燃煤电厂烟气脱硫技术.ppt

燃煤电厂烟气脱硫技术 提纲 第二部分火力发电生产过程中的排污状况 第一部分 燃煤火力发电工艺流程概况 燃煤火力发电工艺流程概述 发电厂是把各种动力能源的能量转变成电能的工厂 根据所利用的能源形式可分为火力发电厂 水利发电厂 原子能发电厂 地热发电厂 风力发电厂等 能量转换过程 燃料的化学能 蒸汽的热势能 机械能 电能 火力发电厂 利用煤 石油 天然气等燃料的化学能产生出电能 燃煤火力发电工艺流程概述 凝气式燃煤电厂生产过程示意图 燃煤火力发电工艺流程概述 主要工艺系统锅炉燃烧制粉系统锅炉烟风系统锅炉点火及启动助燃油系统热力系统 锅炉启动系统 直流锅炉 主蒸汽 再热蒸汽系统 汽机旁路系统 汽轮机抽汽系统 给水系统 凝结水系统 加热器疏水及放气系统 辅助蒸汽系统 闭式循环冷却水系统 厂内循环水及开式冷却水系统电厂输煤系统 卸煤 贮煤 上煤除灰 渣 石子煤系统 除灰系统 除渣系统 石子煤处理系统 中速磨煤机 燃煤火力发电工艺流程概述 主要工艺系统电厂化学水系统 锅炉补给水处理系统 凝结水精处理系统 制氢系统 废水处理系统电气系统 电气主接线 中低压厂用电系统接线 事故保安电源和不停电电源 ups 系统 事故保安电源 交流不停电电源 ups 系统 直流系统热工自动化系统水工系统 循环水系统 补给水予处理系统 全厂服务水系统 全厂生活水系统 全厂废水的回收及利用系统 厂区雨水排放系统 全厂消防系统采暖 通风 除尘系统烟气脱硫系统 燃煤火力发电工艺流程概述 主要设备锅炉主要热力设备之一 是使燃料通过燃烧将化学能转变为热能 并且以此热能加热水 使其成为一定数量和质量的蒸汽 燃煤火力发电工艺流程概述 汽轮机发电机组汽轮机是完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机发电机组的基本部分 亚临界300mw汽轮机示意图 燃煤火力发电工艺流程概述 燃煤火力发电工艺流程概述 同步发电机是将机械能转变成电能的唯一电气设备 因而将一次能源 水力 煤 油 风力 原子能等 转换为二次能源的发电机 现在几乎都是采用三相交流同步发电机 燃煤火力发电工艺流程概述 热力系统汽轮机部分的辅助设备有凝汽器 水泵 回热加热器 除氧器等 把锅炉 汽轮机及其辅助设备按汽水循环过程用管道和附件连接起来所构成的系统 叫做发电厂的热力系统 燃煤火力发电工艺流程概述 主要辅助系统除尘系统 脱硫系统 废水处理系统 脱硫塔 燃煤火力发电工艺流程概述 第二部分 火力发电生产过程中的排污状况 火力发电生产过程中的排污状况 1 火电站排烟对环境的污染及其危害未净化的电站锅炉烟气通过高烟囱排入大气 会给地区环境带来污染 烟气中主要污染物有粉尘 sox nox和co2等 是指未被除尘器捕集下来的 粒径小于10 m的小颗粒 能长期飘浮于大气中 并作长距离传输 排放量视除尘效率而定 粉尘 引起支气管炎 哮喘病 肺心病 甚至死亡 此外 它引起的酸雨还会使农作物减产或植被枯萎 火力发电生产过程中的排污状况 sox会危害人体健康 nox的毒性及腐蚀性比sox更强 它会破坏大气中臭氧层 从而使紫外线透过大气层辐射人体 使皮肤癌的发病率增高 同时 nox也是造成酸雨的元凶之一 大气no2浓度世界地图 火力发电生产过程中的排污状况 在温室气体中 co2浓度增加对温室效应的贡献值约为55 计算表明 大气中的二氧化碳浓度增加1倍 地表温度将上升1 5 4 5 co2排放量的急剧增长 会带来严酷的天气类型 变化的生态系统功能 物种灭绝及生物多样性的丧失 饮用水的减少 海平面上升造成的陆地减少和平均气温上升等危害 温室效应导致的冰川融化 火力发电生产过程中的排污状况 2 废渣的污染及其危害燃煤电厂要排放大量的灰渣 它由几部分组成 大部分是除尘器收集到的细微颗粒 称为烟尘或粉煤灰 另一部分是锅炉燃烧室底部收集到的炉渣 大面积的灰会占去大片农田 同时因刮风等引起灰场积灰扬起 发生二次污染 废渣中的微量元素和放射性元素会引起人体中毒 甚至致癌 火力发电生产过程中的排污状况 3 废水和热污染火电站排放的废水中含有酸碱 油脂 悬浮物 有机物 富营养物和微量元素等 废水的来源有化学废水 油污水 冲灰水及生活污水等 火力发电生产过程中的排污状况 4 噪声及其危害噪声是指干扰人们休息 学习和工作 使人厌烦的声音或声振动 火电站是一个噪声源相对集中 噪声辐射量大 噪声种类繁多的场所 火力发电生产过程中的排污状况 燃煤电厂常见的几种烟气脱硫技术 烟尘净化将烟尘从含烟尘的烟气中分离并捕集气态污染物净化 烟气净化排放治理措施 烟气脱硫 燃烧前 燃烧中及燃烧后脱硫 烟气脱硝 低nox燃烧技术 或从烟气中脱除nox co2的捕集及封存 第三部分 常见的几种烟气脱硫技术 一 常见的几种烟气脱硫技术 所占比例在90 左右 烟气脱硫 fgd fluegasdesulphurization 按脱硫剂进行分类 按脱硫产物是否应用进行分类 回收法 抛弃法 吸收法 吸附法 按其净化原理进行分类 催化氧化法 催化还原法 按脱硫过程和脱硫产物的干湿状态进行分类 湿法 半干法 干法 燃烧后烟气脱硫技术分类 二 常见的几种燃烧后烟气脱硫技术 下面我们针对常见典型烟气脱硫技术做一个介绍 主要介绍三种主流技术 石灰石 石膏湿法 循环硫化床 干法 半干法 海水脱硫 这几种技术包括了脱硫剂为溶解性和微溶解性的脱硫技术 也包括了湿法 干法 半干法脱硫技术 同时 也对中小锅炉使用较多的其它技术做简单介绍 通过我们今天的讨论 基本上能对常见烟气脱硫技术 基本原理和工艺流程有一个概念性的熟悉 三 石灰石 石膏湿法脱硫技术 一 脱硫原理石灰石 石膏湿法烟气脱硫采用石灰石浆液做为反应剂 与烟气中的so2发生反应生成亚硫酸钙 caso3 亚硫酸钙caso3与氧气进一步反应生成硫酸钙 caso4 其脱硫效率和运行可靠性高 是应用最广的脱硫技术 石灰石 石膏湿法脱硫系统主要由烟气系统 so2吸收系统 石灰石浆液制备系统 石膏脱水系统 公用系统等组成 烟气系统 为保证脱硫系统的停运不影响机组烟风系统的正常运行 在烟道上分别设置了原烟气挡板门 净烟气挡板门和旁路挡板门 在脱硫系统正常运行时 将原烟气切换至脱硫系统 在脱硫系统故障或停运时 使原烟气走旁路 直接排到烟囱 这是烟气系统哦 烟气挡板门 常用大型电站烟气脱硫增压风机外形图 烟气从增压风机入口进入 马达带动风机动叶片高速转动 提升烟气压力 升压后的烟气通过风机出口扩压段出口排出 马达 增压风机 烟气换热器由吸收塔出来的烟气 温度已经降至45 55 已低于酸露点 尾部烟道内壁温度较低 容易结露腐蚀 所以通常安装了烟气再热器 其目的是降低吸收塔入口烟温 提高吸收塔出口烟温 烟气再热器有多种方式 一般分为蓄热式和非蓄热式 蓄热式主要有 回转式烟气换热器 rggh 管式烟气换热 mggh 器等 大型电站烟气脱硫回转式烟气换热器 rggh 外形图 大型电站烟气脱硫管式烟气换热器 mggh 原理图 so2吸收系统 通过石灰石浆液吸收烟气中的so2 生成亚硫酸钙 氧化空气将其氧化成最终产品石膏 同时净烟气经除雾器除去带出的小液滴 吸收系统中吸收塔形式包括喷淋塔 液柱塔 填料塔 喷射鼓泡塔等几种塔型 这是so2吸收系统 是脱硫技术的关键哦 吸收塔按照工作原理来分类 吸收塔主要有喷淋塔 液柱塔 填料塔 喷射鼓泡塔等 1 喷淋塔喷淋塔其具有塔内部件少 结垢可能性小 阻力低等优点 适合中低硫煤锅炉的烟气脱硫 是目前使用最多的塔型 吸收塔喷淋层 喷嘴 喷嘴是喷淋塔的关键设备之一 脱硫喷嘴的作用是将浆液喷射为细小的液滴 增加吸收塔内浆液与烟气的接触面积 螺旋喷嘴偏心喷嘴 喷嘴雾化效果图 在吸收塔内 每两个相邻喷嘴喷射的浆液都要互相重叠部分 整个吸收塔断面每层喷淋层喷嘴喷射浆液的重叠 也就是我们常说的覆盖率达到180 250 目的是为保证烟气在吸收塔断面上能均匀流动 不致形成烟气走廊 2 液柱塔 液柱塔可靠性高 适用于各种机组 特别是对于燃用高硫煤的大型机组 其优势比较明显 能适应高负荷烟气 对负荷变化能做出快速响应 具有高脱硫率和除尘率 检修维护简单 对场地要求低等优点 液柱塔的吸收原理 原 脏 烟气 液柱塔的特性 吸收塔喷浆管和喷嘴 3 喷射鼓泡塔 烟气经过吸收塔入口进入鼓泡塔的烟气分配室 通过插入浆液的喷射管向浆液中鼓泡 烟气在浆液中脱硫洗涤后从上升管道汇总到吸收塔出口排出 完成脱硫除尘过程 鼓泡式反应器 喷射鼓泡塔的主要特点 1 脱硫除尘效率高 2 塔体材料消耗量较少 3 吸收塔高度较低 布置灵活 喷射鼓泡塔的主要问题 1 由于鼓泡原因导致假液位 使液位控制难度较大 2 由于喷射管长期插入浆液中 内外温差大 易腐蚀结垢 对材质要求较高 3 吸收塔阻力较大 能耗相对较高 烟气分布管 严重的腐蚀 严重的结垢 4 填料塔 浆液通过分配槽均匀分布在填料顶部顺填料向下流动 与逆流从下向上的烟气充分接触吸收so2 根据煤的含硫量的不同 填料层数也可适当增加 填料塔的特点 1 填料塔具有生产能力大 脱硫效率高 浆液量小 传质效率高 操作弹性大等优点 2 吸收塔造价高 当浆液负荷较小时传质效率降低 3 一般不直接用于有悬浮物或容易聚合产生结垢的脱硫剂 主要适用于溶解性的脱硫剂的脱硫技术 5 带托盘的喷淋塔 带托盘的喷淋塔是空塔喷淋塔的一种变种 烟气通过吸收塔中部托盘的开孔 分配均流的作用 即强化了传质效率 又减少循环浆液量 降低l g比 减少循环泵的能耗 托盘 喷淋层 除雾器 利用折流板改变通过的烟气流道 使经过喷浆脱出so2后的烟气夹带的液滴和水雾分离下来 以控制和防止亚硫酸盐在除雾器后塔壁 烟道产生结垢 除雾器 除雾器一般的设计要求是液滴含量不超过100mg nm3 除雾器的布置形式通常有水平型 人字型 v字型 组合型等 石灰石浆液制备系统的主要功能是制备合格的吸收剂浆液 并根据吸收塔系统的需要由石灰石浆液泵直接打入吸收塔内或打到循环泵入口管道中 与塔内浆液经喷嘴充分雾化而吸收烟气中的so2 达到脱硫的目的 石灰石浆液制备系统 这是制浆系统哦 典型的脱硫系统石灰石粉制浆工艺流程 干粉制浆系统工艺流程 湿式制浆系统工艺流程 石膏脱水系统 石膏浆液在旋流器中浓缩后 仍有40 60 的水份 为得到含水率较低的石膏 处理后 石膏固体物表面含水率小于10 就必须进行二级脱水机脱水 在脱水的过程中 同时要洗去石膏中的可溶物 有时还要对湿石膏进行进一步的加工 如干燥和成型 以便于保存和运输 这是脱水系统哦 水力旋流器 真空皮带脱水机 公用系统 公用系统包括 工艺水系统 压缩空气系统 事故浆液排放系统 废水处理系统等 脱硫装置配置有工艺水泵和事故冲洗水泵 事故浆液池 泵 坑等 脱硫废水采用中和 混凝 澄清 脱水处理后排放 设有反应箱 澄清池 压滤机 加药设备等 石灰石 石膏湿法工艺特点 石灰石 石膏湿法优点是适用煤种含硫量范围广 脱硫效率高 大于95 吸收剂利用率高 大于90 设备运转率高 技术成熟 吸收剂来源丰富且廉价 无加工污染 脱硫产物石膏可以经处理后综合利用 但实践中也存在着一些问题 1 生成的脱硫渣是二水石膏 如果不能综合利用 需要堆在灰场 2 产生大量废水需要再处理 3 存在积垢 堵塞 腐蚀 磨损等问题 4 工艺复杂 工程投资大 运行费用高 日本 德国 美国的火力发电厂采用的烟气脱硫装置约90 采用此工艺 四 海水烟气脱硫技术 一 脱硫原理由于天然海水中含有大量可溶性盐 且海水通常呈碱性 这使得海水具有天然的吸收so2的能力 主要化学反应如下 so2 气 so2 液 so2 液 h2o so32 2h co32 h hco3 hco3 h co2 h2oso32 1 2o2 so42 海水脱硫工艺流程图 后 海水恢复系统 曝气系统 二 海水脱硫技术特点1 技术成熟 工艺简单 运行维护方便 备品备件量少 海水供排的管线防腐要求高 投资较高 2 适合于低硫煤锅炉的烟气脱硫 3 只需要海水 不需添加剂 4 不存在固体副产品及废水排放 5 运行维护费用低 工作量少 建设周期短 6 脱硫效率可达到95 以上 三 海水脱硫设备1 烟气系统 压缩空气等与石灰石 石膏湿法脱硫一致 2 sox吸收系统的吸收塔的形式与石灰石 石膏湿法脱硫一致 3 曝气系统和石灰石 石膏湿法的氧化系统脱硫原理相同 4 无制浆等原料系统和脱水等终产物处理系统 一 脱硫原理采用氨水作为脱硫吸收剂 与进入反应塔的烟气接触混合 烟气中so2与氨水反应 生成亚硫酸铵 与空气进行氧化反应 生成硫酸铵溶液 主要反应为 so2 h2o 2nh3 nh4 2so3 nh4 2so3 so2 h2o 2nh4hso3 nh4 2so3 1 2o2 h2o nh4 2so4 五 氨 硫铵法脱硫技术 脱硫部分 终产物处理系统 二 工艺特点1 脱硫效率高 2 对烟气条件变化适应性强 3 副产物可作肥料 4 不产生废水和废渣 能耗低 5 可靠性和实用性高 6 效率可达95 以上 三 实际应用中存在的主要问题 1 化肥对土质有影响 易板结 2 适宜建在有氨水的化工厂附近 3 对氨逃逸控制要求高 宜对周边造成二次污染 一 基本原理新氨法在工艺上更为灵活 其原理如下 so2 h2o xnh3 nh4 rh2 rso3 nh4 rh2 rso3 x 2h2so4 x nh4 2so4 so2 h2o或 nh4 rh2 rso3 xh3po4 x nh4 h2po4 so2 h2o nh4 rh2 rso3 xh2no4 xnh4no4 so2 h2o浓缩后的so2气体用于生产高质量的工业硫酸 so2 h2o 1 2o2 h2so4 六 新氨法 nads 烟气脱硫技术 1 引风机 2 再热冷却塔 3 吸收塔 4 中和釜 5 硫铵分离 6 冷凝器 7 干燥塔 8 so2转化器 9 吸收塔 10 硫铵干燥器 二 新氨法脱硫工艺流程图 终产物处理系统 脱硫部分 三 工艺特点1 出口烟气的nh3含量低 氨损耗小 2 吸收液的循环量小 液气比小 能耗低3 得到的吸收产品亚硫酸氨浓度较高 适于后期工业应用 4 效率可达95 以上 循环流化床烟气脱硫技术是把循环流化床技术引入烟气脱硫领域后 开发的新干法 半干法脱硫工艺 循环流化床脱硫技术的主要化学反应如下 ca oh 2 so2 caso3 1 2h2o 1 2h2oca oh 2 so3 caso4 1 2h2o 1 2h2ocaso3 1 2h2o 1 2o2 caso4 1 2h2oca oh 2 co2 caco3 h2oca oh 2 2hcl cac12 2h2oca oh 2 2hf caf2 2h2o 一 脱硫原理 七 循环流化床烟气脱硫 二 循环流化床脱硫工艺 循环流化床脱硫工艺由烟气系统 吸收剂消化系统 吸收系统和灰循环系统等部分组成 烟气循环流化床工艺 烟气系统 循环流化床工艺中 旁路烟道的作用除了满足锅炉启动 脱硫装置故障等状态下短时间的保护性停炉需要外 主要是当锅炉负荷不足的情况下 从净烟气抽入烟气以维持反应塔床层稳定 吸收剂消化系统 循环流化床脱硫剂通常使用消石灰 即ca oh 2 但市场一般采购石灰 cao 较容易 因此在循环流化床脱硫中 通常需要增加消化系统 吸收系统和灰循环系统 主要包括吸收塔 雾化喷嘴 反应塔文丘里管 除尘器等设备 吸收系统和灰循环系统 雾化喷嘴 循环硫化床脱硫装置添加脱硫剂和补充水一般有两种方式 1 在吸收塔外 将消石灰和水制成石灰乳 利用雾化喷嘴喷射进入吸收塔 2 将消石灰和水各自单独输送到吸收塔内 水是利用雾化喷嘴喷射进入吸收塔 在塔内雾化水和物料混合 参与脱硫反应 雾化喷嘴通常是利用压缩空气作为辅助动气气体 与需要雾化的浆液或水分别在喷嘴的内外圈喷射 产生均匀细小的液滴 以满足脱硫反应的需要 喷嘴的雾化效果 决定了脱硫的效率和塔内是否结垢 文丘里管组入口 文丘里管组出口 反应塔文丘里管 除尘器 典型布置图 风机 该工艺具有投资相对较低 脱硫率高 运行可靠 操作维护方便的优点 还能够脱除so3 hcl hf等 如增加活性炭粉 还可以脱除二恶英 但该技术易结垢 负荷适应性差 易塌床 三 循环流化床脱硫工艺特点 巨化热电厂循环半干法脱硫工程 1 由于喷浆或喷水与流化床料接触的不均匀性 塔壁易结垢 2 为维持流化料床的稳定 需要保持一定的流速 导致负荷适应性差 易塌床 3 终产物亚硫酸钙稳定性较差 暴露在大气中易分解so2到大气中 如不能找到综合利用的途径 需要集中填埋 四 需要注意的问题 八 活性焦烟气脱硫技术 活性焦烟气脱硫技术是一种利用活性焦的吸附 催化性能脱除烟气中的硫氧化物的干法脱硫技术 我们认为这是一种环保新战略 以煤治煤 以煤产品治理煤污染 回收硫资源 同时脱除多种污染物 氮氧化物 二恶英 汞等重金属 水等其他资源基本不消耗 形成资源重复利用的循环经济 活性焦吸附烟气中so2的机理 热烟气中的so2在活性焦的作用下 与烟气中的水蒸汽 氧气氧化为硫酸而吸附在活性焦的孔隙中 吸附so2后的活性焦在加热的情况下 释放出浓度大于20 的so2混合气体 活性焦恢复性能 重新投入吸附塔循环使用 活性焦脱硫系统主要由活性焦吸附系统 再生系统 物料输送系统和副产品生产系统等组成 活性焦烟气脱硫工艺流程 技术的开发应用情况20世纪60年代 德国 日本就开始研究该技术 目前 国内外共建成活性焦烟气处理装置20余套 日本装机数量最多 最大为矶子电厂1号机组 600mw 总结 随着世界能源新技术的进步及环保标准的日益严格 未来世界能源将进一步向清洁化的方向发展 不仅能源的生产过程要实现清洁化 而且能源工业要不断生产出更多 更好的清洁能源 清洁能源在能源总消费中的比例也将逐步增大 总结 1 烟气脱硫技术不论采用什么工艺 系统的关键是吸收塔 或反应器 的设计和性能保证 它是保证装置达到满足环保要求的基础 安装脱硫装置位置 脱硫效率 约50 最高99 以上 脱硫技术 炉内 干法 半干法 湿法 总结 2 所有脱硫技术 针对脱硫而言 是一个比较简单的过程 综合考虑循环经济 综合利用 节能减排等原则 在脱硫装置前或后需要增加一些辅助系统 例如 1 对新建机组采用循环流化床法脱硫 脱硫塔前的烟气中的灰份在南方地区综合利用广泛 具有较高的经济效益 就可增加预除尘装置 2 氧化镁 亚硫酸镁法 由于技术经济原因 不需要回收so2 mgo也不需要循环利用 也可以将亚硫酸镁直接氧化生成硫酸镁 转变为氧化镁 硫酸镁法 3 脱硫系统的设备 要根据各种情况综合考虑是否选用 举例 例一 无旁路脱硫装置 总结 典型烟气脱硫装置 无旁路烟气脱硫装置 有旁路脱硫装置 总结 无旁路脱硫装置 例二 湿法脱硫的烟气系统的烟气换热器 rggh mggh sgh等 只要吸收塔后烟道 烟囱的防腐等级足够 烟囱高度满足当地烟气排放要求 就没有必要设置烟气换热器 以2