采用電石渣作為脫硫劑的循環流化床法脫硫可行性分析

吳楓，王丙林，王勛

采用電石渣作為脫硫劑的循環流化床法脫硫可行性分析

吳楓，王丙林，王勛

（航天長征化學工程股份有限公司蘭州分公司，甘肅蘭州730010）

針對某化工集團有限公司130t/h循環流化床鍋爐擬采用電石渣作為脫硫劑的循環流化床法脫硫技術（CFB-FGD）的可行性進行分析，得出循環流化床法脫硫工藝可采用電石渣作為脫硫劑。通過該工藝技術可使得電石渣資源化利用，無害化處理；該脫硫工藝生成物為飛灰、亞硫酸鈣、硫酸鈣和未反應的脫硫劑加水后發生固化反應，適合用于礦井回填、道路基礎等；該工藝同時可減少或替代常規脫硫劑（生石灰、熟石灰等）的消耗，減少二氧化硫、三氧化硫等污染物的排放，達到一定的環境效益；由于該工藝減少了球磨機、貯存罐、易磨損的漿液輸送泵等設備，因此工藝流程簡單，降低設備購置費用，減少能耗，降低運行費用，達到一定的經濟效益。

循環流化床；電石渣；循環流化床法脫硫；效益

0　引言

我國的SO2、SO3等污染控制正面臨嚴峻的形式，并隨著環保部門對污染物的嚴格排放標準的出臺，進一步開發應用高效低耗、投資省、運行穩定的脫硫技術具有極其重要的意義。當前主要的半干法煙氣脫硫技術包括旋轉噴霧干燥法（SDA）、爐內噴鈣尾部增濕活化工藝（LIFAC）、半干半濕法脫硫工藝（BGBS）、新型綜合煙氣脫硫技術（NID）、循環流化床煙氣脫硫技術（CFBFGD）。干法、半干法煙氣脫硫技術投資省、占地少，適用于老電廠煙氣脫硫改造；較寬的脫硫效率范圍使其具有較強的適應性，能滿足不同電站對煙氣脫硫的需要。基于流態化技術的循環流化床法工藝既可在舊電廠改造使用，也適合新建中小型鍋爐的煙氣脫硫，可進一步探索電石渣在水泥、建筑材料、礦山冶金、化工生產和三廢治理等行業中的資源化利用途徑。本論述對電石渣在循環流化床脫硫的可行性進行了分析，提出電石渣的資源化利用應遵循聯合生產、聯合治理、綜合利用的觀念，達到電石渣資源化、無害化處理的目的。

本論述以電石渣作為脫硫劑的循環流化床法脫硫技術運行情況分析得出，電石渣作為脫硫劑的循環流化床法脫硫技術具有一定經濟性，并可減少SO2、SO3等污染物的排放，同時使得電石渣資源化，達到再次利用變廢為寶的目的。

1　電石渣替代生石灰作為脫硫劑的可行性分析

1.1鍋爐運行參數

本論述針對某化工集團有限公司130t/h循環流化床鍋爐擬采用電石渣作為脫硫劑的循環流化床法脫硫技術（CFB-FGD）的可行性進行分析，通過該工藝擬使得二氧化硫的排放量小于1750mg/Nm3，同時使得煙塵排放量小于35.0g/Nm3，到達環保部規定的排放要求。該鍋爐的運行參數如下：

鍋爐運行參數：

最大蒸發量：130t/h

額定蒸發壓力（表壓）：3.82MPa

額定蒸汽溫度：450℃

額定給水溫度：150℃

額定工況時耗煤量：19t/h

排煙溫度：135℃

SO2排放≤1750mg/Nm3

NOx排放250～350mg/Nm3

鍋爐原始煙塵排放≤35.0g/Nm3

煙氣排放量150000Nm3

1.2鍋爐設計燃料收到基硫份分析

由表1可知該鍋爐燃燒的設計煤種收到基硫含量為0.38%，而校核煤種的硫含量為設計煤種的1.74倍，雖然硫的含量較低，但仍需進一步控制硫的排放，達到一定的環保效益。

表1　燃料煤的元素分析

1.3生石灰作為脫硫劑的反應原理

此次對比的生石灰的成分組成要求見表2，生石灰作為脫硫劑，脫硫效率可達到90%，但成本較高。因此尋找價格低廉的脫硫劑成為當務之急。生石灰脫硫劑的反應原理為：

表2　生石灰成分組成

1.4電石渣作為脫硫劑的反應原理

從表3中可知電石渣的主要成分為氫氧化鈣，含有少量的硫、磷、鐵等。電石渣為粉末狀物質，可直接與鍋爐燃燒生成的二氧化硫、三氧化硫反應，生成亞硫酸鈣和硫酸鈣。不僅可使得電石渣資源化處理而且減少了生石灰的消耗量。反應原理為：

Ca（OH）2+SO2=CaSO3+H2O

Ca（OH）2+SO3=CaSO4+H2O

CaSO3+1/2O2=CaSO4

表3　電石渣成分組成

2　電石渣作為脫硫劑的循環流化床法脫硫工藝可行性分析

2.1脫硫劑分析

電石渣是電石水解獲取乙炔氣后的以氫氧化鈣為主要成分的廢渣。乙炔（C2H2）是基本有機合成工業的重要原料之一，以電石（CaC2）為原料，加水（濕法）生產乙炔的工藝簡單成熟，目前在我國占較大比重。1t電石加水可生成約300kg乙炔氣，同時生成10t含固量約12%的工業廢液，俗稱電石渣漿。電石渣在許多工廠作為固體廢棄物處置。

現有的循環流化床法脫硫裝置大多采用生石灰作為脫硫劑，脫硫劑采用由CaO粉干消化所得到的氫氧化鈣Ca（OH）2細粉。而電石渣的主要成分為Ca（OH）2及硫、磷、鐵金屬化合物，與熟石灰成分基本相同，故電石渣可代替生石灰作為脫硫劑。

2.2工藝特點

由于電石渣顆粒已經足夠細，可以滿足循環流化床法的脫硫要求，因此無須再磨，既節省了購買球磨機等大型設備的投資費用，又減少了能耗，降低了運行費用。并且不像濕法、循環流化床法工藝需要為數眾多的貯存罐、易磨損的漿液輸送泵等復雜的脫硫劑制備和輸送系統，用簡單的空氣斜槽就可以輸運，大大簡化了工藝流程。電石渣循環流化床法脫硫工藝的副產品為硫酸鈣，呈干粉狀，含水率只有4%左右，流動性好，適宜采用氣力輸送裝置輸送。其化學組成與噴霧干燥工藝的副產品類似，主要成分有飛灰、CaSO3、CaSO4以及未反應的脫硫劑等，加水后會發生固化反應，適合用于礦井回填、道路基礎等二次利用。

2.3工藝原理

脫硫工藝由脫硫劑制備系統、吸收塔、再循環系統、布袋除塵器系統、輸灰系統以及自動控制系統組成。鍋爐原煙氣從流化床下部進入吸收塔，與熟石灰顆粒在吸收塔內充分混合，SO2、SO3等有害氣體與熟石灰反應，生成CaSO3·1/2H2O、CaSO4·2H2O和CaCO3。工藝水用噴嘴噴入吸收塔下部，以增加煙氣濕度降低煙溫，使吸收塔內反應溫度盡可能接近水露點溫度，從而提高脫硫效率。反應產物由煙氣從吸收塔上部攜帶出去，經布袋除塵器分離，分離下來的固體飛灰經返料斜槽送回吸收塔，飛灰循環量可以根據負荷進行調節。在吸收塔底部文丘里縮徑處所形成的高速煙氣流與循環飛灰和熟石灰固體顆粒及工藝水液體霧滴迅速混合，在吸收塔中形成氣－固－液三相流。熟石灰的再循環延長了脫硫反應時間，提高熟石灰的利用率。

3　電石渣作為脫硫劑的循環流化床法脫硫工藝經濟型分析

按年運行時間以8000h計。

生石灰為脫硫劑的煙氣凈化系統年運行費用見表4：（按單臺130t/h鍋爐計算）。

表4　生石灰為脫硫劑的煙氣凈化系統年運行費

電石渣為脫硫劑煙氣凈化系統年運行費用見表5：（按單臺130t/h鍋爐計算）。

如采用電石渣作為脫硫劑可降低生石灰原料成本78.48萬元/年。單位脫硫成本可較少0.0796元/kW·h。因此采用電石渣作為脫硫劑的循環流化床法脫硫可達到一定的經濟效益。

4　結論

（1）根據循環流化床法（CFB-FGD）工藝特性，電石渣中的主要成分為Ca（OH）2，與熟石灰成分基本相同，完全可滿足脫硫工藝要求，方案理論上是可行的，將在接下來的工程中做應用嘗試。

表5　電石渣為脫硫劑的煙氣凈化系統年運行費

（2）采用電石渣作為脫硫劑的循環流化床法脫硫工藝，可有效減少SO2、SO3等污染物的排放，滿足環保要求。

（3）通過該工藝技術可使得電石渣資源化，達到二次利用變廢為寶的目的，具有一定的經濟效益及環境效益。

（4）電石渣屬于固體廢棄物，品質難以保證，副產品中雜質較多。

（5）電石渣在運輸、儲存中存在一定的二次污染風險，故建議在化工裝置能自產電石渣或能就近購買電石渣的企業采用該方案。

［1］石應杰，都基峻，田剛.燃煤電廠干法、循環流化床法煙氣脫硫應用前景［J］.能源環境保護，2006，20（2）：22-24.

［2］杜建敏.干法與循環流化床法煙氣脫硫技術綜述［J］.工業安全與環保，2002，28（6）：13-15.

［3］楊柳春.循環流化床法煙氣脫硫技術在我國的應用［J］.江西能源，2005，28（3）：24-26.

［4］王慧青，童繼紅，沈立平.電石渣的資源化利用途徑［J］.化工生產與技術，2007，14（1）：47-51.

［5］佟會玲，孫旭光，李定凱，等.鈣基濕法與半干法尾部煙氣脫硫工藝耗水量比較［J］.電站系統工程，2003，19（6）：42-43.

［6］王濤，張揚，張海，等.一種半干法煙氣脫硫灰利用的新工藝［J］.工程熱物理學報，2011，32（6）：1077-1079.

X701.3

A

10.3969/j.issn.1672-6375.2016.09.014

2016-6-22

吳楓（1978-），男，漢族，甘肅天水人，大學本科，工程師，主要研究方向：熱工設計。