（环境工程专业论文）循环流化床烟气脱硫系统计算设计软件的开发及应用.pdf

东南大学硕士学位论文 摘要 循环流化床烟气脱硫是一种适合我国国情的烟气脱硫工艺，该工艺不仅具有流程简单、 占地少、投资小以及副产品可以综合利用等特点，而且能在很低的钙硫比( c a s = i 2 1 4 ) 情况下接近或达到湿法工艺的脱硫效率，即9 0 以上。它不仅适合于大型锅炉，而且对中、 小型锅炉的s 0 2 污染治理也是一种理想的方法。在循环流化床烟气脱硫系统实际设计工作时， 由于煤质资料、烟气量及机组大小等的多变，设计计算量大且繁琐，因此在脱硫系统的设计 及经济分析中使用计算机建立专用软件对提高工作效率、改善设计条件、降低设计人员的劳 动强度十分必要的，并且还可以促进循环流化床烟气脱硫技术的推广应用。 本文介绍了循环流化床烟气脱硫系统的计算机软件化过程和系统工艺计算的原理、方法 及应注意的一些问题，并介绍了模糊估价法。在此基础上利用v i s u a lb a s i c 集成编译环境，采 用o o p ( 面向对象编程技术) ，编制基于w i n d o w s 操作系统的应用软件，实现循环流化床烟 气脱硫系统设计计算的图形化、可视化，用户可以在良好的操作界面引导下完成参数输入、 参数计算、设备计算及经济分析等操作。最后对多种方案的计算结果与笔算及工程数据进行 分析对比，得到令人满意的结果。 关键词：脱硫循环流化床烟气脱硫系统辅助设计 v i s u a lb a s i co o p编程 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t c i r c u l m i n g f l u i d i z e db e df l u eg a s d e s u l f u r i z a t i o n ( c f b f g d ) i s as u i t a b l ef l u eg a s d e s u l f u r i z a t i o nt e c h n o l o g yi nc h i n aw i t ha d v a n t a g e so f s i m p l ep r o c e s s ，s m a l la e r ar e q u i r e d ，l o w i n v e s t m e n ta n du t i l i z a b l eb y - p r o d u c t s t h ed e s u l f u r i z a f i o ne f f i c i e n c yo f t h i st e c h n o l o g yc a nr e a c h 9 0 o ra b o v ea tl o wc a l c i u m s u l f u rr a t i o ，n e a ro re q u a lt ot h a to fw e td e s u l f u r i z a t i o nt e c h n o l o g y t h e t e c h n o l o g yc a n b eu s e dn o t o n l yf o rl a r g eb o i l e r sb u ta l s of o rm i d d l e o rs m a l lb o i l e r si nf l u eg a s d e s u t f o r i z a t i o n 。w h e nac f b f g ds y s t e mn e e d st ob e d e s i g n e da n dc a l c u l a t e d ，t h ed e s i g n e r o f t e nd oe x c e s s i v ea n dr e p e a t i n gw o r k sw i t hl o we f f i c i e n c yd u et ot h ec o m p l i c a t i o no fv a r i o u s d e v i c e s ，d i f f e r e n tk i n d so fc o a la n de x c h a n g i n gf l u eg a sq u a n t i t ye t c u s i n gc o m p u t e ra saa i d e d t o o la n dc r e a t i n gas p e c i a lu s e ds o f t w a r ei nc f b - f g d d e s i g na n de c o n o m ya n a l y s i sw i l lp r e m o t e w o r k i n ge f f i c i e n c y ，p r o v i d eb e t t e rd e s i g nc o n d i t i o n ，l o w e rw o r k i n gi n t e n s i o na n da l s oc a nb o o s t c f b - f g d t e c h n o l o g yt ob eu s e dw i d e l y ， t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h e p r i n c i p l e s ，m e t h o d sa n ds o m eq u e s t i o n sr e l a t e dw i t hc f b f g ds y s t e m d e s i g n ，a n dt h ep a p e ra l s od e t a i l st h em e t h o do fv a g u e n e s se s t i m a t i n gc o s ta n dc o m p u t e r i z a t i o n p r o c e s so fc f b f g ds y s t e m u s e r sc a ng e tt h es t a t ep a r a m e t e r so fe v e r yp o i n ti nc f b f g d s y s t e ma f t e rr u n n i n g t h i ss o f t w a r ea f t e ri n p u tr e l a t i v ei n i t i a lp a r a m e t e r s t h es o f t w a r ec a nc a l c u l a t e h e a tb a l a n c ea n dm a t e r i a lb a l a n c e ，g i v eo u ts y s t e mm a j o rd e v i c e sa n d e c o n o m y e v a l u a t i o n i nt h e e n d ，c o m p a r e dw i t hm a n u a lc a l c u l a t i o na n de n g i n e e r i n gd a t a ，s o f t w a r ec a ng i v eo u ts a t i s f i e d r e s u l t sw i t hl o we r r o r k e y w o r d s ：d e s u l f u r i z a t i o n c i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e d f l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n c f b f g d s y s t e m a i d e d d e s i g n v i s u a lb a s i c o o p d a t a b a s ep r o g r a m m i n g 1 l 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，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，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 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了谢意。 研究生签名：主! 匝1日期：芝! ：! 鎏 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 日 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 11 我国火电厂烟气脱硫领域的现状及目前存在的问题 1 1 1 我国火电厂烟气脱硫领域的现状 s o ，是目前大气污染物中影响面极广的污染物。大气中s 0 2 来源很广，来自火电厂烟气中的 s 0 2 虽然浓度很低( 多数在0 2 左右) ，但是总量却很大。目前控制火电厂s 0 2 排放的最主要、 最有效的手段之一是进行烟气脱硫( f g d ) 。 据统计，我国1 9 9 5 年二氧化硫排放量己达2 3 7 0 万吨，占世界第一位，每年因酸雨造成的经 济损失超过1 0 0 0 亿元i i 肛j ，环境保护形势非常严峻。 为了提高环境质量，我国先后引进建成了一批火电厂烟气脱硫试验、示范和工程项目，预计 到2 0 1 0 年我国要安装烟气脱硫装置的机组约为1 8 0 台，装机容量为4 4 0 0 0 m w ，可以认为，我国 大规模的烟气脱硫建设高潮正在开始。 但是，目前国内火电厂烟气脱硫工程绝大多数是引进国外技术，进口国外设备，国内只负责 土建和安装。应用国外技术和设备，使工程造价非常昂贵。国产化是降低脱硫工程造价的唯一出 路，因此，必须加快实现火电厂烟气脱硫国产化，以满足s o z 治理的要求。 1 1 2 目前火电厂烟气脱硫领域中存在的问题 1 、烟气脱硫技术国产化设计中的问题 烟气脱硫国产化的关键在于掌握烟气脱硫的设计技术，只有实现烟气脱硫漫计国产化，才能 按市场规则选用更多质量优良、价格合理的国产脱硫设备，推动烟气脱硫国产化的进程。烟气脱 硫国产化设计中存在的主要问题是：在设计各阶段中都缺少设计的参考模型和校核资料。这严重 地影响着我国脱硫设计的水平和应用性。 2 、火电厂在选择烟气脱硫技术时没有统一有效的准则和方法 世界上开发过的烟气脱硫技术，据报道有2 0 0 多种，但工业应用较为广泛的也只有十几种。 如何正确评价、筛选这些技术，对推动我国脱硫技术的研究发展有着非常重要的作用。 f g d 的技术经济评价体系，成熟的有美国电力研究院( e p r i ) 法和田纳西流域管理局( t 、，a ) 法p j 。 国内对此课题研究也不少( 见诸报道的比较优秀的有王晓明，壬书肖等人的研究) ，但国内的研究还 处于初级阶段，现有的一些评价体系都比较简单，原理上基本一致。尤其是，多数文献在如何选 择适合火电厂具体情况的烟气脱硫技术方面，只提出一些原则性的选择建议，不够深入，而且对 评判规则各文献之间也有较大的差别。 同时我国地域辽阔，不同电厂，因其地理位置、气象条件、燃煤成分、吸收剂来源、废物利 用等情况的差异，与之相适应的脱硫技术也各有不同，所以如何因地制宜地选择一种适合电厂具 体情况的烟气脱硫技术，如何把有限的资金充分利用好既满足技术上的先进性又满足经济上的 合理性，也是各个电厂的迫切愿望。 3 、对我国自主研发的脱硫技术推广力度不够 近几年国内的一些研究机构和环保公司纷纷开始了新的烟气脱硫技术的研究开发并投入到工 程应用中。如：由清华大学组织实施的1 4 0 0 0 t 南宁市冶炼厂烟气脱硫工程通过国家环保总局组织 的科学技术成果鉴定：山东大学通过吸收c f b - - f g d 脱硫技术优点，克服其不足，在3 5 0 0 m 3 h 烟气量中试试验的基础上，研制开发一种2 级分离，内外双重循环的循环流化床烟气悬浮脱硫装 置，并在一台7 5 t h 电站燃煤锅炉上投入工业化应用| 6 】。东南大学热能工程研究所多年来也一直从 事循环流化床烟气脱硫技术的研究，经历了近十年从小试、中试到实际工程应用的发展历程，已 具有该项技术的专利和小试、中试的研究成果，目前该技术已成功应用于国内2 台6 5 t h 和1 台 1 3 0 t h 锅炉，4 1 0 t h 和6 7 0 讹锅炉的系统也正在实施之中。 国内的环保研究机构及公司所取的这些成果标志着具有我国自主知识产权的烟气脱硫技术的 成熟，打破了我国大中型烟气脱硫只能依靠国外技术的窘迫局面。但是这些新技术和目前世界上 广泛应用的成熟技术相比还存在着一定的差距且缺乏实际运行和施工操作经验，这就使得新技术 东南大学硕士学位论文 的推广具有一定的难度，而一旦得不到推广也就很难从实践中去发现问题并积累经验，所以国家 应加大扶持力度给予政策及资金上的支持，重点支持此类的国产化项目，只有这样新的技术才能 慢慢成长并成熟起来从而实现真正的脱硫技术国产化。 1 2 本课题研究的目的、主要内容、预期效果及意义 1 2 1 本课题的主要目的 c f b - - f g d 技术是脱硫技术中的后起之秀，我们认为该技术是一种适合我国国情的烟气净化 脱硫技术，它不仅适合于大型锅炉，而且对中小锅炉的s 0 2 污染治理也是一种理想的方法。目前 我国的二氧化硫污染状况十分严峻，推进烟气脱硫工作已势在必行。为尽快推广循环流化床在全 国的应用，采用计算机辅助设计( c a d ) 是十分有效的方法，它能使设计规范化、标准化，减轻 设计的劳动强度，提高效率。 为使东南大学热能所自主开发的c f b - - f g d 技术投入市场，走向生产，有很多方面需要完善， 其中包括：( 1 ) 如何把先进的计算机技术应用到该领域来；( 2 ) 如何介绍和宣传该项技术。 计算机广泛应用于各行各业，现有的软件常不能满足具体的需要，于是用户希望开发出适合 自己的相关软件，如：公司的人力资源管理软件、学校的成绩及档案管理软件等等。但在大气污 染控制方面的应用软件却不多见。常用的仅a u t o c a d 。实际上，对于不同机组的c f b - - f g d 方案， 其技术计算以及投资估算、运行费用估算等的原理和方法都是一样的，例如参考锅炉原理由 煤质资料计算烟气量、s o ：量，利用热平衡计算喷水量，建立物料平衡模型计算系统排料量及返料 量等等。对于设计人员来说每次都要重复同样的计算，这样既效率低又不直观明了对于一个业 主来说也很想立刻知道即将采用的脱硫方案的大体情况，那么能不能设计出一个应用软件来代替 繁琐的手工计算、优化设计并能将c f b - - f g d 工艺形象直观地展示出来呢。 本课题正是基于这种需求而所做的一种尝试。 1 f 2 2 本课题的主要内容 1 、根据给定的原始资料如机组大小、燃煤量、煤质资料等给出本工况下脱硫系统初步技术参 数，包括燃烧产生的烟气量，脱硫塔入口、除尘器出口处的s 0 2 浓度和粉尘浓度，因加装脱硫设 施而导致的s 0 2 减排量，吸收剂耗量，活化增湿水耗量，脱硫生成物的量。系统返料量、排料量， 脱硫塔、除尘器外形尺寸设计等工艺计算： 2 、由各个消耗指标如脱硫系统电耗、脱硫剂耗量、水耗、人员工资及其它费用等结合当前的 物价及工资标准估算出年运行费用；用电力系统中模糊快速估价方法根据贴近度原理由几个相似 工程估算出本工程的基建费用、动态总投资等指标：再以石灰石，石灰一石膏工艺为参考，给出同 等规模湿法工艺的投资费用及运行费用，使用户能有个较直观的比较； 3 、用v b 把循环流化床烟气脱硫工程技术计算和投资分析模型开发成一套输入电厂原始资料 后可直接得出各种技术参数及投资指标的实用软件系统。 1 2 - 3 本课题的预期效果 l 、本软件由五大部分组成：工况参数的输入；本工况的工艺计算；本工况的初投资及运行费 用估算；结果输出；演示及辅助选项。 2 、在第一部分中用户可以凭正确用户名及密码进入系统，进入系统后也可修改密码：用户可 以输入一些给定的原始设计资料及设计参数。 3 、在第二部分中，可以给出c f b - - f g d 工艺方案的各种技术指标，如：吸收剂耗量。水耗， s 0 2 减排量，s 0 2 、粉尘的生成量及排放量，系统返料量、排料量，吸收塔、电除尘器总体设计计 算结果等等。 4 、在第三部分中，用模糊快速估价方法根据贴近度原理由几个相似工程估算出本工程的初投 资各种费用指标，由各种物料消耗指标结合当前物价估算出本工程的年运行费用。 5 、在第四部分中，配以示意图直观地输出前面已经计算好的各种技术指标和费用指标。 6 、在第五部分中，c f b f g d 工艺过程动态模拟和三维展示等选项帮助用户更清晰更直观地 2 东南大学硕士学位论文 r 解该工艺。 1 2 4 本课题的学术意义和实用价值 本软件的计算部分均是建立在理论知识的基础之上，将物料平衡、热平衡及快速估价法等应 用到c f b - - f g d 系统工艺计算及设计中，并结合工程实践及大量前人的试验对设计中一些需要注 意的问题进行了说明和分析，这些对设计人员有一定的参考价值并可以进一步地指导工程设计。 另外，在工艺设计及投资分析等中使用计算机对节省时间、提高设计准确性、改善设计条件、 降低设计者劳动强度有现实意义。面向实用对象编程( o o p ) 已成为当今计算机软件的主流，在 目前尚无此类软件包的前提下。利用新的编程软件做这方面的尝试是非常有意义的。 本章小结 本章主要介绍并分析了我国火电厂烟气脱硫领域的现状及目前存在的问题，针对存在的问题 和工程实践的需要提出本课题研究的目的、主要内容、预期效果及意义。 东南大学硕士学位论文 第二章我国s 0 2 污染、控制概况及现阶段主要烟气脱硫技术概述 21 我国二氧化硫污染及控制概况 2 1 1 二氧化硫的来源、危害和控制技术 大气中的s 0 2 除了自然现象如火山爆发以外，主要来源于煤和石油的燃烧使用。s 0 2 是一种刺 激性气体，空气中只要含量达o 0 3 o 0 4 p p m 时，对人体健康就有某种潜在的威胁，会导致发病率 增长；浓度较高时可造成支气管炎、哮喘病等，甚至引起死亡。s o z 给人类带来的最严重的问题是 酸雨。国内外研究表明，酸雨沉降于地球表面，会对湖泊、河流、地下水、农作物、森林乃至整 个生态环境造成危害”j 。 控制s 0 2 排放的技术种类很多，习惯上按脱硫工艺在生产中所处的部位将这些技术分为三大 类：燃烧前、燃烧中和燃烧后脱硫技术。就目前的技术水平和现实能力而言，燃烧后脱硫技术， 即烟气脱硫技术( f g d ) 仍是降低s 0 2 排放量最实用、最有效的手段。也是目前世界上唯一大规 模商业化应用的s 0 2 控制技术。 2 1 2 我国的二氧化硫污染现状 8 0 年代以来我国的煤炭消耗量迅速增长，而且8 4 以上的煤炭是通过直接燃烧利用的。与此 同时，我国s 0 2 的排放量也在迅速增长，1 9 9 5 年达2 3 7 m 吨超过美国的2 1 m 吨。研究表明我国 燃煤s 0 2 排放量占全国排放总量的9 0 左右，s 0 2 污染是我国大气污染的罪魁祸首“1 。 s 0 2 污染对我国造成的损失是巨大的 1 0 1 ，据国家环保局统计( 1 9 9 5 年) ，其对人体健康造成的 经济损失约为9 5 0 亿元，占g d p 的1 6 ，因酸雨造成的经济损失超过1 1 0 0 亿元，接近g d p 的 2 o 。我国的s 0 2 污染形势非常严峻，已成为危害人民身心健康、制约国民经济和社会发展的重 要因素i t - t o i 。 我国发电能源构成以煤为主。据初步推算，2 0 0 0 年电力行业的s o ：排放量约占全国s o ：排放 总量的4 4 。随着我国煤炭转化成为电力、热力等二次能源比例的提高，火电厂s o ：排放量在全 国s 0 2 排放总量中所占的比例还将持续上升。预计到2 0 2 0 年，中国电站燃煤量将占煤炭生产量的 5 0 左右，如不进行解决，电站燃煤对环境的污染将进一步加剧。 2 1 - 3 我国控n - - - 氧化硫污染的战略、政策、措施 我国的环境保护一直得到了党和政府的高度重视。针对酸雨和s 0 2 污染的不断加剧，政府采 取了一系列的措旆，取得初步成效。特别是九五期间，环境法制、环境保护产业以及环境基础设 施建设都取得了大的发展。我国控制二氧化硫污染的政策法规和措施主要有b 】| 3 】【7 1 ：不断完善污染 防治的法制力度；实施中国跨世纪绿色工程规划；进行两控区的划分和污染控制：积极开展防治 酸雨污染的科学研究；实行s o ：排放收费和实施排污许可证制度；实施有利于环境的能源政策和 战略，重点治理火电厂的污染：研究、开发和引进s o ，治理技术和设备。 8 0 年代以来，我国电力工业发展取得了巨大的成就，同时在环境保护方面也取得了显著的成 效。不过s o ：排放还未得到有效控制，排放量随装机容量的增长呈上升趋势。预计2 0 1 0 年火电装 机容量为3 7 0 g w ，若不采取控制措施，s 0 2 排放量将接近全国s 0 2 排放总量的2 3 。因此如何解决 电厂燃煤带来的环境影响，使现有能源系统向环境无害化转化是我国面临的重要课题。 近几年来，随着我国经济实力的逐步增强和环境标准渐趋严格，火电厂治理s 0 2 污染的力度 不断加大，先后引进建成了一批烟气脱硫试验项目和示范项目，如重庆珞璜电厂石灰石( 石灰卜石 膏湿法脱硫项目、云南小龙潭电厂烟气循环流化床一悬浮吸收脱硫项目、太原第热电厂简易湿 法脱硫项目、青岛黄岛电厂旋转喷雾干燥法脱硫项目、南京下关电厂炉内喷钙尾部增湿恬化法脱 硫项目等。此外还有许多火电厂脱硫项目正在建设之中。为了加快火电厂烟气脱硫的步伐，国家 电力公司还成立了专门的组织开展脱硫技术国产化的工作。 22 烟气脱硫技术及应用概况 烟气脱硫是目前国际上广泛采用的控制s 0 2 的成熟技术，因地制宜采用不同的烟气脱硫工艺 4 东南大学硕士学位论文 可有效地控制火电厂s 0 2 的排放，满足国家和地区环境质量标准的要求。采取烟气脱硫治理火电 厂s 0 2 污染，其环境效益显著，且是火电厂控制s 0 2 排放的主要途径。 目前。世界上燃煤或燃油电站所采用的烟气脱硫工艺达数百种之多，有的技术较为成熟，已 经达到商业化应用的水平，有的尚处于试验研究阶段。据统计，到1 9 9 5 年全球燃煤电厂已有近千 台烟气脱硫装置总装机容量己达2 4 0 g w 。 工业化应用的烟气脱硫技术主要有湿式石灰，石灰石法，半干式钙法等。目前围绕着降低造价 和运行费用，烟气脱硫技术又有新的发展趋势。 2 2 1 烟气脱硫技术的分类及其特点【7 】【8 【9 】【1 0 】 烟气脱硫技术基本原理都是以种碱性物质作为s 0 2 的吸收剂，即脱硫剂。按照脱硫剂的种 类可把烟气脱硫技术划分为如下几类：( 1 ) 以c a c 0 3 为基础的钙法：( 2 ) 以m g o 为基础的镁法； ( 3 ) 以n a 2 s 0 3 为基础的钠法；( 4 ) 以n h 3 为基础的氨法等。在工业应用中钙法所占的比例在9 0 以上。 按照脱硫剂的形态可把烟气脱硫技术划分为湿法、干法和半干法。湿法脱硫采用碱性溶液等 吸收齐j 吸收洗涤除去烟气中的s 0 2 。干法脱硫是采用粉状或颗粒状等吸收剂、吸附剂或者催化剂在 无液相介入的完全干燥的状态下进行脱硫。半干法烟气脱硫是在气、液、固三相中进行脱硫的， 脱硫产物也为干粉状。 按照脱硫产物是否回收，脱硫方法可分为抛弃法和回收法。回收法虽然可综合利用硫资源， 避免了二次污染，但是脱硫成本高，副产物的出路还有问题。 此外还有其它分类方法，这里不再多叙。 2 2 2 国外烟气脱硫技术应用概况【1 5 【2 8 】 全世界f g d 装置每年脱除s 0 2 约1 0 0 0 万吨。1 9 9 2 年垒球安装6 4 6 套f g d 装置，其中美国 5 5 ，3 ，德国2 6 4 ，日本8 6 。美国采用的工艺是技术成熟、脱硫率高的湿式钙法，其中资源 丰富易得、价格便宜的石灰石法约占f g d 控制总量的5 0 左右。目前美国以抛弃法为主。德国采 用的工艺以湿式石灰石石灰一石膏法为主，占9 1 ，8 ，其中回收法为6 5 1 ，抛弃法为2 6 7 ， 此外还有氨法及喷雾干燥法( 半干法) 。日本f g d 技术班湿式石灰石，石灰一石膏法为主。占7 5 以上，由于日本石膏资源缺乏。因此大多数采用回收法回收石膏。 2 1 2 3 我国的烟气脱硫技术应用概b z 3 j t l 4 】 我国从2 0 世纪7 0 年代开始研究烟气脱硫技术，但进展缓慢，大部分技术均处于试验阶段。 目前国内建成的大型f g d 工程都是从日本、西欧一些国家引进的技术。引进的示范工程虽然设备 先进、运行稳定，但其投资及运行费用很昂贵，以我国目前的情况，尚无法推广应用。因此应根 据我国国情，开发出投资、运行费用相对比较低，适应我国市场需求的烟气脱硫技术，并使之达 到产业化应用。 2 3 工业化应用的主要烟气脱硫技术简介 2 ，3 1 湿式石灰石石灰法【8 【9 l 【“ 1 1 2 1 1 2 4 】 湿式石灰，石灰石法是目前技术最成熟，运行最可靠，应用最为广泛的脱硫方法。石灰石膏 法与石灰石一石膏法在脱硫原理、系统流程上非常类似。 1 、反应原理：采用石灰石浆液吸收烟气中的s 0 2 ，分为吸收和氧化两个阶段。先吸收生成亚 硫酸钙然后将亚硫酸钙氧化成硫酸钙( 即石膏) 。主要反应式如下，其中s 0 2 ( 气) 指气相s 0 2 ， s 0 2 ( 液) 指溶于液体中的s o ，。 s 0 2 ( 气) + h 2 0 h + + h s 0 3 - 一2 h + + s 0 3 2 一 h s 0 3 - + o 5 0 2 - - s 0 4 2 - + h + s 0 3 2 一+ 0 5 0 ：一s 0 4 2 一 c a 2 + + s 0 4 2 - + 2 h 2 0 c a s 0 4 2 h 2 0l 2 、技术主要特点：技术成熟：脱硫效率高，可达9 5 以上；烟气处理量大；煤种适应性强， 东南大学硕士学位论文 对高硫煤优势突出：吸收剂利用率高：易于结垢、堵塞；投资费用高，占地面积大，耗水量相对 较大，有污水排放需二次治理。 2 3 2 半干式钙法【8 l 【9 1 【1 3 】【1 4 】【2 4 l 最主要的半千式钙法烟气脱硫技术主要包括：旋转喷雾干燥法、炉内喷钙尾部增湿活化法、 循环流化床烟气脱硫法等。 一、旋转喷雾干燥法 喷雾干燥脱硫是一种相对较新的f g d 技术，于7 0 年代初至7 0 年代中期，在美国和欧洲发展 起来的，该技术在美国的燃煤电站上得到商业应用始于1 9 8 0 年。今天喷雾干燥脱硫工艺市场占用 量列于湿法之后，为第二位。 1 、反应原理：采用石灰乳作为吸收剂，雾化喷入烟气中与其中的s 0 2 发生反应，脱除s 0 2 ， 主要反应表示式如下： c a o + h 2 0 一c a ( o h ) 2 s 0 2 ( 气) + h 2 0 - - h 2 s 0 3 c a ( o h ) 2 + h 2 s 0 3 - - c a s 0 3 + 2 h 2 0 液滴中c a s 0 3 过饱和沉淀析出： c a s 0 3 + 0 5 h 2 0 一c a s 0 3 0 5 h 2 0 部分c a s 0 3 ( 液) 被溶于水的氧气所氧化： c a s 0 3 ( 液) + 0 5 0 ：一c a s 0 4 ( 液) c a s 0 4 难溶于水，便会迅速沉淀析出固态。 2 、技术主要特点：吸收剂利用率中等，钙，硫在l _ 3 1 6 ：流程简单；投资费用较少：没有 腐蚀、结垢、堵塞等问题：耗水量较小，无污水排放；对烟气中s 0 2 浓度的波动适应性大；s 0 3 和h c l 的脱除率为9 5 ，远远大于湿法工艺中的脱除率；脱硫率不高：增加了系统除尘负荷，塔 壁易积灰。 二、炉内喷钙尾部增湿活化法 炉内喷钙尾部增湿活化法以i v o 公司开发的l 1 f a c ( l i m e s t o n ei n j e c t i o ni n t ot h ef u r n a c ea n d a c t i v a t i o no f c a l c i u mo x i d e ) 工艺最为典型。 1 、反应原理：石灰石喷入炉膛内高温区被煅烧生成氧化钙，并与烟气中的s 0 2 反应，活化器 中的反应与喷雾干燥法的反应类似。主要反应式如下： c a c 0 3 一c a o + c 0 2 c a o + s 0 2 + 0 50 2 一c a s 0 4 c a o + s 0 3 - - c a s o , 2 、技术主要特点：投资及运行费用较低：占地面积少；脱硫渣为固态，无二次污染：耗水量 小，无污水排放：适用的燃煤含硫量为o 6 2 5 ：脱硫效率在8 0 左右；锅炉受热面、省煤器、 空气预热器表面的积灰、磨损加重。 三、循环流化床烟气脱硫法 该类工艺以循环流化床原理为基础，通过脱硫剂的多次循环，大大提高了脱硫剂的利用率。 东南大学热能工程研究所也开发出拥有自主知识产权的c f b - - f g d 技术。该工艺原理及特点将在 下文中详细介绍，此处不再赘述。 l 、反应原理：循环流化床烟气脱硫技术多采用石灰c a ( o h ) 2 作为脱硫剂。 c a ( o h ) 2 + s 0 2 + h 2 0 c a s 0 3 2h 2 0 c a s 0 3 2h 2 0 + o 5 0 2 一c a s 0 4 2h 2 0 2 、技术主要特点：石灰耗量不大吸收剂利用率高；设备简单，维修工作量少，投资费用及 运行费用较低；运行灵活可适用于s o ：含量不同的烟气；占地面积小，特别适合中、小机组烟 气脱硫改造。 6 东南大学硕士学位论文 2 3 3 湿式氨法脱硫技术 氨是良好的s 0 2 吸收剂，反应速度快，吸收剂利用率高。按处理吸收液方法的不同将氨法分 为氨，酸法、氨，亚硫酸铵法、新氨肥法州a d s ) 等p 】1 8 】p ”4 】。 一、湿式氨法脱硫技术基本反应原理 氨法是将氨水或氨气通入吸收塔中与烟气中的s 0 2 发生吸收反应脱除s 0 2 。反应塔中以 ( n h 4 ) 2 s 0 3 n h 4 h s 0 3 混合液作为脱硫反应的基础，反应真正起到吸收s 0 2 作用的是( n h 4 ) 2 s 0 3 。随 着吸收过程的进行。循环浆液中n h 4 h s 0 3 增多，吸收能力下降，需要补充氨使部分n h 4 h s 0 3 转 化为( n h 4 ) 2 s 0 3 。 二、氨朋b 法( n a d s ) 简介” 该法( n a d s ) 是我国华东理工大学开发研究的一种新方法，采用铵吸收烟气中的s 0 2 生成亚硫 酸氢铵和亚硫酸铵，结合化肥生产，将烟气中的s 0 2 回收生成硫铵、磷铵、和硝铵化肥，并产生 高浓度的工业硫酸。 l 、反应原理：n a d s 在工艺上比现有氨法更为灵活，反应原理概况如下： 0 2 + x n h 3 + h z o 一( n h 4 ) x h 2 。s 0 3 2 、技术的特点：以合成氨为吸收剂，生成很有价值的中间体皿硫铵，与化工厂联台可生产有 价值的化工产品，产生较高的经济效益，是适合我国国情的新型工艺技术；投资少，占地面积小， 能耗低，效率高，一般可达9 0 以上；副产品要有销路，否则运行成本亦较高；目前缺乏工业化 应用业绩。 2 3 4 海水法脱硫技术【7 】 8 】【9 】 海水法脱硫技术利用天然海水的碱度中和烟气中的s o z ，最终生成稳定无害的硫酸盐，硫酸盐 是海水的天然成分，可排往海域，研究证明其脱硫排水对海洋生物不会造成污染和危害。 该法具有很多特点：运行可靠，运行维护费用低：无磨损、堵塞和结垢问题；不需要其它添 加剂，不需要设置陆地废弃物处理场；处理烟气量大，脱硫效率高；占地面积大：电厂燃煤含硫 量约1 为宜；除尘效率要求高。 2 3 5 电子束氨法脱硫技术【8 1 9 1 1 0 】 该法反应原理如下：当用高能电子束辐射烟气时，可使烟气中的s 0 2 氧化成s 0 3 ，然后利用 n h 3 和s 0 3 反应，达到脱硫的目的。 该法具有很多特点：能同时脱除s 0 2 和n o x ，脱硫率达9 0 以上，脱硝率达8 0 以上；适用 于各种含硫量的煤：对负载的变化有较好的适应性：全过程为干法操作，不产生废水、废渣：副 产品为硫酸铵和硝酸铵，是农业肥料。 2 4 烟气脱硫技术的发展趋势和对我国脱硫技术选择原则的建议 2 4 1 烟气脱硫技术的发展趋势 l l 1 5 l 在西方发达国家，烟气脱硫系统已有几十年的运行经验，几种主要技术都取得了重大的发展， 脱硫装置在这些国家已经趋于饱和。但是国外现有的成熟的脱硫技术价格昂贵。运行费用高，难 以在经济不发达的第三世界国家推广。为此各个国家又围绕着降低造价和运行费用等要求，不断 开发改进脱硫技术，国外烟气脱硫技术的发展趋势主要表现在以下几个方面。 l 、重点开发新的干法烟气脱硫工艺：开发新的脱硫剂，并对副产品进行回收再利用，降低脱 硫剂的耗量：研制新型脱硫剂喷射装置。 2 、对于湿法，仍以石灰石一石膏法为主，并作局部改进：在脱硫塔内部适当增加气液接触设 备，降低所需的液气比以节约动力消耗；采用大口径喷嘴( 如液柱喷嘴) ，降低喷前压力，既降低 了喷嘴堵塞的可能性，又可减少动力消耗；改变工艺，促进石膏晶体的快速生长，促使其结晶粗 大，以易于浓缩分离；采用目数较小的c a c 0 3 粉末，降低对制粉系统性能的要求。 2 4 2 选择烟气脱硫技术的一般原则 面对众多的脱硫技术在做出选择时要考虑很多因素，主要有如下几方面：当地自然资源和社 7 东南大学硕士学位论文 会环境；燃煤含硫量和机组容量：电厂现有的条件：环境、地理位置和环保的要求；副产品的处 理和利用：不应对原有的综合利用造成影响；对锅炉和现有烟气系统的影响：机组运行特性；初 投资和年运行费用：应用新工艺等等。 2 4 3 关于我国烟气脱硫技术选用原则的一些建议 为实现我国国民经济的可持续发展战略，政府已将环境保护提高到日益重要的位置，并相继 出台了一些政策和法规。但我国是发展中国家，目前的经济相对较落后，不能生搬硬套西方发达 国家的脱硫模式和方法，要在吸收他们先进技术和经验的基础上，结合我国的国情、地理资源、 社会环境及企业的既有条件，因地制宜，对各种脱硫技术进行多方面的权衡论证比较。还要积极 开发研究拥有知识产权的适合我国国情的先进脱硫技术。对此，我们提出如下几方面的建议。 1 、现在国外最成熟的石灰石湿法技术并不代表最先进的技术。所以尽管最先进的脱硫技术在 发达国家也有研究，但限于其市场的饱和与脱硫处理设施费用的昂贵，并没有把新技术大规模的 付诸工程。因此许多在发达国家中广泛采用并向发展中国家兜售的成熟技术都是以前开发的技术， 并不是最先进的技术。 2 、鉴于我国烟气脱硫刚刚起步的国情，现在应该大力开发和应用性能价格比好的技术不要 局限于发达国家的昂贵的成熟技术。 3 、对于我国研究出的拥有知识产权的脱硫新技术要大胆的进行工业试验，尤其是进行工业中 试，不要因该技术应用情况和业绩的空白而置之不理。 4 、选用脱硫工艺时应尽可能的考虑能同时脱除n o 的工艺，因为大气中的s o ：在大量除掉后， n o x 就要成为主要控制目标。 5 、湿式钙法基本上都是回收式钙法。由于我国目前的脱硫石膏市场很小，前景也不大，因此 抛弃副产品的半干法在我国还是很值得考虑的。 25 循环流化床烟气脱硫技术( c f b f g d ) 简介 2 5 1 循环流化床烟气脱硫技术 八十年代中后期，德国l u r g i 公司在原来用于炼铝尾气处理的技术基础上开发了一种新的适用 于锅炉和其它燃烧设备的干法烟气脱硫工艺，即循环流化床烟气脱硫工艺( 图2 1 ) 。 图2 1 循环流化床烟气脱硫工艺流程示意图 这种工艺以循环流化床原理为基础，通过脱硫剂的多次再循环，使脱硫剂与烟气接触时间增 加，一般可达3 0 分钟以上，从而大大提高了脱硫效率和脱硫剂的利用率。它不但具有干法脱硫工 艺的许多优点，如流程简单、占地少、投资小以及副产品可以综合利用等，而且，还能在很低的 钙硫比( c a s = i 2 1 5 ) 条件下，达到湿法工艺的脱硫效率( 9 3 9 7 以上) 2 1 1 | 2 2 1 。因此，循环 流化床烟气脱硫技术是一种适合我国国情的脱硫技术，它不仅适合大型燃煤锅炉而且对中小型 工业锅炉的s 0 2 污染治理也是一种理想的方法。 2 5 2c f b - - f g d 技术国内外研究现状 近年来，随着世界脱硫市场的不断扩大，c f b - - f g d 工艺已经引起了人们越来越多的关注， 8 东南大学硕士学位论文 德国的w u l f f 公司、l l b ( l u r g i l e n s e s b i s c h o f f ) 公司、丹麦的f l sm i l j o 公司、瑞典的a b b 公 司( a l s t o m ) 以及日本的日立( h i t a c h i ) 公司都进行了循环流化床烟气脱硫的开发研究。目前己 达到工业化应用的有四种流程，它们是：l l b 公司的c f b 技术、w u l f f 公司的r c f b 技术、f l s 公司的g s a 技术和a b b 公司( a l s t o m ) 的n i d ( n o v e l i n t e g r a t e d d e s u l f u r i z a t i o n ) 技术。 l l b 公司用的是典型的l u r g i c f b 技术( 图2 1 ) ，为了满足锅炉负荷变化而采用了清洁烟气 再循环技术。 w u l f f 公司在l u r g i 技术的基础上继续研究开发了第二代回流式循环流化床烟气脱硫装置 ( r c f b ) ( 图2 2 ) 。与l u r g i 公司的工艺相比，r c f b 工艺主要在吸收塔的流场设计和塔顶结构 上作了较大改进。烟气和脱硫荆颗粒在吸收塔中向上运动，同时有一部分颗粒从塔顶向下回流 ( r e f l u x ) 。这股固体回流与烟气的方向相反，而且它是一股很强的内部湍流，从而增加了烟气与 脱硫刘的接触时问，内部循环再加上外部再循环，脱硫性能得到进一步优化。 f l s 公司是丹麦最大的工业企业，他们开发的气体悬浮吸收( g s a ) 烟气脱硫技术在工作原 理上和l u r g i 工艺十分类似( 图2 3 ) ，不同之处在于g s a 工艺所用的脱硫剂不是干消化石灰， 而是石灰浆。新鲜石灰浆经双相流喷嘴雾化从吸收塔底部喷入，并在吸收塔中保持悬浮湍动状态， 边干燥边反应，干燥后的脱硫荆颗粒经旋风除尘器除下后返回吸收塔循环利用。该工艺已在一些 垃圾焚烧设各和中小动力锅炉的烟气处理装置上得到了应用。在美国的1 0 m w e 示范装置上进行的 试验表明，该工艺在c a s 比为12 1 4 的情况下，脱硫效率可达9 0 以上”。 厢飙石孵i 批 图2 2 回流式循环流化床干法脱硫工艺示意图图2 3f l s 气体悬浮吸收工艺流程图 a l s t o m 公司的n i d ( 图2 - - 4 ) 采用干式吸收荆1 6 】，也可以用碱性较强的飞灰。在常规干式吸 收工艺中将石灰悬浮液喷入巨大的反应器内的烟气中丽n i d 工艺中雾状吸收剂的含水量极低。 含水量应足以激活石灰并冷却气体，工作温度至少比露点温度高1 0 2 0 ，以确保s 0 2 的分离。 实际温度为6 5 7 5 。 在散播到烟气中之前，必要的水分将在增湿器中 与吸收剂混合。为了不使吸收剂含水分过大和处理时 不出现问题，再循环的灰量比在常规喷雾吸收工艺中 要多得多。在现有的表面上形成一层几个微米厚的水 膜，可在极短的时间内蒸发，因此，只需要一个很小 的反应器而不需要附加空间；相反，常规喷雾吸收需 要一个用于水滴蒸发的很大的反应器空间。n 1 d 丁艺 特点：工艺用水不是添加到排气中而是添加到排气流 以外加湿器再循环的飞灰中。由于再循环率较高，吸 收剂能充分加以利用。 幽2 - - 4n i d 工艺流程图 近几年t 国内一些环保公司也纷纷开始了c f b - - f g d 技术在国内的工程应用如：南京龙源 9 东南大学硕士学位论文 东大环保工程有限公司、浙江菲达环保工程有限公司、武汉凯迪电力环保工程有限公司等。一些 从事能源与环境研究的机构也在积极开展这方面的研究和开发。 c f b - - f g d 技术是脱硫技术中的后起之秀，我们认为该技术是一种适合我国国情的烟气净化 脱硫技术，它不仅适合于大型锅炉，而且对中小锅炉的s 0 2 污染治理也是一种理想的方法。 本章小结 本章介绍了我国二氧化硫污染现状及控甫t j - - 氧化硫污染的政策、战略和措施。介绍了目前几 种主要烟气脱硫技术的原理、特点及其在国内外的应用概况，提出我国选用烟气脱硫技术的一些 原则。最后重点介绍了本论文所要研究的循环流化床烟气脱硫技术，它是一项适合我国国情的烟 气净化脱硫技术。 0 东南大学硕士学位论文 第三章循环流化床烟气脱硫相关的技术计算 本软件的核心部分是循环流化床烟气脱硫系统相关的工艺计算，只有掌握了每一步的计算方 法，才能顺利地完成下一步软件的编制。对于不同电厂其机组大小、锅炉台数、煤质、场地布置 情况及地形等都有很大的不同，但工艺计算原理和方法都是一样的。本软件以其中最有代表性的 一种方案展开，该方案示意图如图3 1 所示，其它方案可在此软件基础上扩展使用。 图3 1 即锅炉尾部烟气由烟道引至脱硫反应塔，在反应塔内发生三相反应脱除s o z ，在反应塔的喉部 及扩散段分别喷入水、雾化空气及脱硫剂c a (