石灰、石灰石——石膏湿法FGD系统的优点
(1) 脱硫效率高。石灰、石灰石——石膏湿法FGD工艺脱硫率可高达95﹪以上,脱硫后的烟气不但二氧化硫浓度很低,而且同时对飘尘脱除50﹪左右。中大机组采用湿法工艺,二氧化硫脱除量大,有利于地区和电厂实行总量控制。
(2) 技术成熟,运行可靠性好,占有市场份额***大。国外火电厂石灰、石灰石——石膏湿法FGD装置投运率一般可达98﹪以上,由于其发展历史长,技术成熟 、运行经验多,FGD系统的可靠性高。
(3) 对煤种变化的适应性强,无论是含硫量大于3﹪的高硫煤,还是含硫量小于1﹪的低硫煤都能适应。
(4) 吸收剂资源丰富,价格便宜。在我国分布很广,在FGD工艺的各种吸收剂中,石灰、石灰石价格***便宜,钙利用率较高。
石灰、石灰石——石膏湿法FGD系统的缺点
尽管石灰、石灰石——石膏湿法FGD技术目前可谓是“一枝独秀”,但也存在不少问题。
(1) 一种污染物、一种工艺,该法仅仅处理了一种主要污染物二氧化硫,将它转变成能除去多种污染物如NOx、SO3等的努力是很难达到。
(2) 二次污染问题。例如:FGD废水。当电厂要求废水“零排放”时,必须设置昂贵的FGD废水处理装置。
(3) 石膏的二次污染。我国电力行业目前建设的FGD装置中,石灰、石灰石——石膏湿法占90﹪以上。2005年产生FGD石膏约4730万吨,是每年需要量的3倍左右。到2020年,FGD石膏将达到6210万吨。15年累计共产生约82289万吨,按被利用的20﹪计算,有65831万吨要占地填埋,要占用大量的土地。FGD石膏量大,目前尚未有适合大量综合利用的途径,在未来除灰场外,火电厂存放石膏又成为另一个***烦。产煤地区火电基地也是天然石膏富足产地,供需矛盾突出,从全国整体来看不容乐观,除非有了更好的综合利用方法。当石膏露天堆放或填埋时,它未必是“稳定的”。石膏颗粒容易失去表面水分,从储存区流出的石膏液会污染周围的环境。
(4) 石灰、石灰石问题。理论上脱除1吨二氧化硫需要1.5625吨的CaCO3,石灰石纯度按90%计,Ca/S比取1.05,脱除1吨SO2则需1.825吨的石灰石,脱除1000万吨 SO2则需要1825万吨的石灰石。2005年全国装机容量突破5亿千瓦,SO2排放量1600万吨,假定每年平均脱1000万吨SO2,到2020年全国累计需27375万吨的石灰石,实际还要大于这个数,为了取得大量的石灰石,将需开山毁林、破坏大面积的山林和植被。同时还有50%的废弃物无法利用,需占用大量的土地用于堆放,将会出现新一轮的生态环境问题。
(5) 增加温室气体排放。尽管在电厂从SO2脱除中释放的CO2只占0.655﹪左右,但从脱硫设备后增加的CO2***数和累计数来看,却是相当大的数字。本来燃煤电厂排放的CO2数字已相当大。因脱硫新增的CO2更是雪上加霜。当温室气体一旦超出人均4吨,我国国际履约脱除CO2的费用每年超过500亿元,这是相当大的损失。因此,石灰、石灰石——石膏湿法脱硫是否得不偿失还未可知。
(6) SO3(酸雾)的腐蚀。石灰、石灰石——石膏湿法FGD系统可除去的SO3不超过50﹪,这意味着还有一半的SO3要从系统中排出。当燃用高硫煤时,这能导致产生不合格的烟羽和高浊度,尤其燃用低灰分煤时,对烟道和烟囱产生强烈腐蚀,温度超过室温越高腐蚀越严重。
(7) 副产品的价值。FGD石膏的价值低。石膏是一种低价原材料,目前各国正在想办法开发它的新用途。在日本和德国,政府下令使用FGD石膏代替天然石膏。但在石膏资源丰富的地方,FGD石膏则不是***好的材料。我国有丰富的石膏资源,已探明的蕴藏量为570亿吨,且天然石膏基本处于无偿开采状态,形成了与FGD石膏竞争的局面。另外我国化肥工业每年的磷肥石膏多达2000万吨,基本上弃置未用,我国每年石膏需求量为1500万吨,在天然石膏产量1000万吨与磷肥石膏废弃料的夹击下,FGD石膏不可能被全部利用。另外,FGD石膏受烟尘含量及未反应的吸收剂等的影响,纯度低于90﹪时就很难作为建材石膏使用。而烟尘浓度又受除尘器效率的影响,除尘器效率又受到煤质、锅炉燃烧工况、磨煤机性能以及燃料煤杂质中的氯化物超过极限值等多因素影响,很难使FGD石膏的品质保持稳定,使得FGD石膏综合利用市场很难打开,无疑造成大量的堆积。
(9) FGD系统内结垢。在吸收塔烟气入口干湿交界处,高温烟气中的灰分在遇到喷淋液的阻力后,与喷淋石膏浆液一起堆积在入口越积越多。例如在电厂FGD吸收塔入口处冷热交界的1m左右区域,结垢、积灰现象十分严重。运行1年,烟道底部垢层厚达20-30厘米,人可踩在上面,入口处两侧壁面、中间支柱上都积有厚山。在珞璜电厂吸收塔干湿交界处也存在同样结垢,积垢速度与烟尘含量直接关系,灰垢会堵塞干湿界面冲洗管喷嘴,造成恶性循环。瑞明电厂,沙角A厂5 号吸收塔入口处都有严重结垢,有的高达1米以上。2号吸收塔入口处结垢同样十分严重。电厂吸收塔入口膨胀节和入口导流板结垢堆积堵满。电厂一期FGD的吸收塔是填料塔,结垢主要发生在格栅床内,吸收塔内的构件表面,特别是不易被浆液湿化的死角,罐体内壁,干湿交界处,非动力输送的石膏浆回流管道。填料塔内有两层格栅床,每层高4米,相距1.5米。2号吸收塔下部的罐体在运行1000多小时已出现0.3mm厚的壁垢。1号吸收塔运行5000小时,罐壁***厚的垢已达10mm。格栅床靠塔壁四周1-2米范围内结垢较多,同一床中越下层结垢越严重,格栅几乎全部被垢赌塞,拆开十分困难,需用钢钎破坏性拆除。内壁垢成片状、坚硬、表面粗糙、断面呈针状结晶,脱落的垢块在塔底石膏浆液中逐渐长大,***重的一块25Kg。在塔底搅拌偏离的一侧,该处结垢石膏高1米多。被堵塞的喷嘴占总数的15﹪。
(10) 烟尘引起的GGH(气气换热器)堵塞。因吸收塔出口烟气处于饱和状态,并携带一定量的水分。GGH加热元件表面比较潮湿。在GGH原烟气侧特别是冷端,烟气中的尘粒会粘附在加热元件的表面。另外,烟尘具有水硬性,烟尘中的CaO可以激活烟尘的活性,烟气中的SO3(在有SCR(干法脱硝)时量更大)、以及塔内浆液等与烟尘相互反应形成类似水泥的硅酸盐,随着运行时间的累积硬化,即使高压水也难以清除,在烟尘量大时堵塞更快。例如深圳西部电厂4号30万千瓦机组海水FGD系统中,GGH的赌塞物几乎均来自烟气中的烟尘。在电厂2×12.5万千瓦机组,当锅炉燃烧灰分达30%以上的煤种时,堵塞严重GGH压差大幅上升。珞璜电厂的GGH一期设备制作,二期由国内生产,一期GGH在运行中出现严重的腐蚀和堵塞。原因是烟气中SO3高达30×10-6。SO3浓度越高,引起的酸露点温度也愈高,气态SO3在GGH降温侧的翅片表面结露,形成粘稠状的H2SO4,不仅加剧管束及壳体的酸性腐蚀,缩短设备的使用寿命,而且硫酸沾结烟尘,尤其当电除尘运行工况不佳,烟尘浓度骤增时,管束间流通面积因积灰而减少,GGH降温侧的压损逐渐升高,超过600Pa时装置被迫停运清洗,从而影响装置的正常运行。