陕西北元化工配套福建龙净高密度、高湍动能CFB干法超净装置，以废治废，采用电石渣实现脱硫超低排放和捕碳一体化
——“减污降碳、协同治理“系列报道之五
2020年9月22日，我国在第七十五届联合国大会上提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”，即“30·60双碳”目标。目前，按照煤耗统计，煤电行业的碳排放量占中国总体碳排放量的30%以上，是我国实现双碳目标的重点工业领域。
陕西北元化工集团有限公司是一家大型煤化工上市公司，自备4×125MW抽气式直接空冷汽轮发电装置，配套4台480t/h煤粉锅炉。
2009年，北元化工选择新建的第一台480 t/h煤粉锅炉烟气脱硫工艺装置时，考虑到当地煤化工产能密度大，SO2总量要求严，脱硫装置不允许有旁路。而其自备的动力电站是数十亿煤化工项目的唯一动力源，不能有半点闪失，必须选择脱硫率高且稳定可靠的烟气脱硫工艺装置。
在对国内各种烟气脱硫工艺进行广泛调研基础上，北元化工最终放弃当时的主流脱硫工艺——石灰石湿法脱硫工艺，而选择福建龙净的CFB干法脱硫工艺，除了CFB干法脱硫工艺节水、无需防腐、零脱硫废水、烟囱排气透明等特点外，其理由是福建龙净的CFB干法脱硫率塔具有高密度、高湍动能，不仅可以稳定实现高脱硫率，还可以直接利用北元化工生产电石的副产物——电石渣作为脱硫剂同样实现高效脱硫，大幅降低运行成本。
我国电石渣总量大，综合利用率低
表面易钙化，简单用作脱硫剂脱除效率低
电石渣，电石水解获取乙炔气后的以氢氧化钙为主要成分的废渣。
电石的化学名称为碳化钙，分子式为 CaC2。电石与水反应生成乙炔。其化学反应方程为：CaC2+2H2O=C2H2（气体）+Ca(OH)2。
乙炔是重要的有机合成材料。例如，热塑性塑料、聚氯乙烯（PVC）就是利用乙炔作为原料制备的。我国是世界最大的PVC生产国和消费国。
在电石制备乙炔时，为了控制反应速度，需要加入NaCl。这样的电石渣，虽然主要主要成分为Ca(OH)2，但还含有一定的氯，导致电石渣不能大量地添加用于制备水泥，使得电石渣的综合利用途径受到很大的限制，成为许多煤化工企业固废处置的一项难题。目前，我国每年仅PVC行业就产有上千万吨的电石渣，但只有40%得到综合利用。
图1 大量露天堆放无法综合利用的电石渣（来源凤凰网新闻：电石渣堆放20年无人清理）
CFB干法脱硫的脱硫剂为Ca(OH)2。CFB干法脱硫要实现高脱硫率，对Ca(OH)2的比表面积有较高的要求。为了防止Ca(OH)2与大气中的CO2接触发生还原反应变为CaCO3，一般采用高纯度、高活性的CaO，在现场直接制备新鲜、高比表面积的吸收剂，这也是CFB干法脱硫工艺，脱硫剂占运行成本的60%的原因。
电石渣虽然主要成分为Ca(OH)2，但由于生产过程中与空气长时间接触，表面大量钙化，以及含有一定的杂质，简单地用于CFB干法脱硫装置，很难实现高脱硫率，更谈不上超低排放。
北元化工配套龙净CFB干法脱硫装置
采用电石渣作为脱硫剂，实现超低排放
CFB干法脱硫工艺由德国公司率先开发。福建龙净在引进时，该技术尚处于半工业应用阶段。在引进德国公司技术基础上，福建龙净对CFB脱硫工艺及关键工艺设备进行了大量的创新开发，其中一项创新就是彻底解决了CFB干法脱硫塔在高密度、高湍动能物料床层下易发生“塌床”的难题。
CFB干法脱硫塔的高密度、高湍动能物料床层，是实现高脱硫率，满足超低排放的根本条件。同时高密度、高湍动能物料床层的激烈碰撞，可以很好地去除电石渣表面的钙化点，使其与SO2实现高效脱硫反应。
北元化工首台480t/h煤粉炉配套的，全面以废治废，采用电石渣作为脱硫剂的福建龙净高密度、高湍动能CFB干法脱硫装置，于2010年8月成功投运。随后，三台480t/h煤粉炉同样全面采用电石渣的福建龙净CFB干法脱硫装置也于2010~2012年陆续成功投运。
2018年，北元化工在连续多年成功全面采用电石渣实现SO2达标排放基础上，根据国家超低排放的政策，进一步委托福建龙净在原CFB干法脱硫基础上，在一年内按“NOx≤50mg/Nm3、SO2≤35mg/Nm3、粉尘≤5mg/Nm3”超低排放指标，以及高效协同脱除SO3、HCl、Hg等多污染物的要求完成了升级改造。
至此，北元化工4台480t/h煤粉炉配套的福建龙净高密度、高湍动能CFB干法脱硫装置，全部采用电石渣作为脱硫剂实现了超低排放。
图2 以电石渣粉为脱硫剂的北元化工4×480t/h煤粉炉超低排放装置
据统计，北元化工4台480t/h煤粉炉的CFB干法脱硫装置采用电石渣作为脱硫剂，每年可节约脱硫成本1200万元。
福建龙净助力北元化工，以废治废，创新全面采用电石渣作为脱硫剂实现超低排放，不仅减少了制备脱硫剂所产生的碳排放量，同时电石渣在脱硫塔内还能与一定量的CO2发生反应生成碳酸钙，实现资源化的碳捕集，为煤化工自备燃煤电站，以循环经济方式，高质量的“减污降碳、协同治理”探索出一条新路。
