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    WT-1031脫硫強化增效劑
    發布于:2019-01-24 17:30
     
    WT-1031型煙氣脫硫強化增效添加劑產品技術介紹
     
    一、技術概況
    石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術成熟、脫硫率較高,被大型燃煤電廠廣泛采用。由于近年來國內電煤的供應經常出現較大幅度的波動,實際到廠的電煤含硫量較設計值有較大提高,這會對脫硫系統造成很大的影響,不僅是脫硫效率達不到設計值,而且由于系統的負荷過大,導致FGD系統的物料平衡不能達到基本的維持,燃煤煤質含硫量變性大,系統穩定性差,脫硫效率不達標,脫硫系統運行能耗大,占廠用電率高,原系統設計值偏低,無法滿足現有工況要求。
    石灰石作為濕法煙氣脫硫的吸收劑,對煙氣脫硫的過程和效果有著重要影響,石灰石濕法煙氣脫硫系統中,石灰石的溶解速度制約著整個系統對SO2的吸收速度,而衡量石灰石溶解性能的一個重要參數就是石灰石的活性,石灰石的活性越高,越有利于SO2的吸收。石灰石的溶解度越低,越是限制其脫硫反應效率的重要因素,因此提高石灰石在水溶液中的溶解度,以增大溶液中Ca2+濃度,是提高石灰石脫硫效率的一條重要技術途徑。為了提高石灰石的脫硫反應活性,向石灰石漿液中添加脫硫增效劑,提高石灰石的活性,從而提高石灰石的溶解度,通過處理前后石灰石漿液脫硫效率的比較,經石灰石活性劑處理的石灰石脫硫劑漿液,煙氣脫硫效率顯著提高,具有更高的脫硫反應活性。在試驗條件下,石灰石活性24-48小時,連續操作的石灰石脫硫劑脫硫效率提高近30%,石灰石活性接近于消石灰,經石灰石活性劑活性處理后的活性石灰石導致了Ca(HCO3)2的生成,減緩了間歇脫硫過程中石灰石料漿PH的降低速度,使活性后的石灰石料漿比未經活性的石灰石料漿保持了更長時間的高效率脫硫。利用石灰石活性劑促進石灰石脫硫反應活性,加速石灰石溶解,不增加其它物質消耗,是一種操作簡單,易于實現的新型煙氣脫硫工藝。
    二、工藝流程
    該工藝過程為:石灰石脫硫劑在進入脫硫設備前,接受脫硫增效劑的活性處理;脫硫增效劑在石灰石活性設備內進行,設備內盛石灰石與水的混合漿料,漿料在攪拌槳的驅動下運動并混合;通入的脫硫增效劑在活性設備內分散并與石灰石水合漿料接觸;活性后的石灰石脫硫劑漿料經過加料罐或直接進入煙氣脫硫設備,在脫硫設備內活性石灰石漿料與煙氣接觸并脫除其中的SO2。當以脫硫增效劑對石灰石進行活性處理時,石灰石漿料在活性設備內與含脫硫增效劑的平均接觸時間,即石灰石漿料在活性設備內的平均停留時間,不少于24-48小時。石灰石漿料活性時的溫度為40℃-60℃。
    三、WT-1031脫硫添加劑技術特點
    1、相同的脫硫條件(設備及操作條件)下,添加了脫硫漿液中脫硫增效劑后,其煙氣脫硫效率及鈣轉性率顯著提高,提高了石灰石的活性及利用率,加速了石灰石的溶解,增大了SO2吸收量,從而提高了脫硫效率,進而降低了煙氣脫硫的成本。
    2、脫硫增效劑,不改變石灰石脫硫后產物的物質組成,不降低石膏產品的純度,因此不影響脫硫產物的再利用。
    3、脫硫增效劑,應用時不需要改動現運行的石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝流程及設備,易于實際應用。而且,以經過脫硫增效劑活性處理的石灰石替代價格較高的石灰(主要成分為CaO)和消石灰(主要成分為Ca(OH)2)脫硫劑,將能節省煙氣脫硫的過程成本。
    4、設計工況下:節約能耗。保證脫硫效率的前提下,可關閉部分漿液循環泵,提高備用系數,降低FGD系統廠用電率,節省運行費用。
        5、燃煤含硫量超過設計工況下:提高FGD脫硫率,即達到了SO2排放的環保要求,又能在購煤上節省開支(高硫煤價格比低硫煤便宜)。
        7、增加石灰石反應活性,提高石灰石利用率,減少結垢堵塞。
    8、添加脫硫增效劑后,FGD吸收塔脫硫提效顯著,效率提高10%-15%以上。提高FGD吸收塔漿液反應速率,減少氣、液間傳質阻力,提高氣液傳質速率。添加后20分鐘內即見效,一次添加持續作用達到三天以上。
    9、促進脫硫系統適應不穩定的入口二氧性硫濃度變性。煙氣脫硫添加劑的使用,能降低液膜表面張力,提高石灰石活性,促進碳酸鈣反應充分。
    10、提高運行操作的靈活性。煙氣脫硫添加劑的使用,可以緩沖漿液PH值,在保證脫硫效率穩定的條件下,漿液PH=5.6時保證脫硫裝置正常運行。
    11、實現脫硫系統的節能措施。煙氣脫硫增效劑的使用,使石灰石反應完全,減少石灰石漿液的輸入;同時在保證脫硫運行穩定下,可停運一臺漿液循環泵,降低脫硫能耗。
    四、石灰石濕法煙氣脫硫化學反應過程
        濕法石灰石脫硫的化學反應過程由以下五個過程組成:①SO2由氣相主體穿過氣—液界面的擴散、溶解;②溶解的SO2的水合;③堿性介質中的解離;④CaCO3固體顆粒的溶解及其后的解離;⑤鹽的形成。脫硫整個過程涉及氣、液、固三相反應,機理相當復雜。在薄膜理論的基礎上,前后提出了多個石灰石懸浮液吸收SO2的數學模型,這些模型都以增強因子的形式來表達。影響增強因子的因素有多個,其中脫硫添加劑是一個顯著的因子。脫硫添加劑作為傳質強化添加劑,既能提高脫硫效率和吸收劑的利用率,還能防垢,從而提高系統運行可靠性,降低運行費用。因此脫硫添加劑的研究一直是熱門課題。脫硫添加劑能解決增強石灰石漿液活性、進一步提高脫硫效率的問題;并能解決提高吸收劑利用率、防止結垢的問題;還能解決提高系統運行可靠性、降低運行費用的問題。
       五、WT-1031脫硫添加劑工作原理
        從化學概念上來說,濕法脫硫反應過程受兩個PH值限制:(1)氣液兩相界面處是使SO2溶解和吸收速率降低的低PH值;(2)固液兩相界面處使CaCO3溶解和解離的高PH值。使用脫硫添加劑時,可以調節PH值,達到強化傳質和擴散的效果。由于SO2的溶解度和固體CaCO3的溶解都有限,脫硫添加劑的加入則提供了堿性基團,增強了液膜傳質因子,不僅可以促進CaCO3的溶解和提高其解離速率,減少了液相阻力,同時也促進了SO2的溶解,減少了氣相阻力。脫硫添加劑的加入則增強了各化合物的離解。同時脫硫添加劑的存在有利于CaSO3的沉淀生成,使石灰石漿液循環吸收SO2的反應重復發生,脫硫添加劑起著類似催化劑的作用。
       六、WT-1031脫硫添加劑的性質
        選用一類能發生多級電離的脫硫添加劑及其鈉鹽,它是由幾個相似族類的分子大小不同的結構組成各異的高分子羥基芳香酸組成的復雜混合物。通過分析,表明它們含有親水部分即親水官能和憎水部分烴基等。因此它們具有一定的表面活性和緩沖能力.能使水的表面張力降低,與一些金屬生成鹽和絡合物。這種性質對促進SO2的吸收、提高石灰的利用率起到了重要作用,最終達到提高脫硫效率的目的。
       七、WT-1031脫硫添加劑的效果
       以石灰石為吸收劑,分別在添加適宜濃度的脫硫添加劑與不加脫硫添加劑時,進行液氣比L/G對脫硫效率的影響試驗,當L/G相同時,加入脫硫添加劑后的脫硫效率凈增值隨脫硫效率L/G增加而減少,即L/G小時,脫硫添加劑效果明顯。L/G≤5L/m3時,脫硫效率約在10個百分點以上,脫硫效率相對提高18%,氣相效率相對提高26%以上;L/G≥5L/m3后,脫硫效率L/G增加而減少,但仍有5個百分點以上,脫硫效率相對提高7%以上,氣相效率相對提高12%以上,當脫硫效率相同時,即從要達到相同的脫硫效率所要求的L/G變化看,添加脫硫添加劑的效果更加明顯。由計算可知,要達到相同的脫硫效率,L/G1僅為L/G2的60%-73%;且L/G越大,L/G的減小幅度越明顯,脫硫添加劑能有效的降低系統運行費用。綜合分析,加入脫硫添加劑后對不同進氣口SO2濃度的煙氣,均可提高脫硫效率約7個百分點,這對較高濃度SO2煙氣來說,效益相當可觀。
       八、WT-1031加入脫硫添加劑的其他作用
       防垢防腐,即加入一定量的脫硫添加劑,具有一定的降低結垢腐蝕速率的作用,并能改善垢層性能,使之容易用水沖洗,較大幅度的降低循環槽面的SO2濃度,從而大大改善了工作環境。不加脫硫添加劑時,SO2高達50~80ppm,加入脫硫添加劑后,SO2降至10~30ppm,從降低情況看,脫硫添加劑具有加速總反應速率的作用。
       、WT-1031脫硫添加劑對漿液PH值的影響
        為考察脫硫添加劑對PH值的影響,測定了脫硫塔進、出口PH值隨過程時間變化數據,可以看出,添加適宜濃度的脫硫添加劑,能降低PH的峰值,并能減緩PH的變化,即脫硫添加劑起到了對PH值的緩沖作用,從而加快總傳質-反應速度,有利于提高脫硫效率和石灰石的利用率。
       十、WT-1031脫硫添加劑對漿液中顆粒沉降的影響
        配置一定濃度的漿液,經充分攪拌后,讓其自然沉降,觀測其沉降速度,實驗結果表明,加入脫硫添加劑后使沉降速度大為減慢,不加入脫硫添加劑時,沉降3.0h后已清晰地分為清液層和漿液層,并與30.0h后的情況一樣,而加入脫硫添加劑后,沉降5.0h后分為三層,清液層占總體積的5.0%,稀漿層87.0%,濃漿層8.0%,而此時稀漿層、濃漿層中分別含約1/3、2/3的石灰石,且沉降30小時后稀漿層、濃漿層分別占總體積的85%、10%含石灰石分別為1/6、5/6左右,可見,脫硫添加劑的加入大大減慢了石灰石顆粒的沉降速率。
       、WT-1031脫硫添加劑對漿液粘度的影響
        試驗加入脫硫添加劑前后漿液粘度表明,無論是石灰漿,還是石灰石漿,加入脫硫添加劑后均使粘度略有降低,可見脫硫添加劑有降低漿液粘度的作用。
       、WT-1031脫硫添加劑對漿液中顆粒粒度的影響
        試驗加入脫硫添加劑前后,漿液中石灰、石灰石顆粒的大小及粒徑的分布,從統計后的結果看,無論是石灰,還是石灰石,加入脫硫添加劑后均比不加時小。
       、WT-1031脫硫添加劑對漿液中顆粒凝聚的影響
        從顯微鏡上可以清楚的看到,不加脫硫添加劑的石灰、石灰石顆粒有一部分凝聚成團的大顆粒,加入脫硫添加劑后,幾乎每個小顆粒外面都包有一晶瑩透明的薄層,小顆粒間彼此分開,幾乎沒有成團的大顆粒,這薄層很可能含有脫硫添加劑(不加脫硫添加劑無此層),它阻止了小顆粒的凝聚,可見脫硫添加劑對漿液中的顆粒有分散作用。
       、WT-1031脫硫添加劑的作用機理
        由脫硫添加劑的產生過程可知,脫硫添加劑中含有親水官團和憎水官能團等,因而具有一定的表面活性作用。從試驗結果可知,脫硫添加劑能降低表面張力,并減少漿液粘度,增加漿液中顆粒的分散性,降低漿液中顆粒的沉降速度。同時脫硫添加劑具有一定的PH緩沖作用,促進了SO2和Ca(OH)2的溶解,減少了氣相、液相阻力,從而提高了SO2的去除率和石灰的利用率。脫硫添加劑中不同的官能團對Ca2+吸附量不同,脫硫添加劑中所含的總酸性基和羥基的量最多,SO2的去除率最高,而脫硫添加劑中的總酸性基和羥基含量最低,SO2的去除率也最低??梢哉J為,SO2的去除率于脫硫添加劑中的羥基含量有關,而且羥基越多,SO2的去除率越高,羥基含量越高時,吸附Ca2+的量越大,在羥基含量相差很小的情況下,對Ca2+吸附大于脫硫添加劑,因脫硫添加劑的存在與Ca2+發生競爭吸附原因。
       、WT-1031脫硫添加劑的物理化學作用
        另外,由于物理化學作用,脫硫添加劑吸附在脫硫生成物CaSO4和CaSO3等晶體顆粒的表面上,阻礙了有成垢可能的微晶粒子間的相互連接碰撞,起到分散作用。加之添加劑可降低石灰石漿液表面張力,使臨界晶核半徑減小,使CaSO4和CaSO3易析出結晶,CaSO4等處于非飽和狀態,阻礙了化學硬垢的生成。確保設備長期運行阻礙結垢。脫硫添加劑提高脫硫率是由它本身的性質所決定的,羧基含量越高,脫硫效果越好,由于脫硫添加劑表面活性作用,降低石灰漿液的粘度和表面張力,增加石灰漿液的分散性,提高石灰漿液的顆粒細度,改善了噴霧化質量,強化傳質促進Ca(OH)2的溶解和SO2的吸收,這些都是提高脫硫效果的重要因素。
       、促進SO2溶解、減少液相阻力
        根據以上分析,脫硫添加劑的分子式可表示為R(OH)m(COONa)n及R(OH)m(COOH)n,其中R代表復雜的憎水官能團。在溶解中首先發生脫硫添加劑的電離,因而使H2SO4解離,SO2(g)溶解等反應依次向右移動,從而促進了SO2的溶解,減少了氣相阻力,加快了總反應速率。
    、促進Ca(OH)2/CaCO3的溶解,減少液相阻力
        而由上產生的H+與Ca(OH)2(aq)解離產生的OH+發生反應,從而使Ca(OH)2(aq)解離、Ca(OH)2(S)溶解等反應依次向右移動,促進了Ca(OH)2的溶解,減少了液相阻力,加快了總反應速率。對石灰石,則R(OH)m(COONa)n起到了傳遞Ca2+的作用。
       、增加有效傳質—反應面積
        由于脫硫添加劑能降低表面張力,減少漿液粘度,增加漿液中顆粒的分散性,并降低其沉降速度,實質上是增加了傳質—反應的有效面積,從而增加了總反應速率。
       十九、WT-1031脫硫添加劑特點比較
    項目 WT-1031脫硫添加劑 石灰石濕法脫硫
    SO2處理效率 95%以上可按用戶需求的脫硫率脫硫 90-95%
    技術流程簡易情況 技術流程簡單 主流程簡單,石灰漿制備流程復雜
    設備安全性 99%以上 98%以上
    吸收劑利用率 脫硫添加劑循環利用 不可循環利用,鈣硫比約為1:1
    藥品消耗量 石灰石漿液的3‰-5‰ CaCO3 1.8TON/SO2 1TON
    吸收塔液氣比量[漿液循環量(L)/煙氣量(m3)] 可減小 7.12
    動力 由于液氣比大,所以循環泵的容量也大,因此其他輔助設備也會增加,總的動力需要量比催化氧化SO2脫硫添加劑法高出40%
    材料磨損 藥液為液體狀態,所以磨損可以不計 漿液中的固態成分存在15%-20%以上,所以磨損大
    排管堵塞 液態因此不能堵塞 漿液中存在固態成分堵塞嚴重
    污水 經過處理可以達標排放,也可循環使用 有必要出去雜質
    系統磨損腐蝕 無需考慮系統磨損腐蝕 由于有灰漿的存在,設計師需要考慮系統損腐問題
     
    二十、優勢及運行效益
      
    優勢 運行效益
    脫硫效率高95% 脫硫率對控制排污總量意義非凡,可實現高硫煤SO2達標排
    對廢氣的含硫量不敏感 沒有對系統進行含硫量的要求,或沒有對燃煤的含硫量要求,運行成本穩定,不隨含硫量的上升而增加
    工藝流程簡單,無腐蝕,無堵塞 無石灰漿制備系統,流程為氣液相環境。系統無磨損,無腐蝕。不存在結構堵塞問題
    系統運行可靠 工藝流程科學、精煉、簡潔,可實現運行無系統故障,無需停機檢修
    運行簡便,容易維護 易掌握,易運行。運行和維護人員能快速操作自如
    可升級性脫硫 可根據要求,以調節輸入來提高脫硫效率;可以相對較小的成本升級納入高效的脫硫(95%以上)
    環保實效性 循環經濟,真正環保
    無二次污染 水溶性好,低揮發,無毒,無害,化學穩定性好
    節能降耗 降低運行成本,循環經濟理念得以完美實現
    經濟可行性 綜合考慮,絕對經濟
    用水少,能耗少 降低水蒸汽分壓,減少蒸發速率
    脫硫設施運行費用 不隨進氣硫分上升而增加
    二十一、添加步驟:
    (1)添加部位在各臺吸收塔地坑開口處。
    (2)將地坑液位達到“高”液位時,開始添加煙氣脫硫添加劑,一次添加250kg左右,啟動地坑泵泵入吸收塔內,地坑液位達到“低”液位時停泵。再次循環加入,達到所需劑量。
    二十二、添加過程注意事項
    (1)本品為無毒無害有機化合物,添加過程請做好粉末狀物質接觸的基本個人防護,站在物質的上風口,防止迷眼、吸入。
    (2)PH值和漿液排放濃度控制在正常范圍內。
    (3)進行脫硫漿液、石灰石、石膏化學實驗分析,掌握石灰石、石膏漿液控制指標。
    二十三、WT-1031煙氣脫硫添加劑補加量:
    煙氣脫硫添加劑一次添加能夠實現循環使用,但是由于脫硫吸收塔內漿液是不斷補充與排放,必將隨著漿液的排放而產生一定的損失。為保證吸收塔漿液內保持定量的煙氣脫硫添加劑,需逐步添加少量的劑量。加入量指導:
    脫硫塔漿液日排放量2000噸,日補加量約100公斤;
    脫硫塔漿液日排放量3000噸,日補加量約150公斤。
    二十四、用法用量
    1、用法:可在漿液循環回路的任一位置添加,視電廠實際情況提出具體方案。(參考:首次加入從漿液返回管處直接加入吸收塔內;補充時每天在地坑中加入即可)
        2、用量:鑒于脫硫系統各有不同,添加量也就有所不同,視各用戶情況計算后而定。但可以肯定的是濃度越高越好,效果好,持續時間長。
    二十五、效果對比
    使用WT-1031煙氣脫硫添加劑后脫硫效率顯著提高;
    使脫硫系統能夠適應入口二氧性硫濃度的不穩定變性;
    提高運行操作的靈活性;
    實現脫硫系統的節能措施;
    對系統原設計運行參數控制無影響。
    二十六、經濟效益
    1、由于加入WT-1031型煙氣脫硫強化增效添加劑后可以延緩溶液PH值的下降。對SO2的波動可以起到緩沖作用,提高脫硫效率。對現有脫硫系統進行優化運行,可大幅度降低運行費用,實施節能減排,節約廠用電,節約石灰石用量20%以上,提高經濟效益。
    2、經研究加入WT-1031型煙氣脫硫強化增效添加劑,優化運行方持可大幅度節約廠用電,降低運行費用,其方法為:可以通過盡量減少漿液循環泵的投運時間和投運臺數來實現節約廠用電。如300MW機組。脫硫系統為3臺漿液循環泵的情況下,在脫硫系統運行時,首先啟動2臺漿液循環泵運行,等到系統各個設備運行正常之后,再根據負荷增加的需要來遞增漿液循環泵的運行臺數。在滿負荷的狀態下才全部投用3臺漿液循環泵,在正常運行過程中,也可以視系統負荷的實際情況,相應減少漿液循環泵的投運臺數,每臺機組的脫硫系統在鍋爐負荷低于27萬千瓦、脫硫吸收塔入口SO2含量在1500mg/m3以下時,均保持2臺漿液循環泵運行,1臺停備,脫硫系統在后半夜鍋爐負荷低于23萬千瓦,脫硫吸收塔入口SO2含量在1200mg/m3時,可保持1臺漿液循環泵運行。
    3、脫硫系統鍋爐負荷低于23萬千瓦,脫硫吸收塔入口SO2含量在1200mg/m3時,可停用氧性風機,節約廠用電,降低運行費用。
    4、脫硫系統鍋爐負荷低于23萬千瓦,脫硫吸收塔入口SO2含量在1200mg/m3時,可停用增加風機,節約廠用電,降低運行費用。
    5、通過對脫硫系統進行優化,加強脫硫系統運行管理,在確保脫硫設施不低于95%綜合投運率不低于90%,脫硫效率不低于95%,SO2排放量不超過200mg/m3的前提下,使脫硫系統在最佳經濟工況下穩定運行,通過以上措施,1臺機組1個月可節電400萬千瓦時,折合人民幣200多萬。每月節約石灰石用量數千噸,節約費用上百萬元。
    6、采用WT-1031型煙氣脫硫強化增效添加劑可將高硫煤(含硫量3%)進行高效利用,可使燃煤機組脫硫塔SO2入口濃度在2000mg/Nm3-4000 mg/Nm3配煤摻燒,在發電量滿負荷,高負荷,超負荷的情況下,能夠實現SO2達標排放,脫硫塔出口SO2濃度可降低到400mg/Nm3以下,脫硫效率可達到95%mg/Nm3以上。多摻燒高硫煤少用低硫煤,給電廠帶來很大的經濟效益,每年可為電廠節約數千萬元的燃煤資金。

    添加WT-1031脫硫增效劑機組運行曲線圖及運行參數變化情況見下表
     A電廠300MW機組入口二氧化硫變化趨勢圖

    B電廠660MW1號機組負荷、入口二氧化硫脫硫率變化趨勢圖


    B電廠660MW 2號機組負荷、入口二氧化硫脫硫率變化趨勢圖


     
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