烟气脱硫技术介绍.ppt

火电厂烟气脱硫技术简述 二OO四年三月 1概述 我国SO2污染现状2000年全国排放量1995万吨 年 两控区 排放量1316 4万吨 年SO2污染导致我国酸雨区扩大我国是全球三大酸雨区之一 约200万km2年损失 1100亿元 合5000元 tSO2 煤炭燃烧是SO2污染的主要来源我国一次能源消耗中煤炭占75 电煤消耗占全国燃煤的50 火电机组占总装机容量的73 3 电力工业是削减SO2的主要行业2000年全国火电厂排放量890万吨 年占全国的44 6 两控区 排放量1316 4万吨 年占 两控区 的48 4 电站锅炉集中燃煤便于采取削减措施 2SO2控制标准 70年前后日本 美国率先制定全国性的SO2控制标准八十年代欧洲国家制定SO2控制标准我国1973年建立SO2控制标准目前我国火电厂受到 排放浓度 mg m3排放速率 kg h排放总量 万t 年排污收费的控制 2 1部分国家SO2控制标准 2 2我国现行标准及其他控制法规 GB13223 2003 火电厂大气污染物排放标准 对全厂实行排放速率的限制 排放速率与全厂烟囱等效单源高度 风速和排放控制系数P呈正比对电站锅炉实行排放浓度控制 两控区 SO2总量控制 1998年1月国函 1998 5号文明确 两控区 及实施SO2总量控制 国民经济和社会发展 十五 计划纲要 提出2005年 两控区 SO2排放比2000年减少20 国家与地方两控区污染防治规划 明确 两控区 在2000年1316 4万吨基础上削减20 设定目标值为1053 2万吨 年 排污收费 排污费征收使用管理条例 2003年7月1日实施从原有 超标排污收费 向 排污即收费 超标加倍 转变 排污费征收标准管理办法 明确SO2的收费当量为0 95 每当量从0 20元 当量经三年到2005年7月1日上升至0 60元 当量 3 烟气脱硫技术的发展历程及现状3 1烟气脱硫技术的发展过程 烟气脱硫技术的发展经历了三个阶段1970年首批排放标准的颁布带来了第一次发展高潮 主要在美国和日本 以湿式洗涤法为主 80年代许多国家相继颁布SO2排放标准 又一次推动了烟气脱硫技术的发展 主要在欧洲 湿法更完善 干法有较大发展1990年以后 美国修订标准 亚洲各国相继制定SO2排放标准 烟气脱硫技术又有新的发展 全球各地FGD建设日趋增加 湿法更优化 干法更完善 3 2烟气脱硫技术现状 烟气脱硫技术历经30多年的发展 已经成为一种成熟而且稳定的技术特征 脱硫率高可靠性好系统可用率高除此以外 先进工艺还系统简单 管理方便 烟气脱硫工艺的分类通常分为湿法 半干法和干法三类工艺湿法工艺 半干法及干法工艺 部分国家安装FGD的情况 3 3烟气脱硫技术的发展趋势 高脱硫率优化设计的湿法脱硫率在95 以上 喷雾干燥工艺可达85 90 改进的LIFAC工艺可达80 CFB工艺的不断优化 脱硫率可保持在90 95 高可用率单塔处理能力不断提高 可用率较高 基本与锅炉同步运行 目前成熟的湿法工艺和先进的CFB等工艺的制造商基本上都能承诺 99 的可用率工艺流程简化先进的脱硫工艺 如NID工艺 流程简单 设备少 不需要对原有的系统作太大的改动 就能获得很高的脱硫率投资和运行费用低湿法脱硫系统的投资费用约占电厂总投资的10 左右 干法和半干法一般分别在6 和10 目前单位造价约500元 kW在脱硫的同时脱硝发达国家的控制重点已向氮氧化物转移 今后的装置在脱硫的同时还应有脱硝功能 联合脱硫脱硝成为必然的发展方向 4 炉内脱硫技术4 1炉内喷钙工艺 原理 吸收剂直接喷入炉膛 在炉膛和下游烟道中与烟气SO2发生反应 生成稳定的脱硫产物 常用吸收剂是石灰石细粉 经高温分解为活性氧化钙 与烟气中SO2反应生成无水硫酸钙CaCO3 热量 CaO CO2 CaO SO2 1 2O2 CaSO4 热量同时还能充分吸收烟气中的SO3 氯化物和氟化物 CaO SO3 CaSO4 热量CaO 2HCl CaCl2 H2O 热量CaO 2HF CaF2 热量 图1炉内喷射工艺流程简图 发展和应用50年代中期开始70年代初 示范工程的脱硫效率达15 40 70年代中期 德国用Ca OH 2作为吸收剂效果明显好于石灰石粉90年代中期 美国 CCT 计划三家示范电厂脱硫率达到50 新发展反应后吸收剂再循环 再循环物料加入 锅炉对流段790 930 区域 即R SOx工艺物料蒸汽处理喷入空预器后烟道即ARA工艺两种工艺中试的脱硫率90 95 4 2炉内喷钙 增湿活化工艺 LIFAC 原理 同烟道喷射工艺强化管道增湿为气 固 液三相增湿活化塔同时采用物料再循环增加吸收剂利用率 图2炉内喷钙 尾部增湿工艺 LIFAC 流程图 发展与应用80年代初 芬兰Tempalla动力公司开发应用于芬兰 俄罗斯 加拿大 美国和我国南京下关电厂引进2套用于125MW机组加拿大Shand电厂300MW机组PoplarRiver电厂300MW机组美国 CCT 计划第2期示范项目WhiteValley电厂60MW机组脱硫效率80 85 炉内喷射和LIFAC工艺的比较 5尾部烟气脱硫技术 在锅炉空气预热器出口 低温烟气段脱硫的技术称为尾部脱硫技术分类 湿法 石灰石 石膏洗涤法 海水洗涤法 双减法等半干法 喷雾干燥法干法 烟道喷射法 烟气循环流化床 CFB 脱硫除尘一体化工艺 NID 等 5 1湿式石灰石烟气脱硫工艺 湿法工艺有多种 石灰石 石灰洗涤 氨水洗涤 镁加强石灰洗涤 海水等湿式石灰石 石灰工艺是最传统 最经典和最成熟的工艺之一 使用范围最广泛湿法石灰石工艺分类 按副产品处置方式 石膏法 抛弃法按烟气与介质流向 逆流 顺流 喷射流泡反应等新型工艺 液柱塔 优化的石灰石 石膏法等 原理石灰石浆液在洗涤塔内吸收烟气SO2SO2 H2O H2SO3 溶解 CaCO3 H2SO3 CaSO3 CO2 H2O 吸收 在氧化浆池中CaSO3被鼓风氧化CaSO3 1 2O2 2H2O CaSO4 2H2O 氧化 CaSO3 1 2H2O CaSO3 1 2H2O 湿式石灰石工艺特征 逆流喷淋塔工艺 原理用10 15 磨细 石灰石浆液逆流洗涤烟气 烟气中SO2与石灰石反应生成亚硫酸钙 浆液下落至氧化浆池与空气中的氧气反应生成石膏 浆液排放经二级脱水生成含水10 的石膏综合利用 烟气进塔前经GGH降温 洗涤后温度约50 再经GGH升温后排放工艺特点 逆流喷淋塔的优点 无内部构件 结垢可能性小 运行阻力相对较低 负荷跟踪特性比填料塔好 它的缺点是体积较填料塔大 逆流喷淋石灰石 石膏洗涤塔工艺流程 顺流填料塔 原理烟气与浆液顺流混合 然后经过填料层 通过填料增加气 固二相的接触时间填料层的厚度根据要求的脱硫率的高低进行调整填料塔喷淋喷嘴可采用低压喷嘴 并可提高浆液的含固量至15 25 填料塔工艺特点 优点 烟气流速可提高 塔的体积减少 节省占地面积 采用低压喷嘴因而减低了循环泵的电耗 喷嘴寿命较长缺点 塔内构件多 运行中容易产生结垢现象 对负荷跟踪性能较差 系统阻力大 千代田 CT 121 工艺 原理烟气通过喷射器直接喷散到吸收剂浆液中经处理后的烟气经抬升进入上层的混气室 然后经除雾器和烟囱排出 CT 121的工艺特点 它的特点是在低pH下运行 3 5 4 5 低pH运行的优点是 不会发生堵塞和结垢 亚硫酸钙到硫酸钙的氧化过程得到加强 石灰石的溶解度增加 改进了吸收剂利用率 由于JBR强化了烟气 颗粒与液体的接触条件 因此能除去亚微米级的粉尘 减少了烟气粉尘的排放 CT 121工艺流程图 5 2半干法脱硫工艺 喷雾干燥工艺 原理以石灰作为吸收剂 石灰消化制成消石灰浆 消石灰浆液经旋转喷雾装置或两相流喷嘴雾化成非常细的液滴 在吸收塔内与烟气混合 通过气 液两相传质反应 同时雾化后的吸收剂浆液滴受热蒸发 形成粉末状的脱硫副产物 烟气由于液滴蒸发而降温 同时烟气中的SO2与吸收剂的Ca OH 2反应 生成CaSO3 Ca OH 2 SO2 CaSO3 H2OCaSO3 1 2O2 2H2O CaSO4 2H2O反应后烟气由下游除尘器处理 收集脱硫副产物 通过引风机由烟囱排出 发展和应用 喷雾干燥工艺应用广泛 到70年代开始用于电厂烟气脱硫喷雾干燥工艺主要有两种商业化类型 丹麦Niro公司采用高速旋转雾化器分散浆液 烟气从塔顶和塔底以60 和40 分成两股引入 并反应 塔的高 径比较小 呈矮胖型 占地相对较大ABBFl kt公司的Drypac工艺采用两相流喷嘴 烟气与雾化液滴一起进入吸收塔 塔的高 径比较大 呈细长型 占地较少工艺特点喷雾干燥工艺的优点 工艺流程简单 便于操作 负荷跟踪特性好 脱硫效率高 能耗低 约占发电量0 5 1 投资比湿法低缺点 采用浆液作为吸收剂 需要配套吸收剂制备系统 石灰价格约为石灰石的4 5倍 因此 运行费用较高 雾化装置发生磨损和破裂 寿命有限 需经常调换 脱硫产物的综合利用尚待开发 喷雾干燥烟气脱硫工艺的流程见图 5 3干法脱硫工艺 干法脱硫工艺从50年代开始 从烟道喷射工艺发展到目前先进 高效率的NID CFB等工艺 上述炉内喷射工艺也属于干法工艺干法工艺是指用干的吸收剂脱硫 产生干的脱硫副产品工艺干法通常采用石灰 消石灰为吸收剂增湿过程能较大的优化反应吸收过程干法工艺脱硫效率在设计Ca S比时从45 93 主要的干法脱硫工艺特征 管道喷射工艺 原理 将粉状吸收剂喷入空预器和除尘器间烟道 吸收烟气SO2 吸收剂采用CaO或钠基化合物 如碳酸氢钠 用CaO时需要对烟气增湿 发展和应用始于在80年代中期用于剩余寿命很短 空间受限制的小型脱硫机组美国 CCT 计划两个示范工程使用钠基和CaO NaHCO3 脱硫率70 工艺特点优点 投资很低 能耗低 用电量小于发电量的0 5 安装简单 容易改造 占地少 建设周期短 无废水排放 缺点 石灰利用率较低 残余石灰加湿硬化 增加了灰处理的难度 烟道壁粘污可能增加 脱硫效率低 在使用钠基吸收剂时会生成可溶性产物导致灰场污染水体 管道喷射脱硫工艺流程图 烟气循环流化床脱硫工艺 CFB 原理CFB工艺在空预器和除尘器间安装流化塔 烟气塔底进入同喷入的消石灰干粉和增湿水接触并反应塔内烟气流速设计在固 气二相相对速度较高的范围 物料层呈悬浮状烟气SO2被消石灰吸收生成亚硫酸钙 并摩擦不断出现新表面参与反应被烟气带出塔的颗粒由后续除尘器收集并再次回流到吸收塔参与反应主要工艺形式LLB公司 吸收塔 百叶式分离器 电除尘器 布袋除尘器 斜槽回流Wulff公司 吸收塔内循环 除尘器 布袋除尘器 斜槽回流F L Smith公司 吸收塔 旋风分离器 电除尘器 布袋除尘器 螺旋回流 发展和应用 80年代用于德国 至少5台容量从50MW 100MW机组 在Ca S 1 2 1 5时 脱硫效率可达到92 97 90年以后奥地利 捷克等国使用 目前估计商业运行装置大于30台 最大单塔烟气处理量95万Nm3 h 最大容量为300MW 工艺特点 优点 脱硫效率高 适应范围广 吸收剂利用率较高 占地小 投资及维修费用较低 启停方便 负荷跟踪特性好 可在30 负荷时投用 无污水排放 烟气可不加热 可脱除SO3 氯化物和氟化物 对现有烟囱腐蚀小缺点 使用石灰作为吸收剂 脱硫副产品应用尚待开发 烟气循环流化床工艺流程图 脱硫除尘一体化工艺 NID 原理 出自ABB公司 集除尘和脱硫于一体采用石灰或消石灰 增湿后喷入除尘器前烟道型反应器与SO2反应吸收剂水分蒸发使烟气降温促进反应 吸收剂进入除尘器收集进行二次反应 收集的吸收剂增湿并补充新鲜吸收剂后循环使用脱硫效率达到90 95 发展和应用 1995年在波兰ElectrowniaLaziska电厂试验装置成功运行 次年1996年在该厂2 120MW机组作商业运行2001年浙江巨化公司热电厂280t h锅炉成功投入商业运行工艺特点 优点 脱硫效率高 吸收剂利用率较高 占地很小 投资及维修费用较低 启停方便 负荷跟踪特性好 无污水排放 烟气可不加热 可脱除SO3 氯化物和氟