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我国煤炭资源总量 10 142 亿 t, 居世界第三位。我国是世界上以煤为主要能源的国家, 煤炭在我国能源消费结构中占 75%左右。煤炭作为一种非洁净燃料, 含有硫、汞等对环境有害杂质, 燃烧过程中产生 SO2 是形成“ 酸雨”和“ 酸雾”的主要原因。燃煤 SO2 排放量占 SO2 总排放量的 85%以上,1t SO2 的污染损失超过 5000 元; 燃煤还产生 NOx、烟尘等污染物, 严重破坏生态环境。防止污染和治理污染已经是一个刻不容缓的问题。
瓮福磷肥厂热电装置现有 2 ×75 t /h 锅炉, 原设计锅炉尾气为水膜除尘、除硫, 设计效率5%。由于使用地方高硫煤, 煤质平均含硫达到 4.5%,排放烟气的 SO2 浓度和粉尘浓度超标。按我国现行的排污收费标准, 每年需缴纳大量的排污费。2003年新增电除尘器装置对烟气除尘。2004 年 3 月,投资 1 900 多万元, 采用列入国家高技术研究发展计划“ 863”项目的“ 高性能柱状活性焦烟气脱硫技术”对锅炉尾气处理系统进行了技术改造。改造后的装置 2005 年 4 月试验运行; 7 月 4 日通过环保验收, 烟气污染物达标排放; 8 月 18 日该装置顺利通过了技术结题验收和项目成果验收。
1. 活性焦脱硫机理
燃煤烟气( 温度 100 ～180℃, 有氧和水蒸气存在) 中的 SO2 在活性焦作用下, 与烟气中水、氧气发生化学反应, 生成硫酸。反应如下：
硫酸存在于活性焦的微孔中 ,吸附二氧化硫的活性焦被加热到 蓄积在活性焦中的硫400～500℃,酸或硫酸盐分解脱附, 产生的主要分解物是SO2 、N2 、CO2 、 H2O, 其物理形态为富二氧化硫的气体 ,在合适的工艺条件下 , SO2 体积分率可达到20% 以上。2H2SO4 +C 2SO2 +CO2 +2H2O 活性焦在不断地脱硫与再生循环中, 受到物理和化学的再生作用, 恢复活性后重复使用。
2 .活性焦脱硫工艺
燃煤锅炉产生的 100 ～180℃烟气, 经过电除尘后进入活性吸附床吸附, 达到脱硫除尘效果; 吸附过的活性焦, 进入解吸塔, 通过加热再生, 被吸附的 SO2 解吸为高浓度的 SO2 气体; 再生后的活性焦通过筛选, 活性焦粉末及吸附的灰尘被分离去除; 再生所产生的高浓度的 SO2 气体经脱硫风机送入硫酸装置生产硫酸。再生、筛选后的活性焦进入新的循环净化流程。工艺流程见图 1。
3 .存在问题及解决措施
1) 活性焦在化学再生和物理循环过程中气化变脆、破碎及磨损而粉化。化学再生过程活性焦消耗与理论值相符, 物理循环过程导致活性焦损耗偏高, 占总消耗 60%左右。通过对下料挡板、下料溜管及皮带输送机增加变频等的改造, 活性焦物理循环消耗下降了 15%, 总消耗降低 26.94kg/tso2。
2) 吸附塔中 SO2 浓度升高, 反应剧烈, 加之固体活性焦移动不均匀, 床层局部温度会上升, 温度达到 200℃, 活性焦氧化加剧, 甚至烧毁活性焦。在吸附塔床层增设增湿工艺水, 问题得以解决。
3) 该装置系统能量损失较大, 必须保证蒸汽用量, 原设计供汽 DN100 mm管道偏小, 将供汽管道改为 DN150 mm后满足生产要求, 排汽管线由原设计 DN150 mm单管改为双管。
4) 解吸塔中, 过热蒸汽为主要能源, 蒸汽压力低于 3.0 MPa、蒸汽温度低于 430 ℃时, 会直接影响装置脱硫效率。
5) 投用初期, 吸附塔格栅及 变形、吸附塔内衬脱落等, 影响活性焦移动, 脱硫效率为74.79% ～84.32%。通过对吸附塔内件、结构改进,脱硫效率达到设计要求。
4. 活性焦脱硫装置运行情况
4.1 运行状况
装置采用煤作为活性焦的原料, 成本低。装置负荷灵活, 烟气 ￠( SO2) 可在 30% ～100%之间波动,通过在线监测和控制活性焦移动速度, 可快速调整系统, 达到最佳脱硫效果。主要技术指标见表 1。
4.2 环境效益
年减少 SO2 排放量 11 520 t, 烟气脱硫效率大于95%, 排 放 烟 气 SO2 含 量 和 含 尘 浓 度 均 达 标( GB13271-2001)( 见表 2)。脱硫过程中没有废水、废渣, 不存在二次污染, 环境效益明显。该装置低温脱氮( 氮氧化物) 效率也较高, 还能除去废气中的 HF、HCl、Hg、Pb 等有害污染物。
4.3 经济效益
该装置具有明显的经济效益, 年脱硫成本费用1 080 万元, 年回收硫资源收益 402 万元, 年减少二氧化硫排污费 690 万元, 锅炉对燃煤煤质和煤种选择裕度变大, 年节约煤资源收益 216 万元, 扣除脱硫成本, 年经济效益 228 万元。
5 结束语
1) 公司在不断扩大企业生产规模的同时,积极研发资源综合利用技术, 实现了较大幅度的节能、降耗和减污。
2) 我国是硫资源缺乏而煤含硫高的地区 ,大力发展活性焦脱硫技术, 不仅能解决磷化工、煤电产业脱硫的现实难题, 还打破了传统产业分工的界限, 为更多不同领域的行业所应用, 适合中国国情。
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