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燃煤有机热载体炉烟气脱硫除尘工程设计 摘要 我国的煤储量居世界第一，煤炭是我国近阶段乃至相当长一段时 间内最主要的能源，但煤炭在使用过程中会产生颗粒物和二氧化硫污 染等。近年来，我国s 0 2 排放量连年居世界第一位，其中工业燃煤锅 炉是我国大气污染物中s 0 2 的主要来源之一，因此控制锅炉燃煤排放 的二氧化硫等污染物已成为我国控制大气污染，预防二氧化硫以及酸 雨问题的重要措施。 鉴于我国燃煤锅炉分布量大面广，难以集中治理的特点，本文以 实际的有机热载体锅炉烟气除尘脱硫治理工程作为研究对象，通过对 比各种不同韵除尘脱硫方法以及阐述中小型燃煤锅炉的烟气除尘脱硫 现状，结合企业实际情况，提出一种适合企业的可行的有机热载体炉 烟气脱硫除尘技术处理方案，降低投资和运行费用。企业经过更换1 2 0 0 万大卡有机热载体炉以及实施本方案提出的综合防治措施和治理项目 后，经过调试运行可实现二氧化硫脱硫效率8 0 以上，检测结果达到 国家相关排放标准。可以使二氧化硫排放量减少1 2 8 k 趴( 煤) ，年减 少二氧化硫排放量2 5 2 t a ，对酸雨控制区和二氧化硫控制区当地的大气 污染状况的改善有很好的意义，并且达到了节能减排的效果。 关键词：燃煤锅炉；脱硫除尘；节能减排 d e s i g no ff l u eg a sd e s u l p h u r i z a t i o na n d d u s tr e m o v a l f o rc o a lo r g a n i ch e a tc a r r i e rb o i l e ri ni n d u s t r y a b s t r a c t w i t l lt h e d e v e l o p m e n to fi n d u s t r i a l i z a t i o n , e n v i r o n m e n tp r o b l e m s e s p e c i a l l ya c i dr a i na n ds u l f u rd i o x i d ep o l l u t i o nh a sb e e nas e r i o u st h r e a tt o h u m a ns u r v i v a le n v i r o n m e n t ，r e s t r i c t e dt h es u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n to f n a t i o n a le c o n o m y ，a n dh a r m p e o p l e sl i f ea n d h e a l t h c h i n a sc o a lr e s e r v e sr a n kf i r s ti nt h ew o r l d ，c o a li st h em o s ti m p o r t a n t r e s o u r c e si no u r c o u n t r yi nr e c e n ts t a g ea n dq u i t eal o n gp e r i o do ft i m e ，b u t c o a lw i l lp r o d u c ep a r t i c l e sa n ds u l f u rd i o x i d ep o l l u t i o ni nt h ep r o c e s so f u s i n g i nr e c e n ty e a r s ，t h ee m i s s i o nl o a do fs 0 2i n0 1 1 1 c o u n t r yi sf i r s ti n t h ew o r l d ，w h i c hm o s tc o n t r i b u t e db yi n d u s t r i a lc o a lb o i l e r h e n c e ，t h e c o n t r o l l i n go fb o i l e rc o a le m i s s i o n so fs u l f u rd i o x i d ea n dp o l l u t a n th a s b e c o m eo n eo ft h em o s ti m p o r t a n tm e a s u r e si nc h i n af o rc o n t r o l l i n gt h e a t m o s p h e r i cp o l l u t i o n ，p r e v e n t i n gs 0 2p r o b l e ma n da c i dr a i n i nv i e wo fc o a lf i r e db oi l e rd i s t r i b u t i o na n dq u a n t i t y , i ti sd i f f i c u l tt o c e n t r a l i z e dm a n a g e m e n tc h a r a c t e r i s t i c si no u rc o u n t r y t h ep a p e rb a s e do n t h ea c t u a lb o i l e rf l u e g a sd u s td e s u l f u r i z a t i o nt r e a t m e n tp r o j e c ta st h e r e s e a r c ho b j e c t ，b yc o m p a r i n gt h e d i f f e r e n tk i n d so fd u s tr e m o v a la n d d e s u l f u r i z a t i o nm e t h o d si no u rc o u n t r yo ns m a l la n dm e d i u m - s i z e dc o a l f i r e db o i l e r t h ep a p e rp u t sf o r w a r daf e a s i b l e s c h e m e ，c o m b i n e dt h e e n t e r p r i s ea c t u a ls i t u a t i o n ，t oe x p l o r et h ee n t e r p r i s eo w ns u l f u rr e m o v a l t e c h n o l o g yi no r d e rt oa c h i e v et h ep u r p o s eo fe n e r g yc o n s e r v a t i o na n d e m i s si o n sr e d u c t i o n ，r e d u c et h ei n v e s t m e n ta n do p e r a t i o nc o s t ，a n dt h e n a n a l y s ea c t u a lo p e r a t i o nr e s u l t s t h ee n t e r p r i s e ，a f t e rt h ei m p l e m e n t a t i o no f t h es c h e m ep u tf o r w a r d c o m p r e h e n s i v ep r e v e n t i o n 、c o n t r o lm e a s u r e sa n d m a n a g e m e n tp r o j e c t ，c a nr e a l i z ed e s u l f u r i z a t i o ne f f i c i e n c ym o r et h a n8 0 a f t e rt h e o p e r a t i o nd e b u g g i n g ，i tc a na c h i e v er e l e v a n tn a t i o n a le m i s s i o n s t a n d a r da n da l s oc a nr e d u c es u l f u rd i o x i d ee m i s s i o n sb ya b o u t l 2 8 k g t c o a l ，2 5 2t a i th a v eav e r yg o o ds i g n i f i c a n c ef o ra c i dr a i nc o n t r o l l i n g 、 s u l f u rd i o x i d ec o n t r o l l i n ga n di m p r o v e m e n t i n gt h el o c a la i rp o l l u t i o n k e yw o r d s ：c o a l o r g a n i ch e a tc a r r i e rb o i l e r , d e s u l p h u r i z a t i o na n dd u s t r e m o v a l ，e n e r g yc o n s e r v a t i o na n de m i s s i o nr e d u c t i o n 1 1 i 燃煤有机热载体炉烟气脱硫除尘工程设计 符号说明 烟气脱硫 吨 吉瓦( 十亿瓦特) 小时 卡路里 直径，m 高度，m 气压单位 标准立方米 功率瓦特 浙江工业大学工程硕士学位论文v i i 眦 。 删 h 叫 d h h 衙 w 燃煤有机热载体炉烟气脱硫除尘工程设计 第一章前言 1 1 选题背景和意义 我国是世界卜煤储量最大的国家，在我国的能源消耗中，煤炭是第一能源， 占消耗能源总量的7 0 以上，当前乃至以后相当长的一段时间内，煤炭仍是我国的 一种主要能源【1 l 。它是一种不均匀的有机燃料，主要是植物的部分分解和变质而形 成的，煤的可燃成分主要是由炭、氢以及少量氧、氮和硫等一起构成的有机聚合 物，燃烧过程中会有灰分以及s 0 2 产生，煤炭在燃烧过程中排放的烟气等大气污染 物，是导致大气污染的最直接原因，煤炭造成的环境负荷比燃油造成的负荷要大 得多。因为煤炭的发热量低，灰分含量高；含硫量虽然可能比重油低，但为获得 同样的热量所耗煤量要大得多，所以产生的s 0 2 反而可能更多【2 】o 中国是世界上捧 放燃煤污染物的大国，在以后相当长的一段时间内中国的大气污染仍以煤烟型为 主，颗粒物和s 0 2 已成为中国大气污染物中的主要污染物。近年来，随着国民经济 的增长以及迅速发展，我国的s 0 2 排放量连续增长，s 0 2 的大量排放已经造成了极 其严重的后果，使我国的许多地区均出现不同程度的酸雨现象，导致酸雨区不断 扩大，每年都给我国造成了巨大的经济损失，并危害人民群众生命健康。由燃煤 所造成的颗粒物污染和s 0 2 污染已经制约我们国家经济和社会的可持续发展，并逐 渐成为一重要制约因素。我国是个燃煤大国，且这个燃煤大国的煤炭资源多为高 硫煤，s 0 2 以及酸雨的污染面积已经占据了将近4 0 的国土面积，s o ：的排放总量 已经超过美国和欧洲，成为世界第一，给国民经济的发展造成了极大的损失，并 成为影响我国经济社会持续、和谐发展的一个重要因素。由于s 0 2 以及酸雨的污染 源流具有全球性，因此世界各国十分关注我国的s 0 2 以及酸雨的污染治理措施，部 分地区的s 0 2 及酸雨污染己成为影响其对外开放的重要因素。 随着工业技术的发展，环境污染的问题特别是酸雨及二氧化硫污染问题现在 有趋势表明已严重威胁并将危害人类自身与其周围的生存环境，将会影响国民经 济以及其可持续发展，因此近段时间以来在国民环保意识不断提高的前提下，国 家的环保投入也一直在不断加大力度。加强对环境的保护是2 l 世纪最重要的任务， 也是我们作为一个公民应该尽到的责任、义务。 浙江工业大学工程硕士学位论文1 燃煤有机热载体炉烟气脱硫除尘工程设计 近年来，我国s 0 2 排放量连年居世界第一位，其中工业燃煤锅炉是我国大气污 染物中s o ：的主要来源之一，工业燃煤锅炉的排硫量甚至已达到了总排硫量的1 3 。 所以控制燃煤向大气中捧放污染物是我们国家现在和今后一段时间内改善大气环 境质量，减少和降低酸雨危害的重要措施，是保障国民经济快速发展的重点，应 受到国家和各地方政府部门的重视 3 1 。我国的燃煤锅炉分布具有量大面广的性质， 因为分布分散的原因，导致其造成的大气污染无法进行集中治理，因此锅炉烟气 对大气环境的污染非常严重【4 j 】。环境保护是我们的一项基本国策，随着我国环境 保护法律、法规的完善以及各行业科学技术水平的进步，人民生活水平的日益提 高，对环境的要求也越来越高，对大气环境污染的治理，特别是锅炉烟气的脱硫 除尘处理已经成为重中之重，当务之急【6 1 。 1 2 研究的内容 目前国内外锅炉烟气脱硫除尘技术很多，达到近百种，成熟的脱硫除尘技术 有十几种。针对中小型燃煤锅炉因为其分散性而难以集中治理的问题，本文以实 际的锅炉烟气脱硫除尘治理工程作为研究对象，提出一种可行的处理方案，探索 适合的脱硫除尘技术，以达到节能减排的目的，降低其投资以及运行费用，并对 实际的运行结果进行分析。 浙江某企业主要生产p u 革系列产品，位于浙江省南部。该企业现有8 0 0 万大 卡、4 0 0 万大卡有机热载体炉各一台，由于锅炉使用频率高、时间长，管路系统布 局连接不很合理等原因，致使设备老化严重，锅炉效率降低，能耗增加，而且原 有脱硫除尘装置处理效率不很理想，达不到节能减排要求，因此该公司决定对原 8 0 0 万大卡和4 0 0 万大卡锅炉进行淘汰，更换为一台12 0 0 万大卡有机热载体炉， 同时对其烟气处理系统进行全面彻底地改造、重新设计，以使更换、改造后的锅 炉烟气脱硫除尘能达到国家及地方相应环保标准，达到节能减排、保护环境以及 减少烟尘颗粒物和s 0 2 大气污染物排放的目的。本文主要就1 2 0 0 万大卡有机热载 体炉的设计来阐述除尘脱硫工艺原理以及选择脱硫除尘设备并进行设计。 具体内容如下： 结合企业具体情况，通过对比各种不同的脱硫除尘工艺从中选择适合企业的， 以达到节能减排的目的。采用干法和湿法相结合的除尘工艺，先经节能工艺系统 浙江工业大学工程硕士学位论文2 燃煤有机热载体炉烟气脱硫除尘工程设计 进行初步的除尘处理，处理效果可达6 0 ，再经强旋流多级喷雾高效洗涤烟气脱 硫工艺对烟尘进行进一步的处理，确保达标排放。本工程的脱硫处理系统主要是 指强旋流多级喷雾高效洗涤烟气脱硫塔，包括喷雾装置。经过更换后，不仅使企 业的二氧化硫和烟尘能达标排放，较之企业以前的二氧化硫排放量，可实现二氧 化硫排放量减少。新设计的1 2 0 0 万大卡有机热载体炉的脱硫效率可达到8 0 ，二 氧化硫排放量减少1 2 8k g t ( 煤) ，工时按7 2 0 0 h a 计、锅炉按8 0 负荷运行计， 可减少二氧化硫排放量约2 5 2 t a ，对作为酸雨控制区和二氧化硫控制区的当地的大 气污染状况的改善有很好的意义。 浙江工业大学工程硕士学位论文3 燃煤有机热载体炉烟气脱硫除尘工程设计 第二章文献综述 2 1 燃煤蒸汽炉与有机热载体炉的区别 2 1 1 燃煤蒸汽炉 燃煤蒸汽炉是指燃料燃烧的煤，煤炭热量经转化后，产生蒸汽但并不是所有 的热量全部有效转化，有一部分无工消耗。 燃煤蒸汽炉主要由以下几部分组成： ( 1 ) 煤粉制备系统； ( 2 ) 燃烧器； ( 3 ) 受热面； ( 4 ) 空气预热器等。 其中煤粉制备系统只要分为2 种，即常用的有直吹式的制粉系统和中间储存 式的制粉系统。直吹式的煤粉系统需要将煤粉磨好后直接、全部送到炉膛中进行 燃烧，其磨煤机适宜采用中速以及高速的，主要用于磨制烟煤以及褐煤。其具有 的缺点是制粉系统与锅炉负荷相关联，磨煤机运行需要根据锅炉负荷变化而进行 相应调整。而第二种煤粉制备系统的特点是与锅炉负荷的变化无关适宜采用可进 行磨制硬度煤种等的钢球磨煤机。其较直吹式设备相对比较复杂，而且煤粉制备 系统的电耗量也相对较大，在满载和空载状态下运行电耗量相差不大，因此应使 其在满载状态下运行。 煤粉燃烧器是指可以将煤粉送进炉膛内可以使煤粉燃烧的一种设备，其有2 种按照结构来进行划分包括：旋流式燃烧器和直流式燃烧器。其两种燃烧器的主 要区别是携带有煤粉一次风以及不携带煤粉的二次风是否在燃烧器中进行旋转， 是否完全燃烧。 受热面分为蒸发和过热受热面2 种，。现代的大中型锅炉的炉膛均是由水冷壁 所构成的，水冷壁( 即受热面) 吸收锅炉内辐射出来的热以使水受热蒸发成饱和 水蒸汽。为了不使炉膛容积增加，大型锅炉通常依靠双面曝光水冷壁来增加受热 面。过热受热面也可以分为屏式过热器受热面与对流过热器受热面2 种。其主要 区别是前者是吸收炉内的辐射热；后者是依靠吸收对流的热量。 2 1 2 有机热载体炉 浙江工业大学工程硕士学位论文4 燃煤有机热载体炉烟气脱硫除尘工程设计 有机热载体炉是指载热工质为高温导热油( 也称热煤体、热载体) 的新型热 能转换设备，所以有机热载体炉也称导热油锅炉，通常用“m w ”( 兆瓦) 表示炉 的容量，旧单位也用“万千瓦时 或“万大卡时”， 即“1 0 4 k c a l h ”表示。有 机热载体炉( 也称导热油炉) 的优势在于“高温低压”、运行平稳而被广泛运用。 有机热载体炉有液相、气相之分，有机热载体炉多为液相( 气相炉国内很少用) 。 有机热载体炉是一种以热传导液为加热介质的新型特种锅炉，具有低压高温 工作特性；以煤、重油、轻油、可燃气体及其它可燃材料为燃料，导热油为热载 体，利用循环油泵强制液相循环，将热能输送给用热设备后，继而返回重新加热 的直流式特种工业炉，导热油，又称有机热载体或热介质油，。随着工业生产的发 展和工业科技的进步，有机热载体炉的发展迅速，并取得了广泛的应用。有机热 载体炉具有工作压力低的特点，但炉内热传导液温度高，炉内热传导液大多数具 有易燃、易爆的性质，若在运行的过程中发生泄漏等事故，将会引发火灾爆炸等 意外事故，可能会造成人员的伤亡以及财产损失。因此，我们必须要高度重视有 机热载体锅炉的运行与管理。 导热油炉其原理是该炉是闭路循环，出油温度和回油温度只差2 0 3 0 度，也就 是说只加热2 0 3 0 度的温差就能达到使用温度。而蒸汽锅炉加入的是冷水，把冷水 加热变成蒸汽去加热用热设备，蒸汽变为6 0 7 0 度的冷凝水排出。所以起到节能降 耗的作用。 燃煤有机热载体炉具有以下特点：1 、受热面采用密排圆盘管，受热面布置充 足，降低管子表面热负荷，热效率高，使用更安全。2 、燃料在燃烧室内绝热燃 烧，着火更容易，燃烧更充分，提高了锅炉的热效率。3 、介质流程合理，导热油 有低进口到高出口，运行中产生的气体很难在炉内保留。4 、炉顶布置密排盘管， 更好的保护炉项，避免炉项烧坏的现象。5 、安装方便，不用地基，只按上部本体 和下部炉排合拢即可，安装周期短。 2 2 烟气除尘技术现状 从气体中去除或捕集固态或液态微粒的设备称为除尘装置，或除尘器。根据 主要除尘机理，目前常用的除尘器可分为：机械、电、袋式和湿式除尘器等四种 除尘器。下面是四种常用除尘器的简单介绍： 机械除尘器一般是指利用粉尘等质量的力的作用使其中的颗粒物与气流相分 浙江工业大学工程硕士学位论文5 燃煤有机热载体炉烟气脱硫除尘工程设计 离的机械装置，包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。电除尘器是含尘 气体在通过高压电厂进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘 粒沉积在集尘极上，将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。袋式除尘器 是使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置，采用滤纸或玻璃纤维等填充 层作滤料的空气过滤器。湿式除尘器是使含尘气体与液体( 一般为水) 密切接触， 利用水滴和颗粒的惯性碰撞及其他作用捕集颗粒或使粒径增大的装置。选择上述 除尘器的依据在于粉尘的特性，除尘的效率、造价以及环境要求等【7 。8 】。 目前，小型锅炉较常用烟气除尘技术主要包括旋风除尘、多管除尘和湿式除 尘等。 1 ) 旋风除尘 旋风除尘装置是利用旋风除尘器中旋转的气体产生离心力( 因气体与粉尘的 质量不同，其所受的离心力也不同) ，将粉尘从含尘气流中进行分离出来，该装置 属于干式的气一固分离装置。此类气固分离设备的结构比较简单、应用广泛、种 类繁多、制造也比较容易，且其造价以及运行费用相对较低，特别是对于捕集、 分离5 1 0p , m 以上的粗颗粒粉尘，旋风除尘的净化效率较高，但是对于5 1 0i x m 以下的细颗粒含尘气流的净化效率比较低，因此旋风除尘设备经常应用于含较粗 大颗气流的净化，或者用于含尘气流多级净化之中的初步净化处理。 2 ) 多管除尘 多管除尘器是由多个，有时多达数千个相同构造形状和尺寸的小型旋风除尘 器( 又叫旋风子) 组合在一个壳体内并联使用的除尘器组。多管除尘器布置紧凑， 外形尺寸小，可以用直径较小旋风子( d = 1 0 0 、1 5 0 、2 5 0 m m ) 来组合，能够有效 地捕集5 1 0 1 t m 的粉尘，多管旋风除尘器可用耐磨铸铁铸成，因而可以处理含尘浓 度较高的( 1 0 0 9 m 3 ) 气体。常见的多管除尘器有回流式和直流式两种。多管旋风 除尘器具有效率高，处理气量大，有利于布置和烟道连接方便等特点。 3 ) 湿式除尘 以某些液体( 通常为水) 为媒介物，借助于液体与含尘气流之间的惯性碰撞 与扩散等相关机理，将含尘气流中的粉尘予以捕集，此类设备被称作湿式除尘器。 此类设备在同等能量消耗的情况下，除尘的效率比干式除尘器的高；湿式除尘器 主要应用于高温、高湿烟气的处理。另外，黏性较大的粉尘，还可应用于处理非 纤维性、能受冷并且与水不会发生化学等反应的气体，在除尘的过程中还可以净 浙江工业大学工程硕士学位论文6 燃煤有机热载体炉烟气脱硫除尘工程设计 化许多有害气体。湿式除尘器可以有效地将直径为o 1 2 0 l am 的液态或固态粒子 从气流中除去，同时也能脱除部分气态污染物。它的结构简单，一次性投资低， 占地面积少，方法简单、有效，操作及维修方便和净化效率高等优点。主要有喷 淋塔、填充式洗涤塔、泡沫除尘器、旋风水膜除尘器、文丘里除尘器等。 2 3 烟气脱硫技术现状 为了控制大气环境中的二氧化硫，在1 9 世纪时人类就开始研究有关内容，但 对脱硫技术进行大规模的研究和应用则是从二十世纪5 0 年代起始的。经过这么多 年的研究，目前世界各国已经开发出大约有2 0 0 余种关于s 0 2 的控制技术。按照 燃烧与脱硫工艺的结合点可以将这些技术分为： 燃烧之前进行脱硫( 如洗煤等) ； 燃烧过程中进行脱硫( 炉内喷钙、型煤固硫等) ； 燃烧之后进行脱硫，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 ，简写f g d ) 。目 前在世界各国内f g d 是唯一进行大规模，并且成为商业化的典型脱硫方式，是我 们控制酸雨以及二氧化硫等污染的最重要的技术手段。 烟气脱硫主要是利用各种碱性吸收剂、吸附剂进行捕集、吸附烟气中二氧化 硫，并将之转化为比较稳定并且容易进行机械分离物质( 硫化合物、单质硫) ，以 此来达到其脱硫目的。按照脱硫剂以及相应的脱硫产物中水含量的多少可将f g d 方法分为两类： 湿法，即吸收剂为液体，如水、碱性溶液等进行洗涤进而去除气流中的二 氧化硫。 干法，即吸收剂为粉状、粒状吸附剂或者催化剂用以去除二氧化硫。按照 脱硫后产物能否回收使用可以分为抛弃法和回收法。按照吸收剂吸收二氧化硫后 处理方式又可以分为两类：再生法与非再生法。 日本、美国及德国对湿法烟气脱硫开展了深入的研究，在脱硫效率、运行可 靠性和成本方面有了很大的改进，运行可靠性可达9 9 。 湿法烟气脱硫工艺的进展可分为以下三个阶段： 1 ) 起步阶段：第一代烟气脱硫( 7 0 年代初7 0 年代末) 1 9 7 0 年美国就颁布了清洁空气法，清洁空气法中规定新建的燃煤电厂必须 浙江工业大学工程硕士学位论文7 燃煤有机热载体炉烟气脱硫除尘工程设计 控制二氧化硫的排放。为此，在电厂中开始应用以湿法石灰石为代表的第l 代f g d 技术，主要包括湿法石灰石、m g o 法、石灰湿法、双碱法脱硫、钠基洗涤、柠檬 酸盐液洗涤、w e l l m a n l o r d 等工艺。第1 代f g d 设备装置多在美国、日本等地安 装。 2 ) 发展阶段：第二代烟气脱硫( 8 0 年代初 - 8 0 年代末) 第2 代f g d 技术始发于2 0 世纪8 0 年代初。这是由于北欧和西欧国家制定了 非常严格的二氧化硫排放标准，在联合国、欧洲经济委员会空气污染控制协议 的约束下，欧洲的大部分国家都先后加入了“3 0 j 争j 减俱乐部”，批准执行了二氧化 硫削减计划。1 9 7 9 年美国国会通过了清洁空气法修正案( c a a a l 9 7 9 ) ) ) ，确立 了以最小的脱硫率以及最大的二氧化硫的排放量作为新标准的评价指标，因此， 2 0 世纪8 0 年代第2 代f g d 系统开始商业应用。在这一阶段，石灰石灰石湿法得 到了改进、完善，在以前的基础上有了很大的发展。在第1 代f g d 基础上，不断 积累经验改善设计和运行，特别在使用单塔、塔型设计和总体布置上有较大进步。 湿式石灰石洗涤法脱硫率提高到9 0 以上。 3 ) 成熟阶段：第三代烟气脱硫( 9 0 年代初 9 0 年代末) 进入2 0 世纪9 0 年代后，许多发展中国家( 主要是亚洲国家) 为控制酸雨都 积极制定了严格的排放标准。f g d 技术经过两代的发展进入了一个新时期第 3 代f g d 。第3 代湿法f g d 通过工艺设备的简化，采用就地氧化、单一吸收塔技 术等，不仅提高了系统的可靠性和脱硫率，而且初投资费用降低了3 0 - 。5 0 。 到1 9 9 5 年，世界各国使用的烟气脱硫装置总共大约有7 6 0 套( 2 5 0 g w ) 。其 中湿法是应用最普遍的烟气脱硫系统，占总量的8 4 ，特别是石灰石石灰湿法占 7 0 。 湿法烟气脱硫技术经过3 0 年的研究发展和大量使用，主流工艺石灰石石灰 石膏法，石灰石石灰石膏法烟气脱硫工艺是采用价廉而易得的石灰石作脱硫剂， 其主要工艺流程是石灰经过粉碎磨细而成粉状后与水混合搅拌成浆液，吸收烟气 中的s 0 2 等废气。当系统采用石灰作为吸收剂时，石灰粉在经过消化处理过程后 添加水进行搅拌，最终制成石灰吸收浆液。在脱硫吸收塔内石灰吸收浆液会与烟 气等全面进行接触、混合，烟气中的s 0 2 与浆液中的氢氧化钙微溶物以及鼓入浆 液中的空气进行化学反应，最终的得到反应产物是石膏。在化学反应的过程中同 浙江工业大学工程硕士学位论文8 燃煤有机热载体炉烟气脱硫除尘工程设计 时能够除去烟气中的其它杂质。烟气脱硫后经过除雾器除去烟气中带出的一些细 小液滴，经过热交换器加热、升温后从烟囱排除出。脱硫过程中生成的石膏经过 脱水装置进行脱水后回收。在以后的时间内该工艺得到一系列的改进和提高，并 日趋成熟。其具有脱硫效率较高的特点；并且可保证和锅炉的同步运行；工艺过 程也较简化：系统电耗的降低，投资以及运行费用也降低了大概3 0 5 0 。 我国烟气脱硫技术起步于2 0 世纪6 0 年代，到7 0 年代烟气脱硫研究进入正规 化轨道，到了8 0 年代我国的烟气脱硫研究与引进国外先进技术同步开展，并在发 电厂推广应用。 目前，我国的烟气脱硫设施大部分都安装在大型锅炉( 火力发电厂) 上。但 在小型锅炉( 2 0t h 以下) 烟气脱硫应用不多，真正投入正常运行的极少。目前， 中小型燃煤锅炉的效率低，且对环境的污染比较严重，污染也不容易控制，在一 些发达国家已经逐步进行淘汰，并采取集中供热或其他形式的清洁、新型能源所 替代。因此，国外无此类成熟经验予以借鉴。 尽管由各国进行开发了很多的f g d 方法，但是真正能在工业上进行应用的仅 有有限的十几种方法。其中占主要地位的是湿式洗涤脱硫法，该方法占到总装置 的7 3 4 ，剩余的喷雾干燥法占了约1 7 7 ，其它方法约9 3 。抛弃法在美国f g d 的系统中占大多数。在湿法f g d 中，主要是石灰石灰石法，其占到湿法的9 0 以上。可见，在如今f g d 法系统中占据主导地位的是湿式石灰石灰石法。 目前工业化的主要技术有： a ) 湿式石灰石灰石一石膏法该法用石灰或石灰石的浆液吸收烟气中的s o ：， 生成半水亚硫酸钙或再氧化成石膏。其技术成熟程度高，脱硫效率稳定，达9 0 以上，是目前国内外的主要方法。 喷雾干燥法该法是采用石灰乳作为吸收剂喷入脱硫塔内，经脱硫及干燥后 为粉状脱硫渣排出，属半干法脱硫，脱硫效率8 5 左右，投资比湿式石灰石石膏 法低。目前主要应用在美国。 c ) 吸收再生法主要有氨法、氧化镁法、双碱法、w - l 法。脱硫效率可达9 5 左右，技术较成熟。在吸收再生法中双碱法应用最为广泛，钠钙双碱法脱硫工艺 克服了石灰石一石膏法容易结垢的不足，采用了碱金属盐( 如n a o h 、n a 等1 水 溶液( 作为吸收液) 在设备内进行s 0 2 的吸收后在循环池内采用c a ( o h ) 2 将吸收s 0 2 浙江工业大学工程硕士学位论文9 燃煤有机热载体炉烟气脱硫除尘工程设计 的吸收液进行再生。再生后，吸收液可以循环使用，s 0 2 最终将会以石膏以及亚硫 酸钙的形式进行回收。脱硫的过程实际上就是消耗c a ( o h ) 2 的过程，脱硫反应的 完成是在脱硫除尘设备内进行的，固硫则是在循环池内进行的。采用n a o h 水溶 液来作为s 0 2 的吸收液，由于石膏和亚硫酸钙固体生成的过程不是在脱硫除尘设 备内进行，这样就避免了脱硫设备的结垢、堵塞问题，脱硫效率较高，一般在9 0 以上【9 1 。 2 4 烟气脱硫的基本原理 2 4 1物理吸收的基本原理 气体吸收可分为物理吸收和化学吸收两种。物理吸收主要是溶解，吸收过程 中没有或仅有弱化学反应，吸收质在溶液中呈游离或弱结合状态，过程可逆，热 效应不明显。如用水吸收s 0 2 。物理吸收特点是，随着温度的升高，被吸气体的吸 收量会减少。 物理吸收程度，取决于气液平衡，只要在气相中的被吸收分压大于液相在呈 平衡态时该气体的分压，就会进行吸收过程。因为在物理吸收的过程中推动力较 小，吸收速率相对较低，因此在工程设计中要求气相分压( 被净化气体) 要大于 气液平衡状态时该气体分压。因为物理吸收的速率不高，因此在现代烟气处理中 一般不会单独采用物理吸收法。 2 4 2 化学吸收的基本原理 1 ) 化学吸收是指被吸收气体的组分与吸收液组分之间发生了化学反应。应用 2 ) 在进行化学吸收的过程中，液体相与被吸收的气体组分之间发生的化学反 应，将会有效降低溶液表面气体分压。增加化学吸收过程中的推动力，不仅提高 了化学吸收效率同时降低了气体( 被吸收) 气相分压。因此，化学吸收的速率较 物理吸收要大的多。 3 ) 化学吸收和物理吸收一样，都是受气相的扩散速度( 或气膜阻力) 以及液 相的扩散速度( 或液膜阻力) 的影响，工程上常用加强气液两相的扰动来消除气 膜与液膜的阻力。 4 ) 烟气脱硫技术中大量采用化学吸收方法。用化学吸收方法进行烟气脱硫， 技术上比较成熟，操作简单，实用性强，已成为应用最广、最普遍的烟气脱硫技 术。 浙江工业大学工程硕士学位论文1 0 燃煤有机热载体炉烟气脱硫除尘工程设计 2 4 3 化学吸收过程 化学吸收包括物理吸收和化学反应这两个过程。其中物理吸收的过程中，被 吸收气体会在液相中进行溶解，当气液两相达到相平衡时，被吸收的气体平衡浓 度是物理的吸收过程极限。其在被吸收气体中活性组分将会进行化学反应，当反 应进行并平衡时，化学吸收的极限就是此过程中被吸收的气体消耗量。这里以 c a ( o h ) 2 溶液与s 0 2 的化学反应来进行说明。 s 0 2 ( 气体) u s 0 2 ( 溶液) + c a ( o h ) 2 c a s 0 3 + i - 1 2 0 化学吸收中气体的气液相平衡关系，即服从于相平衡间关系，又应该服从化 学平衡之间的关系。 2 4 4 化学吸收过程的速率及过程阻力 参照双膜理论，化学吸收过程可( 见图2 1 ) 表示为： 气体 p | | 。 7 , r 、 。 。 沁 c 气膜 铰膜 图2 1 化学吸收过程示意 反应物a 由气相主体通过气膜向相界面扩散； 相界面溶入液相并向液体内部扩散； a 在液膜式液相主体与反应物b 反应，形成反应区： 反应物r 向液相主体扩散，若产生则向气相界面扩散； 浙江工业大学工程硕士学位论文1 1 体 c b i 燃煤有机热载体炉烟气脱硫除尘工程设计 气体产物通过气膜向气相主体扩散。 化学吸收过程由传质和反应两过程组成，传质和反应速率的大小决定了控制 步骤，也决定了吸收过程速率。化学吸收的阻力，不仅由化学反应之间的阻力决 定，也有物理吸收过程中气液传质阻力。 在物理吸收的气液传质过程中，被吸收气体气液两相吸收速率主要取决于气 相中被吸收的组分分压，以及吸收达到相平衡时液相中的被吸收组分的平衡分压 差值。此外，也与传质系数有一定的关系，被吸收气体气液两相间的传质阻力， 通常取决于通过气膜和液膜分子扩散的阻力。 烟气的脱硫一般都是在连续以及瞬间进行，发生化学反应都是极快速度反应、 快速度反应和中等速度的反应，如n a o h 、和c a ( o h ) 2 等碱液进行脱硫的过程中吸 收s 0 2 。因此，气液两相间传质阻力远较该气体在液相中和碱液进行反应时的阻力 大的多。对于极快的不可逆反应，吸收过程中传质阻力要比化学反应的阻力大的 多，其过程是受到传质控制，因为其反应速率较大，反应可以瞬间完成，因而其 反应区的厚度极小，作为反应面，进行化学反应的阻力可以忽略不计。液相中发 生的化学反应，是快反应和中等速度的反应时，化学吸收过程中的阻力应该同时 去考虑传质之间的阻力和化学反应之间的阻力。 2 4 5 碱液浓度对传质速度的影响 研究得出，在对酸性气体用碱液进行吸收时，碱液的浓度高低对化学吸收传 质速度的影响很大。当碱液浓度低时，化学传质速度也较低；当碱液浓度升高时， 化学传质速度也随之增大；当碱液的浓度提高到某一临界值时，传质速度在达到 最大值时的碱液浓度被称为临界浓度；但是当碱液的浓度高于临界浓度时，传质 速度并不会随之增大。 在进行烟气脱硫化学吸收的过程中，用碱液进行吸收烟气中s 0 2 时，s 0 2 吸收 效率的提高可以依靠适当的增加碱液的浓度。但是，碱液的浓度不应高出临界浓 度范围。超过临界浓度后，进一步的提高碱液浓度，脱硫效率并不会提高。因此 可以得出，在烟气脱硫过程中，碱液浓度并非是愈高愈好，碱液最佳浓度为临界 浓度，此时的脱硫效率能能达到最高。 2 4 6 主要化学反应 在湿法烟气脱硫过程中，s 0 2 和吸收剂之间主要进行的化学反应如下： 浙江工业大学工程硕士学位论文1 2 燃煤有机热载体炉烟气脱硫除尘工程设计 a 、同水的反应 h 2 0 + s 0 2 h 2 s 0 3 h + + h s 0 3 一2 h + + s 0 3 2 一 温度升高时，反应平衡向左移动。 b 、同碱反应 s o ：容易与碱性的物质进行化学反应，形成亚硫酸盐。碱在过剩时会生成正盐； s 0 2 在过剩时形成酸式盐。 2 m e o h + s 0 2 - m e 2 s 0 3 + h 2 0 m e 2 s 0 3 + s 0 2 + h 2 0 _ 2 m e h s 0 3 亚硫酸盐是不稳定的，可以被烟气中所残留的氧气进一步氧化成硫酸盐： m e 2 s 0 3 + 壬0 2 _ m e 2 s 0 4 “同弱酸盐反应 s 0 2 易同弱酸盐反应生成亚硫酸，继之被烟气中的氧气氧化成稳定的硫酸盐。 如同石灰石反应： c a c 0 3 + s 0 2 + 1 h 2 0 _ c a s 0 3 1h 2 0 + c 0 2 t 22 2 c a s 0 3 1 ，、h 2 0 + 0 2 + 3 h 2 0 2 c a s 0 4 2 h 2 0 d 、同氧化剂反应 s 0 2 同氧化剂反应生成s 0 3 s 0 2 + 0 2 _ s 0 3 在催化剂作用下，s 0 2 可加速氧化成s 0 3 。在水中，s 0 2 经过催化剂的作用被 迅速氧化成s 0 3 ，并生成h 2 s 0 4 。 e 、同金属氧化物的反应 金属氧化物，如m g o 、z n o 、m n o 、c u o 等，对s 0 2 均有吸收能力，然后再 用加热的方法使吸收剂再生，并得到高浓度的s 0 2 。这里以m g o 为例加以说明： m g o + h 2 0 - - m g ( o h ) 2 m g ( o h ) 2 + s 0 2 + 5 h 2 0 _ m g s 0 3 6 h 2 0 加热条件下： 浙江工业大学工程硕士学位论文1 3 燃煤有机热载体炉烟气脱硫除尘工程设计 m g s 0 3 6 h 2 0 呻m g s 0 3 + 6 h 2 0 m g s 0 3 _ m g o + s 0 2t 吸收剂再生后可循环使用，并可回收s 0 2 ，达到高浓度的气态s 0 2 。经液化后 得到液态s 0 2 。 、 2 5 烟气脱硫除尘一体化技术 锅炉烟气的除尘技术大概可以分为旋风除尘技术、静电除尘技术、布袋除尘 技术、湿式除尘技术等。其中旋风除尘又可以分为湿式( 水膜除尘) 和干式旋风 除尘技术【1 0 】。旋风除尘器主要机理是靠旋风分离，由于烟气与烟尘的质量不同， 在高速旋转时的离心力作用下，烟气就会和烟尘分离从而达到除尘的效果。但有 些烟尘因为其重量轻而难以从烟气中通过离心作用而分离去除，因此，利用旋风 除尘技术除尘的效率不会很高，一般旋风除尘效率都是在8 5 9 0 之间。布袋除 尘技术其除尘机理是通过纤维等进行拦截过滤，其孔径越小，则布袋除尘器的除 尘效率越高，效率高达9 5 9 9 ，但是布袋除尘器有布袋使用寿命的限制，设备 维护等比较困难，而且风阻比较大，风机需要提供较大的功率。静电除尘器的除 尘效率是很高的，一般均可达到9 9 以上，在所有的除尘器中，静电除尘器的除 尘效率是最高的。但在设备上投资较大，设备的运行维护费用也很高，且静电除 尘器没有脱硫功能【1 1 】。烟气除尘和烟气脱硫是不同的，有很大的区别，主要原因 是s o ：为气体，与烟气的密度几乎相同，旋风分离机理根本无法将其分离，所以 水膜除尘器的脱硫效率很低。设备要有较高的脱硫率必须具有两个前提条件：一 要烟气与脱硫剂要充分接触，有足够大的接触面积，接触越充分脱硫效率就越高； 二是要选择活性高的，且与s 0 2 气体反应较快，反应产物也比较稳定【1 2 】。 目前国内、国外关于锅炉烟气除尘脱硫的方法很多，其中效果较好的是脱硫 除尘一体化装置。这类装置又分为干式、干湿结合式和湿式三类【1 3 】。 2 5 1 干式吸附过滤锅炉烟气除尘脱硫一体化技术 1 ) 干式吸附过滤技术 干式吸附过滤技术就是利用一些可以循环再生使用的固定吸附材料，去除烟 气中的烟尘和s 0 2 后通过水洗进行再生。干式吸附过滤装置一般是由预除尘器以 浙江工业大学工程硕士学位论文1 4 燃煤有机热载体炉烟气脱硫除尘工程设计 及吸附塔组成。这种干式吸附过滤锅炉烟气除尘脱硫装置的去除效率很高，其脱 硫效率不低于8 0 ，除尘效率不低于9 5 ，其净化后的烟气温度较低，干式吸附 过滤锅炉烟气除尘脱硫技术的吸附剂需要经常进行再生，且其一次性的投资较大 【1 4 1 。 2 ) 等离子体锅炉烟气脱硫除尘一体化装置 等离子体锅炉烟气除尘脱硫一体化装置，此种技术是近阶段发展新技术设备， 烟气中的n 2 、0 2 及水蒸气等经过电子束进行照射后，会吸收电子束的能量，生成 大量反应活性很强的自由基，如：o h 、0 、h 0 2 等，上述自由基会与烟气中含有的 s 0 2 反应后生成硫酸，然后再与氨进行中和生成硫酸铵【1 5 】。 应用等离子体锅炉烟气除尘脱硫一体化技术设备没有出现污染以及结垢等不 良现象，也不会在处理过程中产生废水和废渣，其处理过程中产生的副产品不仅 可以作为一种肥料使用，并且其没有二次污染物的产生，脱硫效率大于9 0 ，设 备也比较简单，适应性也比较广泛。但是等离子体锅炉烟气除尘脱硫一体化技术 方法脱硫是依靠电子加速器产生的高能电子，适用于大型企业，并且一般来说电 子枪的功率非常大，对人体的健康会产生危害，因此在处理过程中还需要进行防 辐射屏蔽，其运行及维护费用相对较高，对企业来说是个较大的负担。等离子体 锅炉烟气除尘脱硫一体化技术流程图如下： 电 戴越人蒹麓 图2 - 3 等离子体脱硫除尘工艺流程 2 5 2 干湿法锅炉烟气脱硫除尘技术 干湿法脱硫除尘技术是通过分过程冷凝将烟气温度控制在一定的温度范围内 ( 7 0 c 左右) ，以氧化镁物质为脱硫剂，氧化镁熟化后得到其氢氧化物悬浊液，二 氧化硫与氢氧化镁会在最佳的反应条件下相互反应，生成硫酸亚镁。硫酸亚镁可 浙江工业大学工程硕士学位论文1 5 燃煤有机热载体炉烟气脱硫除尘工程设计 以通过强制曝气后氧化成硫酸镁。然后通过在自然状态下进行冷却、结晶、干燥 得到七水硫酸镁晶体 1 6 - 1 】。 上述干湿法脱硫除尘技术涉及到的化学反应方程式主要包括【1 8 】： m g o + h 型, o = m g ( o h ) 皇 ( 孙 m g ( o h ) 一s g 译m g s o 妒g 泌 m g s o 一, - 辛o 产m g s o , 缬 t a g , s o , + i h 2 0 = m 鳓, , 削茹( 4 0 此除尘脱硫系统可以实现脱硫液循环使用，循环液中亚硫酸镁、硫酸镁等副 产物可以通过自然冷却与结晶进行回收，环保无污染。洗涤液中使用含有m g o 浆 液作为脱硫剂，此氧化镁法脱硫工艺成熟，目前在中国台湾与日本等地应用较广， 国内也有