（电力系统及其自动化专业论文）烟气脱硫技术评价方法的研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 要因素 确定了一套评价烟气脱硫装置技术经济性能的综合因 素指标 作者引入火电厂烟气脱硫技术综合性能评价的多级模糊 数学模型 确定的综合因素指标集由效率特性 经济性能和技 术性能三类因素构成 其中每一因素集又包括了具体的评价指 标 具体评价方法为 确定各具体性能指标的隶属函数 对效 率特性 经济性能和技术性能因素进行初级综合评价 在初级 评价结果的基础上进行二级综合评价 本文在模糊综合评判模型的基础上 经过深入分析 加入 了耗水量 占地面积 环境特性等多个重要的影响因素 使得 整个评价系统更加完善 更加客观 利用这种模型对六种主流 烟气脱硫技术进行评价 根据最大隶属度原则得出在六种烟气 脱硫技术中 石灰石湿法经济性排在第一位 湿式氨法经济性 位列第二的客观评价结果 此系统的完善对我国燃煤电厂烟气 脱硫技术的选择具有更加良好的参考价值 关键词 烟气脱硫 模糊数学 综合评价 经济指标 a 贩i mi 人 擎顸l 七研究生t 批论文 s t u d y0 ne v a i 1ja f n o nm e t h o df o r f l i j eg a sd e s u j f u r l z 觚 f o n t e c n o l o g y a b s t r a c l w i t ht h ed 吼 e m p m e n t0 fi n d u s t f t h ea t m o s p h e r i cp o l l u t i o n i sg e t t i n gi 1 1 0 r ea n dn l o r cs e r i o u s w h i c hh a sb e c o m eaw o r l d w i d e p r o b l e m s o f r o m f i r e p o w e rp l a n t s i so n eo ft h em a i n a t m o s p h e l i cp o l l u t a n t s al o to f d a t as h o wt h a ts o xg i v e no f ff i o m f i r ep o w e rp l a n t si sg e t t i n gm o et e r r i b l e w h i c hb r i n g sh u g el o s s f o ro u l c o t m t r y f l u eg a sd e s u l f i m z a t i o n f g d i st h e o n ec o s m i c a l l y c o m l r e c i a ld e s u l f u r i z a t i o nw a yi n t h ew o r l d i ti st h em a i n t e c h n o l o g y r l l e a s u r et oc o n t r o la c i dr a i na n d s u l f u rd i o x i d e s i n c et h ew e t s e m i d r ya n dd r yf g da r em o r ep e r f e c t a n d m a t u r e p o w e rp l a n t sm a yw i d e l y c h o o s e a d o p t a b l e i i l a e i 嗤1 人学颂 f 究生学何论文 d e s u l f u r i z a t i o nt e c h n i q u e s u n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n s e a c hp o w e r p l a n tm a yg a i n t h eb e s te f f e c to fd e s u l f u r i z a t i o no n l yw h e ni t a d o p t sm o s ts u i t a b l ef g dt e c h n i q u e o b v i o u s l y i ti sn e c e s s a o t o b u i l du pas u i to fs c i e n t it i c 1 e a s o n a b l e e c o n o m i c a la n di n t e g r a t e d p f a l u a t i o ns 3s t e mf o rf g d t e c h n i q u e s i nt h i st h e s i st h em a i nd e s u l f u r i z a t i o nt e c h n o l o g i e sa r e i m r o d u c e di nd e t a i l w h i c hi n c l u d e sw e t s e m i d r ya n dd r yf l u e g a s d e s u l f u r i z a t i o na u t h o r a n a l y z e dt h et e c h n i c a le s s e n t i a lo ff g d e q u i p m e n ta n da p p r a i s e di t st e c h n i q u ep a r a m e t e r s t nt h et h e s i s a d v a n t a g e sa n ds h o r t a g e so f e a c ht e c h n i q u ea r ep o i n t e do u t a n d e c o n o m i c a lin d e xa r er e s e a t c h e dt of i n do u tt h em a i nf a c t o r sf o r e v a l u a t i o n t h ea u t h o rc o n f i r m e das u i to fi n d e xs y n t h e t i c a lf o r a p p r a i s i n g t e c h n i c a la n de c o n o m i c a l c a p a b i l i t y o ff g d t e c h n i q u e s t h em u l t i t e v e lf u z z ym a t h e m a t i c sm o d e lw a sp r e s e n t e dt o e v a l u a t et h e c o m p r e h e n s i v ep e r f o r m a n c e o ff l u eg a s d e s u l f u r i z a t i o n f g d t e c h n o l o g i e sf o rf i r ep o w e rp l a n t s t h e f i r s t l e v e lf a c t o r si n c l u d e e f f i c i e n c yp e t f o r m a n c e e c o n o m i c 太原理工大学硕士研究生学位论文 p a r a m e t e r sa n dt e c h n i c a lp e r f o r m a n c e e a c hc o n s i s t so faf e w s e c o n d l e v e lf a c t o r s t h ee v a l u a t i o ns t e p sa r ea s f o l l o w i n g s f i r s t l nt h ei n f l u e n c eo fs e c o n d l e v e l f a c t o r so na s s e s s m e n ti s e x p r e s s e di nm e m b e r s h i p f u n c t i o n s t h e nt h ef i r s t l e v e lf a c t o r sa r e e v a l u a t e d e l e m e n t a r i l y t h ec o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o n i s c o n d u c t e do nt h eb a s i so f r e s u l t sf r o me l e m e n t a r ya s s e s s m e n t b a s e do nt h em u l t i l e v e lf u z z ym a t h e m a t i c sm o d e l al o to f i m p o r t a n tf a c t o r sa l ea d d e dt ot h em o d e l s u c ha sw a t e ra m o u n t e n v i r o n m e n tp e r f o r m a n c e t h u st h ee v a l u a t i o ns y s t e mb e c o m e s m o r e p e r f e c t a n de x t e m a ks i xk i n d s o f i m p o r t a n t f g d t e c h n o l o g i e sa r ee v a l u a t e db yu s i n gt h ef u z z ym o d e l a c c o r d i n gt o t h er u l eo f m a x i m u mm e m b e r s h i pv a l u e t h eb e s ti sw e t l i m e s t o n e f l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o na n dt h es e c o n di s w e ta m m o n i ap r o c e s s t h ec o n c l u s i o nw i l lp r o v i d eag o o dr e f e r e n c ef o rt h ef i r ep o w e r p l a n t st oc h o o s e f l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n k e yw o r d s f l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n f u z z y m a t h e m a t i c s c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n e c o n o m i c a li n d e x v 太原理工大学硕士研究生学位论文 第一章课题研究的背景 电力作为国民经济的先行在我国现代化建设中起着举足轻重的作 用 虽然国内已开发出多种新能源发电系统 但受客观条件制约 发电 主力仍以煤炭为主 据统计 我国每年发电用煤约占我国每年煤炭总量 的一半左右 在我国电源结构中 火电设备容量占总装机容量的7 5 以 上 年均增长率为7 2 0 0 4 年达到1 4 4 万亿千瓦时 其中水电占2 0 左 右 核电占1 左右 剩余的全部是煤炭发电 预计2 0 1 0 年全国总装机容 量将达n 5 4 0 g w 火电装机容量约为4 0 0 g w 以上 需要电煤约1 0 亿吨 预计2 0 2 0 年 火电装机容量在6 0 0 g w 左右 约需煤炭1 4 亿吨 如此大的 煤炭消耗必将引发环境保护上的一个大问题 二氧化硫的污染 而随 着2 0 0 8 年奥运会的日益临近 如何保护人们头项的蓝天已成为举国上下 日益关注的问题 1 1s 0 2 污染治理的法规及标准 烟气脱硫项目简单的解释 就是将燃煤电厂烟气排放中的二氧化硫 去掉 由于二氧化硫是酸性气体 在空气中与水接触形成了硫酸 最后 以酸雨的形式再降落到地面 对环境产生巨大的污染 1 2 0 0 4 年1 月1 日国家环境保护总局新修订的 火电厂大气污染物排放 标准 正式实施 新的环境保护排污标准将原来执行排放二氧化硫0 2 元 公斤左右的收费标准提高了三倍 同时要求新建火电厂必须将烟气脱硫 项目同步规划 同步预算 同时施工 按照国家环境保护总局的规定 2 0 0 5 年1 月1 日之前 在2 0 0 1 年1 月1 太原理工大学硕士研究生学位论文 日以前建设的火电机组不达标的 在其限期治理项目未实施前 环境保 护部门不得审批机组所属企业的新 改 扩建火电项目 2 0 0 5 年1 月1 日 以后排放仍达不到 火电厂大气污染排放标准 的火电厂将遭受处罚 并根据超标情况 采取限期安装脱硫设施 更新除尘器或改装低氮燃烧 装置等治理措施 限期治理后仍不能达标的 要限产限排或关停 2 0 0 8 年1 月1 日以前 所有火电机组均应安装符合 火电厂烟气排放连续监测 技术规范 要求的烟气排放连续监控仪器 并实现与环境保护部门联网 1 2 二氧化硫污染现状 根据国家环境保护总局污染控制司大气噪声处理工作人员介绍 每 燃烧1 亿吨煤 排放的二氧化硫就会增加1 6 0 万吨左右 二氧化硫是火 力发电环境保护治理的关键 据国家环境保护总局 火电厂烟气脱硫关 键技术与设备国产化规划要点 2 0 0 0 年 2 0 1 0 年 介绍 目前的火电 用煤平均含硫量为1 0 2 如果不加处理 到2 0 1 0 年我国仅火力发电就 会造成二氧化硫排放约1 亿吨 而早在1 9 9 8 年 我国二氧化硫的排放已 经达到2 0 9 0 万吨 成为世界上二氧化硫排放最多的国家 1 9 9 5 年我国 由于酸雨和二氧化硫污染造成农作物 森林和人体健康等方面的经济损 失约为1 1 0 0 多亿元 最近几年 随着火力发电装机容量的逐年增加 经 济损失已经突破2 0 0 0 亿元 解决火电厂烟气脱硫问题已迫在眉睫 1 国家环境保护总局2 0 0 3 年全国环境状况公报显示 全国城市空气质 量总体上有所好转 监测的3 4 0 个城市中 1 4 2 个城市达到国家环境空 气质量二级标准 居住区标准 占4 1 7 比上年增加7 9 个百分点 空气质量为三级的城市有1 0 7 个 占3 1 5 比上年减少3 5 个百分点 劣于三级标准的城市有9 1 个 占2 6 8 比上年减少4 4 个百分点 2 太原理1 人 学坝士研究生学位泛文 在所监测的3 4 0 个城市中 2 5 6 的城市 氧化硫超过二级标准 与 2 0 0 2 年相比 二氧化硫年均浓度超过三级标凇盼城市比例增加3 6 个百 分点 二 氧纯蕊污染鞍重的城审耋三要在l l 西 溺j 游赢 潮南 内蒙 古 陕两 甘肃 贵州 四川和蓖庆等地区 二 氧化硫浓度分栖城市比 例如图l 一1 所示 鞠 二氧化硫浓度分缓城市出铡 f i g l ip r o p o r t i o no f c i t i e sd i v i d e db ys 0 2c o n s i s t e n c y 在临铡的3 4 0 个城市中 有6 4 个城市位于二氧化硫污染控制区 二氧化硫浓度达到 二级标准懿城市占3 9 1 怒过三级的城市比例占 3 5 9 比上年增加7 盘个百分点 有n 6 个城市位于酸雨控制区 二氧 化硫浓度达到二级标准的城市占7 s 0 比上年减少4 5 个百分点 超过 三级的城市比倒比一i 年增加2 7 个匿分点 两控区 二氧化硫污染有版 加重 4 8 7 个市 县 的降水监测结果显示 2 0 0 3 年降水年均p h 值范围 为3 6 7 江西省薄乡亩 8 4 0 甘肃省嘉瓣关审 出现酸雨的城市2 6 5 个 占 报城市数的5 4 4 年均p h 值小于翻等于5 6 鹤城市1 8 2 个 占上报城市数的3 7 4 酸谢频率大于4 0 的城市13 8 个 占2 8 4 与上年姻比 出强酸爵静城市比例璃翱4 1 个露分点 障承年均p h 值小 于和等于5 6 的城市比佣上升了4 7 个百分点 其中降永年均p h 值小于 3 太原理i 人学硕十研究生学位论文 4 5 的城市比例增加2 8 个酉分点 酸雨频率超过4 0 的城市比例上升了 7 2 个百分点 酸雨污染较1 年加重 酸雨分布范围基本稳定 2 0 0 3 年降水年均p h 值小于5 6 的城市主 要分布在华东 华南 华中和西南地区 华中酸雨区和西南酸雨区污染 比较严重 年均p h 值小于或等于5 6 的城市比例均超过5 0 湖南 江 西分别是华中和华东酸雨区酸雨污染最严重的区域 西南酸雨区的贵州 省酸雨污染较重 浙江省是华东酸雨区污染最严重的区域 北方城市中 宁夏石嘴山 陕西省渭南和商洛 辽宁的丹东 阜新 铁岭和吉林的图 们降水年均p h 值小于5 6 而在酸雨控制区1 0 6 个城市中 降水年均p h 值范围为3 6 7 江西 省萍乡 7 3 0 云南省丌远市 出现酸雨的城市9 5 个 占8 9 6 酸 雨频率超过4 0 的城市比例为5 3 7 比上年上升了6 9 个百分点 湖南 省怀化和吉首 浙江省温州和江西省抚州4 个城市酸雨频率超过9 5 其中抚州酸雨频率达到1 0 0 年均p h 值小于或等于5 6 的城市有7 5 个 占7 0 8 比上年减少1 8 个百分点 降水p h 值小于5 0 的城市比例为 4 8 1 增加5 个百分点 江西省萍乡 四川省宜宾和湖南省吉首的年均 p h 值低于4 0 酸控制区内酸耵污染范围基本稳定 但污染严重的区域 进一步加重 1 3 全国燃煤电厂s 0 2 治理现状 在多年的治理过程中 虽然国家通过关停小火电机组 改用低硫煤 建设脱硫装置等多种措施控制s 0 2 排放 曾在短期内取得一定的成绩 同时通过引进国外技术装备丌展科研 开发和实践 推动了燃煤电厂烟 气脱硫技术的国产化 但是总体看来多年来由于二氧化硫排放而带来的 4 太原理i 人学硕士研究生学位论文 污染却始终没有得到根本的控制 究其根源主要有以下三个方面原因 一 电厂减排s 0 2 的管理措施不到位 长期以来 缺电一 直是我国国民经济发展的瓶颈 而在加快电力发 展中未能充分考虑环境问题 阎家基于国情 为保证电力供应和电价稳 定 对电厂二氧化硫排放没有实行严格的制约标准 管理措施也相对滞 后 2 0 世纪8 0 年代全国就刀 始实行排污收费制度 直到9 0 年代中期 才对重点地区实施s 0 2 排污收费 而且收费标准与s 0 2 处理成本相差甚 远 根本达不到促进治理污染的目的 致使燃煤电厂普遍没有把s 0 2 减 排作为企业管理的重要内容 随着煤电的快速发展 s 0 2 污染欠帐越来 越多 在短时间内也难以根本解决 二 经济政策不落实 投资问题长期困扰电厂脱硫 建设电厂脱硫装置 不仅基建投资基数大 而且运行费用高 脱硫 成本对电价产生一定的影i q 自 在计划经济体制下 电价长期保持不变 企业受主管部门制约 不能自主投资治理污染 迄今仍未真正走上市场 的电力企业 面对电力体制改革将要实行的 厂网分开 竟价上网 企 业又顾虑增加治理成本影响市场竞争 电力工业是资本密集型产业 电 力企业固定资产占总资产的7 2 比工业企业平均值高出2 0 个百分点 由于我国实行 生产型 增值税 投资型支出不能作为进项税来抵扣 使电力企业的投资性支出重复纳税 税负高出工业企业平均水平的4 0 还要多 在一定程度上影响了电厂建设脱硫装置的积极性 国产化脱硫技术丌发起步较晚 装备水平不高 虽然发达国家已经有了成熟的烟气脱硫技术 但采用进口技术设备 脱硫 基建投资量大 企业难以承受 我国从 七五 开始进行脱硫技 术攻关 主要是消化和吸收固外引进技术 由于对电厂s 0 2 排放的环境 管理力度小 脱硫产业面对的只是一个潜在的市场 脱硫技术也仅在少 0 太原理二i 人学硕士研究生学位论文 数电厂开展工程示范 因而长期依赖国外公司参与基本设计和设备调试 脱硫技术装备国产化 成套化 有待于脱硫市场的进一步扩大 1 1 4 脱硫技术及其评价方法 控制二氧化硫排放可采用多种方法 在燃烧前进行沈选可以脱除1 0 2 0 的硫分 在煤燃烧时采用先进的燃烧方法 如循环流化床技术 煤气化技术等 也可以控制s 0 2 的形成 但就目前的技术水平和现实能 力而言 烟气脱硫仍是目前世界上相对比较成熟而且应用最广泛的一种 控制技术 随着s 0 2 排放控制标准和环境立法日趋严格 近几年欧美发 达国家烟气脱硫装置的数量随着新电厂的投入运行 正成直线上升 一 些发展中国家为了保持经济的可持续发展 也纷纷以立法的形式制定了 较为严格的环境法规 尽力寻找各种适合国情 并能有效控制s 0 2 排放 的方法 我国从7 0 年代开始 对国际上现有烟气脱硫技术的主要类型进行了 研究试验 并且自主开发了一些新的技术 其中较为典型的成果有 旋 转喷雾干燥法 电子束辐照法 脉冲电晕等离子体法 磷铵肥法 活性 炭纤维法 我国烟气脱硫技术起步较晚 技术的转化和应用受经济条件 制约一直没有大规模普及 进入9 0 年代后 烟气脱硫技术的发展进入了 个新的时期 各种有 发展前景的新工艺不断出现 n 夕i 烟气脱硫技术已开发出数百种 目前 工业化应用的主要技术有 湿试石灰石一石膏法 喷雾干燥法 循环流 化床技术 吸收再生法 炉内喷钙一尾鄱烟气增湿活化脱硫法以及电子 束烟气脱硫技术 脉冲放电等离子体法以及一些结构简化 性能较好的 烟气脱硫工艺等 国外烟气脱硫装置系统化 成套化 工程化程度高 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 机电一体化 自动控制水平达到较高水平 而且在脱硫产物利用上取得 了很大的成就 我国近年来在解决石灰石一石膏法副产石膏的出路方面 进行了利 用石膏制复合肥的研究 在氨法烟气脱硫方面 进行了利用烟气脱硫副 产品生产磷铵 硝铵等肥料的研究 并在生物法脱硫 电化学脱硫等多 种技术脱硫方面作了大量的研究开发工作 目前 烟气脱硫技术上是湿法 半干法和干法脱硫工艺同步发展 湿法烟气脱硫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 而且降低了初投资 安装烟气脱硫装置最多的国家是美国 其次是德国和日本 我国是 一个发展中国家 由于自身经济和资源条件的限制 环境立法尚不十分 苛刻 因此采用和运行的烟气脱硫装置还不是特别多 到目前为止 我 国已有的电厂烟气脱硫技术的采用以湿法烟气脱硫技术居多 然而考虑 到我国的实际情况 由于干法和半干法装置的费用低廉 所以干法 半 干法烟气脱硫装置有日益广阔的应用前景 其市场份额将日趋增加 随着各种脱硫技术的逐步完善和成熟 可供电厂选择的技术种类也 随之不断增加 但是由于各个电厂自身具体条件不同 这就决定只有选 择最为适合自身特点的脱硫技术才能达到最好的脱硫效果 由此可见 建立一套科学合理的脱硫技术经济性综合评价体系是非常必要的 到目 前为止 在这一方面也已经有了一定的研究和发展 比较成熟的经济性 评价方法有净现值法 差额投资内部收益率法 费用现值比较法 年费 用最小法以及模糊综合评判法等 不同的经济评价方法是根据不同的原则建立评价体系的 分别都有 着各自的优势和不足的地方 总体来说 这些经济评价体系的建立对电 厂合理选择脱硫技术具有一定的参考价值 7 太原理1 人学硕十研究生学何论文 1 5 课题研究的必要性及其主要内容 多年来 我国针对二氧化硫污染的控制措施并不是十分得力 导致 二氧化硫减排效果并不尽如人意 不但没有使二氧化硫排放得到很好的 控制 在近几年更是在局部地区甚至出现了污染加重的现象 加之我国 脱硫技术运用丌展时剧并不是很睦 许多工艺还远没有达到十分成熟的 程度 在上述情况下 为了能达到令人满意的效果 就要求电厂在选择 脱硫技术时要 1 分慎重 只有从自身的实际情况出发 选择最为适合自 己的脱硫技术 爿能达到最好的脱硫效果 由此可见 有必要建立一套 比较完善的具有实际指导意义脱硫技术经济评价方法 基于上述分析 本论文主要研究以下内容 1 对烟气脱硫技术的基本原理 工艺流程 影响因素等做了较为详 细的阐述 指出了各烟气脱硫技术的特点及其局限性 2 对现有烟气脱硫技术 分析技术要点 评价技术参数评价 通过 分析研究烟气脱硫技术的经济指标 找出了评价的主要因素 确定了一 套评价烟气脱硫装置技术经济性能的综合因素指标 3 引入了模糊综合评判法对烟气脱硫技术进行综合评判 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章脱硫技术简介 2 1 脱硫技术分类及概况 脱硫方法多种多样 根据不同的标准可进行各种不同的分类 按照 在燃烧的不同阶段进行脱硫可分为燃烧前脱硫 燃烧中脱硫和燃烧后脱 硫 燃烧前脱硫即通常所浣的前脱 其具体还包括物理脱硫 化学脱硫 微生物脱硫以及煤的温和净化等方法 燃烧中脱硫目前主要就是指流化 床燃烧脱硫和炉内喷钙脱硫法 燃烧后脱硫即通常所说的烟气脱硫 其 具体则又可再分为干法烟气脱硫和湿法烟气脱硫 湿法烟气脱硫则又包括了石灰石一石膏法 石灰石抛弃法 双碱法 海水烟气脱硫法 湿式氨法和磷铵肥法等 干法烟气脱硫则包括有旋转 喷雾干燥法 荷电干式烟气脱硫法 粉煤扶干法 循环流化床干法 干 式催化法以及新式整体法等 干法烟气脱硫除了包括上述提到的各种方法外 还有可同时脱硫脱 硝的技术 其中最具代表性的就是电子束烟气脱硫技术 目前这种技术 由于其可同时降低烟气中的硫分和含氮量而得到许多电厂的青睐 2 2 燃烧前脱硫 燃烧前脱硫是指在煤炭燃烧前通过各种方法对煤进行净化 去除原 煤中的部分硫分 从而降低煤燃烧所形成的二氧化硫的量的方法 这种 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 方法是脱除无机硫最经济 最有效的技术途径 原煤经过洗选可脱硫又 可除灰 提高煤炭质量 又可减少燃煤污染和无效运输 提高热能利用 效率 燃烧前脱硫技术主要有物理法 化学法 物理化学法和微生物法 等 目前工业上广泛采用的是物理选煤方法 1 2 2 1 煤炭物理脱硫技术 所谓煤炭物理脱硫也就是指物理选煤过程 主要是利用煤中有机质 和硫铁矿的密度差异而使它们分离的方法 物理选煤主要是指重力选煤 即跳汰选煤 重介质选煤 空气重介质流化床干法选煤 风力选煤 斜 槽和摇床选煤等 同时还包括电磁选煤及古老的拣选等 跳汰分选是各种密度 粒度及形状的物料在不断变化的流体作用下 的运动过程 跳汰选煤由于工艺流程简单 设备操作维修方便 处理能 力大且有足够的分选精度 所以在煤炭分选中占有十分重要的地位 重介质选煤是用密度介于煤与矸石之间的重液或悬浮液作为分选介 质的选煤方法 重介质选煤的影响因素 原煤粒度 悬浮液固体容积浓 度 悬浮液中煤泥含量 给煤量 原煤的可选性 悬浮液的密度以及合 格悬浮液循环量 风力选煤法主要是以空气作分选介质来进行选煤的一种方法 由于 空气的密度只是水的1 1 8 3 1 所以传统的分选设备只可处理窄料级物料 且分选效果不佳 所以应用极少 近几年 已开发出空气重介流化床干 法选煤技术和复合式干法风选机 其它选煤方法还包括斜槽分选机法 螺旋分选机法 摇床 电选以 及高梯度强磁选等 1 1 0 太啜理工大学硕士研究璺学饿论文 2 2 2 煤炭化学脱硫技术 煤炭化学艇巯方法可分为物理化学躐硫方法和缝化学脱硫方法 魏 理化学肮硫方法即浮选 化学脱硫方法又包括碱法脱硫 气体脱硫 热 解和氢化脱硫 氧化法脱硫等 物理化学鼹虢法 物理化学脱硫逸煤即浮选 是依据矿物袭丽物理化学性顶的差别避 行分道的方法 浮选包括泡沫浮选 浮选柱 油团浮选 袭层浮选和选 择往絮凝等 通常所据鲍浮遮楚在实际中常溺晦泡濠浮选 泡沫浮选只 能麟除煤中部分硫铁矿硫 对有机硫却无能为力 煤浮选脱硫的主瑟影响因素有浮选入料粒腰 煤浆浓度 p h 值和水 质 嫘的氧化萃珏交藤程度 浮选l t 类型缓及浮选裁的选择 二 热压浸出脱硫 热压浸出脱硫包括热碱漫出法和m e y e r s 法 热碱液浸出法童三要是利用热溅液浸出漂中黄铁硫矿酾蠢祝硫他食 物 没在高温高压下进行脱硫反应 其主要优点有 1 煤脱硫后完垒 失去黏性和膨胀性 但挥发分戈损失 2 水蒸汽气化可在较低温度下 避孝子 3 细氢气化可在较低鹾力下戳更快黝速度进行 4 煤中残窝 的渡出荆是煤气化反应的催化剂 p a a 优点对煤炭气化操作非常有利 能降低煤炭气化过程的投资和操作费用 m e y e r s 法豹基本藤理是采羽瀛酸铁溶滚 铁离子浓赛为i m o l 见 从 粉煤中没出黄铁矿硫 m e y e r s 法的特点是与物理法不同 可除去8 3 9 8 的黄铁矿硫 而且煤的损失小 在浸出时 煤的有机成分 包括存 掇硫 蘩本不参与反应 因此馕嗣予处理垒蘸分毫嚣有瓤巯含量少的煤 三三 高温热解气体脱硫 太原理 人 卜硕j 研究生学忙论文 高温热解气体脱硫包括 彳r 煤加氧热解脱硫法和煤快速热解脱硫法 煤加氢热解是指煤谯一一定温度和氢压下进行热分解的工艺过程 其 一个重要作用就是为r 脱硫 煤在惰性气氛中快速热解法是一种转化脱 硫方法 同前仍处在研究实验阶段 中硫的分解 降解反臆的迎俊蕾异 2 2 3 煤炭温和 争化脱硫技术 它主要是利用升温速度不同导致煤 使硫在气 固 液三相中再分配 煤的温和净化睨硫乃 法的e 要特点是操作条件及其温和 脱硫都在 常压 温度不高 一般低于2 0 0 下进行 并且净化后煤质几乎不变 近年来发展起来的温和净化了j 法主要有辐射法 微生物法 电化学法和 化学法 辐射法操f f 简单 并且肖硫化物的温度达到活化温度时 煤基质的 温度仍很低 不仅达到脱硫目的 而且能避免煤的特性变异 值得注意 的是 辐射法与其它方法结合能改善脱硫率 因此它具有巨大潜力 辐 射法又包括微波法和超声波法等 微波法操作简单 在室温下进行 陔工艺中 煤中黄铁矿越分散 辐射效果越好 辐射时间是唯一可控制的条件 其缺点是难以脱除有机 硫 但是微波法与其它脱硫法结台 可提高其脱硫率 电化学法又可进 步分为电化学氧化脱硫和电化学还原脱硫 煤的 温和净化法是近几年发展起来的煤净化高新技术 较有代表的是溶剂温 和抽提 有机金属化合物脱7 r 机硫 单电子转移反应脱有机硫 2 2 4 煤炭洗选脱硫工艺研究进展 太原理工大学硕士研究生学位论文 沈煤脱硫技术研究现状 1 细粒级煤的分选与脱水成为研究开发的重点 2 广泛使用在线控制 实现r 选煤厂的高度自动化 3 中国选煤技术现状 我国的煤炭沈选加工技术 通过自行研究丌 发和引进消化 已有k 足的进步 国外已有的各利 分选工艺我国均已具 有 在个别领域已达到困际领先水平 目自h 我国在选煤工艺的研究开 发方面有了较大的发展 基本上满足了不同条件选煤生产的需要 二 洗煤脱硫技术的发腱方向 在新型 高效选煤方法的研究和丌发上 美国 同本 德国及澳大 利亚等发达国家针对煤炭的深度脱灰 脱硫开展了大量的研究 并取得 了相当的成果 美国近年来大力开发先进的物理和化学选煤技术 包括 微细磁铁矿粉重介旋流器 高压静电选煤 摩擦静电选煤 高梯度磁选 法脱硫 液态二氧化碳选煤法 微泡浮选柱 油团选和选择性絮凝等 生产出狄分小于3 硫分小于0 5 的精煤 德国 加拿大 日本等囤 在油团选煤方面的研究也都取得了一定的成果 目前 微泡浮选柱和油 团选煤在美国已投入工业应用 我国洗煤脱硫技术的发展方向是针对先进的重介质选煤技术简化重 介质选煤丁艺 降低建厂投资和生产费用 提高重介质选煤的经济性 以适应中国众多高硫难选煤脱硫降灰的需要 使高效的重介质选煤工艺 在更大的范围内得到推广应用 对于跳汰选煤在进一步完善新型跳汰技 术的基础上 更多的采用高新技术 不仅从单机上 而且从跳汰工艺系 统上实现智能化 对浮选技术进行竞善提高 开发新型动力选煤分选技 术和高效产品脱水回收技术 1 1 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 3 燃烧巾脱硫 在燃烧过程中进彳亍脱硫的技术目前使用广泛的是瀛化床燃烧技术和 炉内囔钙技术 2 3 1 流化床燃烧技术 与一些常规的煤燃烧技术如层燃和煤粉燃烧技术相比 流化床燃烧 技术具有以下优点 1 能够在燃烧过程中有效地控制n o 和s o 的排 放 2 燃秘遥应性广 3 燃烧热强寝大 4 廉雨传熟麓力强 5 负荷调节性能好 6 燃烧的腐蚀作用小 因此这种燃烧技术在较短的 时间内得到迅速的发展和广泛韵应用 一 聪硫艨理 在流化床燃烧过程中脱硫最经济有效的方法是 采用石灰石和自云 石作为脱硫刹 在燃烧过程中石灰五 c a c 0 3 或白云石 c a c o j m g c 0 3 分解戒石灰 c a o 在鬣能馑气氛下c a o 与耀气中懿s 0 2 及氯反应生 成硫酸钙 c a s 0 4 其旗本反应式如下 c a c 0 3 一c a o c 0 2 l c a o q 跑铮c a s o 较据主式 在理论上脱除一个摩尔豹酸需要一个摩容酶锈 或者说 簿脱除l k g 的硫需要3 1 2 5 k g 的石灰石 由于石灰石并不是百分之百的 c a c 0 3 因此在脱硫时为达到一定脱硫效率的石灰石需要量 正比于煤 中靛含巯量 反比于石灰石孛c a c 0 3 酌含量 在煤燃烧过程中 石荻石 中的钙能否被有效地用来脱硫 还取决于石灰石本身的反应性 煤燃烧 1 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 设备的运行条件 如燃烧温度 石灰石的颗粒度 反应物浓度及停留时 间等 为了确定达到一定的脱硫效率所需要消耗的脱硫剂量 常用钙和 硫的摩尔比值作为一个综合指标 来说明在用c a c 0 3 脱硫时钙的有效利 用率 所需的c a s 越高 钙利用率则越低 1 如果煤中的含硫量为s 达到一定的脱硫效率所需的钙硫摩尔 比为c a s 则需要加入流化床中的脱硫剂量g k g h 可用下式计算 g 坐鱼曼 塑b k g h 3 2sc a c q 或 鱼 旦望塑 竣里 s 1 0 0 s b 式中g 达到一定脱硫效率需向流化床加入的脱硫剂量 k g h 婴一a c 0 3 和s 的转化为摩尔数的转换系数 其中1 0 0 是 j z c a c 0 3 的分子量 3 2 是s 的分子量 c a s 达到一定脱硫效率所需的钙硫摩尔比值 s 燃料中含硫量的重量百分数 c a c 0 3 脱硫剂中c a c 0 3 含量的重量百分数 b 燃料消耗量 k g h 由上述c a c 0 3 在燃烧过程中脱硫原理可知 实际上并不是全部c a o 都能参与反应 所谓脱硫效率 是指在烟气中的s 0 2 被脱硫剂吸收的百 分数 在最佳的脱硫反应温度8 5 0 c c a s 1 时 理论上的脱硫效率为 6 0 而在实际的鼓泡床运行条件下 在c a s 1 时 其脱硫效率不超 过5 0 而要达到9 0 的脱硫效率 c a s 值需要达到3 5 这就要加 入大量的石灰石 不仅增加运行费用 而且c a c 0 3 的热分解吸热会降低 锅炉的出力 灰渣量的增大不仅增加物理热损失 增加了受热面的磨损 1 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 还增加了灰渣处理系统的投资 因此 要研究燃烧过程中影响脱硫效率 的因素 以便最大限度地提高脱硫的钙利用率 二 影响因素 在流化床燃烧脱硫技术中对脱硫效率产生影响的因素有很多 主要 包括c a s 比 燃烧温度 运行压力等等 c a s 比 脱硫剂所含钙与煤中硫之摩尔比 是表示脱硫剂用量的 一个指标 从脱除s o 的角度考虑 所有的性能参数中 c a s 比影响最 大 在一定条件下 它是可以调节二氧化硫排放量的唯一因素 c a s 比 c 对脱硫率 1 1 的影响可用一个经验公式近似 r i e x p m c 式中 参数m 为其它主要性能参数 床深 流化速度 脱硫剂颗粒尺 寸 脱硫剂种类 床温和运行压力等的函数 不同类型的流化床锅炉 有不同的m 值 这使得达到相同脱硫率所需的c a s 比不同 一般地 要达到9 0 的脱硫率 常压鼓泡流化床 常压循环流化床和增压流化 床的c a s 比分别为3 o 3 5 1 8 2 5 1 5 2 0 燃烧温度也是对脱硫效率产生影响的一个重要因素 一般常压流 化床锅炉存在一最佳脱硫温度范围 大约为8 0 0 8 5 0 c 左右 出现这 种现象主要和脱硫剂的孔隙有关 最初随着温度增加 脱硫率也在逐 渐增大 但是当床温超过c a c 0 3 煅烧平衡温度约5 0 c 以上时 孔隙被 生成的硫酸钙堵塞变得越来越严重 同时超过 定温度时 硫酸盐化 逆向反应的速度也加快 因而脱硫效率会降低 运行压力的不同同样会影响到流化床燃烧技术的脱硫效率 增压 运行引起煅烧平衡温度 孔隙特性等发生显著改变 石灰石的煅烧平 衡温度随压力及c 0 2 浓度降低而降低 常压鼓泡流化床锅炉中的c 0 2 分压低 石灰石容易燃烧 在通常低过量空气系数下 对应的煅烧平 1 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 衡温度低于7 7 0 c 而在增压鼓泡流化床锅炉中 同样过最空气系数时 的c 0 2 分压及煅烧平衡温度就高得多 在熊型运行温度 8 5 0 左右 下 石灰石缓烧不容易 袋巯效巢皖黉歪送行差 对于分段流化的循环流化麻 因其炉腱下部贫氧燃烧 c 0 2 分压很 低 即使炉膛压力很高 从这里加入的石灰石仍能在正常燃烧温度8 0 0 8 5 0 c 下煅烧 正因为强照 在臻匿鼓泡流纯藤中 往往暴露翳于燃烧的 自云石 而在增压循环流化床中 则通常从炉膛下部加入石灰石让其煅 烧 煅烧后的石灰石在主燃烧区进行脱硫 除上述鲍影镌因素外 臻深和气体流遮 媵硫裁颗敝足寸 脱硫裁 的孔隙直径分布以及脱硫剂种类的不同都会对流化床燃烧脱硫技术产生 影响 三 改进流张臻燃凌聪硫鼹獾施轴1 流化床燃烧过程脱除s 0 2 相对常规燃烧系统中应用的冀它脱硫方法 而言 其有技术先避 经济效益郛环境效益好 热效率高等优点 但同 对 将髓硫裁撩熟到煅烧温度 以及媛烧分瓣驳热要消耗一定豹热量 而脱硫产物又会带走额外的显热 造成附加热损失 尽管硫酸盐化反皮 是放热的 但投加脱硫剂通常总是要增加燃料消耗 弓l 超热效率损失 为 墩 一般通遗以下几稚蒲蘸来毁邂流纯寐燃烧艟硫牲魏 1 改进燃烧系统设计及运行条件 钵对增压流化藤锅炉采用低气流速度 深床和较鳃颗粒尺寸可降低 鬣硫裁的消耗 谣钎对常压流他床偌魏高温旋巯分离器牧祭扬辑缀粒 使其稃回到流化床层 能减少新脱硫剂的消耗量 2 脱虢剂颈煅烧 预先煅烧已证明对高压和低瀛状态的运行特别有利 邈是因为增眶 和低温会延缓或臌止c a c 0 3 在炉内直接煅烧 在这种情况下 若以c a s 1 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 比为尺度 则对于石灰石来说 预先煅烧的脱硫性能要好 o n e i l 等试 验研究了可控条件下预煅烧对石灰石脱硫能力的影响 结果发现对于粒 径为0 4 8 m m 的石灰石颗粒在6 3 c 0 2 浓度的转化率增加了四倍多 1 0 l 此外 一些研究证明适量运用添加剂 开发新型脱硫剂以及合理增 强脱硫剂再生都对流化床燃烧脱硫有积极的效果 2 3 2 炉内喷钙脱硫技术 炉内喷钙类脱硫工艺系统简单 脱硫费用低 c a s 大于2 时 以石 灰石和消石灰作吸收剂 脱硫率可达4 0 o 矛u6 0 炉内喷钙工艺特别适 用于老锅炉的改造 但脱硫率不高 满足不了欧洲及美国对新建锅炉的 排放要求 因而在这些国家 该工艺不用于新建锅炉 一 化学原理 第一阶段 c a c 0 3 受热分解 c a c o 呻c a o c o 个 部分s 0 2 和全部s 0 3 与c a o 反应 c a o s 0 2 0 2 一c o s 0 4 c a o s 0 3 专c a s 0 4 第二阶段 烟气中未反应的c a o 和水反应 生成的c a o h 进一 步和s 0 2 反应 c a o h 2 0 寸c d d 日 2 c a o h 2 s 0 2 h 2 0 0 2 寸c a s 0 4 h 2 0 二 炉内喷钙脱硫系统 典型的炉内喷钙尾部增湿脱硫工艺主要有l i f a c l i m e s t o n e 1 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 i n j e c t i o ni n t ot h ep u r n a e ea n da c t i v a t i o no f c a l c i u mo x i d e l i m b l i m e s t o n ei n j e c t i o nm u l t i s t a g eb u r n e r 和l i d s l i m e s t o n e i n j e e t i o nw i t hd r ys c r u b b i n g 三种 一 l i f a c 方法 该工艺可分为三步来实施 石灰石炉内喷射一烟气增湿及干灰再循 环一加湿灰浆再循环 以上三步的脱硫效率分别为 2 5 3 0 7 5 8 5 l i f a c 系统的主要工艺参数有 炉膛喷射石灰石的位置和粒度 活化器内反应温度 c 剐 s 以及其它参数 l i f a c 工艺的特点和适用范围如下 1 适用于燃煤含硫量o 6 2 5 之间的锅炉脱硫 c a s 1 5 2 时 采用于灰再循环或灰浆再循环 总脱硫率可达7 5 8 0 2 采用l i f a c 工艺的最佳锅炉容量为5 0 4 3 0 0 m w 3 工艺简单 投资及运行费用低 l i f a c 系统的设备投资费 用仅为湿法脱硫系统投资的3 2 运行费为湿法脱硫的7 8 4 占地 面积少 适用于现有电厂的改造 5 无污泥和污水排放 最终固态废 物可作为建筑和筑路材料 二 l i m b 方法 l i m b 方法在脱硫方面的实质和l i f a c 方法是相同的 所不同的是 它增加了多级燃烧器来控制氮氧化物的排放 由于采用了分级送风 使 炉内局部温度降低不仅减少了氮氧化物的生成还减少了脱硫剂表面的 烧死 增加了反应表面积 提高了脱硫效率 l i m b 系统主要工艺参数 c a s 和脱硫剂 脱硫剂粒度和增湿程度 三 l i d s 方法 l i d s 方法与l i f a c 方法的灰浆再循环系统很相似 该工艺的主要 工艺参数有c a y s 干法洗涤脱硫反应中烟气温度和露点的温差 丁 当 钙硫比等于2 r 为1 5 c 时l i d s 系统的总脱硫效率可达9 0 该系统 1 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 适合于燃煤锅炉的容量在5 0 1 0 0 m w 之间的中小型电厂脱硫 三 干法炉内喷钙脱硫方法对电厂的影响 在喷钙脱硫系统中 石灰石喷入锅炉炉膛后 必将增加灰量 并将 改变灰分 这