（环境工程专业论文）电厂烟气脱硫装置设计及可行性研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 我国城市大气污染越来越严重，s 0 2 排放量日益增加，给人民生活和生态环 境造成巨大伤害，脱硫工程的建设势在必行。 本文从s 0 2 的污染危害和防治意义出发，介绍了国内外脱硫技术的工艺和我 国脱硫技术的应用现状，对目前应用比较广泛的几种脱硫工艺进行分析和论证， 依据工程建设的现有条件和实际情况，最终确定对济宁二电厂2x1 0 0m w 机组 改造脱硫工程选用循环流化床干法脱硫工艺，详细剖析了循环流化床干法脱硫工 艺的脱硫机理、特点和工艺适用性，设计了两种除尘装置方案，又从工程的投资 估算和经济效益方面进行了严格地论证，针对工程的主要设备、整体在置和电器、 仪控、土建部分进行了可行性分析，提出了工程建设的最优方案，预计将会产生 良好的环境和社会效益，制定出一系列相关的安全防护措施，保证工程的顺利实 施。 通过综合分析得出当两台机组加装烟气脱硫装置后，可削减原s 0 2 的排放量， 烟气排放符合国家标准，达到了脱硫的目的，满足了项目的要求，对济宁乃至周 边地区的大气环境的改善是非常有利的。 关键词：s 0 2 ，脱硫工艺，循环流化床干法脱硫，脱硫装置 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t a i rp o l l u t i o ni no u ru r b a nc i t i e si sb e c o m i n gm o r ea n dm o r es e r i o u s ，a n dt h e a m o u n to ft h ee m i s s i o no fs ( hi si n c r e a s i n g , a l lt h e s eg i v eg r e a th a r m f u l n e s st o p e o p l e sl i f ea n de c o l o g i c a le n v i r o n m e n t , s ot h ec o n s t r u c t i o no fd e s u l p h u r i z a t i o t i p r o j e c ti si m p e r a t i v e f r o mt h es i g n i f i c a n c eo f t h ep o l l u t i o nh a r m f u l n e s sa n dt h ep r e v e n t i o na n dc u r eo f s 0 2 , t h i st h e s i si n t r o d u c e st h ei n t e r n a la n de x t e r n a lt e c h n o l o g i e so fd e s u l p h u r i z a t i o n a n dt h e p r e s e n ts i t u a t i o n o fi ti nc h i n a , a n da n a l y sa n d p r o v e s s e v e r a l d e s u l p h u f i z a f i o nt e c h n o l o g i e sc o m p a r a t i v ew i d e l yu s e d 缸p r e s e n t a c c o r d i n gt ot h e e r a r e n tc o n d i t i o n sa n dr e a l i t i e so ft h ee n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o n , if i n a l l yd e t e r m i n et o t r a n s f o r mt h ed e s u l p h u r i z a t i o np r o j e c to nt h eu n i t2 1 0 0 m wo f n o 2p o w e rp l a n ti n j i n i n g ，a n ds e l e c tt h ed r yc i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e dd e s u l p h u f i z a f i o nt e c h n o l o g y ，t h i s s t u d yg i v e sad e t a i l e da n a l y s i so nt h ed e s u l p h u r i z a t i o nm e c h a n i s m s ，c h a r a c t e r i s t i c sa n d t e c h n o l o g i c a la p p l i c a t i o np r o p e r t i e s o ft h e d r yc i r c u l a t i n g f l u i d i z e d b e d 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 , a n dd e s i g n st w od u s t - r e m o v ed e v i c ep l a n t s ，a n dp r o v e s s t r i c t l yo nt h ep r o j e c t se s t i m a t e di n v e s t m e n ta n de c o n o m i cb e n e f i t s 锻w e l l ；a sf o r t h ek e ye q u i p m e n t s ，o v e r a l la r r a n g e m e n t s ，e l e c t r i c a la p p l i c a n t s ，i n s t r u m e n t sc o n t r o l s a n dt h eb u i l d i n g so ft h ep r o j e c t , t h ea u t h o rg i v e saf e a s i b l ea n a l y s i sa n da no p t i m u m p l a no nt h ee n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o n ，i ti se s t i m a t e dt h a tt h i sw i l lp r o d u c eb e t t e r e n v i r o n m e n ta n ds o c i a lb e n e f i t s ，a n dm a k e ss e r i e so f r e l a t e ds a f e t yp r o t e c t i v em e a g u l s t og u a r a n t e et h es m o o t hi m p l e m e n to f t h ep r o j e c t b yt h es y n t h e t i ca n a l y s i sw ek n o wt h a t ：a l ! t c ra d d i n gs m o k ed e s u l p h u r i z a t i o n d e v i c eo nt w ou n i t s ，i tc a nr e d u c et h ea m o u n to f t h ee m i s s i o no fs 0 2 ，a n dt h ee m i s s i o n o fs m o k ea n dg a sc a r la c c o r dw i t ht h en a t i o n a ls t a n d a r d s ot oa c h i e v et h ep u r p o s eo f d e s u l p h u r i z a t i o n , a n dt om e e tt h ed e m a n d so ft h ep r o j e c t ，t h i sw i l lb eb e n e f i c i a lt ot h e i m p r o v e m e n to f t h e a i re n v i r o n m e n ti nj i u i n ga n dt h es u r r o u n d i n gd i s t r i c t s k e yw o r d s ：s 0 2 ，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 , t h ed r yc i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e d d e s u l p h u r i z a t i o n , d e s u l p h u r i z a t i o nd e v i c e 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：日期：21 ：生：! ：i 歹 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本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、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：师签名：过塑 0 昌 日期：皇! ! ：! ： 山东大学硕十学能论文 第一章绪论 1 9 9 8 年国际卫生组织公布的一项报告表明，全球空气污染严重的城市依次为： 太原、米兰、北京、乌鲁木齐、墨西哥城、兰州、重庆、济南、石家庄、德黑兰。 十大污染严重的城市中，我国占了7 个，太原名列第一，济南名列第八。1 9 9 8 年， 在全国3 2 2 个环境统计的城市中，8 9 个城市空气质量达到国家二级标准，占2 7 6 ， 9 3 个城市空气质量处于国家三级标准，占2 8 9 ，1 4 0 个城市空气质量超过国家 三级标准，占4 3 5 ，属于严重污染型城市【l 】。 从总体上讲，我国以城市为中心的环境污染仍在发展，并急剧向农村蔓延， 生态破坏的范围在扩大，程度在加剧，环境污染和生态破坏越来越成为影响我国 经济社会发展的全局性问题，并成为人民群众关注的焦点。可以说中国环境恶化 的趋势如得不到有效遏制，经济发展将难以为继。 1 1 二氧化硫污染及其危害 矿物燃料( 煤、石油) 中含有o 3 3 的硫( 无机硫或有机硫) ，在燃烧过程产 生大量的污染物，s 0 2 是其中重要的一种。近年来由于s 0 2 排放量的增加和逐年 的积累，给生态环境带来了极大的压力，直接危害人类的生命健康和生存环境。 当s 0 2 的浓度达到0 3 l p p m 时，人们就可以感觉到其存在1 2 】；l 1 0 p p m 时，s 0 2 对人体有刺激作用；2 0 p p m 时要引起人咳嗽，流泪；1 0 0 p p m 时，就会引起胸痛且 呼吸困难；4 0 0 5 0 0 p p m 时，会使人立即严重中毒，窒息死亡。s 0 2 浓度过高也 会对农作物、森林植被等产生不良影响。空气中s 0 2 含量为o 1 l p p m 时，植物 及建筑物结构材料将遭受损害；高浓度的s 0 2 会造成急性危害，使植物叶片表面 产生死斑，或直接使植物叶片枯萎脱落。当s 0 2 的浓度为0 0 l o 0 8 p p m 时，许 多植物开始受到不同程度的伤害，浓度超过0 1p p m 将造成重大的经济损失【2 】。 大气中的s 0 2 随降水形成酸雨：空气中的s 0 2 和n o x 在大气平流层中经与臭 氧反应，阳光照射以及在某些金属粉尘，如氧化铁等的催化作用下形成硫酸和硝 酸，进入云层形成酸性降阿1 3 l ，间接危害人类健康，并造成建筑物和材料的腐蚀、 湖水的酸化、土壤的酸化和贫瘠化，使农作物及森林生长减慢，鱼类生长受到控 制等。酸雨已频繁出现在我国许多城市，酸阿面积已超过国土面积的2 9 ，给我 国带束了巨大的经济损失。在我国的西南、华中和沿海三大酸阿区，酸雨出现频 率高，并呈逐年加重趋势，受酸雨影响的范围已超过国土面积的l 3 ，酸阿危害越 山东大学硕十学侍论文 来越重，每年由此造成的经济损失达几百亿元1 4 1 。 s 0 2 有时会在阳光、温度、湿度和灰尘中金属的催化作用下，形成二氧化硫 气溶胶( 硫酸烟雾) ，间接危害人类健康。世界上曾经发生过几次著名的硫酸烟雾事 件，如1 9 5 2 年1 2 月英国伦敦事件，1 9 4 8 年l o 月美国多诺拉事件，1 9 3 5 年1 2 月 比利时马斯河谷事件等。它们的硫酸烟雾浓度仅为1 3 8 2 p p m ，但造成的人身伤 亡和损失是巨大的【2 】。 1 2 二氧化硫污染防治的意义 能源与环境是当今社会发展的两大问题1 5 】。我国是产煤大国，也是用煤大国。 预测到2 0 0 0 年、2 0 1 0 年、2 0 2 0 年，我国煤炭产量将分别达到1 4 亿吨、2 3 亿吨、 3 0 亿吨。随着国民经济的发展，煤炭资源利用越来越多，二氧化硫的排放量也日 益增加，煤炭成为我国环境污染的主要污染源。日前一次性能源消耗中煤炭占 7 6 ，在可见的今后若干年内还有上升的趋势，而这些煤炭中又有8 4 是直接用 于燃烧的，其燃烧效率还不够高，燃烧所产生的大气污染物还没有得到有效的控 制，以致于我国每年排入大气的8 7 s 0 2 和6 7 n o x 均来源于煤的直接燃烧。 由于技术水平低，我国电力构成仍以火电为主，火力发电容量约占总发电量 的9 0 t 6 1 。电能在使用上有其它能源无可比拟的优越性，应从节能的观点出发和 能源发展战略上考虑，将供各种工业和生活锅炉及民用所消耗的煤转化为电能， 逐步达到先进产煤国家的8 0 煤用于发电的水平。 我国因燃煤而造成的s 0 2 排放逐年增加。据统计，1 9 9 1 年，燃煤电厂排放 s 0 2 4 6 0 万吨，占全国s 0 2 排放总量1 6 2 2 万吨的2 8 4 。1 9 9 5 年，燃煤电厂排放 的s 0 2 约占全国排放总量2 3 7 0 万吨的3 0 。2 0 0 0 年，我国火电装机容量将达到 2 2 亿千瓦，燃煤电厂排放s 0 2 将占全国预测s 0 2 总排放量2 1 6 3 万吨的5 0 8 6 。 2 0 1 0 年火电装机容量将达到3 7 亿千瓦，若不采取控制措施，二氧化硫排放量将 占全国总排放量的2 ，3 i ”。 因此，搞好燃煤电厂的s 0 2 排放控制，对于我国的环境保护有着重要的意义。 为此，我国相继制定了一系列大气污染物排放标准。对大气污染物的排放要求越 来越严格，对超标排放的罚款也在逐年增加。为了更好地控制s 0 2 的污染，国务 院1 9 9 7 年批复了关于“两控区”的划分【8 】，即：s 0 2 污染控制区和酸f 酉控制区， 明确规定：在“两控区”内建、改造燃煤含硫量大于1 的电厂，必须建设脱硫设 施，这就迫使电厂去寻求脱硫技术支持。国家出台了一系列促进火电厂二氧化硫 2 山东大学硕+ 学付论文 控制的法律、法规和政策，推动了脱硫技术的科学研究和推广，脱硫技术被广泛 关注起来，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。到2 0 0 4 年底，全国约有2 0 0 0 万千瓦装机的烟气脱硫设施投运或建成， 约3 0 0 0 多万千瓦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 亿千瓦装机的烟气脱硫装置投运和建设。 1 3 本文研究的意义及内容 济宁市煤炭资源丰富，年产量占山东省煤炭产量的6 0 以上，济宁市同时也 是电力大市，依靠丰富的煤炭资源，全市火力发电厂众多，总装机容量7 3 3 万千 瓦，年耗煤量将达到2 0 0 0 多万吨，电厂二氧化硫年排放量占全市二氧化硫排放总 量的8 0 多，如果不进行脱硫处理，不仅超出山东省下达的二氧化硫总量控制指 标而且会极大地破坏全市的生态环境，给人民的生命健康带来巨大的灾害，后果 不堪设想。为此，济宁市实施了“蓝天工程”，制定了济宁市火力发电厂二氧化 硫污染防治实施计划，对现有电厂全面进行脱硫设施的建设和改造，力争全市电 厂二氧化硫减排7 5 以上。 本文首先介绍了脱硫技术的工艺和发展状况，对其机理和特点进行了概括总 结，对济宁二电厂2x1 0 0 m w 机组烟气脱硫装置进行了设计和可行性分析：针 对工程的建设依据和建设条件，对比各种脱硫工艺，选择出最优脱硫工艺和除尘 方案，详细论证了循环流化床干法脱硫技术( c f b ) 在本工程的可行性；对工程的投 资和损益做了估算及经济评价；对工程的整体布置、设备布置、电气、仪控、土 建进行了可行性研究；评估了脱硫工程实施后的环境和社会效益；就工程中存在 的安全问题制定了具体的安全措施。通过分析得出结论，本工程达到了脱硫的目 的，满足了项目的要求，烟气排放符合国家标准。 1 4 本课题创新之处 1 在对企业现有生产和条件深入了解的基础上，提出了循环流化床干法脱硫 工艺，并论证了其可行性。 2 针对实际情况，设计了两种除尘方案，从场地布置、除尘设备到经济效益 进行了可靠性对比。 3 就工程的布置、设备、土建等建设提出了具体方案。 山东大学硕十学位论文 第二章脱硫技术的工艺和发展状况 自二十世纪6 0 年代起，一些工业化国家相继制定了严格的法规和标准，限制 燃烧过程中s 0 2 等污染物的排放，这一措施极大地促进了脱硫技术的发展。进入 7 0 年代以后，烟气脱硫的研究工作开始由实验室阶段转向大规模应用阶段。脱硫 技术发展到今天，技术工艺种类繁多，仅烟气脱硫工艺就有2 0 0 多种以上唧。据 美国环保局p a ) 1 9 8 4 年的统计，世界各国开发、研究、使用的s 0 2 控制技术已 达1 8 9 种，预计目前的数量将达到2 0 0 多种。由于固硫剂种类、适用场合、使用 工艺等千差万别，很难做出精确的分类。按照燃煤与燃烧的关庭大致可分为三 种：燃烧i j 脱硫，燃烧中脱硫和燃烧后脱硫( 烟气脱硫) 1 1 0 l 。 2 1 燃烧前脱硫 燃烧前脱硫即炉前脱硫，主要是指原煤脱硫。也就是采用物理、化学或生物 的方法对锅炉使用的原煤进行清洗。通过这项常规技术，可将煤的含硫量降低约 4 0 ，发热量提高约四分之一左右，灰份降至2 0 以下。燃烧前脱硫的技术可分 为以下几种【1 1 1 【2 】： 2 1 1 物理法 物理法脱硫具有工艺简单，投资较少，操作成本低的特点，但其不能脱除煤 中有机硫，对黄铁矿硫的脱除率也只有5 0 左右，有待提高。目静该技术是世界 上应用最为广泛的燃烧前脱硫技术，该法可以从原煤中除去泥土、页岩和黄铁矿 硫。通过煤的粉碎，使非化学键结合的不纯物质与煤脱离，继而利用构成煤的有 机物质( 煤的基本微观结构) 与密度较大的矿物不纯物之问的比重的不同，有时还可 利用二者表面润湿性、磁性、导电性的不同将它们分离。 主要办法有：重力法、浮选法、重液体富集法、油团聚法、磁性分离法、静 电分离法、凝聚法、细煤粒，重介质旋风分离法等。 2 1 2 化学法 化学法脱硫多数来脱煤中的有机硫，主要利用不同的化学反应，包括生物化 学反应，将煤中的硫转变为不同形态而使之分离，广义地讲，液化、气化和热解 等转化工艺，也能达到便于分离的目的。 相对而苦，化学脱硫法的效率较高，能除掉有机硫。但也有其致命弱点：一 4 山东大学硕十学付论文 是多数化学反应是在高温高压下进行，有的还使用不同的氧化剂，操作费用和设 备投资费用高；二是反应条件较为强烈，可能使煤质发生变化，使煤的发热量、 结焦性、膨胀性遭到破坏，使净化后产品的用途受到限制，难被工业大规模采用。 主要的化学净化方法有：b h c 法( 碱水液法) 、m e y e r s 过程( f e 2 ( s 0 4 ) 3 氧化法) 、 l o l 氧化法( 0 2 空气氧化法) 、p e t c 法( 空气氧化) ，k v b 法( n 0 2 选择氧化) 、氯解 法( c 1 2 分解) 、微波法、超i i 缶界醇抽提法、t r w 法( 熔融碱) 、全氯乙烷法( 重力浮 沉与抽提) 、高能辐射法、快速热解法、生物化学法、碱液浮沉浸熔法( f - l ，即重 力法与碱熔融法相结合) 等。 2 1 3 微生物脱硫 微生物脱硫技术虽然从本质上讲也是一季中化学法，但由于其自身的特殊性我 们把它单独归为一类。它是把煤粉悬浮在含细菌的气泡液中，细菌产生的酶能促 进硫氧化为硫酸盐，从而达到脱硫目的。该类技术具有以下几项突出优点： 1 反应能在常温常压下进行，耗能少，运转费用低； 2 不会降低煤的热值； 3 能脱除煤中有机硫和无机硫，并且脱硫工艺投资成本低。 但由于煤炭以及生物技术自身的原因，决定了生物技术用到煤炭加工还有许 多困难，限制了微生物脱硫技术的大规模应用。主要是由于： 1 所加工的煤是一个不均匀、结构尚不十分清楚的物质； 2 能源工业需要极大规模的量，需要一个成本低廉的连续反应器，而生物化 学过程往往反应太慢，微生物对温度的要求又过于敏感，反应工程和传热等化工 问题亟待解决； 3 煤不溶于水，迫使处理的煤粒要求非常细，否则界面反应困难； 4 煤中许多矿物质，其中有些对微生物有毒或扼制细菌培育生长。 目前常用的脱硫细菌有：硫杆菌属的氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌、古细 菌酸热硫化叶菌、硫化叶、好温细菌等；假单胞菌属的不动杆菌、根瘤菌等；美 国气化工艺研究所( i g d 培育的混合菌种玫瑰色红球菌、球形芽杆菌等。 目前，洗煤工程已为成熟技术。有明显的综合效益。目| j 我国煤炭入选率不 到1 7 ，而美国为4 2 ，英国为9 4 9 ，法国为8 8 7 ，日本为9 8 。2 。此外， 我国曾对微波脱硫和高硫煤强磁分离脱硫进行过小试研究，总脱硫率达5 0 左右。 山东大学硕十学位论文 但由于所需基建投资和运行费用较高，脱硫后的煤是水煤浆，使用上受到一定限 制。因此，这两项技术没有得到有效推广应用。 2 2 燃烧中脱硫 燃烧中脱硫即炉内脱硫，分燃烧脱硫和炉内喷钙脱硫。 2 2 1 燃烧脱硫 燃烧脱硫是往煤中加入固硫剂( 常用的有石灰石、白云石、也有用熟石灰和生 石灰的) ，煤燃烧过程中硫燃烧氧化产生的s 0 2 s 0 3 与煤中的碱性物质和固硫剂在 炉内自身缎烧的产物( 主要有c a o 、m g o 等) 发生反应，生成硫酸盐和亚硫酸盐， 以灰渣的形式排出炉外，从而减少烟气中的s 0 2 浓度。例如，层燃炉的型煤脱硫 技术就属于燃烧脱硫。 对于型煤脱硫技术，从7 0 年代我国就开始进行研究。工业固硫型煤是指在工 业型煤生产加工过程中加入固硫剂的型煤，使型煤在燃烧过程中产生的s 0 2 与固 硫剂作用，生成硫酸盐而被固定在炉渣中。根据型煤成型技术的不同，工业固硫 型煤的生产方法可分为粘结成型和热压成型。不同的原料煤经筛分后按指定的比 例进行配煤，再经粉碎及混合，然后同经过处理的粘结剂和固硫剂一起进行混合， 后经机械压挤成型及干燥，得到具有一定强度和形状的成品工业固硫型煤。 为解决型煤堆放占用场地和运输等问胚，有关单位研制了型煤炉前成型技术。 把型煤成型机整体安装在链条炉前原装煤的煤斗中。型煤下落到炉排，随移动的 炉排迸入煤闸门成为平整的燃煤层受热着火和稳定燃烧。其技术指标为：用固硫 剂的固硫率为4 0 5 0 ，锅炉热效率提高4 左右，原始烟尘浓度下降5 0 6 0 。 目静，美国的型煤固硫率为8 7 ，日本为7 0 9 0 ，我国为4 0 左右。我 国与国外固硫率差异的主要原因是采用的固硫剂及固硫催化剂的种类不同。 煤的燃烧过程中脱硫目前开展比较多的有煤粉炉内直接喷钙脱硫技术、循环 流化床燃烧( c r a c ) 脱硫技术、增压流化床燃烧( p f b c ) 技术、低n o x s o x 燃烧器、 型煤燃烧技术几个方向。燃烧过程中脱硫的特点是将燃烧和脱硫结合为一体，在 锅炉燃烧的同时降低污染物排放，结构简单，投资较少，可满足一定的环保要求， 但脱硫系统的加入对燃烧将会产生不利影响，还会带来对锅炉尾部受热面的磨损 等问题。 6 山东大学硕士学位论文 2 2 2 炉内喷钙脱硫 炉内喷钙脱硫技术是将固硫剂制成粉末，喷入炉内，固硫剂在高温下迅速分 解产生c a o ，同时与炉内s 0 2 发生气固反应脱除s 0 2 ，生成c a s 0 4 c a s 0 3 。与各 种各样的烟气脱硫技术昂贵的设备投资和运行费用相比，炉内喷钙脱硫技术的特 点是：设备操作简单、占用空间小、投资少，不产生废水。特别适合现有锅炉的 改造。但该技术脱硫率较低( 约2 0 5 0 ) ，在工业可行的钙硫比下，钙的利用率 也不高( 仅为2 0 3 0 ) ，炉内脱硫效果不十分理想。怎样提高炉内喷钙脱硫过程 中脱硫率和钙的利用率，已成为制约该技术能否得以广泛应用的关键。 炉内喷钙加尾部增湿活化器脱硫工艺( l i f a c ) 是在炉内喷钙脱硫工艺的基 础上在锅炉尾部增设了增湿段，以提高脱硫效率。该工艺多以石灰石粉为吸收剂， 石灰石粉由气力喷入炉膛8 5 0 1 1 5 0o c 温度区，石灰石受热分解为氧化钙和二氧 化钙，氧化钙与烟气中的二氧化硫反应生成亚硫酸钙。由于反应在气固两相之间 进行，受到传质过程的影响，反应速度较慢，吸收剂利用率较低。在尾部增湿活 化反应器内，增湿水以雾状喷入，与未反应的氧化钙接触生成氢氧化钙进而与烟 气中的二氧化硫反应。当钙硫比控制在2 5 及以上时，系统脱硫率可达到6 5 8 0 。由于增湿水的加入，烟气温度下降，一般控制出口烟气温度高于露点温度 1 0 1 5o c ，增湿水由于烟温加热被迅速蒸发，未反应的吸收剂、反应产物呈干燥 态随烟气排出，被除尘器收集下来。 由于脱硫过程对吸收剂的利用率很低，脱硫副产物为以不稳定的亚硫酸钙为 主的脱硫灰，副产物的综合利用受到一定的限制。 该脱硫工艺在芬兰、美国、加拿大、法国等国家得到应用，采用这一脱硫技 术的最大单机容量已达3 0 0 m w 。我国的南京下关电厂2 x1 2 5 m w 机组、浙江的 钱清电厂1 2 5 m w 机组都采用了这一脱硫工艺，目前运行良好。但钱清电厂脱硫 装置一般在7 0 左右的脱硫效率运行。 2 3 燃烧后脱硫( f g d ) f 1 3 】 燃烧后脱硫即炉后脱硫，又称烟气脱硫( f g d ) ，是目前燃煤电厂控制二氧化碳 排放最有效和应用最广的一项脱硫技术。烟气脱硫就是应用化学和物理的方法脱 除烟气中的s 0 2 ，烟气脱硫有很多分类方式，如按吸收剂种类，脱硫方式等分类。 在此，我们按照脱硫方式和产物的形式划分为湿法和干法、半干法脱硫【1 4 1 1 1 5 1 1 1 6 1 。 7 山东大学硕+ 学位论文 2 3 1 湿法烟气脱硫技术 所谓湿法烟气脱硫，特点是脱硫系统位于烟道的末端、除尘器之后，脱硫过 程的反应温度低于露点，所以脱硫后的烟气需要再加热才能排出。由于是气液反 应，其脱硫反应速度快、效率高、固硫剂利用率高，如用石灰做固硫剂时，当c a ，s = i 时，即可达到9 0 的脱硫率，适合大型燃煤电站的烟气脱硫。但是，湿法烟 气脱硫存在废水处理问题，初投资大，运行费用也较高。湿法脱硫主要分为以下 几种方法： 2 3 1 1 石灰石，石灰抛弃法 以石灰石或石灰的浆液作固硫剂，在吸收塔内对s 0 2 烟气喷淋洗涤，使烟气 中的s 0 2 反应生成c a c 0 3 和c a s 0 4 ，这个反应关键是c a 2 + 的形成。石灰石系统 c a 2 + 的产生与旷的浓度和c a c 0 3 的存在有关，而在石灰系统中，c a 2 + 的生产与c a o 的存在有关。石灰石系统的最佳操作p h 值为5 8 6 2 ，而石灰系统的最佳p h 值约为8 ( 美国国家环保局) 。 石灰石，石灰抛弃法的主要装置由固硫剂的制备装置、吸收塔和脱硫后废弃物 处理装置组成。其关键性的设备是吸收塔。 对于石灰石，石灰抛弃法，结垢与堵塞是最大问题，主要原因在于：溶液或浆 液中的水分蒸发而使固体沉积；氢氧化钙或碳酸钙沉积或结晶析出；反应产物亚 硫酸钙或硫酸钙的结晶析出等。所以吸收洗涤塔应具有持液量大、气液间相对速 度高、气液接触面大、内部构件少、阻力小等特点。洗涤塔主要有固定填充式、 转盘式、湍流塔、文丘里洗涤塔和道尔型洗涤塔等，它们各有优缺点，脱硫效率 高的往往操作的可靠性最差。 脱硫后固体废弃物的处理也是石灰石石灰抛弃法的一个很大的问题，目前主 要有回填法和不渗透地存储法，都需要占用很大的土地面积。由于以上的缺点， 石灰石，石灰抛弃法已被石灰石石膏法所取代。 2 3 1 2 石灰石，石膏法 该技术与抛弃法的区别在于向吸收塔的浆液中鼓入空气，强制使c a s 0 3 都氧 化为c a s 0 4 ( 石膏) ，脱硫的副产品为石膏。同时鼓入空气产生了更为均匀的浆液， 易于达到9 0 的脱硫率，并且易于控制结垢与堵塞。由于石灰石价格便宜，并易 于运输与保存，因而8 0 年代以来石灰石已经成为石膏法的主要固硫剂。 山东大学硕士学位论文 石灰石，石膏法的主要优点是：适用的煤种范围广、脱硫效率高( 有的装置 c a s = i 时，脱硫效率大于9 0 呦、固硫剂利用率高( 可大于9 0 物、设备运转率高( 可 达9 0 以上) 、工作的可靠性高( 目前最成熟的烟气脱硫工艺) 、固硫剂为石灰石， 其来源丰富且廉价。 但是石灰石，石膏法的缺点也是比较明显的：初期投资费用太高、运行费用高、 占地面积大、系统管理操作复杂、磨损腐蚀现象较为严重，脱硫副产物石膏的处 置一般有抛弃和回收利用两种方法。脱硫石膏处置方式的选择主要取决于市场对 脱硫石膏的需求、脱硫石膏的质量以及是否有足够的堆放场地等因素 石灰石，石膏湿法脱硫是目前世界上技术最为成熟、应用最多的脱硫工艺世 界上有多家公司开发研究这种工艺1 1 7 1 ，如德国的b i s c h o f f 公司、s t e i m u l l e r 公司、 日本的三菱重t t l 8 1 、川畸重工、石川岛播磨、美国的b & w 公司等等。应用此脱 硫工艺最多的国家是美国、日本及德国，该工艺的机组容量约占电站脱硫装机总 容量的9 0 * 4 ，单塔容量已达1 0 0 0 m w 。在国内，采用该工艺已投运的电厂有：重 庆珞璜电厂、重庆发电厂、杭州半山电厂、北京第一热电厂、北京石景山热电厂、 北京第一热电厂二期、广东瑞明电厂和贵州安顺电厂等。 2 3 1 3 双碱法 实际上双碱法脱硫工艺是为了克服石灰石石灰法容易结垢的缺点，并进一步 提高脱硫效率而发展起来的它先用碱金属盐类如钠盐的水溶液吸收s t h ，然后 在另一个石灰反应器中用灰石或石灰石将吸收了s 0 2 的吸收液再生，再生的吸收 液返回吸收塔再用。而s 0 2 还是以亚硫酸钙和石膏的形式沉淀出来由于其固体 的产生过程不是发生在吸收塔中的，所以避免了石灰罩- , 1 5 灰法的结垢问题 2 3 1 4 氧化镁法 一些金属氧化物如m g o 、m n t h 和z n o 等都有吸收s t h 的能力，可利用其浆 液或水溶液作为固硫剂洗涤烟气脱硫。吸收了s o z 的亚硫酸盐和亚硫酸在一定温 度下分解产生s 0 2 气体，可以用于制造硫酸，而分解形成的金属氧化物得到了再 生，可循环使用。我国氧化镁资源丰富，可考虑此法要求必须对烟气进行预先的 除尘和除氯，而且该过程中会有8 的m g o 流失，造成二次污染。 该工艺适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫，脱硫效率可达到9 5 以上氧 化镁湿法脱硫是一种工艺原理成熟的脱硫工艺，美国、韩国、日本、西欧的一些 9 山东大学硕士学位论文 公司自1 9 8 1 年开始开发这种脱硫工艺，并于1 9 9 0 年左右开始进行工程应用，但 该项技术在世界范围内应用的工程业绩很少，其中一个重要的原因是由于吸收剂 氧化镁在全世界范围内储量稀少，不如石灰石普遍目前据了解，采用m g o 作为 吸收剂应用的最大单机规模在美国，处理3 6 0 m w 的锅炉全烟气。 2 3 1 5 韦尔曼洛德法0 v e n m 小l e r d 法l 利用亚硫酸钠溶液的吸收和再生循环过程将烟气中的s 0 2 脱除，又称为亚纳 循环法实际的使用效果为：用于含硫量为1 3 5 的煤时，可达到9 7 以上 的脱硫效率。整个系统烟气阻力损失为4 ? k p a ，系统可靠，可用率9 5 以上，7 该法适合于高硫煤，以尽可能地回收硫的副产品w e l l m a a - l o r d 法是美国 d a v y - m c k e e 公司年代末开发的亚硫酸钠循环吸收流程该技术目前在美国、 日本、欧洲已经建成3 i 套大型工业化装置，该工艺方法主要用n 棚电解生成的 n a o h 来吸收烟气中二氧化硫，产生n a h s 0 3 和n a s 0 4 ，通过不同的回收装置回 收液态二氧化硫、硫酸或单质硫该工艺方法中氯化钠溶液的电解工艺已非常成 熟，同时该法能得到多种副产品 2 3 1 石氨法 氨法原理是采用氨水作为脱硫固硫剂，与进入吸收塔的烟气接触混合，烟气 中s 0 2 与氨水反应，生成亚硫酸铵，经与鼓入的强制氧化空气进行氧化反应，生 成硫酸铵溶液，经结晶、离心机脱水、干燥器干燥后印制得化学肥料硫酸铵 氨法也是一种技术成熟的脱硫工艺，其主要技术特点有：1 副产品硫酸铵的 销路和价格是氨法工艺应用的先决条件，这是由于氮法所采用的固硫剂氨水价格 远比石灰石高，其固硫剂费用很高，如果副产品无销路或销售价格低，不能抵消 大部分固硫剂费用，则不能应用氨法工艺；2 由于氨水与s 0 2 反应速度要比石灰 石( 或石灰) 与s 0 2 反应速度大得多，同时氨法不需固硫剂再循环系统，因而系统要 比石灰右，石膏法小、简单，其投资费用比石灰石辟i 膏法低得多；3 在工艺中不存 在石灰石作为固硫剂时的结垢和堵塞现象；4 氨水来源也是选择此工艺的必要条 件；5 氨法工艺无废水捧放，除化肥硫酸铵外也无废渣捧放；6 由于只采用n h 3 一种固硫剂，只要增加一套脱硝装置的情况下就能高效地控制s 0 2 和n o x 的捧放 2 3 1 3 海水脱硫法 海水具有一定的天然碱度和水化学特性，可用于燃煤含硫量不高并以海水作 山东大学硕十学位论文 为循环冷却水的海边电厂的脱硫。海水脱硫法的原理是用海水作为固硫剂，在吸 收塔内对烟气进行逆向喷淋洗涤。烟气中的s 0 2 被海水吸收成为液态s t h ，液态 的s o , 在洗涤液中发生水解和氧化作用，洗涤液被引入曝气池，用提高p h 值抑 制了s 0 2 气体的溢出，鼓入空气，使曝气池中的水溶性s 0 2 被氧化成为s 0 4 厶。 海水脱硫的主要特点：i 工艺简单，无需固硫剂的制备，系统可靠可用率高， 根据国外经验，可用率保持在1 0 0 ：2 脱硫效率高，可达9 0 以上；3 不需要添 加固硫剂，也无废水废料，易于管理；4 与其他湿法工艺相比，投资低，运行费 用也低；5 只能用于海边电厂，且只能适用于燃煤含硫量小于1 5 的中低硫煤。 2 3 2 干法、半干法烟气脱硫技术【1 9 1 1 2 0 1 所谓干法烟气脱硫，是指脱硫的最终产物是干态的。主要有喷雾干燥法、n i d 法、循环流化床法、荷电干式喷射脱硫法( c d s i 法) 、电子束照射法( ( e b a ) ，脉冲 电晕法( p p c p ) 以及活性炭吸附法等。 2 3 2 1 旋转喷雾干燥法( s o a 法) 旋转喷雾干燥法是美国j o y 公司和丹麦n i r o 公司联合研制出的工艺。这种 脱硫工艺相比湿法烟气脱硫工艺而言，具有设备简单，投资和运行费用低，占地 面积小等特点，而且具有7 5 9 0 的烟气脱硫率。过去s d a 法只适合中、低硫 煤，现在已研制出适合高硫煤的流程。因此，这种脱硫工艺在我国是有应用前景 的。 旋转喷雾烟气脱硫是利用喷雾于燥的覆理，将固硫剂浆液雾化喷入吸收塔。 在吸收塔内，固硫剂与烟气中的二氧化硫发生化学反应的同时，吸收烟气中的热 量使固硫剂中水分蒸发干燥，完成脱硫反应后的废渣以干念排出。为了把它与炉 内喷钙脱硫相区别，又把这种脱硫工艺称作半干法脱硫。 旋转喷雾干燥法系统相对简单、投资低、运行费用也不高，而且运行相当可 靠，不会产生结垢和堵塞，只要控制好干燥吸收器的出口烟气温度，对于设备的 腐蚀性也不高。由于其干式运行，最终产物易于处理，但脱硫效率略低于湿法。 该工艺在美国及西欧一些国家应用较多，在3 0 0 m w 以上机组上有一定的应用业 绩。山东黄岛电厂也曾引进日本旋转喷雾半干法烟气脱硫技术，但是由于技术方 面的诸多原因，舀静该装置已无法投入陋常运行。 2 3 2 2n i d 法 山东人学硕十学位论文 a b b 公司丌发的简易锅炉烟气脱硫技术( 简称n i d ) ，是由旋转喷雾半干法脱 硫技术基础上发展起来的一种具有系统简单、投资相对较省的适合3 0 0 m w 以下 机组使用的脱硫系统。原理是：以一定细度的生石灰粉( c a o ) 经消化增湿处理后与 大循环倍率的循环灰混合直接喷入烟道中的反应器，在反应器中与烟气二氧化硫 反应生成固态的亚硫酸钙及少量硫酸钙，再经除尘器除尘，达到烟气脱硫的目的。 n i d 的主要技术特点是：1 大倍率灰循环；2 混合消化增湿技术；3 除尘脱硫一体 化设计。缺点：脱硫灰的利用还有待研究；脱硫效率较湿法低，不适用于高硫煤， 对煤中含硫量小于2 5 的煤种是比较经济适用的。我国浙江菲达机电集团公司引 进a b b 公司技术并加以消化吸收，取得了较好的效果。 2 3 2 3 循环流化床法 德国鲁奇公司在7 0 年代丌发了循环流化床脱硫技术1 2 ”。原理是在循环流化床 中加入固硫剂石灰石以达到脱硫的目的，由于流化床具有传质和传热的特性，所 以在有效吸收s 0 2 的同时还能除掉h c l 和h f 等有害气体。利用循环床的一大优 点是，可通过喷水将床温控制在最佳反应温度下，通过物料的循环使固硫剂的停 留时间增加，大大提高钙利用率和反应器的脱硫效率。用此法可处理高硫煤，在 c a s 为l 1 5 时，能达到9 0 9 7 的脱硫效率。 循环床的主要优点是：与湿法相比，结构简单，造价低，约为湿法投资的5 0 ； 在使用c a ( o l q ) 2 作固硫剂时有很高的钙利用率和脱硫效率，特别适合于高硫煤； 运行可靠，由于采用干式运行，产生的最终固态产物易于处理。 值得注意的是，对于旋转喷雾干燥法、循环流化床法和炉内喷钙尾部增湿活 化法，都可以利用飞灰来提高钙利用率和脱硫效率。研究认为飞灰中含有较大量 的金属氧化物，对脱硫反应有较强的催化作用。 它具有如下技术特点：1 主要以锅炉飞灰作循环物料，反应器内固体颗粒浓 度均匀，固体内循环强烈，气固混合，接触良好，气固间传热、传质十分理想； 2 向反应器内喷入消石灰浆液，由于大量固体颗粒的存在，使浆液得以附着在固 体颗粒表面，造成气液两相问极大的反应表面积；3 固体物料被反应器外的高效 旋风分离器收集，再回送至反应器，使固硫剂反复循环，在反应器内的停留时日j 延长，从而提高固硫剂的利用率，降低运行成本；4 通过向反应器内喷水，使烟 气温度降至接近水蒸汽分压下的饱和温度，提高脱硫效率；5 干态脱硫副产物容 1 2 山东大学硕士学位论文 易处理：6 反应器不易腐蚀、磨损，技术简单，节省投资；7 粉煤灰对脱硫反应有 催化作用。 2 3 2 4 荷电干式喷射法( c d s l 法) 此法是美国a l a n c o 环境公司开发研制的专利技术。第一套装置在美国亚历 桑那州运行。其技术核心是：固硫剂以高速通过高压静电电晕充电区，得到强大 的静电荷( 负电荷) 后，被喷射到烟气流中，扩散形成均匀的悬浊状态。固硫剂粒 子表面充分暴露，增加了与s 0 2 反应的机会。同时由于粒子表现的电晕，增强了 其活性，缩短了反应所需的滞留时间，有效提高了脱硫效率，当c a s 为1 5 时， 脱硫效率为6 0 7 0 。c d s i 法的投资及占地仅为传统湿法的1 0 和2 7 。对现 有电厂改造尤为适用。 2 3 2 5 电子束照射法( ( e b a 法) 这是一种较新的脱硫工艺，经过2 0 多年的研究开发，已从小试、中试和工业 示范逐步走向工业化。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照烟气，使水蒸气与氧等分子激发产生氧化能力 强的自由基，这些自由基使烟气中的s 0 2 和n o x 很快氧化，产生硫酸与硝酸，再 和氨气反应形成硫酸铵和硝酸铵化肥。由于烟气温度高于露点，不需再加热。 其主要特点：是一种干法处理过程，不产生废水废渣；能同时脱硫脱硝，并 可达到9 0 以上的脱硫率和8 0 0 6 以上的脱硝率；系统简单，操作方便，过程易于 控制；对于不同含硫量的烟气和烟气量的变化有较好地适应性和负荷跟踪性；副 产品硫铵和硝铵混合物可用作化肥；脱硫成本低于常规方法。日本茬原公司与四 川电力局合作，于9 7 年在成都热电厂建成示范装置。实际运行中，燃煤含硫量在 0 8 3 5 之间变化时，脱硫效率在8 0 以上，脱硝效率在2 0 左右。设备可 靠安全，其副产品硫铵销路良好。 2 3 2 6 脉冲电晕等离子体法( p p c p 法) 此法是1 9 8 6 年日本专家增田闪一在e b a 法的基础上提出的。由于它省去昂 贵的电子束加速器，避免了电子枪寿命短和x 射线屏蔽等问题，因此该技术一经 提出，各国专家便竞相开展研究工作。目前日本、意大利、荷兰、美国都在积极 开展研究，已建成1 4 0 0 0 n m 3 h 的试验装置，能耗1 2 1 5 w h n m 3 。我国