（环境工程专业论文）循环流化床锅炉脱硫技术研究.pdf

c i a s s i f i e di n d e x ：x 3 8 3 u d c ： d i s s e r l a t i o nf o rt h em a s l e rd e g r e ei ne n g i n e e r - n g t h er e s e a r c ho f c i r c u l a t i n g f l u i db e db o i l e r d e s u l p h u r i z a t i o nt e c h n o l o g y c a n d i d a t e ： s u p e r 啊s o r ： s h e nd e f e n g p r o z h us h e n h o n g a c a d e m i cd e g r e e a p p l i e d f o r ：m a s t e ro f e n g i n e e r i n g s p e c i a l 锣： u n i t ： d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n ： u n i v e r s i 够： p1 ” e n v l r o m n e n t a le n 9 1 n e e n n g c o l l e g eo fe n v i r o i 皿e n t a le n g i n e e 订n g j u n e2 0 1 0 q i n g d a ot e c l m o l o 百c a lu i l i v e r s i t y i l l l l 学位论文答辩日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 青岛理工大学工程硕士学位论文 目录 中文摘要i a b s t r a c t 第l 章绪言1 1 1 脱硫研究的意义1 1 2 国内外在该领域研究现状及分析2 1 2 1 脱硫方法简述2 1 2 2 国内外近几年出现几种较新颖的脱硫技术4 1 2 3 国外烟气脱硫技术现状5 1 2 3 1 美国的烟气脱硫技术。5 1 2 3 2 德国的火电厂烟气净化法规及技术7 1 2 3 3 日本的烟气脱硫技术及应用8 1 2 4 我国脱硫技术及应用8 1 2 4 1 引进国外技术9 1 2 4 2 我国研究开发主要的烟气脱硫技术9 1 3 炉内脱硫技术l0 1 3 1 炉内喷钙脱硫技术的发展史l o 1 3 2 循环流化床锅炉炉内脱硫技术1 1 1 3 2 1 循环流化床锅炉燃烧技术1l 1 3 2 2 循环流化床锅炉的优势1 2 1 3 2 3 循环流化床锅炉存在的问题1 4 1 4 本章小结15 第2 章循环流化床锅炉硫氧化物的排放与控制16 2 1 概述16 2 1 1 硫氧化物的特性及危害1 6 2 1 2 燃煤污染物排放标准l6 2 2 硫氧化物的生成与控制机理1 7 2 2 1s 0 2 的生成机理18 2 2 2s 0 2 的排放浓度l9 2 2 3 影响s 0 2 析出的因素1 9 2 2 4 燃烧脱硫机理2 0 青岛理工大学工程硕士学位论文 2 2 4 1 脱硫反应机理2 0 2 2 4 2 钙的利用率和脱硫效率2 0 2 2 5 脱硫剂的选择2 1 2 2 5 1 脱硫剂的选择原则及反应性能评价2 1 2 2 5 2 常用的脱硫剂2 2 青岛理工大学工程硕士学位论文 5 2 脱硫效率4 5 5 3 本章小结4 8 第6 章影响脱硫效率机理分析4 9 6 1c a s 摩尔比4 9 6 2 石灰石脱硫脱硫特性一5 0 6 3 石灰石粒度一5 0 6 4 床温5l 6 5 本章小结5 2 第7 章研究结果推广应用5 3 7 1 南屯电厂脱硫技术现状5 3 7 1 1 基本情况5 3 7 1 2 存在的问题5 3 7 1 3 技术研究的必要性5 4 7 2 研究结果应用一5 4 7 2 1 石灰石选择5 4 7 2 2 运行控制的主要参数5 4 7 2 3 效果5 5 7 3 本章小结5 5 结论5 7 参考文献5 9 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作6 2 致谢6 3 m 青岛理工大学工程硕士学位论文 摘要 长期以来，煤炭在我国能源结构中一直占据主导地位，然而，煤炭燃烧时所 排放的硫氧化物( 即s o x ) 被公认为是造成大气污染的主要污染物之一，严重威 胁着自然环境和人类的生存。在我国，s o x 排放的主要来源是燃煤电厂。因此， 采取经济有效的措施来控制火电厂燃煤产生的s o x 势在必行。 我国烟气除尘技术方面与国外相当，但烟气脱硫脱氮技术与国外有一定差距， 这种差距主要体现在运行设备的短缺及经验上的严重不足。国外的脱硫脱氮装置 往往价格高，难于在我国应用推广，因此应开发适合我国的脱硫装置。炉内脱硫 技术与其它脱硫技术相比，具有投资少、运行成本低等优势，非常适合我国国情， 因而应该研究如何提高炉内脱硫效率。 循环流化床燃烧技术是一种高效、低污染的清洁燃烧技术，循环流化床锅炉 因其具有燃料适应性广、高效脱硫脱氮等优点，特别适合我国现阶段对节能环保 的要求，近十年来得到了迅速发展。据调研，济宁市范围内共有循环流化床锅炉 8 9 台，占全部1 2 8 台电站锅炉的7 0 ，而且全部采用炉内脱硫技术。但是，脱硫 效率普遍偏低、烟气不能达标排放、单纯控制脱硫指标又会带来其它隐患，成为 困扰各电厂的难题。 本文介绍了目前脱硫研究的意义，分析了国内外脱硫研究现状以及我国脱硫 的实际应用情况，重点介绍了循环流化床锅炉燃烧技术、炉内脱硫技术以及影响 脱硫效率的主要因素和控制措施，通过石灰石成分分析、热重分析试验、流化床 反应器模拟试验、循环流化床锅炉脱硫的工业试验，研究确定了循环流化床锅炉 脱硫的最佳运行参数，并进行了脱硫技术的创新改造。 本文选取兖矿集团南屯电厂驻地附近的1 2 种石灰石样品，首先进行了成分分 析，并采用热重分析实验对石灰石钙转化率进行分析，对选定的1 2 种石灰石品质 进行初步评判；随后，利用制作的流化床反应器模拟循环流化床反应条件，测定 不同条件下的脱硫效率，从而建立了上述1 2 种石灰石的脱硫的实验室数据。 目前，关于流化床的脱硫研究虽然不少，但多数都是理论和实验室条件下进 行的，工业实践方面的研究还没有系统的进行过。由于实验室条件和工业实践相 差较大，实际使用的石灰石成分复杂、活性差别也较大，造成理论研究和实验室 青岛理工大学工程硕士学位论文 条件下的研究对工业实践的指导意义有限，而工业试验是最直接的验证试验。因 此本文在实验室研究的基础上，筛选出5 种石灰石，继续进行了循环流化床锅炉脱 硫的工业试验，研究并创新了循环流化床锅炉炉内喷钙脱硫技术。 通过试验数据证实，该脱硫技术可以有效的为循环流化床锅炉提高脱硫效果 提供有益的指导。循环流化床锅炉在燃用含硫率不超过1 的低硫煤时，脱硫效率 实际达到了9 0 ，s 0 2 排放浓度可靠控制在4 0 0 m g i 、m 3 以下，该技术具有较高的 推广价值。 关键词：循环流化床炉内脱硫技术脱硫效率热重分析模拟试验工 业试验 a b s t r a c t c o a lh 嬲b e 锄p l a y i n gt h ed o m i n a n tr o l ei nc h i n a se n 哪y s t m c t u r ef o ral o n gt i m e h o w e v e r t l l e 锄i s s i o n so f 叭l 缸o x i d e s ( s o x ) r e s u l t i n g 丘o mc o a lc o n m u s t i o ni s r c c o 弘i z e d 鹪o n eo f t h em 旬o rp o l l u t a n t so fa i rp o l l u t i o nw r h i c hi m p o s e sa 伊e a tn l r e a t o n 肌r o n m e i l t 锄dh u i n 姐s u r v i v a l m o s t l y s o xc o m e s 舶mc o a l f i r e dp o w e rp 1 锄t s i nc k n a h e i l c e ，i ti si i i l p 锄t i v eu n d e rt 1 1 es i t u a t i o nt 0t a l ( ee c o n o m i c a l 锄de 毹c t i v e m e a s u st 0c o r l 仃o ls o x 锄i s s i o n sg 肌盯a t e d 舶mc o a l - f i r e dp o w 盯p l 锄t s c o m p a r e dw i mf b r e i 印c o u i l t r i 懿，w ea r e a t 也es 锄el c v e li i ln u eg 嬲d l l s tr e m o v a l t e c h n 0 1 0 9 y b u th a v eac c n a i l ld i s p 撕t yi l ln u eg 嬲d e s u l p h 嘶z a t i o n 锄dd e m 仃i f i c a t i o n t e c l l i l o l o g ) r 讲l i c hc a u s e db y l a c ko fe q u i p m e n t锄do p e r a t i n ge x p e r i e l l c e 1 1 1 e d e s u l p l m r i z a t i o na n dd e l l i t r i 6 c a t i o ne q u i p m e n th 弱al l i g l lp r i c e i i lf o r e i 鲈c 0 硼t r i e sa n d c 锄h a r d l yb e 印p l i e d 觚ds p r e a di nc _ h i m s oan e wt y p eo fd e 叭l p h 谢z a t i o ne q u i p m 饥t m u s tb ed e v e l o p e dt 0s u i tt 0o u rc o l l i l 仃y sc o n d i t i o 眦t h e 如m e - d e s u l p h u r i z a t i o n t e c h n o l o g ) ，h 嬲m 锄ya d v a n t a g e s 鲫c h 嬲l e s si n v e s t i i l e n t a n dl o wo p 蹦l t i o nc o s t s c o m p 盯e dw i t l lo t l l e rt e c h n o l o g i e s ，w h i c ha r es u i t c dt 0o u r n a t i o n a lc o n d i t i o i l ，锄dt l l 嘴 s h o u l db er e s e a r c h c dt o 沛p r o v em ee 伍c i 吼c yo fm e 缸m a c e - d e s u l p t 嘶z a t i o n c i r c u l a t i n gf l u i db e db 啪i n gt e c h n o l o g yi s ah i g l le 舵c t i v ea n dl o w p 0 1 l u t i o n c l e 锄t e c h n o l o 卧c i 删l a t i n gn u i d b c db o i l e ri ss u i 油l et 0t l l ep r e s c n tr e q u i 姗1 饥to f 吼e r g y 峭a v i n ga n dp r 0 饥访r o 彻 1 e n te 印e c i a l l y 锄dh 鹪d e v e l o p c dr a p i d l yi nt h ep a s t d e c a d e ，b e c a u s eo fi t sw i d ea d 印t a b i l i t yo f 缸e l ，h i 曲e 衔c i c yd e 叭l p h 嘶z a t i o n 锄d d c i l i t r i f i c a t i o n a c c o r d i n gt om er e s e 盯c h ，i th 嬲a t o t a lo f8 9s e t so fc i r c u l a t i n gf l u i d b e db o i l 钉w i t l l l ef h 】m ed e s u l p h u r i z a t i o nt e c l l l l o l o g y a c c 0 啪t i n gf o r7 0 o f t l l el2 8 b o i l e 鸺i nj i i l i n gc i t y h o w e v p r o b l e m s 嬲l o wd e s u l p h u d z a t i o ne 伍c i e i l c y g 觞o u to f a c h 廿l es t 锄d a r d ，锄do m e rt r o u b l e si fm e r e l yf o c u s eo nt l l ed e s u l p h u r i z a t i o i l a l s o p e 叩l e xp o w e rp l 姐t s t t l i sa n i c l ei n 仃0 d u c e st l l es i 鲥f i c 锄o fd e s u l p h 嘶z a t i o nr e s e 锄沛a tp r e s e n t ， 觚a l y z e sm ep r e s tr e s e a r c hi nc 1 1 i n aa n da b r o a d 嬲w e l l 勰m ep r a c t i c a l 印p l i c a t i o ni n c h i n a a n dm a i m yi n 仃0 d u c e sc i r c l 】l a t i n g f l u i db e db 啪i n gt e c h n 0 1 0 9 y t l l e 龟m a c e d e s u l p h 谢z a t i o nt e c h n o l o g y 船w e l l 嬲t l l em a i nf a c t o 瑙觚dc o n t r o lm e 弱u 陀s i n 青岛理工大学工程硕士学位论文 、7 l ，h i c ha 毹c t l ee m c i 朗c yo fd e s u l p b 嘶z a t i o n a c c o r d i n gt ot h el i m e s t o n ec o i n p o s i t i o n 觚a l y s i s 锄dm e n i l o 鲫i m e t r i ca l l a l y s i st e s t ，f l u i d i z e db e dr e a c t o rs i i i m l a t i o nt e s t ，a i l d c i 枷l a t i i l gn u i db e db o i l e rd e s u l p h u r i z a t i o nt e s t ，m i sa n i c l ed e t e m l i n e st l l eo p t i m u m o p 锄t i n gp a r a m e t e r so fc i 咖l a t i n gn u i db o db o i l e rd e s u l p h u r i z a t i o n ，a n dc 删e so u t a i 姗o v a t i v e 纽眦s f 0 棚f l 撕o no fd e s u l p h 嘶z a t i o nt e c h n o l o g yf h l a l l y t t l i sa r t i c l es e l e c t sl2l i m e s t o n es a i i l p l e s 啪u n dn 锄t h e u np o w e rs t a t i o no f y a 岫g 觚u p ，锄df i r s t l yj u d g e st h eq u a l i t yo fl i m e s t o n eb yc o m p o s i t i o n 姐a l y s i s a i l d 廿l ec o n v e r s i o no f1 i m e s t o n ea l l dc a l c i u m 觚a l y s i sm r o u 曲t l l c n i l a l 黟a v i m e t r i c e x p 舐m e n t t l l e l l ，u s i n gt t l ec i r c u l a t i n gf l u i db e dr e a c t o rt os i m u l a t ec i 掀l l a t i n gn u i d b e dr e a c t i o nc o n d i t i o na i l dm e 嬲砸n gt h ed e s u l p h 晒z a t i o ne 伍c i e n c yl u l d e rd i 侬鹏n t c o n d i t i o n s ，t h ea n i c l ee s t a b l i s h e sd e s u l p h u n z a t i o nl a b o r a t o r yd a t at 0t h el i m e s t o n e s i 瑚【p l e s o 盯r e n t l y ，t h e r ea r em a n yr e s e a r c h e so nf l u i d i z e db c dd e s u l p h u r i z a t i o n ，b u tm o s to f t h e ma r eb a s e do nt h et h e o r i e sa n dm ec o n d i t i o n so fl a b o r a t o r y a n dn os y s t e m a t i c a l i n d u s t r i a lp r a c t i c eh 嬲b e e l lp u ti n t or e s e 疵h b e c a u s eo fm ed i 仃e r c l l c e sb e 铆e e n l a b o r a t o 巧c 0 n d i t i o n 孤di n d u s 砸a lp r a c t i c e ，t l l ec o m p l e xc o m p o s i t i o no fm e1 i m e s t o n e i n a c t u a lu s e 锄dt l l ea c t i v i t yd i 侬鹏n c e s ，t h e o r e t i c a l 锄dl a b o r a t o 巧r e s e a r c h e sa r e 1 i m i t 酣f o rn l eg u i d a i l c eo fi n d u s t r i a lp 豫c t i c e s ，w r h i l em ei i l d u s t r i a lt e s ti sm em o s t d i r e c tv e r i f i c a t i o nt e s t b 弱e do nm er e s e a r c h 证l a b o r a t o r y ，t l l ea r t i c l ec 州e so u t c i r c u l a t i n gn u i db e db o i l e rd e s u l p h u r i z a t i o ni n d u s t r i a lt e s tt om e5s e l e c t e dl i m e s t o n e s 锄p l e s ，d o i n gr e s e a r c h 锄di r m o v a t i o ni i lc m m l a t i n gn u i db e db o i l c ri i u l e rs p r a y i n g c a l c i u 】f i ld e s u l p h u r i z a t i o nt e c i l i l o l o 黟 c o n 6 砷c db ye x p e r i m e n t a ld a t a ，t h j sd e s u l 觚z a t i o nt e c h n o l o g yc a np r 0 v i d e u s e m lg u i d 锄c et 0i m p m v et t l ed 髓u l 如r i z a t i o nf o rm ee 虢c to fc i r c u l a t i n gn u i d i z e db e d b o i l 既w h m ec i 砌j l a t i n gn u i db e db o i i e rb u n l i n gl o ws u l p h u rc o a l 、) l ，i ms u l 缸。l e s s m 锄1 ，t l l ed e s u l p h u r i z a t i o ne 伍c i 朗c yw o u l d l l i e v e9 0 ，a r l ds o xe m i s s i o n c o n c 锄缸嘶o nc o u l db ec o r 心0 1 1 e du i l d e r4 0 0 m g n m s o ，廿l i st 。d m o l o g yc o n t a i 璐t l i g l l 砌u e t o b e p o p u l 盯砌 k e yw o r d s ： c i r c u l a t i n gf l u i db e dd e s u l p h u r i z a t i o nt e c h n 0 1 0 9 yi n s i d em e f u m a c e d e s u l p h l l r i z a t i o ne f ! f i c i e n c yt h e 肌。伊a v i m e t r i c 锄a l y s i s s i m u l a t i o nt e s t i i l d u s t r i a lt e s t s v 青岛理工大学工程硕士学位论文 第1 章绪言 1 1 脱硫研究的意义 几百年来，人类创造了历史上最为辉煌灿烂的物质文明和精神文明。但与此 同时，人类也面临着非常尴尬且及其危险的局面：全球变暖、水资源匮乏、土地 沙漠化及生态物种的消亡等。在2 1 世纪，环境问题也是人类面临的最为严峻的挑 战之一。 二氧化硫是环境污染一大来源，对人类造成很大危害：它危害人体健康。二 氧化硫是一种无色具有强烈刺激性气味的气体，易溶解于人体的血液，导致各种 呼吸道疾病。在产业革命后，由二氧化硫造成的危害比较典型的是比利时m u s e 溪 谷、美国宾夕法尼亚洲d o n o r a 市所发生的大气污染导致了很多急性呼吸道病患者 以及“伦敦烟雾事件”，造成几千人死亡。研究表明，在高浓度的s 0 2 的影响下， 植物叶片脱落，低浓度下，植物的生长机能受到影响，产量下降，品质变坏。二 氧化硫对金属造成腐蚀。金属腐蚀直接威胁着工业设施、生活设施和交通设施的 安全。在工业生产中，由化石燃料产生的s 0 2 造成的酸雨问题是环境污染最为严 重的问题，目前已危及世界各国，酸雨已成为一个重要的国际问题【1 1 。中国东部沿 海地区是中国经济快速发展地区和经济特区，如烟台、青岛、上海、杭州、舟山、 福州、厦门等。同时，中国东部许多酸雨严重地区也是分布在上述的沿海地区。 例如，青岛市酸雨年均p h 在4 2 5 4 6 4 之间，厦门年平均p h 在3 8 5 o 之间，酸 雨已造成严重经济损失和生态环境破坏。 二氧化硫主要来自含硫的化合物燃料煤和石油的燃烧过程、硫化物矿石的焙 烧、有色金属的冶炼、生产硫酸的工厂等也排放大量的s 0 2 气体，但全国二氧化 硫排放总量的9 0 由燃煤产生【2 1 。我国现有的3 亿多千瓦发电机组中，约有2 4 亿 千瓦是火电机组，每年发电耗煤约占全国煤炭消费总量的4 0 。虽然经过多年治 理后，火电厂排放的二氧化硫得到一定程度的遏制。但按国家标准，仍有相当部 分燃煤机组在超标排放二氧化硫。伴随着中国经济的巨大发展，一次能源的生产 和消费总量增长很快，据估计到2 0 2 5 年，煤还将占一次能源消费的7 0 ，所以今 后相当长的时期内，煤仍将是中国的主要能源【3 1 ，而根据我国的能源政策，电站锅 炉燃煤含硫量一般要比煤的平均含硫量高。据预测：电厂燃煤含硫量将逐年增加， 青岛理工大学工程硕士学位论文 燃用中硫煤种的机组容量和燃煤量所占份额成连续增长趋势，而通常电厂锅炉的 s 0 2 排出量及烟气s 0 2 浓度的增长率与燃煤含硫量的增长率基本一致，所以电站锅 炉s 0 2 排放量必将逐年增加。因此，国家环境保护“十一五 计划要求，全国 电力工业到2 0 l o 年二氧化硫排放量要比2 0 0 5 年削减l o 【4 s 】。在日本，由于采取 措施，化石燃料的消耗量虽然每年都在增加，但二氧化硫的排放量在减少，这说 明日本的脱硫对策非常有效。中国的二氧化硫的排放量占亚洲总排放量的6 9 蚶4 1 ， 今后不采取措施，预计到2 0 2 0 年，其排放量还会增加1 倍。目前中国除个别电厂 引进燃煤烟气脱硫技术和整套设备，已投入运行外，中国的电厂锅炉、工业锅炉 几乎没有建立脱硫设备，因此研究新的或转化国外高新烟气脱硫技术解决二氧化 硫污染问题势在必行。 1 2 国内外在该领域研究现状及分析 1 2 1 脱硫方法简述 自从1 9 7 0 年，去除石化燃料燃烧排放的s o x 已得到国内外广泛的重视，开发 了多种脱硫技术【5 - l 们。目前，国内外常规的脱硫方法分为三类：燃烧前脱硫、燃烧 中脱硫、燃烧后脱硫。 燃烧前脱硫主要是指煤的洗选和转化，可使燃烧的煤含硫量减少，这样可提 高煤质，降低生成烟气的含硫量，从而达到环保的标准。其脱硫方法主要有化学 法、物理法和微生物法。物理脱除法是利用物质相对密度的不同、对水油润湿性 的不同以及带磁性或带电性的不同脱除无机硫的方法。化学脱除法是利用固液反 应、热分解和加氢等气固反应脱硫的方法。微生物脱除法是利用微生物能吸附和 代谢无机硫的特点进行脱硫。物理方法洗选煤，但只能去除煤中黄铁矿和相应的 无机硫，对有机硫无能为力。如要进一步脱硫，需要进行化学脱硫，而该技术投 资大，成本高，不能被广泛应用。低硫煤资源有限，而且分布不均。 燃烧中脱硫实质是燃烧和脱硫同时进行。现有成熟的技术有：型煤固硫技术、 炉内喷钙脱硫和循环流化床脱硫技术。 型煤固硫技术是把粉碎的煤与石灰石以及氢氧化钙等脱硫剂混合加工成成型 的型煤作为燃料，在燃烧的同时，自行脱硫的方法。此方法的优点是：不需要对 现有锅炉进行改造：不需要添加脱硫装置；燃料大小均匀燃烧效率高；与炉型大 小无关，也可以作为一般民用家庭燃料使用；脱硫成本只有现有其他方法的2 0 2 青岛理工大学工程硕士学位论文 一3 0 。其不足之处在于脱硫率为5 0 8 0 ，低于湿式脱硫法。因此型煤自行脱 硫法最适用于中小型炉排锅炉和一般民用家庭煤炉的脱硫。 流化床脱硫是把石灰石或白云石与煤在流化床内加以混合，在床内捕捉s 0 2 以生成石膏的方法。流化床燃烧脱硫在最佳的脱硫反应温度下、c a s = 1 时，理论 的脱硫率为6 0 ，c a s 为1 5 2 5 时，可达到9 0 以上的脱硫率。增加c “s 可提 高脱硫率，c a s 增加这意味着加入大量的石灰石，不仅增加运行费用，而且石灰 石的热分解吸热会降低锅炉的出力【1 1 】；灰渣量的增加不仅增加物理热损失，增加 了受热面的磨损，还增加了灰渣处理系统的投资。 炉内喷钙脱硫技术在国外六十年代使用较多，后由于脱硫效率低，仅3 0 而 被放弃，该方法是将石灰石等原料制成细粉，与煤粉一起直接喷入炉膛中，石灰 石煅烧分解出c a o 和c 0 2 ，c a 0 粉粒随高温烟气流动，与烟气中的s 0 2 生成c a s 0 3 在氧化为c a s 0 4 。脱硫反应后的生成物以及未反应的c a o 和反应灰由除尘器收集。 该技术流程简单，操作方便。但尾部烟道换热器易结灰。近十多年内喷钙技术有 了新的发展，即在除尘器之前增设活化器，可使脱硫率提高到8 0 【l i 】。 燃烧后脱硫是指从排烟中去除s 0 2 ，即烟气脱硫一f g d ( f l u e g a s d e s u l 肺一 z a t i o n ) 技术。烟气脱硫是目前控制s 0 2 污染的最有效的方法。根据脱硫的工艺过 程，f g d 技术可分为湿法、半干法、干法三大类【1 2 】。 湿法是采用液体吸收剂洗涤烟气去除二氧化硫。湿法f g d 脱硫工艺已有几十 年的历史，最常用的有石灰石石膏法、双碱法、钠碱法、碱式硫酸铝法和磷氨肥 法等。九十年代初占全世界f g d 装机容量的8 0 ，其特点是：脱硫效率高( 有的 装置c a s = 1 时，脱硫效率大于9 0 ) ；吸收剂利用率高，可大于9 0 ；设备运转 率高( 可达9 0 以上) 【1 3 14 1 。湿法工艺技术成熟，在美德日等国家采用较多。液 体吸收二氧化硫的反应速度很快，所以湿法脱硫效率高，但是湿法投资运行费用 昂贵，初投资占电厂设备总投资的2 0 2 5 ，且工艺复杂，占地面积大，还存在有 腐蚀结垢问题。另外由于处理后的烟气湿度低，含水量增加，为了提高扩散效果， 防止在烟囱附近形成烟雾，需要对烟气进行加热，使烟温升至9 0 以上再排放。 干法( 或半干法) 烟气脱硫技术是2 0 世纪7 0 年代中期发展起来的，由于其 初投资低，设备少，维修量少，耗电量低，耗水量较少，无废水排放，整个系统 占地面积小，脱硫率可达到6 5 9 0 ，有逐渐替代传统湿法的趋势。常用的干法( 或 半干法) 烟气脱硫技术有：喷雾干燥吸收法( s d a ) 、循环流化床干法烟气脱硫、 3 青岛理工大学工程硕士学位论文 炉内喷钙及尾部增湿活化法( l i f a c ) 、n i d 技术。喷雾干燥法多数采用旋转喷雾 器，技术成熟、投资低于湿法工艺。在西欧的德国、奥地利、意大利、丹麦、瑞 典、芬兰等国家应用比较多，美国也有1 5 套装置( 总容量5 0 0 0m w ) 正在运行。 燃煤含硫量一般不超过1 5 ，脱硫效率均低于9 0 【1 4 15 1 。德国鲁奇公司在7 0 年代 开发了循环流化床干法烟气脱硫技术。该技术的最大优点是，可以通过喷水将床 温控制在最佳反应温度下，达到最好的气固间紊流混合并不断暴露出未反应生石 灰的新表面，而通过固体物料的多次循环使脱硫剂具有很长的停留时间，从而大 大提高脱硫剂的钙利用率和反应器的脱硫效率。因此，循环流化床干法烟气脱硫 系统能够处理高硫煤的脱硫，并在c a s - 1 1 1 5 时达到9 0 一9 7 的脱硫效率。炉 内喷钙增湿活化法( l i f a c 法) 【u 】，此法是芬兰o 公司和伽n p e l l a 公司联合开 发，是在炉内喷钙的基础上发展起来的。传统的喷钙工艺的脱硫效率仅为3 0 左 右，而l i f a c 法是在燃烧器上部一个狭窄的温度范围内将石灰石喷入炉膛，避免 石灰石的烧结，同时，在空气预热器和除尘器间加装一个活化反应器，并喷水增 湿，促进脱硫反应，使最终的脱硫率达到8 0 。理论实践证明，活化反应器的结 构形式和控制烟气与露点温差在5 l o 之间是影响增湿活化效果的关键【l 刚。 1 2 2 国内外近几年出现几种较新颖的脱硫技术【6 1 7 1 8 】 ( 1 ) 电子束排烟处理法( e b a ) 。当烟气进入反应器时，受到经加速射出的高 速电子束照射，电子束能量大部分被氮、氧和水蒸气吸收，生成富有反应性的活 性基，并与加入的氨气中和成硫酸铵及硝酸铵。由于电厂排出的烟气温度一般在 1 5 0 1 7 5 左右，而为了电子束辐照反应要求的烟气参数为6 啦7 5 左右，故必须 将热烟气通过喷雾冷却塔冷却。日本荏原公司、美国能源部( d o c ) 、德国卡尔斯 鲁厄研究中心( k f k ) 和卡尔斯鲁厄大学、波兰与国际原子能机构( 队e a ) 合作 对此工艺进行了广泛研究，分别在日本九州若松的八幡钢厂( 1 0 0 0 0 m 3 1 1 ) 、新名古 屋电厂( 1 2 0 0 m 3 m ) ，美国i i l d i 姐叩o l i s 的电子束烟气处理中试厂( p d u ) ( 6 8 0 毗5 4 9 6 m 3 伽、德国的b a d w e r k 燃煤电厂( 2 0 0 0 0 m 3 1 1 ) ，波兰( 2 0 0 0 0 m 3 1 1 ) 和华沙某l o o m w 燃煤电厂( 2 7 0 0 0 m 3 1 1 ) 和我国的成都热电厂一台2 0 0m w 燃煤机组( 取其一 半烟气量进行处理) 等处建立了中试厂和工业示范厂【6 】。一些关键技术正不断突破， 用于烟气脱硫的电子加速器将进一步趋于结构简化、造价便宜、单台功率更大。 美国已生产出单台功率为5 0 0k w ( 6 0 0n 认) 的高频高压加速器，功率为1 5m w 4 青岛理工大学工程磺士学位论文 的加速器正在研制中。 ( 2 ) 荷电子式除硫。其工作原理为：吸收剂( 常用熟石灰) 高速流过喷射单元， 所产生的高压静电电晕电压获得强大的静电电荷( 通常是负电荷) ，然后在除尘器 前再通过喷管射到排烟流中。由于吸收器带同极性的电，它们互相排斥，很快在 烟气中扩散成均匀的悬浮状态。吸收剂与二氧化硫的反应率增加，同时带电的吸 收剂粒子表面的电晕极大的提高了吸收剂的活性，缩短与二氧化硫反应时间，提 高脱硫率。 ( 3 ) 海水除硫法。即直接由海水作为吸收剂，烟气与海水洗脱液在吸收塔内逆 流，烟气中二氧化硫被海水吸收进入液相，吸收塔出来的洗脱液进入曝气池。曝 气池的前段用作洗脱液加海水的混合，以提高混合后海水的p h 值，曝气池的后段 用作曝气处理，使海水中的二氧化硫氧化成硫酸根离子。海水除硫法投资少运行 成本低又易于管理，它适用于燃料中含硫量( s 1 5 ) ，并靠近海湾以海水为循 环冷却水的电厂。已投运或工程建设中的国家有挪威、西班牙、印度尼西亚、委 内瑞拉和瑞典、英国也计划在大型燃煤电站实施海水脱硫工艺 1 2 3 国外烟气脱硫技术现状 近年来，世界各发达国家在烟气脱硫( f g d ) 方面均取得了很大的进展，美 国、德国、日本等发达工业国家计划在2 0 0 0 年前完成2 0 0 6 1 0m w 的f g d 处理容 量【1 4 】。目前国际上已实现工业应用的燃煤电厂烟气脱硫技术主要有：湿法脱硫技 术，占8 5 左右，其中石灰石膏法约占3 6 7 ，其它湿法脱硫技术约占4 8 3 ； 喷雾干燥脱硫技术，约占8 4 ；吸收剂再生脱硫法，约占3 4 ；炉内喷射吸收剂 增温活化脱硫法，约占1 9 ；海水脱硫技术；电子束脱硫技术；脉冲等离子体脱 硫技术；烟气循环流化床脱硫技术等【1 4 却之5 1 。以湿法脱硫为主的国家有：日本( 约 占9 8 ) 、美国( 约占9 2 ) 和德国( 约占9 0 ) 等。 1 2 3 1 美国的烟气脱硫技术 在1 9 8 缸1 9 9 5 年美国计划新安装燃煤发电机组3 2 8 1 5m w ，扣除退役机组2 1 3 6 m w ，净增加容量3 0 6 7 9m w ，这些新增机组大多数安装了烟气脱硫装置共2 0 6 套， 烟气脱硫容量装机总量由1 8 7 7 上升到2 7 o o 。脱硫概况详见表l l 、表l 一2 和表l 一3 。 5 青岛理工大学工程硕士学位论文 表1 1美国的烟气脱硫技术 运行中的建设中的已订合同的合计 工艺数量容量数量容量数量容量数量容量 备注 套 m w 套嘲套 m w 套 m w 石灰石法 6 02 6 0 0 8955 “854 0 57 73 69 7 7湿法、不可再生 石灰法3 9 1 71 1 3 220 3 6 4 l 1 91 4 9湿法、不可再生 碳酸钠法 6l5 0 5l5 5 02l1 0 0931 5 0湿法、不可再生 双碱法5 l9 6 3 l2 6 5622 2 8湿法、可再生 石灰法 1 238 9 33l5 1 0l7 2 01 661 2 3干法、不可再生 碳酸钠法l“l4 4 0干法、不可再生 不可再生、产物 石灰石法 26 2 4l1 6 537 8 9 回收 表l 一2美国火电厂s 0 2 排放标准 附加条件 浓度限值( i n g m 3 ) 要求的脱硫效率r ls 伪( ) 严格的 6 7 59 0 一般的 l3 4 77 0 表1 31 9 8 6 1 9 9 5 年美国烟气脱硫装置统计 状况数量( 套)总控制容量( m w )相当洗涤容量( m w ) 运行中的1 3 5 5 7 8 9 95 4 2 2 9 建设中的 1 58 3 2 0 8 0 5 4 已签合同的 1 39 2 1 69 2 1 6 有协议的 21 7 8 01 7 8 0 仅有脱硫计划 4 l2 2 9 4 82 2 3 6 3 合计2 0 61 0 0 0 2 0 89 5 6 8 7 在美国的烟气脱硫装置中，湿法石灰石石膏法占9 0 以上，其次是双碱法和 6 青岛理工大学工程硕士学位论文 碳酸钠法。8 0 年代以来，为了降低基本投资和运行费用，积极研究及开发了喷雾 干燥烟气脱硫和炉内直接喷射石灰石烟气脱硫技术。目前，美国正在研究开发 e s o x 法脱硫技术，这是一项改造现有电除尘器( e s p ) 拆除电场第一电场极板极 线，加装石灰乳浆喷射装置，除尘又脱硫。该方法的实质是向烟气中喷入石灰浆 液，再用电除尘器收集脱硫后的粉尘产物，要求同时脱硫、脱氮，脱硫、脱氮费 用要低于石灰石洗涤法烟气脱硫和催化还原法烟气脱硫工艺。改进后，要求脱硫 效率最低不小于5 0 ，费用最高不大于5 0 0 美元t ( s 0 2 )