系列報道 || 陜西北元化工配套福建龍凈高密度、高湍動能CFB干法超凈裝置,以廢治廢,采用電石渣實現脫硫超低排放和捕碳一體化


 陜西北元化工配套福建龍凈高密度、高湍動能CFB干法超凈裝置,以廢治廢,采用電石渣實現脫硫超低排放和捕碳一體化

——“減污降碳、協同治理“系列報道之五 

2020922日,我國在第七十五屆聯合國大會上提出“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和”,即“30·60雙碳”目標。目前,按照煤耗統計,煤電行業的碳排放量占中國總體碳排放量的30%以上,是我國實現雙碳目標的重點工業領域。

陜西北元化工集團有限公司是一家大型煤化工上市公司,自備4×125MW抽氣式直接空冷汽輪發電裝置,配套4480t/h煤粉鍋爐。

2009年,北元化工選擇新建的第一臺480 t/h煤粉鍋爐煙氣脫硫工藝裝置時,考慮到當地煤化工產能密度大,SO2總量要求嚴,脫硫裝置不允許有旁路。而其自備的動力電站是數十億煤化工項目的唯一動力源,不能有半點閃失,必須選擇脫硫率高且穩定可靠的煙氣脫硫工藝裝置。

在對國內各種煙氣脫硫工藝進行廣泛調研基礎上,北元化工最終放棄當時的主流脫硫工藝——石灰石濕法脫硫工藝,而選擇福建龍凈的CFB干法脫硫工藝,除了CFB干法脫硫工藝節水、無需防腐、零脫硫廢水、煙囪排氣透明等特點外,其理由是福建龍凈的CFB干法脫硫率塔具有高密度、高湍動能,不僅可以穩定實現高脫硫率,還可以直接利用北元化工生產電石的副產物——電石渣作為脫硫劑同樣實現高效脫硫,大幅降低運行成本。

我國電石渣總量大,綜合利用率低

表面易鈣化,簡單用作脫硫劑脫除效率低

電石渣,電石水解獲取乙炔氣后的以氫氧化鈣為主要成分的廢渣。

電石的化學名稱為碳化鈣,分子式為 CaC2。電石與水反應生成乙炔。其化學反應方程為:CaC2+2H2O=C2H2(氣體)+Ca(OH)2

乙炔是重要的有機合成材料。例如,熱塑性塑料、聚氯乙烯(PVC)就是利用乙炔作為原料制備的。我國是世界最大的PVC生產國和消費國。

在電石制備乙炔時,為了控制反應速度,需要加入NaCl。這樣的電石渣,雖然主要主要成分為Ca(OH)2,但還含有一定的氯,導致電石渣不能大量地添加用于制備水泥,使得電石渣的綜合利用途徑受到很大的限制,成為許多煤化工企業固廢處置的一項難題。目前,我國每年僅PVC行業就產有上千萬噸的電石渣,但只有40%得到綜合利用。

1 大量露天堆放無法綜合利用的電石渣(來源鳳凰網新聞:電石渣堆放20年無人清理)

 

CFB干法脫硫的脫硫劑為Ca(OH)2CFB干法脫硫要實現高脫硫率,對Ca(OH)2的比表面積有較高的要求。為了防止Ca(OH)2與大氣中的CO2接觸發生還原反應變為CaCO3,一般采用高純度、高活性的CaO,在現場直接制備新鮮、高比表面積的吸收劑,這也是CFB干法脫硫工藝,脫硫劑占運行成本的60%的原因。

電石渣雖然主要成分為Ca(OH)2,但由于生產過程中與空氣長時間接觸,表面大量鈣化,以及含有一定的雜質,簡單地用于CFB干法脫硫裝置,很難實現高脫硫率,更談不上超低排放。

北元化工配套龍凈CFB干法脫硫裝置

采用電石渣作為脫硫劑,實現超低排放

CFB干法脫硫工藝由德國公司率先開發。福建龍凈在引進時,該技術尚處于半工業應用階段。在引進德國公司技術基礎上,福建龍凈對CFB脫硫工藝及關鍵工藝設備進行了大量的創新開發,其中一項創新就是徹底解決了CFB干法脫硫塔在高密度、高湍動能物料床層下易發生“塌床”的難題。

CFB干法脫硫塔的高密度、高湍動能物料床層,是實現高脫硫率,滿足超低排放的根本條件。同時高密度、高湍動能物料床層的激烈碰撞,可以很好地去除電石渣表面的鈣化點,使其與SO2實現高效脫硫反應。

北元化工首臺480t/h煤粉爐配套的,全面以廢治廢,采用電石渣作為脫硫劑的福建龍凈高密度、高湍動能CFB干法脫硫裝置,于20108月成功投運。隨后,三臺480t/h煤粉爐同樣全面采用電石渣的福建龍凈CFB干法脫硫裝置也于2010~2012年陸續成功投運。

2018年,北元化工在連續多年成功全面采用電石渣實現SO2達標排放基礎上,根據國家超低排放的政策,進一步委托福建龍凈在原CFB干法脫硫基礎上,在一年內按“NOx50mg/Nm3、SO235mg/Nm3、粉塵≤5mg/Nm3”超低排放指標,以及高效協同脫除SO3HClHg等多污染物的要求完成了升級改造。

至此,北元化工4480t/h煤粉爐配套的福建龍凈高密度、高湍動能CFB干法脫硫裝置,全部采用電石渣作為脫硫劑實現了超低排放。

2 以電石渣粉為脫硫劑的北元化工4×480t/h煤粉爐超低排放裝置

 

據統計,北元化工4480t/h煤粉爐的CFB干法脫硫裝置采用電石渣作為脫硫劑,每年可節約脫硫成本1200萬元。

福建龍凈助力北元化工,以廢治廢,創新全面采用電石渣作為脫硫劑實現超低排放,不僅減少了制備脫硫劑所產生的碳排放量,同時電石渣在脫硫塔內還能與一定量的CO2發生反應生成碳酸鈣,實現資源化的碳捕集,為煤化工自備燃煤電站,以循環經濟方式,高質量的“減污降碳、協同治理”探索出一條新路。

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