷射向下的电石渣浆液滴发生反应，洗涤SO2、SO3、HF、HCl等有害气体。电石渣浆液制备供应***制成的新电石渣浆液加入吸收塔浆池，与浆液池中已经生成的石膏浆液混合，由吸收塔循环浆液泵将浆液向上输送到喷淋层。从高效雾化喷嘴喷出的浆液在喷淋作用下形成很细的雾状液滴，在塔内产生高效充分的气-液-固接触。在吸收塔底部区域，氧化风机供给的空气通过布置在浆池内的曝气管道进入塔内，在搅拌器的作用下把亚硫酸钙氧化成石膏(CaSO4·2H2O)，石膏浆液通过石膏排出泵送至水力旋流器和真空皮带过滤机脱水，使其含水量小于10％，然后输送至石膏库房堆放。
整套技术主要包括高效脱硫吸收塔***、烟气***、电石渣浆液制备供应***、石膏脱水***、工艺水***、事故浆液***、压缩空气***。吸收塔***、烟气***为单元制，每台锅炉配一套吸收塔***、烟气***，电石渣浆液制备供应***、石膏脱水***、工艺水***、事故浆液***、压缩空气***等均为两台锅炉公用。本说明仅对核心的吸收塔***、电石渣浆液制备供应***、石膏脱水***进行描述。
1、高效脱硫吸收塔***
对于燃用高硫煤的项目，为满足超低排放标准要求，需要达到超高的脱硫效率，其关键包括了采用高液位变径吸收塔，每个吸收塔内设置6层改进型喷淋层，1套高效氧化曝气装置，5台搅拌器进行分区搅拌，喷淋层上部设置合金除雾器设备。每个吸收塔设6台循环浆液泵，3台离心式氧化风机(两用一备)，2台石膏浆液排出泵(两用一备)。为达到在燃用高硫煤的情况下可实现喷淋氧化于一体的电石渣单塔脱硫模式的目的，本发明采取以下方案：
1)进行物料衡算，确定外形尺寸：通过电石渣-石膏湿法脱硫***的物料平衡计算，确定脱硫***设计参数，主要为Ca/S比、液气比、循环浆液量、浆液停留时间、浆池高度、pH值、浆液浓度、塔内流速、塔内脱硫时间、氧化风流量等。电石渣脱硫***的计算参数不同于石灰石脱硫***，较为关键的液气比、浆液停留时间、pH值、浆液循环量等参数决定了吸收塔的外形尺寸和***设备的选型。电石渣中Ca(OH)2含量很高，其活性远高于石灰石CaCO3，因此设计浆液停留时间约3.5-4min，pH值控制在5.5-6.0之间。
2)实现单塔模式下的高脱硫效率的方案：
a、对于燃用高硫煤的项目，为降低吸收塔高度，采用高液位变径吸收塔***，控制塔内烟气流速在3.5-3.8m/s范围内；
b、吸收塔内设置改进型喷淋层设备，喷淋层间距2.1m，保证各喷射点的流速和流量偏差都在4％以内；
c、每层喷淋层贴壁布置90°实心圆锥喷嘴，其余布置120°中空圆锥喷嘴，最上层布置单向双头喷嘴，其余层布置双向喷嘴，有效保证了重叠率和雾化效果；
d、吸收塔采用全合金贴衬，可保证喷嘴贴吸收塔壁布置，有效避免了烟气逃逸，提高脱硫效率；
e、浆池区域内布置高效曝气装置，优化曝气管、送风孔数量、曝气管道布置高度、开孔直径、开孔率、流速、喷孔角度等设计参数，提高氧传递效率和氧化效果。
3)解决吸收塔浆池内pH值波动的方案：
a、控制进塔电石渣浆液浓度在15％左右；
b、通过电石渣浆液预处理***提高进塔浆液品质；
c、吸收塔内采用高效曝气装置，加强氧化，使***氧化率大于强制氧化临界值，从而保证石膏结晶过程充分氧化，促进石膏晶体生长，稳定塔内浆液环境；
d、改进自动控制***，实现进口SO2浓度、进口烟气量与电石渣浆液加入量快速匹配，根据负荷变化及时调整电石渣浆液加入量，减少延时性。
4)解决吸收塔结垢、磨蚀、磨损的方案：
吸收塔结垢将会严重影响脱硫***的安全性和稳定性，高硫煤电厂尤其严重。为解决结垢问题，本技术采取以下方案：
a、控制吸收塔浆池内的CaSO4过饱和度低于1.4，以避免石膏晶体析出形成石膏垢；
b、合理控制进塔电石渣浆液浓度在15％左右，进塔流量根据烟气量、SO2浓度进行调整，来防止硬垢生成；
c、选择合理的pH值运行，在5.5-6.0范围内，防止软垢的产生，避免pH值的急剧变化；
d、设置单独的石膏浆液测量***及石膏饱和度的在线监测设施，通过调整液气比来调整石膏饱和度；
e、吸收塔内壁采用全合金贴衬方案，吸收塔内设备及支撑均采用流体条件更好的合金材质，可实现全寿命期服务；
d、采用新型喷嘴卡箍固定装置，凹槽卡箍固定方式，避免喷嘴脱落；
2、电石渣浆液制备供应***
电石渣浆液制备供应***为公用***，包括电石渣储存***、电石渣浆液预处理***、电石渣浆液供应***等，采用电石渣溶解池、旋转振动筛和电石渣浆液箱三级供浆，确保了电石渣浆液的活性，解决了设备管道磨蚀严重等问题，实现了电石渣浆液高品质精确计量，保证***运行稳定可靠。
1)三级处理，确保浆液活性，如图2所示，
a、电石渣泥堆放于电石渣堆料间3，通过电动抓斗4送入螺旋称重皮带输送机精确称量，之后送入电石渣溶解池6，电石渣溶解池6入口处安装格栅网8过滤，将电石渣内的大颗粒杂质去除。
b、电石渣送入电石渣溶解池6内，通过添加滤液水制成浓度50％的电石渣浆液，滤液水管道上设有流量计以便精确控制。电石渣溶解池6内设有电石渣溶解池搅拌器5，防止浆液沉积。尾部设有溢流墙9和沉淀泵坑13，沉淀去除不溶性的杂质，从源头控制电石渣浆液的品质。
C、电石渣溶解池6内设置的电石渣提升泵7将浆液送入电动滚筒筛2，进一步去除粒径较小的不溶性杂质，主要为SIO2和焦炭颗粒，保证浆液活性，过滤后的浆液进入电石渣浆液箱12。
2)变频供浆，灵活调节供浆量
浓度15％左右的电石渣浆液，通过电石渣浆液泵11输送到吸收塔10，采用变频调节供浆，根据脱硫***进出口SO2浓度和吸收塔浆池pH值、负荷变化直接通过变频调节电石渣供浆量。
3)乙炔排气装置，避免乙炔***风险
为避免电石渣浆液池或箱中产生的乙炔气聚集***，将电石渣溶解池和电石渣浆液箱布置于室外，上部设置多处大孔径排气装置，有效疏散乙炔气，避免乙炔气聚集。
3、石膏脱水***
石膏脱水***为公用***，主要包括石膏旋流器、真空皮带脱水机***、滤液水泵、石膏浆液箱、石膏浆液泵、废水旋流器、废水旋流泵等。为解决电石渣石膏脱水困难的问题，采取以下方案：
1)前端加强吸收塔内氧化效果，保证石膏结晶过程充分氧化，提高CaSO4的含量，去除电石渣浆液中的杂质，提高供浆品质；
2)真空皮带脱水机选型参数根据电石渣石膏特性进行调整，单位面积处理能力在0.5-0.8t/m2h(10Wt％)范围内，脱水面积较常规选型增加一倍,带速控制在5～6m/min，同时控制皮带机上的石膏厚度为15-20mm，最终石膏含水率达到10-12％。
与现有电石渣脱硫技术相比，本发明具有以下优点：
1)适用于高脱硫效率的高液位变径吸收塔在燃用高硫煤的情况下可实现喷淋氧化于一体的电石渣单塔脱硫模式，内置改进型喷淋层设备、新型喷嘴卡箍固定装置、高效曝气装置、分区搅拌装置，改善了塔内浆液品质，提高了氧化效果，稳定了塔内浆液pH值，脱硫效率达到99.5％以上，满足超低排放标准要求。
2)电石渣预处理设施和电石渣浆液制备供应三级配置，解决了常规电石渣脱硫***存在的***杂质影响浆液活性、设备管道磨蚀严重等问题，实现电石渣浆液高品质精确计量，保证***运行稳定可靠。
3)通过吸收塔内工艺参数的控制及脱水***设备参数的修正，解决了常规电石渣脱硫***存在的pH难以调整、氧化效果差、石膏脱水困难的问题，改善了石膏品质，提高了石膏脱水性能，降低了含水率，石膏含水率10-12％，***运行可靠，脱硫***可用率达到99％。
4)开发了乙炔排气装置，避免了乙炔气聚集***的风险。
5)采用合金贴衬防腐吸收塔大大提高了吸收塔的耐磨防腐蚀性能，安全可靠性高，使用寿命可达30年，大大减少了检修频率。
6)工程应用效果良好，本技术已成功应用到“茌平信源铝业有限公司郝集电厂二期1×350MW超临界机组工程”、“茌平信源铝业有限公司700MW机组工程”中，自2015年6月投运以来，脱硫效率99.6％以上，吸收塔出口SO2浓度可低于5mg/Nm3，石膏脱水后含水率10-12％，达到国内领先水平，***运行可靠，易于检修维护。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种满足超低排放要求的高可靠性电石渣脱硫方法，其特征是，包括：
通过电石渣-石膏湿法脱硫***的物料平衡计算，确定脱硫***的设计参数；
提高单吸收塔模式下的脱硫效率；
稳定吸收塔浆池内的pH值；
减少吸收塔内的结垢、磨蚀及磨损；
电石渣浆液预处理***采取三级处理。
2.如权利要求1所述一种满足超低排放要求的高可靠性电石渣脱硫方法，其特征是，通过电石渣-石膏湿法脱硫***的物料平衡计算，确定的脱硫***的设计参数包括Ca/S比、液气比、循环浆液量、浆液停留时间、浆池高度、pH值、浆液浓度、塔内流速、塔内脱硫时间及氧化风流量。
3.如权利要求2所述一种满足超低排放要求的高可靠性电石渣脱硫方法，其特征是，浆液停留时间设计为3.5-4min，pH值控制在5.5-6.0之间。
4.如权利要求1所述一种满足超低排放要求的高可靠性电石渣脱硫方法，其特征是，提高单吸收塔模式下的脱硫效率的方法包括：
采用高液位变径吸收塔，控制塔内烟气流速在3.5-3.8m/s范围内；
吸收塔内喷淋层设备各喷射点的流速和流量偏差都在4％以内；
采用全合金贴衬的吸收塔。
5.如权利要求1所述一种满足超低排放要求的高可靠性电石渣脱硫方法，其特征是，稳定吸收塔浆池内的pH值的方法包括：
控制进吸收塔电石渣浆液浓度在15％；
通过电石渣浆液预处理***提高进塔浆液品质；
吸收塔内采用高效曝气装置，加强氧化，使***氧化率大于强制氧化临界值；
改进自动控制***，实现进口SO2浓度、进口烟气量与电石渣浆液加入量快速匹配，根据负荷变化及时调整电石渣浆液加入量，减少延时性。
6.如权利要求1所述一种满足超低排放要求的高可靠性电石渣脱硫方法，其特征是，减少吸收塔内的结垢、磨蚀及磨损的方法包括：
控制吸收塔浆池内的CaSO4过饱和度低于1.4；
控制进吸收塔电石渣浆液浓度在15％，进塔流量根据烟气量和SO2浓度进行调整；
pH值在5.5-6.0范围内；
设置单独的石膏浆液测量***及石膏饱和度的在线监测设施，通过调整液气比来调整石膏饱和度；
采用全合金贴衬的吸收塔；
加强喷嘴的固定，避免喷嘴脱落。
7.如权利要求1或5所述一种满足超低排放要求的高可靠性电石渣脱硫方法，其特征是，电石渣浆液制备供应采取三级处理，包括：
电石渣泥堆放于电石渣堆料间，通过电动抓斗送入螺旋称重皮带输送机精确称量，之后送入电石渣浆液池，浆液池入口处安装格栅网过滤，将电石渣内的大颗粒杂质去除；
电石渣送入电石渣浆液池内，通过添加滤液水制成浓度50％的电石渣浆液，滤液水管道上设有流量计以便精确控制，池内设有电动搅拌器，防止浆液沉积，尾部设有溢流墙和沉淀泵坑，沉淀去除不溶性的杂质，从源头控制电石渣浆液的品质；
池内设置的电石渣提升泵将浆液送入电动滚筒筛，进一步去除粒径较小的不溶性杂质，主要为SIO2和焦炭颗粒，保证浆液活性，过滤后的浆液进入电石渣浆液箱。
8.如权利要求7所述一种满足超低排放要求的高可靠性电石渣脱硫方法，其特征是，经过电石渣浆液预处理***处理后的电石渣浆液通过电石渣浆液泵输送到吸收塔，采用变频调节供浆。
9.如权利要求7所述一种满足超低排放要求的高可靠性电石渣脱硫方法，其特征是，所述电石渣浆液箱上部设置多处排气装置。
10.如权利要求1所述一种满足超低排放要求的高可靠性电石渣脱硫方法，其特征是，还包括：
石膏脱水***中的真空皮带脱水机的单位面积处理能力在0.5-0.8t/m2h(10Wt％)范围内，带速控制在5～6m/min，同时控制皮带机上的石膏厚度为15-20mm，最终石膏含水率达到10-12％。
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