（工程热物理专业论文）循环悬浮式半干法烟气脱硫工艺中石灰活性及干式消化性能的试验研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 循环悬浮式半干法烟气脱硫技术具有工艺结构简单，设备投资和运行费用较 低，脱硫效率及吸收剂利用率高的特点，是一种适合我国国情的新型高效烟气净 化技术。在半干法烟气脱硫工艺中，脱硫剂的反应性能至关重要，直接影响到脱 硫效果的好坏，目前半干法烟气脱硫工艺多以熟石灰作为吸收剂。市场上熟石灰 的价格比生石灰要高，利用购入的生石灰进行消化不但可以大大的节约运行成 本，而且还可以根据需要生产出符合高效脱硫的吸收剂本文主要对循环悬浮式 半干法脱硫工艺中生石灰的活性衰退以及干式消化性能进行了研究。 实际应用过程中，生石灰的活性衰退是影响生石灰品质的重要因素，本文从 垂直方向对生石灰活性的衰退进行了实验研究，得出了在一定储存环境下活性衰 退厚度随存放时间的变化情况，并对生石灰的储存条件提出了建议。 消化产物的特性主要有生石灰的转化率、消化产物的粒径和比表面积等。这 些特性对于吸收剂的储存、输运及有效参与脱硫反应具有重要意义。生石灰的转 化率是衡量消化产物品质的重要因素；熟石灰的粒径越小，比表面积越大，其利 用率也就越大；生石灰的消化工艺无论是对消化产物的粒径、比表面积和孔隙率 还是含水率都有很大的影响，因此有必要进行实验研究。生石灰的干式消化工艺 参数中，水灰比是个不可忽视的因素，对消化产物的特性有重要影响。一些学者 将生石灰和电厂灰混合湿式消化，并对水灰比等参数进行了实验研究，但是对生 石灰单独消化，并且是干式消化的研究很少。本文利用小型机理实验装置进行了 石灰干式消化机理实验研究，得出了消化工艺操作参数( 水灰比) 对生石灰的转 化率、消化产物的粒径和比表面积的影响趋势。 在理论实验研究的基础上对两种石灰于式消化中试装置进行了比较和性能 测试，对于优化操作参数，进而制备出高活性的吸收剂，提高石灰的利用率和脱 硫效率，降低脱硫设备的投资和运行费用具有重要的指导意义。 简要介绍了循环悬浮式半干法烟气净化技术，并对某公司循环悬浮式半干法 烟气脱硫系统进行了测试，得出了排烟温度、喷水量、二氧化硫排放浓度的相互 关系，为该工艺的工程应用提供了借鉴帮助。 关键词：半干法烟气脱硫技术活性衰退干式消化性能滑化工艺参数 石灰干式消化中试装置 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t c i r c u l a t i n ga i l ds u s p e n s i o nm n i - d r yf l u eg a sd e s u l i n r i z a t i o nh a sa d v a n t a g e si n s i m p l es t r u c t u l = e , l o w e ri n v e s t m e n t , h i g h e re f f i c i e n c yo fd c s u l f u r i z a t i o na n du t i l i z a t i o n o fa b s o r b e n t , s oi ti sak i n do ff l u eg a sp u r i f i c a t i o nw h i c hf i tt ot h es i t u a t i o no fo u r c a 3 u n u t i nt h ed r ya n ds e m i d r yf l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o ns y s t e m , t h er e a c t i o n p e r f o r m a n c eo fa b s o r b e n ti sv e r yi m p o r t a n ta n di th a sd i r e c ti n f l u e n c eo i lt h e e f f i c i e n c yo fd e s u l f u d z a t i o n n o w , h y d r a t e dl i m ei su s e da st h em a i na b s o r b e n ti n m o s td r ya n ds e m i - d r yf l u eg a sd e s u l f u f i z a t i o nt e c h n i c b e c a u s et h el i m ei sc h e a p e r t h a nt h eh y d r a t e dl i m e ，n o to n l yc a l li ts a v em o n e yb u ta l s oc a np r o d u c et h e h i g h - e f f e c ta b s o r b e n tb yc h a n g et h el i m et ot h eh y d r a t e dl i m e t h er e d u c t i o no f a c t i v i t yo fl i m ea n dt h ep e r f o r m a n c eo fd r ys l a k i n gw e r es t u d i e di nt h i sp a l x 圯 i nt h ep r a c t i c a lp r o c e s s ，t h er e d u c t i o no fa c t i v i t yo fl i m eh a si m p o r t a n ti n f l u e n c e o nl i m e sq u a f i t y t h i sp a p e rn o t e de v e r y d a yt e m p e r a t u r ea n dr e l a t i v eh u m i d i t y , t h e n s t u d i e dt h er e d u c t i o no fa c t i v i t yo fl i m ef r o mv e r t i c a ld i r e c t i o n ，f i n a l l yt h ei n f l u e n c e o fs t a c kt i m eo i lt h et h i c k n e s so ft h er e d u c t i o no fa c t i v i t yo fl i m ew a sc o n c l u d e d h y d r a t e dp r o d u c t i o n sp r o p e r t i e sm a i n l yi n c l u d el i m es l a k i n gr a t e 、p a n i c l es i z e , s p e c i f i cs u r f a c ea n ds oo n 。w h i c hh a v ei m p o r t a n ts i g n i f i c a n c eo nt h ed e p o s i t i o n 、 t r a n s p o r t a t i o na n dd e s u l f u r i z a t i o ne f f e c t i v e l yo f t h ea b s o r b e n t t h el i m es l a k i n gr a t ei s t h ei m p o r t a n tf a c t o ro ft h eq u a l i t yo ft h eh y d r a t e d p r o d u c t i o n t h es m a l l e ro f t h e p a r t i c l es i z eo fh y d r a t e dl i m e , t h el a r g e ro ft h es p e c i f i cs u r f a c ea n dt h eh i g h e ro ft h e e f f i c i e n c yo fu t i l i z a t i o n t h eh y d r a t i o np r o c e s so fl i m eh a si n l p o r t a n ti n f l u e n c eo n l i m es l a k i n gr a t e 、p a r t i c l es i z ea n ds p e c i f i cs u r f a c e , 8 0i ti ss i g n i f i c a n tt or e s e a r c ht h e h y d r a t i o np r o c e s s i nt h eo p e r a t i o n a lp a r a m e t e r so fh y d r a t i o np r o c e s s ，w a t e r s o l i d r a t i oi sac r u c i a lf a c t o ra n dh a si m p o r t a n ti n f l u e n c eo nh y d r a t e dp r o d u c t i o n s p r o p e r t i e s s o m es c h o l a r sh a v es t u d i e dt h ew a t e r s o l i dr a t i ob ym i x i n gt h el i m ea n d a s ht oh y d r a t e ，b u tv e r yf e wp g l s o n sh a v es t u d i e dt h es i n g l eh y d r a t i o na n dd r y h y d r a t i o n i nt h i sp a p e r , t h em e c h a n i s mr e s e a r c ho fl i m ed r yh y d r a t i o nw a ss t u d i e d u s i n gs m a l le q u i p m e n t t h e nt h e e f f e c tt e n d e n c i e so fo p e r a t i o n a lp a r a m e t e ro f h y d r a t i o np r o c e s s ( w a t e r s o l i d ) o nl i m es l a k i n gr a t e 、p a r t i c l es i z ea n ds p e c i f i cs u r f a c e w a sp u tf o r w a r d o nt h eb a s eo fm e c h a n i s mr e s e a r c h ，t w od r ys l a k i n gp i l o t - s c a l ee q u i p m e n t sw e r e d e b u g g e d a n dc o m p a r e d i th a s i m p o r t a n tm e a n i n go nt h eo p t i m i z a t i o n o f o p e r a t i o n a lp a r a m e t e r s ，i m p r o v e m e n to fe f f i c i e n c yo fd c s u l f u r i z a t i o na n d u t i h z a t i o no fa b s o r b e n ta n de c o n o m yo f i n v e s t m e n ta n df u n c t i o n c i r c u l a t i n ga n ds u s p e n s i o ns e m i - d r yf l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o nt e c h n i q u ew a s i n t r o d u c e da n dt h er e l a t i o no ft e m p e r a t u r eo fo u t l e tf l u eg a s , q u a l i t yo fw a t e ra n dt h e o u e tc o n c e n t r a t i o no fs 0 2w a sc o n c l u d e db yt e s t i n gac i r c u l a t i n ga n ds u s p e n s i o n s e m i - d r yf l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o ns y s t e m 浙江大学硕士学位论文 k e yw o r d ：s e m i - d r yf g dr e d u c t i o no fa c t i v i t yo fl i m e p e r f o r m a n c eo fd r y s l a l d n go p e r a t i o n a lp a r a m e t e r s l i m ed r yd a 妇唱p i l o t s c a l ee q u i p m e n t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿盘堂或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：藕使 签字日期： 钞矿屏3 , e l 争日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解滥鎏盘堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权逝姿盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：稻彤也 签字日期：妒年；月吵日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 翮弛瘟初、 签字日期：伽；年j 月矽日 电话。 邮编： 浙江大学硕士学位论文 第一章概述 1 1 项目研究背景 我国常规能源：煤炭、石油、天然气及水电含量相当丰富。现己探明，煤炭储量 为1 5 万亿t ，在全世界居第3 位，仅次于俄罗斯和美国；石油储量为7 0 亿t 居世界 第6 位；天然气储量为3 3 3 万亿皿3 ，居世界第1 6 位；水电储量为6 8 亿k w t 。居世 界第1 位”。表1 1 列出我国一次能源的探明储量和居世界的位次。 现己探明，我国煤炭占能源资源总储量的9 8 以上，而石油和天然气所占比例很小。 不到2 圆，这是我国能源储量构成的最大特点。我国总能源储量构成以煤耗为主，从 根本上决定了我国能源生产和能源消费以煤为主的基本格局，奠定了我国能源自给政 策的基础。 表1 1 中国一次能源的探明储量和居世界的位次 我国是世界最大的煤炭生产国和消费国，根据煤炭工业“九五”及2 0 1 0 年发展 规划，至u 2 0 1 0 年煤炭产量将达n 1 8 亿吨，预计到2 0 2 0 年煤炭产量将达到2 1 亿吨。国家 科委中国科技促进发展研究中心对我国的能源结构作了预测( 见表1 - 2 ) ，到下世纪五 十年代，煤炭仍将是我国主要的一次能源。 表1 2 我国一次能源构成比例嘲 1 年份煤炭石油 天然气 水能 核能新能源 2 0 5 0 6 0 - 7 05561 0 - 2 05 大量煤炭燃烧，为我国经济持续迅速发展和提高人民生活质量提供了大量的热能 动力。但是大量煤炭燃烧也排放出了数量可观的大气污染物，严重污染大气环境形成 能源环境问题。我国以煤炭为主的能源消费构成不改变，我国大气环境严重污染将会 长期持续下去。一方面大量煤炭燃烧产生大量热能动力形成可观的经济效益，另一方 面大量煤炭燃烧严重污染大气环境造成环境效益的负面影响1 4 。防治大气环境污染的投 资，生态破坏造成的经济损失，资源不合理利用造成的经济损失以及危害人民身体健 塑垩查兰堡圭兰垡丝茎 康造成的经济损失等数量相当可观，并会逐年增加。大量煤炭燃烧产生的经济效益， 很大一部分被大量煤炭燃烧造成的经济损失所抵消。我国煤炭储量虽然数量可观，但 煤炭资源质量参差不齐，总体上煤炭品质不高，中高硫煤占多数圈。而且随着煤层开采 深度的增加，煤中的含硫量将逐年增大，加上煤炭产量的逐年提高，总的s 0 2 排放量也 将逐年增大。2 0 0 4 年，二氧化硫排放量为2 2 5 4 9 万吨，其中工业排放量为1 8 9 1 4 万吨， 生活排放量为3 6 3 5 万吨嘲。燃煤二氧化硫和氮氧化物污染控制已成为我国当今和未来 相当长时期内要解决的重要问题之一。由图1 1 - t 以看出近几年我国的工业s 0 2 排放量。 - 蚰 7 曲_- 伸02 0 0 02 l 撕22 嘲2 0 0 4 年份 图1 11 9 9 5 - - 2 0 0 4 年我国工业s 0 2 捧放量【6 j 2 0 0 4 年中国环境状况公报显示，全国城市空气质量总体上与上年变化不大，部分 污染较严重的城市空气质量有所改善，劣三级城市比例下降，但空气质量达n - 级标 准城市的比例也在降低。2 0 0 4 年监测的3 4 2 个城市中，1 3 2 个城市达到国家环境空气 质量二级标准( 居住区标准) ，占3 8 6 ，比上年减少3 1 个百分点；空气质量为三级 的城市有1 4 1 个，占4 1 2 ，比上年增加9 7 个百分点；劣于三级的城市有6 9 个，占 2 0 2 ，比上年减少6 6 个百分点。其中，颗粒物仍是影响空气质量的首要污染物。二 氧化硫年均浓度达到国家二级标准( o 0 6 毫克，立方米) 的城市占7 4 3 ，与上年持平。 超过国家三级标准( 0 1 0 毫克，立方米) 的城市占统计城市的9 1 ，比上年降低3 个 百分点，见表1 3 和图1 2 。“两控区”内二氧化硫年均浓度达n - 级标准的城市占 4 0 6 ，比上年增加1 5 个百分点；超过二级标准的城市占5 9 4 ，其中1 9 个城市超 过三级标准，占2 9 7 ，比上年减少6 2 个百分点。酸雨控制区内二氧化硫年均浓度 达到二级标准的城市占6 9 4 ，比上年减少5 6 个百分点；超过三级标准的城市占 2 眦 枷 枷 椭 蛳 啪 枷 枷 郴 撕 。 fr、t 塑垩奎兰堡兰兰堡垦茎 7 2 ，比上年减少3 1 个百分点。二氧化硫控制区内，部分二氧化硫污染严重的城市 二氧化硫污染程度有所减轻；酸雨控制区内二氧化硫达标城市比例下斛刀，如表1 4 和 图1 3 所示。 表1 3 = 氧化硫浓度分级城市比饲m 城市比例， 2 0 0 3 焦2 0 0 4 焦 s 0 2 浓度分级 达到二级( so 0 6 m y r a 3 )7 4 47 4 3 超过二级( o 0 6m g m 3 ) 2 5 62 5 7 其中：超过三级 1 2 19 i ( o 1 0m g m 3 ) 浓度平均值( m y r a 3 ) 0 0 4 90 0 4 9 一般居住区空气质量标准 0 0 6m g m ， ( 二级标准年均值) 特定工业区空气质量标准 0 1 0 m g m 3 ( 三级标准年均值) 图1 2 二氧化硫浓度分级城市比例同 3 浙江大学硕士学位论文 表1 4 。两控区。二氧化硫污染状况阴 二氧化硫污染 酸雨控制区 s 0 2 浓度分级控制区 2 0 0 3 年 2 0 0 4 篮2 0 0 3 年2 0 0 4 拒 二级城市比例， 3 9 14 0 67 5 6 9 4 ( s 0 2 翊0 6m y r a ) 三级城市比例， 2 52 9 7 1 4 72 3 4 ( 0 0 6 m g m 3 0 t om p j m p ) 嚏80 肃 6 0 柏 加 0酉醐db i 蕤l 8 一”一凌饧 适标l 三飒i 劣三氧建标i 三飒l 当三礁 二曩七碡授鼍区或雨桂一区 圈1 3 。两控区”二氧化硫污染状况口 我国目前燃煤二氧化硫排放量占二氧化硫排放总量的9 0 以上，为推动能源合理 利用、经济结构调整和产业升级，控制燃煤造成的二氧化硫大量排放，遏制酸沉降污 染恶化趋势，防治城市空气污染，国家于1 9 9 8 年出台酸雨控制区和二氧化硫污染控 制区划分方案、2 0 0 0 年出台中华人民共和国大气污染防治法、2 0 0 2 年出台燃 煤二氧化硫排放污染防治技术政策、两控区酸雨和二氧化硫污染防治“十五”计划 和( 1 1 3 个大气污染防治重点城市划定方案等等。 电力和煤炭行业是造成酸雨和二氧化硫污染的主要行业。1 9 9 5 年底，我国火电装 机容量为1 6 亿k w ，其二氧化硫排放量占全国的3 5 1 到2 0 0 0 年火电装机容量达2 2 4 塑坚查兰堡主兰垡堡苎 亿k w ，其二氧化硫排放量接近全国的一半；预计到2 0 1 0 年火电装机容量可达3 7 亿 k w ，其二氧化硫产生量约占全国的2 3 嘲。由于“九五”期间7 5 、2 0 0 1 - - 2 0 1 0 年间 9 0 的煤炭增加量用于发电，因此，我国的二氧化硫排放总量控制的重点应放在火电 厂。根据火电厂大气污染物排放标准g b l 3 2 2 3 1 9 9 6 ) ) ，两控区内新建、扩建和改建 火电厂，燃用含硫份大于1 的煤炭，必须配套建设脱硫设施并达标排放。为达到两控 区到2 0 0 0 年二氧化硫排放量稳定在1 9 9 5 年水平、2 0 1 0 年比2 0 0 0 年减少1 0 的目标， 两控区内现有燃用含硫份大于2 和1 一2 煤炭的火电厂应分别在2 0 0 5 年和2 0 1 0 年 安装烟气脱硫设施。 全国燃煤机组燃用的煤炭硫份分布为：2 以上占8 5 ，1 一2 占3 2 4 t 9 1 a 如 果按照“两控区内到2 0 0 5 年，现有燃用煤炭含硫份2 的燃煤机组安装烟气脱硫设施； 到2 0 1 0 年，现有燃用煤炭含硫份1 一2 的燃煤机组安装烟气脱硫设施。”的要求， 那么到2 0 0 5 年，1 9 9 5 年底以前运行的需要安装烟气脱硫设施的火电机组装机容量为 7 5 0 万k w ；到2 0 1 0 年，为2 8 5 0 万k w ( 包括2 0 0 5 年前安装的7 5 0 万k w ) 。即2 0 1 0 年，两控区内1 9 9 5 年底前运行的火电机组装机容量的1 7 5 需要安装烟气脱硫设施。 “九五”期间，全国共有1 1 8 个、总装机容量为5 7 1 5 2 万k w 新、扩、改建火电 项目投产，位于两控区内的火电厂共有5 9 个、总装机容量为2 9 2 1 2 万k w ，分别占全 国的5 0 和5 1 。其中，位于二氧化硫污染控制区的火电厂共有1 3 个、总装机容量为 6 2 6 7 万k w ，分别占北方地区的四分之一和五分之一；位于酸雨控制区的火电厂共有 4 6 个、总装机容量为2 2 9 4 5 万k w ，分别占南方地区的7 0 和8 3 。根据火电厂大 气污染物排放标准( g b l 3 2 2 3 1 9 9 6 ) ) ) 要求，两控区内新、扩、改建电厂燃用含硫份大 于1 o 的煤炭的火电厂共有2 4 个、装机容量为1 2 4 8 2 万k w ，必须配套安装烟气脱硫 设施，分别占全国“九五”新投产火电的五分之一。到2 0 1 0 年全国火电装机容量将达 到3 7 亿k w ，即在2 0 0 0 - - 2 0 1 0 年1 0 年间，将净增1 5 亿k w 。按“九五”期间新、 扩、改建火电机组装机容量的5 0 位于两控区类推，l o 年间将净增0 7 5 亿火电机组在 两控区内投产，届时两控区内火电机组装机容量将达到1 9 2 亿k w ，占全国火电机组 装机容量的5 2 。若仍以目前火电厂燃用硫份分布计算( 1 以上约占4 0 ) ，则1 0 年 间将有大约3 0 0 0 万k w 火电机组需安装烟气脱硫设施【l o j 。 综上所述，到2 0 1 0 年，两控区内将有7 1 0 0 万装机容量的火电机组安装烟气脱硫 设施运行，占两控区内所有火电机组总装机容量的3 5 左右，占全国的1 9 。 成熟的s 0 2 污染控制技术和适用的设备是实现“两控区”控制目标的关键因素。 5 塑坚盔兰婴主兰垡堡塞 为达到此目的，需要加快国产脱硫技术和设备的研究、开发、推广、应用，并加快有 关示范工程的建设，同时，需要加快对国外成熟的先进治理技术、设备的引进和消化 吸收工作，尽快实现国产化。 根据国家经贸委发布的火电厂烟气脱硫关键技术与设备国产化规划要点，我国 烟气脱硫国产化的目标是： 到2 0 0 1 年末，初步掌握火电厂湿法脱硫设计技术。启动火电厂烟气脱硫国产化示 范工程，湿法烟气脱硫设备国产化率达8 0 左右。同时，选择其它若干种烟气脱硫工 艺作为国产化的示范工程，编制国产化实施方案。 到2 0 0 3 年末，具备独立完成火电厂湿法脱硫工艺设计的能力，开发适合我国国情 的火电厂烟气脱硫工艺、湿法烟气脱硫设备国产化率达9 0 以上。组织实施其它若干 种烟气脱硫国产化示范工程，并具备相应的设计能力。 到2 0 0 5 年末，湿法烟气脱硫设备国产化率达9 5 以上。其它若干种烟气脱硫工艺 也要基本实现脱硫设备国产化。 到2 0 1 0 年，湿法烟气脱硫设备国产化率达1 0 0 。其它若干种烟气脱硫工艺的设 备国产化率达9 5 以上。 因此，无论从社会效益还是经济效益的角度来讲，开发既有较高的脱硫效率，投资 和运行费用又相对较低的适合我国国情的烟气脱硫技术是目前的一个紧迫任务。 1 2s 0 2 控制技术概述 目前世界各国己开发出2 0 0 多种s 0 2 控制技术。这些技术按脱硫工艺特点概括起 来可分为三类，即：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫( 烟气脱硫) 1 1 1 1 。 ( 1 ) 燃烧前脱硫，主要是指原煤脱硫，即采用物理、化学或生物的方法对将煤中 的部分硫除掉，使煤净化。例如洗煤技术、微生物脱硫技术等； ( 2 ) 燃烧中脱硫，主要是指在适当位置向炉内喷入脱硫剂，使其利用炉内高温进 行自身煅烧，煅烧产物与煤燃烧过程中产生的硫氧化物发生反应，生成硫酸盐或亚硫 酸盐，以灰渣的形式排出炉外，减少s 0 2 、s 0 3 向大气的排放，达到脱硫目的。例如工 业型煤固硫技术、炉内喷钙工艺等； ( 3 ) 燃烧后脱硫，即烟气脱硫( f l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n ) 。烟气脱硫技术主要利 用各种碱性的吸收剂或吸附剂捕集烟气中的二氧化硫将之转化为较为稳定且易机械分 离的硫化合物或单质硫，从而达到脱硫的目的。烟气脱硫是目前控制二氧化硫污染最 有效和最主要的技术手段。 6 塑望奎兰堡主兰垡堡茎 按照脱硫剂和脱硫产物的形态特点，烟气脱硫一般可分为湿法、干法和半干法三 类。 湿法烟气脱硫技术液体或浆状吸收剂在湿状态下脱硫和处理脱硫产物。该法 具有脱硫反应速度快、脱硫效率高等优点。目前，湿法烟气脱硫工艺仍然是脱硫工艺 的主流。但该工艺存在投资和运行维护费用都很高、脱硫后产物处理较难、易造成二 次污染、系统复杂、启停不便、腐蚀、积垢、堵塞等问题。 半干法烟气脱硫技术半干法兼有干法与湿法的一些特点，是脱硫剂在干燥状 态下脱硫，在湿状态下再生，或者在湿状态下脱硫，在干状态下处理脱硫产物( 如喷雾 干燥法) 的烟气脱硫技术。近年来该方法受到人们广泛的关注。 干法烟气脱硫技术脱硫吸收和产物处理均在于状态下进行。该法具有无污水 和废酸排出、设备腐蚀小、烟气在净化过程中无明显温降、净化后烟温高、利于烟囱 排气扩散等优点，但脱硫效率低、反应速度较慢、设备庞大。 1 3 常见烟气脱硫技术简介 半干法烟气脱硫工艺由于与湿法烟气脱硫工艺相比具有系统简单，投资低，脱硫 产物为固态，易于处理等优点，因此是一种适合我国国情的烟气脱硫工艺，得到了广 泛的应用。根据本文研究内容，主要对干法和半干法烟气脱硫技术进行简要介绍。 1 3 1 干法烟气脱硫技术简介 l ，电子束照射脱硫工艺 这是一种较新的脱硫工艺，其原理为在烟气进入反应器之前先加入氨气，然后在 反应器中用电子加速器产生的电子束辐照烟气，使水蒸汽与氧等分子激发产生氧化能 力很强的自由基，这些自由基可以使烟气中的s 0 2 和n o 很快氧化。产生硫酸与硝酸， 再和氨气反应形成硫酸铵和销酸铵。经过脱硫后的烟气温度高于露点，不需再热系统， 可直接排放。 电子束照射法脱硫工艺的主要特点：1 ) 它是一种干法处理过程，不产生废水、废 渣；2 ) 可同时脱硫、脱硝，具有9 0 以上的脱硫率和8 0 以上的脱硝率；3 ) 系统简单。 操作方便，过程易于控制；4 ) 对硫分和烟气量的变化有较好地适应性和负荷跟踪性； 5 ) 副产品硫酸铵和硝酸铵混合物可作化肥；6 ) 脱硫成本低1 丑。 2 ，荷电干式吸收剂喷射脱硫工艺 其原理是吸收剂以高速流过喷射单元产生的高压静电晕充电区，使吸收剂得到强 大的静电荷( 通常是负电荷) 。当吸收剂通过喷射单元的喷管被喷射到烟气流中时，由 7 坚查兰曼主兰堡垒苎 于吸收剂颗粒都带同一符号电荷而相互排斥，所以会在烟气中形成均匀的悬浮状态， 使每个吸收剂粒子的表面都充分暴露在烟气中，与s 0 2 完全反应机会大大增加，从而提 高了脱硫效率，而且吸收剂粒子表面的电晕，还大大提高了吸收剂的活性，降低了同 s 0 2 完全反应所需的滞留时间，一般在2s 左右即可完成慢硫化反应，从而有效地提高了 二氧化硫的去除效率。工业应用结果表明，当c a s l | ：为1 5 左右时，系统脱硫效率可 达6 0 一7 0 。该工艺投资小、收效大、脱硫工艺简单有效、可靠性强；整个装置占 地面积小，可用于新建锅炉的脱硫，对现有锅炉的技术改造时该方法更具优势；不会 造成二次污染，反应生成物将与烟尘一起被除尘设备除去后统一运出厂外。其主要缺 点是对脱硫剂要求太高，一般的石灰难以满足其使用要求1 3 l 。 3 ，炉内喷钙一尾部增湿活化烟气脱硫工艺( 姗c ) l i f a c 脱硫技术是由芬兰的t a m p e l l a 公司和i v o 公司首先开发成功并投入商业应用 的。该技术是将石灰石于锅炉的8 5 0 一1 1 5 0 部位喷入，起至目部分固硫作用。在尾部烟 道的适当部位( 一般在空气预热器与除尘器之间) 装设增湿活化反应器，使炉内未反应的 c a o 和水反应生成c a ( o h ) 2 ，进一步吸收s 0 2 ，提高脱硫率。 炉膛内脱硫的基本原理是：石灰石粉借助气力喷人炉膛内8 5 0 1 1 5 0 烟温区，石 灰石分解成c a o 和c 0 2 ，部分c a o 与烟气中的s 0 2 反应并生成c a s 0 4 。 过程反应式为： c a c 0 3 - - , c a o + c 0 2( 1 1 】 c a o + s 0 2 + 1 20 2 + c a s 0 4( 1 2 ) 炉膛内喷石灰石后的s 0 2 脱除率随煤种、石灰石粉特性、炉型及其空气动力场和温 度场特性等因素改变，一般在2 0 5 0 。 活化器内脱硫的基本原理是：烟气中大部分未及时在炉膛内参与反应的c a o 被雾 化水增湿进行水合反应生h g c a ( o h ) 2 ，c a ( o h ) 2 再与烟气中的s 0 2 反应生成c a s 0 3 ，部分 c a s 0 3 被氧化成c a s 0 4 。 过程反应式为： c a o + h 2 a 卜疋a ( o h ) 2 ( 1 3 ) c a ( o h ) 2 + s 0 2 _ c a s 0 3 + h 2 00 - 4 ) c a s 0 3 + l 2 0 2 + c a s 0 4 ( 1 - 5 ) 活化器内的脱硫效率高低取决于雾化水量、液滴粒径、水雾分布、烟气流速及出 口烟温等，通常在4 0 - - 6 0 范围内。整个l i f a c q - 艺系统的脱硫效率为炉膛脱硫率和 8 塑兰查兰堡主兰垒丝奎 活化器脱硫率之和一般为6 0 - - 8 5 。 l i f a c 脱硫技术具有占地少、系统简单、投资和运行费用相对较低、无废水排放等 优点，脱硫效率为6 0 - 8 5 。我国南京下关电厂的脱硫工艺就是从芬兰引进的l i f a c 脱硫技术。 l i f a c 技术的工艺流程如图1a 所示。 蜀 图1 4l i f a c 技术的工艺流程图1 3 l 1 3 2 半干法烟气脱硫技术简介 1 ，旋转喷雾干燥法( s d a ) 旋转喷雾干燥法由美国j o y 公司和丹麦n 取o 公司联合开发，自1 9 7 8 年在北美安装 第一套工业装置以来发展迅速，目前其世界脱硫市场占有率达至l j l 0 。大多用于中低 硫煤的中小容量机组上。该技术是利用转速为1 0 0 0 0 r l 蛐左右的高速离心喷雾机，将吸 收剂喷射成极其细小而均匀的云雾，其雾粒直径可小于1 0 0 微米，这些具有很大表面积 的雾状微粒与含有二氧化硫的热烟气接触，便发生强烈的热量交换和化学反应。吸收 剂一方面吸收烟气中的二氧化硫，另一方面，迅速蒸发而形成含水量很少的固体灰渣， 由此达到净化烟气中二氧化硫的目的l 。 旋转喷雾干法烟气脱硫试验装置的工艺流程如图1 5 所示，可分为五个步骤：( 1 ) 吸收剂制备：( 2 ) 吸收剂浆液雾化；( 3 ) 雾滴与烟气接触混合；( 4 ) 蒸发和二氧化硫吸收； ( 5 ) 废渣排除。( 2 ) 、( 3 ) 、( 4 ) 三个步骤均在喷雾干燥吸收塔内进行。其流程如下：石 灰经过二级消化，湿式球磨，配制成一定幅度的石灰浆吸收剂，并加入适量添加剂， 用泵进至高位料箱；流人高速离心雾化机，经雾化后在吸收塔内与来自锅炉的含二氧 化硫的烟气接触混合，石灰浆雾滴中的水分被烟气中的热量蒸发，而二氧化硫同时被 o 塑兰奎兰堡圭竺壁垒苎 石灰浆雾滴吸收。生成的干灰渣，一部分沉落于喷雾干燥吸收塔的底部，另一部分随 烟气进入电除尘器被除去，净化后的烟气从烟囱排出。 灰 图1 5 旋转喷雾干燥法脱旌工艺流程图“卅 1 ，石灰料仓2 ，石灰预消化器3 ，球磨机4 ，石灰料浆槽5 ，锅炉烟气 6 ，石灰浆高位料箱7 ，喷雾干燥吸收塔8 ，电除尘器9 ，烟囱 2 ，烟气循环流化床脱硫技术( c f b f g d ) 该技术是上世纪8 0 年代后期由德国l i 】r g i 公司研究开发的，由吸收塔、除尘器、吸 收剂制备系统、物料输送系统、喷水系统、脱硫灰输送及存储系统电气控制系统等构 成。其特点是：固体吸收剂粒子停留时间长，与s 0 2 间的传热传质交换强烈；脱硫效率 高，对高硫煤( 含硫3 以上) 也能达n 9 0 以上的脱硫效率；由于床料循环利用，从而 提高了吸收剂的利用率，在相同的脱硫效率下，与传统的半干法比较，吸收剂可节省 3 0 ；锅炉负荷在3 0 - - 1 0 0 范围波动，脱硫效果仍能满足达标要求；操作简单，运 行可靠，反应温度可降至烟气零点附近；结构紧凑，循环流化床反应器不需要很大的 空间；可实现大型化；脱硫产物以固态排放；无制浆系统；对改造工程的电除尘器无 需改造i l “。c f b f ( m 适用于在中小型火力发电厂及相关产业的燃煤系统上安装使用。 是一种适合我国国情的烟气脱硫技术，不仅适用于大型燃煤锅炉，而且对于中小型工 业锅炉的s 0 2 治理也是一种理想的方法。其工艺流程见图1 6 ： 浙江大学硕士学位论文 c a ( 熏 囱 图1 6 烟气循环流化床脱硫工艺流程图【1 5 】 3 ，增湿灰循环脱硫技术( n d ) 该技术由瑞典a b b 公司研发，其工艺流程如图1 7 所示。脱巯剂从高位计量仓下 部由螺杆输送和皮带称计量送入消化器。消化器是由一个双搅拌制成的反应器。石灰 在消化器中加水消化成c a ( o i - i ) 2 后，与从除尘器下来的大量循环灰相混合并进入加湿 器中进一步加水增湿，使混合灰的水分含量达到5 ，然后进入直烟道反应器。大量的 脱硫循环灰进入反应道后，由于有极大的蒸发表面，水分蒸发很快，在极短的时间内 使烟道温度由1 3 8 冷却到7 l ，烟气相对湿度则很快增加到4 0 - 5 0 ，脱硫灰的含 水量由5 降到3 【1 6 】。电除尘器除下来的脱硫灰由流态化槽输送到增湿器，与机械预 除尘器除下来的灰起去流态化底仓，实现循环。部分则溢流入仓泵外送。再循环物 料中9 5 以上为固态，所以再循环量可以达到3 0 一5 0 倍，甚至更高，从而保证了高效 地利用石灰。由于脱硫剂是不断循环的，脱硫剂的有效利用率高达9 5 以上。 浙江大学硕士学位论文 图1 7 增湿灰循环脱硫工艺流程图【1 6 】 1 4 我国烟气脱硫工艺的应用现状 我国燃煤电厂烟气脱硫的研究始于7 0 年代初，先后研究了亚钠循环法、催化氧化 法、碘活性法、石灰石一石膏法、喷雾干燥法和磷铵复肥法等n 刀。但由于经济、技术 和环境管理等方面的原因，上述技术并未得到广泛的推广应用。为了加快推动我国燃 煤电厂烟气脱硫工作，自8 0 年代以来，我国开展了一些较大规模的烟气脱硫引进工作， 并加以国产化，取得了一系列成果。表1 5 列举了在我国己中试、示范应用或在建的几 个有代表性的烟气脱硫技术。 表1 5 我国引进的烟气脱硫工艺在国内的应用情况表1 8 】 规模( 处理脱硫效率 脱硫工艺应用企业 脱硫剂技术来源 烟气量t h ) 石灰石( 2 5 0 目筛余5 。 重庆珞璜电厂一期2 x l0 8 7 2 0 0 9 5 日本三菱 纯度 9 5 ) 石灰石( 2 5 0 目筛余5 ， 重庆珞璜电厂二期 2 9 1 5 5 0 0 9 5 日本三菱 纯度 9 5 ) 石灰石( 1 0 0 目筛余5 ， 石灰石一石膏法太原第一热电厂 6 0 0 0 0 08 0日本日立 纯度 9 0 ) 石灰石( 9 0 9 5 德国斯坦米勒 度 9 0 ) 石灰石( 9 0 9 2 ) 浙江大学硕士学位论文 生石灰2 0 0 目，c a o 纯度 四川白马电厂 8 0 0 0 08 0国内设计 6 0 一7 0 喷雾干燥法 生石灰纯度7 0 ， 山东黄岛电厂 3 0 0 0 0 07 0日本三菱 粒径4 m m 海水脱硫法深圳西部电厂 1 2 2 0 0 0 0 天然海水 9 0挪威a b b c a ( o h h ，粒径3 0 - - 5 0p 荷电干式喷射法山东德州热电厂 4 0 0 0 07 0 美国阿兰柯 m ，纯度 9 0 电子束法成都热电厂 3 0 0 0 0 0氨气 8 0 日本茬原 电石渣粉( 主要成分 浙江巨化热电厂 3 0 0 4 1 0 c a ( o h h ) ，纯度8 0 一9 2 8 5 9 4 阿尔斯通 增湿灰循环法( n i d ) ，粒径8 2 3 un l 沈阳热电厂 4 9 0 0 0 0c a ( o h ) z8 5阿尔斯通 提高烟气净化技术，有效保护环境除了引进世界上先进的烟气脱硫技术，并加以 国产化应用外，更重要的是提高自身科研能力，开发出适合中国国情的烟气净化工艺。 “六五”到“九五”的2 0 多年间，国家投入了大量的人力物力对脱硫工艺进行实验研 究。如浙江大学循环悬浮式半干法烟气脱硫技术。该工艺改变了常规脱硫塔的形式， 采用悬浮方式，使吸收剂在吸收塔内悬浮并反复循环，与s 0 2 等酸性气体充分接触，使 气液反应和气固反应都得到了加强，是一种新型多效的烟气净化装置，适用于中小型 工业燃煤锅炉及垃圾焚烧炉的尾气净化【1 9 l 。 近年来，国家出台了一系列促进火电厂二氧化硫控制的法律、法规和政策，加快了 火电厂烟气脱硫设施的建设，使我国二氧化硫污染防治取得了一定成效。j 1 1 j 2 0 0 4 年底， 全国约有2 0 0 0 万k w 装机的烟气脱硫设施投运或建成，约3 0 0 0 多万k w 装机的烟气脱硫 设施正在施工建设。预计在未来1 0 年内，约有3 亿k w 装机的烟气脱硫装置投运和建设。 我国烟气脱硫技术的选择应遵循经济有效，安全可靠，资源节约，综合利用的总 原则，因地制宜选取最优工艺。对燃煤发电机组，在满足排放标准前提下，应按以 下原则选择工艺技术】： ( 1 ) 燃用含硫量大于l 煤( 含l ) 并且容量大于2 0 0 m w ( 含2 0 0 m w ) 的机组，建设烟气脱 硫设施应重点考虑采用石灰石一石膏湿法脱硫工艺技术。 ( 2 ) 燃用含硫量小于l 煤并且容量小于2 0 0 m w 的机组，或剩余寿命低于1 0 年的老机组 以及在场地条件有限的现役电厂，在吸收剂来源和副产物处置条件充分落实的情况下， 建设烟气脱硫设施可考虑采用干法、半干法或其它一次性投资较低的成熟技术。 1 3 浙扛大学硕士学位论文 ( 3 ) 在2 0 0 b l w 及以上机组采用干法、半干法或其它一次性投资较低的成熟技术，应进 行充分论证，并提供国内外已有相同或更大容量的烟气脱硫设施成功投运的实例。 ( 4 ) 燃用含硫量小于l 煤的海滨电厂，在海水碱度满足工艺要求、海域环境影响评价 通过国家有关部门审查，并经全面技术经济比较后，可以考虑采用海水法脱硫工艺。 ( 5 ) 在吸收剂来源以及副产物销售途径充分落实的前提下，且经过国家有关部门技术 鉴定并有明确适用规模的或者能证明在国内外已有相同或更大容量的脱硫设施成功投 运的，可以考虑采用其它脱硫工艺技术。 1 5 石灰于式消化研究综述 干法和半干法烟气脱硫工艺中，吸收剂的品质不但影响到脱硫效率的高低而且也 是影响系统运行成本的重要因素。目前应用较多的是