3-3大气污染及其控制技术-脱硫.ppt

1 3 4 8烟气脱硫技术 1 概述烟气CSO2浓度主要与燃煤Sar有关 一般Sar 1 CSO2大约1000ppm 燃煤电站500 2000ppm对低浓度SO2烟气的治理 需要庞大的脱硫装置 并需用良好的耐腐蚀性材料制成 1 湿法脱硫 2 干法脱硫 3 半干法脱硫对低浓度SO2烟气脱硫研究和应用的趋势 从20世纪60年代以前的干法脱硫逐渐转向湿法脱硫 因为湿法脱硫比干法脱硫效率高 并可回收硫的副产物 2 湿法烟气脱硫技术是用含有吸收剂的浆液在湿态下脱硫和处理脱硫产物 该方法具有脱硫反应速度快 脱硫效率高 吸收剂利用率高 技术成熟可靠等优点 但也存在初投资大 运行维护费用高 需要处理二次污染等问题 应用最多的湿法烟气脱硫技术为石灰石湿法 如果将脱硫产物处理为石膏并加以回收利用 则为石灰石 石膏湿法 否则为抛弃法 抛弃法的设备简单 操作较容易 设备投资及运行费用可降低 当烟气中SO2浓度较低 脱硫产物无回收价值或投资有限 且大气污染物排放控制严格时 可考虑采用抛弃法 但废渣需要占用场地堆放 容易造成二次污染 3 石灰石湿法烟气脱硫工艺对SO2的脱除率通常可达到95 以上 而且 烟气含尘量也大大降低 大约有50 的除尘效率 对煤种的适应性强 能适应高硫煤 3 以上 与低硫煤 小于1 脱硫装置布置在锅炉的尾部 易于大型化 对现有锅炉系统没有显著的影响 既可用于新装机组 也可用于现有机组的加装 一般不会因脱硫装置而影响锅炉的正常运行 石灰石吸收剂廉价易得 脱硫副产品石膏可用于生产建材产品和水泥缓冲剂等 减少运行费用 其他湿法烟气脱硫技术还有氨洗涤脱硫和海水洗涤脱硫等 4 干法烟气脱硫工艺均在干态下完成 无污水排放 烟气无明显温降 设备腐蚀较轻 但存在脱硫效率较低 反应速度慢 石灰石利用率较低等问题 有些方法在设备大型化进程中具有很大的困难 技术尚不成熟 主要有炉内喷钙等技术 半干法通常具有在湿态下进行脱硫反应 在干态下处理脱硫产物 可以兼备干法与湿法的优点 主要有喷雾干燥法 炉内喷钙加尾部增湿活化法 烟气循环流化床脱硫法 电子束辐照烟气脱硫脱氮法等 5 2 烟气脱硫装置在我国火电厂的应用 2008年 全国新增燃煤脱硫机组装机容量9712万千瓦 截至2008年底 全国脱硫机组装机容量达到3 63亿千瓦 占全部火电机组的60 由于大力推进烟气脱硫设备国产化 脱硫工程造价及运行成本大幅降低 新建大型燃煤机组的烟气脱硫千瓦造价约为发达国家的1 6 6 燃煤电厂的烟气脱硫技术以石灰石 石膏湿法工艺为主流 具有发展历史长 技术成熟 运行经验丰富 石灰石来源丰富 石膏可综合利用 商业化程度最高 可靠性较高等特点 脱硫装置投运率可达95 以上 单塔处理烟气量达到1000MW机组容量 到目前为止 我国已经投运和在建的火电厂烟气脱硫装置 尤其是300MW以上火电机组配套安装的脱硫装置大多采用石灰石湿法烟气脱硫 石灰石湿法烟气脱硫装置比较复杂 占地面积相对较大 初投资较高 厂用电率较高 约为1 1 8 需要脱硫废水处理设备 7 3石灰石湿法烟气脱硫过程机理 在吸收塔内发生SO2的吸收石灰石的溶解亚硫酸氢根的氧化石膏结晶 8 一 SO2的吸收 含有SO2的烟气进入液相 首先发生吸收SO2反应 SO2 气 SO2 液 2 24 SO2 液 H2O H HSO3 2 25 关键步骤H HSO3 H2SO3 2 26 HSO3 H SO32 2 27 同时 也存在吸收SO3的反应 SO3 气 SO3 液 2 28 SO3 液 H2O H HSO4 2 29 H HSO4 H2SO4 2 30 HSO4 H SO42 2 31 烟气中的HCl HF等极易溶于水 发生解离 HCl 气 HCl 液 2 32 HCl 液 H Cl 2 33 HF 气 HF 液 2 34 HF 液 H F 2 35 由此产生的Cl 是造成脱硫设备发生氯腐蚀的主要原因 9 SO2吸收与pH值的关系 SO32 离子 HSO3 SO2 H2O与H2SO3平衡区域 在石灰石湿式FGD工艺中 吸收浆液的pH值基本上在5 6之间 所以进入水中的SO2主要以HSO3 离子的形式存在 10 二 石灰石的消溶 加入石灰石 一方面可以消耗溶液中的氢离子 另一方面得到了生成石膏所需的钙离子 石灰石的消溶反应如下 CaCO3 固 Ca2 CO32 2 36 关键步骤CO32 H HCO3 2 37 HCO3 H H2O CO2 液 2 38 CO2 液 CO2 气 2 39 11 三 亚硫酸盐的氧化 工艺上采取向反应区鼓入空气以提高浆液中氧浓度的方法 使HSO3 强制氧化成SO42 以保证反应按下式进行 HSO3 1 2O2 H SO42 2 40 SO42 H HSO4 2 41 氧化反应的结果 使大量HSO3 转化成SO42 使反应 2 40 得以向正反应方向进行 石灰石消溶产生的Ca2 进一步发生以下反应 Ca2 2HSO3 Ca HSO3 2 2 42 Ca2 SO32 CaSO3 2 43 Ca2 SO42 CaSO4 S 2 44 Ca2 F CaF S 2 45 由于HSO3 氧化生成的SO42 与Ca2 发生反应 生成溶解度相对较小的CaSO4 进一步加大了SO2溶解的推动力 从而使SO2不断地由气相转移到液相 最后生成石膏 12 四 石膏的结晶 形成硫酸盐之后 吸收SO2的反应进入最后阶段 即生成固态盐类结晶 并从溶液中析出 采用石灰石浆液作吸收剂时 从溶液中析出的是石膏CaSO4 2H2O Ca2 SO42 2H2O CaSO4 2H2O s 此外 还发生以下副反应 Ca2 SO32 1 2H2O CaSO3 1 2H2O s 石膏中CaSO3 1 2H2O的含量大小与氧化是否充分有关 氧化越充分其含量越低 13 3石灰石湿法烟气脱硫过程机理 SO2的吸收SO2 H2O H HSO3 石灰石的溶解CaCO3 S Ca2 CO32 亚硫酸氢根的氧化HSO3 1 2O2 H SO42 石膏结晶Ca2 SO42 2H2O CaSO4 2H2O s 14 4石灰石湿法烟气脱硫工艺流程 典型的工艺流程有以下四种 15 脱硫风机布置在系统的进口 FGD装置正压运行 系统中设置换热器 优点 脱硫风机可以采用常规风机 设备成本较低缺点 由于烟温较高 烟气流量较大 需要选用较大的风机 能耗较高 需要配置密封风机 初投资和运行费用增大这种工艺流程应用最为广泛 目前 在我国燃煤电站石灰石湿法FGD装置中 全部采用这种系统工艺流程 工艺A 16 脱硫风机布置在吸收塔之后 换热器之前 吸收塔负压运行 由于脱硫风机布置在吸收塔之后 风机工作在水蒸汽饱和的烟气中 脱硫风机被称为湿风机 优点 风机运行温度较低 经过风机的烟气体积流量减小 运行能耗低 较之前一种可节能近20 可以降低换热器的漏风率 缺陷 脱硫风机属于 湿风机 容易受到SO3和Cl 腐蚀 风机叶片容易粘污 造成转动不平衡 同时壳体内部和转轴也容易粘污 由于烟气带水问题导致风机叶片容易磨损 当烟气中存在颗粒物时 加之SO3和Cl 腐蚀作用 磨损更加严重 吸收塔内为负压 在一定条件下存在衬胶脱落的危险 影响风机的安全运行 措施 采用防腐风机 但会大幅度提高风机造价 采用连续或间歇性地喷水清洗 但是由于脱硫风机布置在换热器的下游 用水量必须严格控制 目前 这种FGD工艺流程应用较少 工艺B 17 这是另一种应用较广泛的石灰石湿法烟气脱硫工艺流程 特点是不采用热交换器 而是在吸收塔的前面布置预洗涤塔 一方面降低主吸收塔的进气烟温 以利于石灰石浆液吸收SO2 另一方面 用以除去飞灰 HCl和HF 以确保石灰石的消溶速率和脱硫效率 同时可以保证石膏的质量良好和稳定 烟气在预洗涤塔中冷却到50 左右 并被水蒸气饱和 然后进入吸收塔脱除SO2 净烟气从烟囱排出 脱硫风机布置在系统的进口 系统为正压运行 目前这种工艺流程在美国被广为采用 工艺C 18 脱硫风机布置在脱硫系统尾部 FGD装置采用负压运行 与第二种 工艺B 系统相同 需对脱硫风机采取防腐措施 工艺D 19 在石灰石湿法烟气脱硫工艺流程中 有的将两个或数个系统功能集于一身 布置在一个装置中 某些情况下 还可以舍弃某些系统流程 其目的是在不影响FGD装置性能以及满足环保要求的前提下 简化系统工艺流程 减少设备 节约占地面积 便于系统和设备维护 降低初投资和运行费用 例如 目前大多数石灰石湿法烟气脱硫系统将SO2的吸收与石膏氧化系统布置在吸收塔内 将烟囱与冷却塔合建为一的工艺流程 这种烟气排放技术近十几年来在德国被广泛地采用 而美国电站的烟气脱硫系统大多不采用烟气换热器 有的省略预洗涤塔 采用抛弃法工艺时 石膏浆液泵至灰场 可省去石膏脱水系统 20 1典型的石灰石湿法烟气脱硫装置 21 1 湿式制浆系统 受料斗 振动给料机 皮带机 斗式提升机 石灰石料仓 称重皮带机 湿式磨粉机 旋流器 石灰石浆液箱 22 2 喷淋塔 主流装置 23 其他吸收塔 顺流式格栅填料吸收塔 湍球塔 24 液柱塔 液柱塔的喷射形式 其他吸收塔 25 3 烟气挡板 FGD装置设有进口挡板和出口挡板将系统与锅炉相隔离 旁路烟风道内装有旁路挡板 在FGD装置启动和停机期间 旁路挡板打开 正常运行期间 旁路挡板关闭 由FGD装置处理所有烟气 发生紧急情况时 旁路挡板自动打开 烟气通过旁路烟道进入烟囱 26 4 GGH 气 气换热器 简称GGH 负有双重功能 即烟气冷却和烟气再加热功能 通常 GGH降低进入吸收塔的烟气温度 以利于进行化学反应 同时放出热量 这部分热量用来在换热器的另一侧加热净化后的低温烟气 以提高FGD装置的出口烟气温度 这一放热和吸热过程是通过同一个热交换器完成的 27 5 烟塔合一技术 与常规做法不同 烟气不通过烟囱排放 而被送至自然通风冷却塔 在塔内 烟气从配水装置上方均匀排放 与冷却水不接触 由于烟气温度约50 高于塔内湿空气温度 发生混合换热现象 混合的结果 改变了塔内气体流动工况 28 6 石膏脱水机 29 改进的石灰石 石灰湿法烟气脱硫 续 双碱流程用碱金属或碱类水溶液吸收SO2 然后用石灰或石灰石再生 例如钠碱双碱法 以Na2CO3或NaOH为第一吸收液 吸收SO2 吸收SO2后的吸收液用石灰石或石灰溶液再生作为第二碱液使之再生 再生后循环使用 解决了结垢问题 2其他烟气脱硫工艺 30 喷雾干燥法烟气脱硫一种湿 干法脱硫工艺 半干法脱硫过程SO2被雾化的Ca OH 2浆液或Na2CO3溶液吸收温度较高的的烟气干燥液滴形成干固体废物干废物由袋式或电除尘器捕集设备和操作简单 废物量小 能耗低 湿法的1 2 1 3 效率80 85 低 Ca S 1 5 31 主要过程吸收剂