大气污染控制工程第八章,第三节燃料燃烧中脱硫.ppt

第三节 燃料燃烧中脱硫,Contents,1.1流化床流态化原理,图 1 气固两相随气流速变化所呈现的不同流态,1.2流化床的特征,从整体看，床层显示出某些类似于液体的表观性质；,合于有强热效应的过程（返混）；,流化床的压力降保持恒定；,颗粒在床内剧烈运动，造成固体颗粒和床内设备的磨损，生成粉尘。,1.便于连续处理大量固体粒子，实现连续生产和生产过程的自动化；,2.便于控制温度并使温度分布均匀；,3.传热效率高，适于强放热（或吸热）过程 ；,4.由于粒子细，流体和固体间接触面积大，因此反应速率快。,优点,缺点,1.返混较剧烈，降低了反应速率和影响反应的选择性;,2.反应器内难以保持适合某些反应所需的温度梯度；,3.固体颗粒的磨损和带出较严重，需要细粉回收设备。,1.3流化床燃烧脱硫原理,图2 石灰石在燃烧过程中的脱硫原理,粉状石灰石在高温下分解成CaO和CO2是一个吸热反应，热分解温度为880：,在氧化性气氛中CaO与SO2发生如下的脱硫反应：,（3）,（4）,（2）,（1）,a.燃烧中脱硫基本原理,两个阶段,在脱硫剂的表面和大孔隙中进行；,随着大孔隙的消耗，小孔隙的阻力作用对脱硫的影响越来越显著。,思考题,流化床燃烧脱硫的主要影响因素有哪些？,1.4 流化床燃烧脱硫的主要影响因素,a.钙硫比,b.煅烧温度,c.脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构,d.脱硫剂的种类,a.钙硫比,是表示脱硫剂用量的一个指标。从脱除SO2的角度考虑，所有性能参数中，钙硫比影响最大，钙硫比对脱硫率的影响可以用一个经验公式近似表述：,m综合影响参数与床高、流速、颗粒、种类相关，不同类型的流化床锅炉有不同的m值。,b.煅烧温度,温度低，脱硫剂煅烧温产生孔隙量少，孔径小，反应几乎完全被限制在颗粒外表面。,温度慢慢上升，煅烧反应速率增大，伴随着CO2气体的大量释放，孔隙迅速扩展膨胀。使得与SO2反应的表面也增大，从而有利用脱硫反应的进行。但是，当床温超过CaCO3煅烧平衡温度约500C以上时，烧结作用变得越来越严重，其结果会事得其反。,c.脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构,这个关系很复杂，因为脱硫剂颗粒形状，孔径分布不一，再加上床层内颗粒磨损，爆裂和扬析现象的发生。,d.脱硫剂的种类,根据当地煤中硫的含量及特点而定。,1.5 脱硫剂的再生,脱硫剂的再生利用可以降低脱硫剂的消耗并提高脱硫剂的利用率。脱硫剂再生的原理是： 硫酸钙在1100的还原性气氛中会进行如下反应：,利用反应(5-85)（5-87）称为一级再生法，而利用反应(5-88)(5-89)称为二级再生法。在一级再生法条件下使反应物停留30min以上时，CaO的再生率可以超过90%。 当再生反应生成了CaS，可以根据反应(5-91)和(5-92)使反应发生分解：,(5-91),(5-92),2.循环流化床（CFBC）,图 3 循环流化床燃烧示意图,2.1循环流化床燃烧的特点,a.不仅可以燃用各种类型的煤，还可以燃烧其他物质；,b. 由于流化速度高，使燃料在系统内不断循环，实现均匀稳定的燃烧；,c.由于采用循环燃烧的方式，燃料在炉内停留时间较长，使得燃烧效率得到了提高；,d.燃烧温度低，NOx生成量少；,e.由于石灰石在循环流化床内反应时间长，使用少量的 石灰石（钙硫比小于1.5）即可使脱硫率达到90；,f.燃料制备和给煤系统简单，操作灵活。,表3 多物料循环流化床（MSFBC）与常规流化床(FBC)燃烧性能比较,2.2.循环流化床的工业应用,项目名称：美国Nucla电厂常压流化床锅炉示范工程,国外几个典型流化床锅炉应用实例,项目概况：锅炉出力：110MW,燃用煤种：三种美国西部烟煤（Salt Creek 煤 ，S 0.5； Peabody 煤， S 0.7； Dorchester 煤, S 1.5）,投运后的燃烧试验结果：,脱硫率：,70（床温882,Ca/S=1.5）,85（床温882,Ca/S=4）,70（床温=927,Ca/S=5）,NOx排放量146mgMJ-1；,CO排放量：70140ml/m3,燃烧效率：96.998.9,热效率：85.688.6,项目名称：法国Gardanne 电厂循环流化床锅炉,项目概况：锅炉出力：250MW,燃用煤种：次烟煤（含硫3.68） 渣油（含硫4.5）,脱硫率： 97（Ca/S3）,投运后的燃烧试验结果：,SO2排放量400mg/m3,NOX排放量250mg/m3,项目名称：加拿大Point Aconi电站循环流化床锅炉,项目概况：锅炉出力：180MW,燃用煤种：Prince Mine 煤,脱硫率： 90（Ca/S2）,投运后的燃烧试验结果：,NOX排放量172mgMJ-1,图 4 循环流化床烟气脱硫流程图,第四节 高浓度二氧化硫尾 气的回收与净化,1.高浓度二氧化硫气体的来源,燃煤、硫酸生产厂、炼磺厂,2.硫酸的用途,化肥生产,石油工业,钢铁工业,有色冶金工业,染料工业,表1 各国硫酸消费分配表,3.高浓度二氧化硫气体的回收方法,3.1利用SO2生成硫酸,SO21/2 O2,钒催化剂,SO3,SO3,H2O,H2SO4,(1),(2),图1 硫酸厂4层床SO2催化转化器温度转化率关系,4层床SO2催化转化器的温度转化率的关系,图2 单级和二级吸收工艺的流程图,3.2回收SO2的同时生产硫酸铵,盐城双昌化工有限责任公司有2 套硫酸生产装置, 生产能力为10 万t/a, 均采用一转一吸工艺,改造前尾气中SO2浓度为0.35%0.4% 。企业原有1 套尾气处理装置: 利用碳酸氢铵溶液吸收尾气中的二氧化硫生产硫酸亚铵供造纸业用。,图3 回收硫酸尾气制硫酸铵工艺流程图,改造后的氨酸法处理工艺,处理结果：,SO2 吸收率可达90% 以上；尾气中 SO2浓度0.032,每年回收SO23200t，折合硫酸4900t,同时实现连产硫酸铵7000t；,3.3以废治废，变废为宝,宁波东方铜业有限公司，将炼铜过程中的所用的二氧化硫吸收塔进行改造，制成了多相反应器的技术设备，将炼铜过程中所产生的鼓风渣磨细后制成渣浆, 用它吸收烧结烟气中的二氧化硫, 然后加入适量的石膏制成无机复合肥。,处理结果：,1.二氧化硫回收率达98. 9%,2.浙江省土肥站等单位在6 个点进行的肥效试验证实, 施用东方铜业公司生产的富硫无机复合肥,油菜籽平均增产15.9% , 出油率提高3%。,1.某新建电厂的设计用煤为：硫含量3%，热值26535kJ/kg。为达到目前中国火电厂的排放标准，采用的SO2排放控制措施至少要达到多少的脱硫效率？,解： 火电厂排放标准700mg/m3； 3%硫含量的煤烟气中SO2体积分数取0.3%。,则每立方米烟气中含SO2,因此脱硫效率为,。,习题,2.某电厂采用石灰石湿法进行烟气脱硫，脱硫效率为90%。电厂燃煤含硫为3.6%，含灰为7.7%。试计算： 1）如果按化学剂量比反应，脱除每kgSO2需要多少kg的CaCO3； 2）如果实际应用时CaCO3过量30%，每燃烧一吨煤需要消耗多少CaCO3； 3）脱硫污泥中含有60%的水分和40%CaSO4.2H2O，如