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1、高效脱硫新思路,Cliffside电厂6号机组,引言,Cliffside电厂改造计划拆除原有的4台50MW机组；已建成1台560MW机组（5号机）；在建1台800MW机组（6号机），2012年投运。,引言,颇受争议的电厂,引言,对6号机的烟气排放要求脱硫效率 150mg/m3，99%；脱汞效率 90%；硫酸烟雾 6.25mg/m3；粉尘PM10 22.5mg/m3；HCl和HF 也有要求。,引言,为达到当前严格的环保排放要求，通常需要安装：粉尘：ESP或FF；SO2和酸性气体：湿法FGD；硫酸气溶胶：WESP（湿式电除尘器）。,引言,Cliffside电厂决定使用Alstom的IAQCS系统（
2、集成空气质量控制系统），其优点是：能保证满足所有的排放标准；省去了占地较多的废水处理系统；强化了汞的协同控制功能，提高了汞的脱除效率；布袋除尘器设置在干法脱硫的下游，工作温度低、腐蚀减少，运行寿命延长；,引言,续上水耗降低；湿法FGD的烟道和烟囱可用普通材料制作。,Alstom的IAQCS系统,IAQCS是由干法FGD和湿法FGD结合而成；这是两种成熟的工艺的结合，因而系统可靠；干法FGD负责硫酸烟雾、HCl、汞的脱除；湿法FGD负责脱除SO2，并对汞、HCl进行进一步脱除；湿法脱硫石膏的冲洗水返回到干法系统，在干法吸收塔内被干燥，固体物由布袋除尘器（FF）收集，系统没有废水排放，省去了湿法的
3、废水处理系统。,Alstom的IAQCS系统,图1 IAQCS系统流程图,IAQCS工艺流程的要点,1.干法FGD系统烟气在干法系统中因喷入了浆液（或水）被冷却；烟气中的SO3凝结为为硫酸烟雾，与吸收剂反应生成CaSO4，并被（FF）捕集；根据经验和试验装置的测试，估计干法系统出口的烟气硫酸烟雾浓度低于1ppm。,IAQCS工艺流程的要点,IAQCS工艺流程的要点,5.由于湿法FGD使用廉价的石灰石作为吸收剂，因此SO2的脱除主要在湿法FGD中进行；6.Alstom的湿法FGD脱硫率可以达到99%；HCl、HF和氧化汞可以在湿法洗涤塔中得到进一步脱除。,IAQCS工艺流程的要点,7.湿法FGD
4、的石膏冲洗水返回到干法系统，用于石灰的消化或烟气降温，其中的溶解盐和固体颗粒，在水分被蒸发后由FF捕集；8.湿法FGD系统不再设置废水处理系统，不但节省了投资费用，也降低了有关的运行费用，包括能源、药品和维护费用。,IAQCS的特点和效益,IAQCS的特点和效益,燃料多样性和湿法FGD使用低品位结构材料由于大部分输入HCl已经在干法FGD中被除去，湿法FGD中的Cl离子的浓度可以控制在12000ppm之内；如今后使用高浓度Cl离子的燃煤，只要提高干法FGD的HCl脱除效率，就可以保持湿法FGD中的Cl的水平；Cl离子浓度的降低可以用低品位的不锈钢（如2205）作为结构材料，降低了投资和运行费用
5、。,IAQCS的特点和效益,FGD不设置废水处理系统通常，湿法FGD的石膏冲洗水需要经过多级处理，去除悬浮固体物、重金属和有机成分后达标排放；在IAQCS中，冲洗水返回到干法的制浆系统或吸收塔中蒸发，可以省去投资和运行费用很高的废水处理系统；业主方无需向环保当局申请、监督和报告废水排放的情况。,IAQCS的特点和效益,减少系统的水耗常规的湿法FGD需要排除大量的含氯废水，以保持浆液中的Cl离子的水平在设计范围内；在IAQCS中，由于无需处理冲洗水，因此节省了大量系统补充水；在燃煤中含氯量增加时，节水的效果更加明显。,IAQCS的特点和效益,对Cliffside 6号机的节省水耗，见表1：,表1
6、 节省的水耗,IAQCS的特点和效益,脱汞能力根据燃料中的含氯量和采用SCR脱硝，因此有相应程度的汞的氧化。干法和湿法FGD都会对汞有协同控制作用；在IAQCS中干法FGD和湿法FGD是串联布置的，大部分的汞在干法FGD中已被脱除，湿法FGD起补充完善的作用；由于湿法FGD捕获的汞量很少，因此不会有明显的汞的再释放，也不会影响石膏的汞含量；,IAQCS的特点和效益,对飞灰综合利用的影响在干法FGD中加入的石灰主要用于脱除SO3和部分HCl，用量有限，因此对粉煤灰成分的影响不大；对于Cliffside 6号机，燃煤灰分为17.96%，SO2为4500mg/m3，Cl=531ppm，搜集的飞灰的增
7、加量不到5%；但是当燃煤的含氯量和含硫量增加时，影响会加大；试验装置的试验结果表明，对水泥中的综合利用没有影响,Cliffside 6号机组的IAQCS系统,设计要求6号机组为煤粉超临界锅炉；采用SCR脱硝工艺；锅炉容量为800MW；允许燃烧热量为：8281GJ/h；IAQCS的设计必须满足很宽范围的煤种变化；设计的最高的烟气含硫量为6250mg/m3；设计的煤的含氯量最高为3000ppm。,Cliffside 6号机组的IAQCS系统,表2 Cliffside的燃煤设计数据,Cliffside 6号机组的IAQCS系统,表3 烟气设计条件,Cliffside 6号机组的IAQCS系统,*IA
8、QCS的设计值,表4 IAQCS的允许排放值,Cliffside 6号机组的IAQCS系统,烟道烟气从两个空预器出来后，烟道合并为一个烟道，垂直上升到两个分别处理50%烟气量的干法FGD(喷雾干燥吸收工艺，SDA)入口；干法FGD处理后的烟气各自进入相应的FF；从FF出来的烟气进入两个增压风机；经增压的烟气合并后进入湿法FGD洗涤塔；洗涤后的净烟气进入双管烟囱的一个排烟筒后排放到大气。,Cliffside 6号机组的IAQCS系统,图2 Cliffside 6号机的IAQCS系统,公用系统6号机的湿法FGD的公用系统与5号机的公用系统合用；采用两台出力为48t/h卧式球磨机磨制石灰石浆液；石膏
9、一级脱水为水力旋流器，二级脱水为真空皮带机。,Cliffside 6号机组的IAQCS系统,Cliffside 6号机组的IAQCS系统,干法FGD部分（DFGD）采用Alstom的典型的SDA工艺设计；共有两个直径为20m的SDA吸收塔；每个吸收塔顶部安装有3个旋转喷雾头；SDA的蒸发能力要同时满足5、6号机的湿法FGD冲洗水水量；,Cliffside 6号机组的IAQCS系统,图3 旋转喷雾头,Cliffside 6号机组的IAQCS系统,布袋除尘器部分（FF）采用Alstom的LKP中压脉冲冲洗设计；共两列，每列有12个小室；布袋长度为8m；布袋材料为带涂层的PPS/P84混合编织材料。
10、,Cliffside 6号机组的IAQCS系统,湿法FGD部分（WFGD）喷淋空塔，脱硫效率为99%；洗涤塔材料为2205，允许浆液中Cl离子浓度为12000ppm；5层喷淋层+5台循环泵烟气流速为3.96m/s；浆液池的直径比喷淋段大，以保证浆液有足够的停留时间；安装有机酸添加系统，作为循环泵故障时的备用。,Cliffside 6号机组的IAQCS系统,图4 湿法FGD洗涤塔,IAQCS系统的经济分析,IAQCS的主要经济收益体现在节省了寿命期成本；对以下三种工艺的寿命期成本进行比较；IAQCS；FF/WFGD/WESP：布袋+湿法FGD+湿式电除尘器，由WESP来脱除烟气中的SO3；Alk
11、 Inj/FF/WFGD:MgO烟道喷射+布袋+湿法FGD。MgO烟道喷射脱除SO3的效果是否能满足排放要求，尚待论证。这里仅用作比较。,IAQCS系统的经济分析,分析方法采用净现值法（NPV）,IAQCS系统的经济分析,基建投资费用表5所示为计算寿命期费用所需的基建投资和财务假定；整个系统的基建投资包括：主要设备的采购：吸收塔、FF、WESP、吸收剂制备、副产物处置等；辅助设备：基础、电控和系统服务等；施工和安装；启动和调试。,IAQCS系统的经济分析,表5 寿命期成本计算输入量,IAQCS系统的经济分析,运行和维修费用（O&M Cost）电耗吸收剂石灰石-三种工艺都需要，用与脱除SO2和酸
12、性气体，如HCl和HF；石灰-只有IAQCS使用，脱除SO3和其他酸性气体，如HCl和HF；氧化镁-在FF/WFGD/WESP中用于中和WESP收集的SO3，在Alk Inj/FF/WFGD中用于SO3控制；废水处理药剂：处理FF/WFGD/WESP和 Alk Inj/FF/WFGD中WFGD的冲洗水；副产物：考虑了石膏出售的收入。由于三种工艺的飞灰的出售和处置费用是一样的，因此在费用比较中没有考虑。,IAQCS系统的经济分析,表6所示为运行费用计算时所用的输入量；表7为三种工艺的计算所得的寿命期成本的比较。,IAQCS系统的经济分析,表6 运行费用计算输入量,IAQCS系统的经济分析,表7
13、寿命期成本比较,IAQCS系统的经济分析,从表7可以看出IAQCS是最优的，原因是：采用廉价的石灰作为SO3的吸收剂，其他两种工艺使用了价格昂贵的MgO；IAQCS省去了废水处理所需的药剂，每年可节约1.3百万美元的运行费用；IAQCS的基建投资要比FF/WFGD/WESP小许多，因为：省去了废水处理系统；用广发FGD来取代WESP节省了材料费用；节省了相应的施工安装费用；,IAQCS系统的经济分析,IAQCS的中试,尽管IAQCS的主要部分是非常成熟的干法和湿法FGD，但还是在Cliffside电厂进行了中试；中试的目的：确立SO3和HCl的脱除效率和极限；明确洗涤塔排除浆液的干燥特性；钙硫
14、比、温度和排出浆液参数有关的研究；考察微量污染物的影响；收集并分析灰样。,IAQCS的中试,图5 Cliffside的中试装置,IAQCS的中试,中试的结果SO3排放很低（1ppm）；在存在SO2时，可以进行HCl的选择性脱除；明确了石灰作为吸收剂时的钙硫比；湿法FGD的冲洗液可以得到有效的干燥；对灰样的分析表明可以满足水泥生产的要求。,投运后的测试结果（2012年12月）,结论,IAQCS以一种创新的方法将Alstom的干法和湿法FGD系统结合了起来；其结果是可以满足严格的排放标准的要求，并且其寿命期成本要比其他竞争工艺低许多；费用节省的主要原因是用干法FGD来代替WESP，以及省去了WFG
15、D的废水处理系统；其它的优点还包括：降低水耗；WFGD可以采用廉价的材料来制作。,WESP图片,湿法FGD的废水处理系统,Cliffside电厂6号机组建设工地,建设进度（2008.3）,建设进度（2009.3）,建设进度（2010.3）,建设进度（2010.9）,建设进度（2010.9）,建设进度（2012.6）,一些想法,Cliffside电厂6号机的干湿联用工艺中，干法部分的目的主要是脱除SO3、解决湿法的废水排放，考虑到SDA用的吸收剂是石灰，价格贵，为降低运行成本，所以不承担脱硫任务。达到99%的脱硫效率主要由湿法部分完成；设想：是否可以增加干法工艺的脱硫效率，来减轻湿法工艺对脱硫效
16、率（98%）的要求？,关于设想的思考,有无现实意义?新建机组不必使用WESP；对燃料含硫量和含氯量有更大的弹性；不必设置湿法废水处理系统，甚至可以处理电厂的其他一些废水；如果干法部分和湿法部分别设置小旁路，可以避免在FGD故障时，必须停主机的风险；,关于设想的思考,有无现实意义？对现有现有机组的湿法FGD增效+WESP改造 除了前述对新建机组的优点之外：降低投资：现有的湿法FGD可以不必拆除或改建；改造期间可保持湿法FGD继续运行，主机不必停机；这是业主的最大利益所在！,关于设想的思考,具体的工艺流程路线图,锅炉,预除尘器,干法脱硫,布袋除尘器,湿法脱硫,湿法制浆系统,可出售飞灰,湿法废水,烟
17、气排放,关于设想的思考,有何好处？脱硫率出于经济性考虑，干法的脱硫率在80%，湿法在95%，这时总系统的综合脱硫率在99%；如果干法脱硫率提高到85%，综合脱硫率达到99.25；此时，干法系统的钙硫比在1.3，湿法在1.03，各自出于运行最经济、最安全可靠的状态；可靠性如果实现干法湿法各自小旁路系统，并在设计时考虑到干湿法系统在单独运行时，仍能达标的应急措施，那么干湿法任一系统有故障，主机仍可运行。,关于设想的思考,有何好处？保持了电厂原有的飞灰综合利用；不但解决了湿法的废水排放，还可以帮助消化一部分其它废水；干法脱硫的副产物中的未反应吸收剂，有可能作为一部分的湿法吸收剂，降低湿法吸收剂的用量
18、；干法副产物中的亚硫酸盐可在湿法浆液罐中得到部分氧化，降低脱硫产物中的亚硫酸盐的含量,关于设想的思考,干法脱硫副产物用于湿法系统的问题丹麦Dong Energy属下的三个电厂，采用SDA的副产物作为湿法的部分吸收剂，已经多年了，应该至少是可行的，但具体资料很难找到；南京理工大学的钟秦教授曾在丹麦技术理工大学就此研究过一年。,关于设想的思考,注意：1）吸收剂中有SDA产物，FGD最终副产物是商品级石膏；2）最早的机组是1992年，后来又增加了两套，说明运行是成功 的；3）这3台都是大机组，说明该技术是成熟的。,关于设想的思考,可能出现的问题增加了1套干法系统和1台布袋除尘器，系统的阻力将增加3000Pa左右，会比湿法改造+WESP大约2000Pa；干法脱硫副产物如不能完全氧化，是否会影响脱硫石膏的质量？废水在干法中蒸发后，氯离子和重金属留在脱硫副产物中，如干法脱硫副产物用来作为部分湿法吸收剂，会引起污染物的富集，如何解决或避免？从寿命期成本的角度考虑技术经济上是否合理？,关于设想的思考,
