PBA添加剂在湿法脱硫系统中的应用

２０１１年１２月　电　力　科技　与　环　保　第２７卷　第６期　ＰＢＡ添加剂在湿法脱硫系统中的应用　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＰＢＡ　ａｄｄｉｔｉｖｅ　ｉｎ　ｗｅｔ　ｆｌｕｅ　ｇａｓ　ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　宫俊亭’，谢飞　（１．山东省电力工程咨询院，山东济南　２５００１４；２．山东智和信能源科技有限公司，山东济南　２５００１４）　摘要：当前火电厂燃煤硫分普遍超出设计值，吸收塔入口ＳＯ，浓度过大，同时环境保护要求越来越严格，火电厂烟　气中ＳＯ，浓度很难达标排放，为此脱硫装置迫切需要进行提高脱硫效率的增容改造。针对上述情况，介绍了一种　使用新型复合有机酸添加剂ＰＢＡ来满足脱硫系统设计脱硫效率的解决方案，探讨了ＰＢＡ添加剂工作原理及使用　方法，并就其在节能降耗方面的应用实例进行了分析。　关键词：火电厂；湿法烟气脱硫；添加剂；ＰＢＡ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃｕ　ｒｒｅｎｔ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｓｕｌｆｕｒ　ｉｎ　ｃｏａｌ　ｇｅｎｅｒａｌｌｙ　ｅｘｃｅｅｄｓ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｖａｌｕｅ　ｉｎ　ｃｏａｌ—ｆｉｒｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔｓ．ｔｈｅ　ｅｎｔｒａｎｃｅ　ＳＯ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｔｏｗｅｒ　ｉｓ　ｔｏｏ　ｌａｒｇｅ．ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｎ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｈｉｇｈｅｒ　ａｎｄ　ｈｉｇｈｅｒ。ｔｈｅ　ＳＯ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｌｕｅ　ｇａｓ　ｉｎ　ｃｏａｌ—ｆｉｒｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔｓ　ｉｓ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ　ｔｏ　ｒｅａｃｈ　ｔｈｅ　ｓｔａｎｄａｒｄ．Ｔｈｅ　ｄｅｓｕｌｆｕ　ｒｉｚａｔｉＯｎ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ｎｅｅｄ　ｕ　ｒｇｅｎｔｌｙ　ｔｏ　ｔａｋｅ　ａ　ｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｉｔｓ　ｄｅｓｕＩｆｕ　ｒｉｚａｔｉ０ｎ　ｅｆｉｆ・　ｃｉｅｎｃｙ．Ａ　ｎｅｗ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ＰＢＡ，ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｏｒｇａｎｉｃ　ａｃｉｄ　ａｄｄｉｔｉｖｅ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｄｅｓｕｌｆｕ　ｒｉｚａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｓｉｇｎ　ｄｅｓｕＩｆｕ　ｒｉｚａｔｉＯｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｕｓｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ＰＢＡ　ａｄｄｉｔｉｖｅ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｓｔ—ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌ—ｆｉｒｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ：ｗｅｔ　ｆｌｕｅ　ｇａｓ　ｄｅｓｕＩｆｕ　ｒｉｚａｔｉＯｎ；ａｄｄｉｔｉｖｅ；ＰＢＡ　中图分类号：Ｘ７０１．３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７４—８０６９（２０１１）０６—０２４—０３　１　应用背景　严格，新修订的《火电厂大气污染物排放标准》对　ＳＯ，排放浓度提出了更高的要求。　１．１　火电厂烟气脱硫技术现状　基于以上两个方面的压力，很多脱硫装置被迫　我国是世界上最大的煤炭消费国，煤炭占一次　进行增容改造工作。脱硫装置的增容改造动辄耗资　性能源消费总量的７０％左右…。而火电行业是ｓＯ，　千万，改造施工周期３至４个月，给电厂带来一定的　排放的主要来源，火电厂的ＳＯ　排放量占全部ＳＯ　压力。在不对原有脱硫设备进行增容改造的前提　排放量的４０％以上　。自２０世纪９０年代以来，我　下，应用脱硫添加剂来满足脱硫系统的设计脱硫效　国火电行业使用烟气脱硫技术对ＳＯ，的排放进行控　率是目前脱硫行业的研究方向之一。　制，收到了良好的效果。　１．３湿法烟气脱硫添加剂　石灰石一石膏湿法烟气脱硫工艺因其技术成　脱硫添加剂主要分为两大类：有机添加剂和无　熟、脱硫效率高、吸收剂来源丰富、价格低廉、副产品　机添加剂。无机添加剂不仅包括碱类，还包括盐类，　可利用等特点而被广泛采用，成为目前燃煤电厂烟　如钙、钠、镁及氨盐等。其中，有机添加剂对脱硫系　气脱硫应用最广泛的方法。在我国近几年新建的火　统的作用是多方面的，除了可以促进ＳＯ，的吸收和　电厂烟气脱硫工艺技术中，石灰石／石灰一石膏湿法　ＣａＣＯ　的溶解外，还能够缓冲吸收浆液的ｐＨ值，从　脱硫工艺占了近９０％　。　而提高脱硫效率，降低脱硫成本。因此，选择有机酸　１．２火电厂烟气脱硫的困境　作为湿法脱硫工艺的添加剂具有一定的优势　近几年来，受燃煤市场供需关系的影响，火电厂　ＰＢＡ就是一种由有机酸组成的复合添加剂，它由几　的燃煤偏离设计煤种幅度较大，虽采用掺配上煤的　个相似族类的分子大小不同且结构组成各异的高分　方式，仍然较难控制锅炉燃煤在设计硫分下运行，吸　子羟基芳香酸组成。ＰＢＡ不参与化学反应，添加　收塔入口ＳＯ，浓度超过脱硫系统设计值的情况时有　ＰＢＡ不会降低氧化空气、石灰石消耗量，也不会减　发生　。另一方面，人们对环境保护的要求越来越　少石膏的产量。　２４　２０１１．生　宫俊亭等：ＰＢＡ添加剂在湿法脱硫系统中的应用　第６期　２　工作原理　２．１　湿法脱硫化学反应　了分散作用。加之ＰＢＡ可以降低石灰石浆液的表　面张力，使临界晶核半径减小，加速了脱硫反应浆液　中ＣａＳＯ　・２Ｈ　Ｏ的结晶析出，从而使浆液中未结晶　的ＣａＳＯ　处于非饱和状态，阻碍了硬垢的生成，有　石灰石一石膏湿法烟气脱硫的化学反应过程由　以下五个过程组成：ＳＯ，由气相穿过气液界面的扩　散、溶解；溶解的ＳＯ　的水合；在碱性介质中的解离；　利于设备的长期有效运行。　２．３　ＰＢＡ对浆液中颗粒沉降的影响　ＣａＣＯ　固体颗粒的溶解及解离；盐的形成。　脱硫反应的整个过程涉及气液固三相反应，机　ＰＢＡ能降低浆液表面张力，并减少浆液粘度，　增加浆液中颗粒的分散性，降低浆液中颗粒的沉降　理相当复杂。在薄膜理论的基础上，提出了多个石　灰石悬浮液吸收ＳＯ，的数学模型，这些模型都以增　强因子的形式来表达。影响增强因子的因素有多　个，其中ＰＢＡ是一个显著的因子。ＰＢＡ能有效增强　石灰石浆液反应活性，提高脱硫效率，防止结垢。　２．２　ＰＢＡ工作机理及其对脱硫反应的影响　ＰＢＡ的分子式可表示为Ｒ（ＯＨ）　（ＣＯＯＨ）　，在　溶解过程中ＰＢＡ首先发生水解电离，生成憎水官能　团Ｒ（ＯＨ）　（ＣＯＯ一）　和亲水官能团ｎＨ　。　憎水官能团与Ｈ　离子结合打破了ＳＯ　溶解反　应的可逆平衡，因而使Ｈ：Ｓ０，解离，ｓＯ　水合、溶解　反应向右移动，从而促进了ＳＯ　的溶解，减少了气相　阻力，加快了总反应速率。亲水官能团ｎＨ　与ＯＨ一　离子结合打破了ＣａＣＯ　溶解反应的可逆平衡，因而　使ＣａＣＯ，解离、ｃａ（ＯＨ）　溶解反应向右移动，从而　促进了ＣａＣＯ　的溶解，减少了液相阻力，加快了总　反应速率。其反应方程式为：　Ｒ（ＯＨ）　（ＣＯＯＨ）　一｛Ｒ（ＯＨ）　（ＣＯＯ一）　Ｉ　＋｛ｎ　Ｈ　ｌ　ＳＯ２＋Ｈ２０　Ｈ２ＳＯ３　一ＨＳ０　一＋Ｈ　ＣａＣＯ３＋２Ｈ２Ｏ　Ｃａ（ＯＨ）２＋Ｈ２ＣＯ　３　ｃａ　＋２ＯＨ　＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２　Ｔ　｛Ｒ（ＯＨ）　（ＣＯＯ一）　｝＋Ｈ　一Ｒ（ＯＨ）　（ＣＯＯＨ）　｛ｎ　Ｈ　｝＋ｎ　ＯＨ一＿÷ｎ　Ｈ２Ｏ　ＰＢＡ是一种以有机酸为组成成分的添加剂，与　其他有机酸添加剂一样，具有一定的ｐＨ缓冲作用。　研究结果表明　，适宜浓度的添加剂，可以降低　ｐＨ的峰值，使ｐＨ的变化趋于平缓，从而加快烟气　中ＳＯ，与石灰石浆液间的总传质反应速度，有利于　石灰石浆液对ＳＯ，的高效吸收。　另外，由于理化作用，ＰＢＡ添加剂吸附在脱硫　生成物ＣａＳＯ　和ＣａＳＯ　等晶体颗粒的表面上，阻碍　了有成垢可能的微晶粒子间的相互连接碰撞，起到　速度。配置一定浓度的石灰石浆液，经充分搅拌后，　让其自然沉降，观测其沉降速度。试验结果表明，加　入ＰＢＡ后使石灰石浆液的沉降速度大为减慢。不　加入ＰＢＡ时，石灰石浆液沉降３　ｈ后已清晰地分为　清液层和浆液层，并与沉降３０ｈ后的情况一样；加　入ＰＢＡ后，沉降５　ｈ后分为三层，清液层占总体积的　５．０％，稀浆层８７．０％，浓浆层８．０％，并且此时稀浆　层、浓浆层中分别含有约１／３、２／３的石灰石；沉降　３０ｈ后稀浆层、浓浆层分别占总体积的８５％、１０％，　含石灰石分别为１／６、５／６左右。　３使用方法　３．１适用条件　ＰＢＡ脱硫催化剂适用于石灰石一石膏湿法脱　硫工艺，主要应用于脱硫运营节能降耗和因燃煤硫　分增大需要改造的工程。增效改造技术主要适用于　新煤质的烟气量与原煤质相比变化不大，但硫分与　原煤质相比增幅较大的工程案例，这样可以避免改　造吸收塔或尽量减少吸收塔的改造。　添加ＰＢＡ脱硫催化剂，需要针对不同的煤质和　运行工况，经过严密的工艺物料平衡计算，确定合理　的ＰＢＡ加药浓度，以达到理想的效果。ＰＢＡ不参与　化学反应，添加ＰＢＡ不会降低氧化空气、石灰石消　耗量，也不会减少石膏的产量。因此，在燃煤硫分增　大的丁况下，需要适当调整氧化风系统、制浆系统以　及脱水系统等辅助系统的出力，以实现对改造后燃　煤烟气中高浓度ＳＯ　的有效脱除。　３．２　加药装置及常规加药法　为了提高运行的自动化水平，一般在脱硫系统　中增设１套ＰＢＡ自动加药系统，包括加药制备及加　热储存箱、计量泵等。加药制备及加热储存箱应留　有溢流口、排污口、加药口、维修或清扫用的人孔或　手孔、工艺水接口、蒸汽加热盘管等。　ＰＢＡ添加剂呈弱酸性，有轻微腐蚀性，加药箱　２５　２０１　１年ｌ２月　电　力　科技　与　环保　第２７卷　第６期　及加药管道均应采用不锈钢材质，在加药箱顶部分　别设置１个便于开启且密封严密的加药孔、１个进　水管接口，底部设２个溶液排出口；加药箱顶部需加　设搅拌器，箱体需设置温度、液位等自动监控装置，　测温装置的温度信号可以用于调节箱体加热蒸汽人　口管道阀门的开度，以便合理的控制箱内溶液的温　度。加药箱内溶液温度应保证≥５０℃，计量泵应采　用具有防腐功能的耐酸泵。　脱硫系统运行过程中添加剂用量不大，一般　３００ＭＷ机组的ＰＢＡ消耗量在２—８　ｋｇ／ｈ，可根据物　料平衡计算值，一次性加药至需要的添加浓度，后续　运行中，根据实际情况调节加药量。ＰＢＡ呈不规则　片状、粉状体，使用时在加药箱中注入工艺水，开启　蒸汽加热系统，使药箱内温度达到５０℃以上，倒入　ＰＢＡ添加剂，启动搅拌系统，添加剂完全溶解后，通　过计量泵输送到吸收塔。　３．３简易加药法　在已建成的火电厂脱硫系统中，可根据物料衡　计算ＰＢＡ添加剂的需要量，直接将添加剂倒入吸收　塔集水池中，利用吸收塔放出的浆液混合搅拌，然后　利用集水池泵将药液送入到吸收塔。　４工程案例　某电厂２×６６０ＭＷ机组原有脱硫系统采用石　灰石一石膏湿法烟气脱硫工艺，一炉一塔。为了节　能降耗，使用ＰＢＡ脱硫添加剂对其进行改造，以降　低脱硫系统的电耗。２×６６０ＭＷ机组原有脱硫系统　循环泵数据见表１。　表ｌ　脱硫系统循环泵参数数据（基于单台机组）　该电厂使用ＰＢＡ脱硫添加剂进行节能降耗改　造后，停运脱硫系统循环泵１层喷淋层、停运２层喷　淋层与不使用ＰＢＡ时的能耗及经济效益对比价格　见表２。其中，ＰＢＡ添加剂价格为２．４万元／ｔ，电价　按０．３元／ｋＷ・ｈ计，电机负荷系数以０．８计。喷淋　层自上而下分别为Ａ、Ｂ、Ｃ层，人口ＳＯ：浓度（标干　态，６％０　）为３０９５．３２ｍｇ／ｍ　。　２６　表２节能效果对比｛基于单台机组）　从表２可以看出，在使用１２ｋｇ／ｈ添加剂、运行　最上一层喷淋层的方案最优，与不使用添加剂相比，　可节约运行费用３８５元／ｈ，年运行时间按５０００ｈ　计，则２台机组可节约费用３８５万元／ａ。　５　结语　ＰＢＡ脱硫添加剂应用于石灰石一石膏湿法烟　气脱硫系统，能够有效地促进ＳＯ　、ＣａＣＯ　的溶解，　缓解浆液ｐＨ值，提高脱硫效率。用于燃用燃煤硫　分超出设计值的场合，可以有效提高脱硫效率，满足　排放标准。并使脱硫系统免于改造或减少改造工作　量，节省改造投资，减少停产损失。用于燃用设计煤　种、追求节能降耗的场合，可以有效地降低液气比，　节省运行成本，经济效益显著。　参考文献：　［１］汪艳红．我国火电厂烟气脱硫工艺现状及发展综述［Ｊ］．硫磷设　计与粉体工程，２００８，（８）：１３—２４．　［２］林永明．大型石灰石一石膏湿法喷淋脱硫技术研究及工程应用　［Ｄ］．浙江：浙江大学，２００６．　［３］黄会才，谭铮辉，陈国艳．脱硫添加剂在湿法烟气脱硫系统的应　用［Ｊ］．电力科学与技术学报，２０１１，（３）：１１８—１２２．　［４］韩玉霞，王乃光，刘启旺．添加剂在石灰石湿法烟气脱硫工艺中　的应用与分析［Ｊ］．内蒙古环境保护，２００５，（３）：４４—４６．　［５］杨磊，卢啸风．ＷＦＧＤ工艺典型脱硫添加剂应用探讨［Ｊ］．电站　系统工程，２００７，（３）：４—６．　［６］高瑞华．顶进式搅拌器的校核与改进［Ｊ］．电力环境保护，２００８，　２４（５）：３８—３９．　［７］缪明烽，沈湘林．钙基脱硫荆孔隙中ｓＯ　气体非线性扩散的研究　［Ｊ］．电力科技与环保，２０１０，２６（１）：１５—１８．　［８］陶雷行，吕敬友，陈洪涛，等，烟气脱硫工艺选择及因素分析［Ｊ］　Ｅ海电力．２００６．１９（５）：４８４—４８６．　收稿日期：２０１１　１０—１２；修回日期：２０１１－１１—０２　作者简介：宫俊亭（１９６６一），男，山东人，高级工程师，长期从事　电力工程设计及管理工作。Ｅ—ｍａｉｌ：ｌａｋｅｗａｎｇｌ７１９＠１６３．ＣＯＨＩ