《烟气脱硫技术》PPT课件.ppt

烟气脱硫技术 第一节第一节 硫循环及硫排放硫循环及硫排放 第二节第二节 燃烧前燃烧前燃料脱硫燃料脱硫 第三节第三节 燃烧燃烧过程过程脱硫脱硫 第四节第四节 高浓度二氧化硫高浓度二氧化硫尾气的回收与净化尾气的回收与净化 第五节第五节 低浓度二氧化硫低浓度二氧化硫烟气脱硫烟气脱硫 第一节第一节 硫循环与硫排放硫循环与硫排放 硫是地壳中第六大丰富的元素，主要以硫酸 盐的形式存在； 大气中的含硫化合物主要包括H2S、SO2、 SO3； SOSO x x 天然来源：天然来源：火山爆发、天然原始微生物 活动； SOSO x x 人为源：人为源：燃料燃烧、金属冶炼； 一、硫的存在形态及来源一、硫的存在形态及来源 天然气：以H2S 的形式存在； 石油燃料及油岩：有机硫形式存在； 石油制品：浓缩在高沸点组分中； 煤：以细的黄铁矿（FeS2）晶体形式或有机 硫形式存在。 二、燃料中硫的化学形态二、燃料中硫的化学形态 二氧化硫-排入大气-沉降（干沉降或湿沉 降）-大部分落入海洋-长期的地质变化长期的地质变化- 变成陆地物质的一部分-漫长的地质变化漫长的地质变化- 最终进入燃料和硫化物矿燃料和硫化物矿-被人类采掘利用 。 三、三、SOSO 2 2 转化过程转化过程 关注热点关注热点 v早期 局地环境中二氧化硫的浓度升高 v近100年来 二氧化硫等酸性气体导致的酸沉降 v最近 二氧化硫等气态污染物形成的二次微细粒子 四、四、SOSO 2 2 污染及排放概况污染及排放概况 v我国SO2排放的行业特点 vv我国北方我国北方 城市城市SOSO 2 2 污污 染现状染现状 vv我国南方我国南方 城市城市SOSO 2 2 污污 染现状染现状 80 6080 4060 2040020 1999年全国城市酸雨的频率统计 1999年统计264个城市，降水年均pH范围在4.04 7.24 ，年均pH低于5.6的城市有98个，占统计城市的37.12% 20世纪90年代末我国酸雨区域分布 第二节第二节 燃烧前燃料脱硫燃烧前燃料脱硫 1. 1.煤炭洗选煤炭洗选 利用煤和杂质的利用煤和杂质的物理化学性质物理化学性质的差异，通过物的差异，通过物 理、化学或微生物分选的方法使理、化学或微生物分选的方法使煤和杂质煤和杂质有效有效 分离分离，并加工成质量均匀、用途不同的，并加工成质量均匀、用途不同的煤炭产煤炭产 品品的一种加工技术。的一种加工技术。 一、一、煤炭的固态加工 2. 2.煤炭洗选方法煤炭洗选方法 物理选煤：根据物理性质差异分选，如重力分选 化学选煤：借助化学反应时煤中有用成分富集； 碱处理、氧化法、溶剂萃取 物理化学选煤：依据矿物表面物理化学性质差异 分选； 微生物洗煤：利用微生物溶浸硫 我国以物理选煤为主。跳汰占59%、重介质选煤占23%、浮 选占14% 1995年我国煤炭洗选能力3.8108t，入洗量2.8108t ，入洗率 22%。 3. 3.型煤固硫型煤固硫 不同的原料煤不同的原料煤 - - 筛分筛分 - - 按比例配煤按比例配煤 - - 粉粉 碎碎 - - 和黏结剂、固硫剂混合和黏结剂、固硫剂混合- - 成型、干燥成型、干燥 - - 成品工业固硫型煤。成品工业固硫型煤。 用用化学方法化学方法对煤进行脱碳或加氢，将煤炭转对煤进行脱碳或加氢，将煤炭转 化为化为清洁的气体或液体燃料清洁的气体或液体燃料。 主要包括主要包括煤炭气化、煤炭液化。煤炭气化、煤炭液化。 广泛用于获取工业燃料、民用燃料和化工原广泛用于获取工业燃料、民用燃料和化工原 料；是先进电力生产系统的基础。料；是先进电力生产系统的基础。 二、二、煤炭的转化 1. 1.煤的气化煤的气化 在一定温度和压力下，通过加入气化剂使煤转在一定温度和压力下，通过加入气化剂使煤转 化为煤气的过程。包括热解、气化和部分燃烧化为煤气的过程。包括热解、气化和部分燃烧 。 采用空气、氧气、CO2和水蒸气作为气化剂气化剂 移动床、流化床和气流床三种气化方法气化方法 煤气主要是煤气主要是H2、CO和CH4等可燃混合气体， 以H2S形式存在。 2. 2.煤的液化煤的液化 n通过化学加工转化为液态烃燃料或化工原 料等液体产品 n液化工艺：直接液化、间接液化、煤油共 炼 n直接液化：高温高压（400和10MPa以上 ）、催化剂和溶剂作用下，加氢裂解，转 化为液体产品的过程。 2. 2.煤的液化煤的液化 n n 直接液化：直接液化：高温高压（400和10MPa以上 ）、催化剂和溶剂作用下，加氢裂解，转 化为液体产品的过程。 n n 间接液化：间接液化：煤气化产生合成气（CO、H2） -一定温度和压力下-定向催化-液体烃 类燃料或化工产品。 费-托合成法、甲醇转化制汽油法（MTG） v在催化剂作用下通过高压加氢反应，切断碳 与硫的化学键，使氢与硫作用形成H2S从重 油中分离，用吸收法除去。 直接脱硫和间接脱硫 三、三、重油脱硫 第三节第三节 流化床燃烧脱硫流化床燃烧脱硫 一、一、流化床燃烧技术 1. 1.概述概述 vv流化床燃烧是固体燃料颗粒在炉床内经气体流化后进行燃烧的技术。流化床燃烧是固体燃料颗粒在炉床内经气体流化后进行燃烧的技术。 当当气流气流流过一个流过一个固体颗粒的床层固体颗粒的床层时，时，若其流速达到使气流流阻压降等若其流速达到使气流流阻压降等 于固体颗粒层的重力时（即达到临界流化速度），于固体颗粒层的重力时（即达到临界流化速度），固体床本身会变得固体床本身会变得 像流体一样，原来高低不平的界面会自动地流出一个水平面来。换句像流体一样，原来高低不平的界面会自动地流出一个水平面来。换句 话说，话说，固体床料固体床料已经已经被流态化被流态化了。流化床燃烧即利用了这一现象。了。流化床燃烧即利用了这一现象。 vv如果把气流流速进一步加大如果把气流流速进一步加大，气体会在已经流化的床料中形成气泡，气体会在已经流化的床料中形成气泡， 从已流化的固体颗粒中上升，到流化的固体颗粒的界面时，气泡会穿从已流化的固体颗粒中上升，到流化的固体颗粒的界面时，气泡会穿 过界面而破裂，就像水在沸腾时汽泡穿过水面而破裂一样。因此这样过界面而破裂，就像水在沸腾时汽泡穿过水面而破裂一样。因此这样 的流化床又的流化床又称为称为 “ “鼓泡床鼓泡床” ”。继续加大气流流速，当超过终端速度，继续加大气流流速，当超过终端速度， 颗粒就会被气流带走，但如将被带走的颗粒通过分离器加以捕集并使颗粒就会被气流带走，但如将被带走的颗粒通过分离器加以捕集并使 之重新返回床中，就能连续不断地操作，成为之重新返回床中，就能连续不断地操作，成为循环流化床循环流化床。 2. 2.流化床燃烧技术流化床燃烧技术 气流速度介于临界速度和输送速度之间， 煤粒保持流化状态 流化床利于燃料的流化床利于燃料的充分燃烧充分燃烧 强化强化气固两相的气固两相的热量和质量交换；延长热量和质量交换；延长停停 留时间留时间；燃烧；燃烧更完全更完全 2. 2.分类分类 按流态：按流态：鼓泡流化床和循环流化床 按运行压力：按运行压力：常压流化床和增压流化床 流化床燃烧脱硫流化床燃烧脱硫 循环流化床循环流化床 脱硫剂：脱硫剂：石灰石（CaCO3）、 白云石（CaCO3MgCO3） 炉内化学反应炉内化学反应 CaSO4的摩尔体积大于CaCO3，由于孔隙堵塞， CaO不可能完全转化为CaSO4 二、二、流化床脱硫的化学过程 孔隙堵塞后，气体反应物必须通过产物层才能达 到反应界面，而固相CaSO4对气体的扩散阻力很 大，影响硫酸盐化反应速率。 v1.钙硫比 v2.煅烧温度 v3.脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构 v4.脱硫剂种类 三、三、流化床燃烧脱硫的影响因素 vv1. 1.钙硫比钙硫比 表示脱硫剂用量的指标，影响最大的性能参 数 脱硫率（）可以用Ca/S（R）近似表达 vv 2. 2.煅烧温度煅烧温度 存在最佳脱硫温度范围 温度低时，孔隙量少、孔径小，反应被限 制在颗粒外表面 温度过高，CaCO3的烧结作用变得严重， 孔隙消失 vv3. 3.脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构 颗粒尺寸小于临界尺寸时发生扬析，并非 越小越好 颗粒孔隙结构应有适当的孔径大小，既保 证一定孔隙容积，又保证孔道不易堵塞 vv4. 4.脱硫剂的种类脱硫剂的种类 白云石的孔径分布和低温煅烧性能好，但 易发生爆裂扬析，且用量大于石灰石近两 倍 四、脱硫剂的再生 v不同温度下的再生反应 v冶炼厂、硫酸厂和造纸厂等工业，SO2浓度通 常240 vv化学反应式化学反应式 v反应1为放热反应，温度低时转化率高 vv工业上工业上一般采用多层催化床层，并采用段间 冷却提高转化率 第四节第四节 高浓度高浓度SOSO 2 2 尾气的回收与净化尾气的回收与净化 第五节第五节 低浓度低浓度SOSO 2 2 烟气脱硫烟气脱硫 vv1. 1.概述概述 v燃烧直接排放SO2浓度通常10-410-3数量级 v由于SO2浓度低，烟气流量大，烟气脱硫通常 比较昂贵 vv2. 2.分类分类 按脱硫产物处置方式分：抛弃法和再生法 按脱硫产物状态分：湿法、干法、半干法 一、烟气脱硫方法概述一、烟气脱硫方法概述 v1.石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术 目前应用最广泛的脱硫技术 二、主要烟气脱硫工艺二、主要烟气脱硫工艺 vv反应机理反应机理 影响脱硫的工艺参数： pH、 液气比 钙硫比 气流速度 浆液的固体含量 SO2浓度 吸收塔结构 v设备腐蚀 v结垢和堵塞 v除雾器堵塞 v脱硫剂的利用率 v液固分离 v固体废物的处理处置 vv影响吸收塔长期稳定运行的因素影响吸收塔长期稳定运行的因素 vv设备腐蚀设备腐蚀 原因：原因： 化石燃料燃烧的烟气中含有多种微量成分； 在酸性条件下，对金属腐蚀性相当强； 常用方法：常用方法：（针对氯化物）在脱硫系统中排 出适量废水，补充清水。 vv影响吸收塔长期稳定运行的因素影响吸收塔长期稳定运行的因素 vv结垢和堵塞结垢和堵塞 固体沉积方式：固体沉积方式： 湿干结垢，即因溶液或料浆中水分蒸发而沉积 Ca(OH)2或CaCO3沉积或结晶析出； CaSOCaSO 3 3 或或CaSOCaSO 4 4 从溶液中结晶析出。从溶液中结晶析出。 原因：原因：SO42-和Ca2+积在局部达到过饱和。 措施：措施： 吸收塔中保证CaSOCaSO 3 3 氧化率在氧化率在20%20%以下；以下； vv影响吸收塔长期稳定运行的因素影响吸收塔长期稳定运行的因素 vv除雾器堵塞除雾器堵塞 原因：原因： 雾化喷嘴并不能产生尺寸完全均一的雾滴； 雾滴大小存在尺寸分布； 较小雾滴会被气流夹带，进入烟道，腐蚀和堵 塞烟道； 措施：措施：除雾器保持清洁；采用高速喷嘴或多种 形式的除雾器（折流板型等） vv影响吸收塔长期稳定运行的因素影响吸收塔长期稳定运行的因素 vv脱硫剂的利用率脱硫剂的利用率 原因：原因： 脱硫产物：亚硫酸盐和硫酸盐； 沉积在脱硫剂颗粒表面，堵塞颗粒溶解通道； 导致脱硫剂来不及溶解和反应就随产物排出； 措施：措施：保持脱硫液在循环池中的停留时间在5- 10min vv影响吸收塔长期稳定运行的因素影响吸收塔长期稳定运行的因素 vv脱硫产物及综合利用脱硫产物及综合利用 vv液固分离、固体废物的处理处置液固分离、固体废物的处理处置 原因：原因： 半水亚硫酸钙：较细的片状晶体，难以分离， 不符合填埋要求； 二水硫酸钙：大的圆形晶体，易于析出和过滤 措施：措施：保证保证95%95%的脱硫产物转化为硫酸钙的脱硫产物转化为硫酸钙 煤中的汞燃烧最终被浆液捕集而进入石膏中； vv影响吸收塔长期稳定运行的因素影响吸收塔长期稳定运行的因素 vv影响脱硫的工艺参数影响脱硫的工艺参数 影响脱硫的工艺参数：pH、液气比、钙硫比 、气流速度、浆液的固体含量、SO2浓度、吸 收塔结构 pH的影响 Ca2+的形成机理不同，石灰石和石灰法脱硫的 pH也不相同； pH值较高时， CaSOCaSO 3 3 的溶解度明显下降；而的溶解度明显下降；而 CaSOCaSO 4 4 溶解度变化不大。（溶解度变化不大。（包固现象包固现象） v2.改进的石灰石/石灰湿法烟气脱硫 （1）加入己二酸的石灰石湿法烟气脱硫 n己二酸抑制气液界面上SO2溶解造成的 pH值降低，加速液相传质 n己二酸钙的存在增加了液相与SO2的反 应能力 n降低钙硫比 机理：机理： 洗涤液贮灌洗涤液贮灌 己二酸己二酸 己二酸钙己二酸钙吸收器吸收器 二氧化硫二氧化硫 CaSOCaSO 3 3 己二酸再生己二酸再生 v2.改进的石灰石/石灰湿法烟气脱硫 （2）双碱法烟气脱硫 n用碱金属盐类或碱类水溶液碱金属盐类或碱类水溶液吸收SO2，后 用石灰或石灰石再生吸收液，将SO2以亚亚 硫酸钙和硫酸钙硫酸钙和硫酸钙形式沉淀析出，得到较高 纯度的石膏，再生后溶液返回吸收系统循 环使用。 n解决结垢问题和提高SO2的利用率 v3.喷雾干燥法烟气脱硫技术 一种湿干法脱硫工艺，市场份额仅次于湿 钙法 脱硫过程 nSO2被雾化的Ca(OH)2浆液或Na2CO3溶液 吸收 n温度较高的烟气干燥液滴形成干固体废 物 n干废物由袋式或电除尘器捕集 设备和操作简单，废物量小，能耗低（湿法 的1/21/3) v3.喷雾干燥法烟气脱硫 主要过程 n吸收剂制备 n吸收和干燥 n固体捕集 n