第08章 硫氧化物的污染控制.ppt

第八章硫氧化物的污染控制 1 硫循环及硫排放2 燃烧前和燃烧中脱硫技术与工艺3流化床燃烧脱硫4高浓度SO2尾气的回收和净化5低浓度SO2烟气脱硫燃煤二氧化硫污染控制技术综合评价 硫氧化物的污染 关注热点 早期局地环境中二氧化硫的浓度升高近100年来二氧化硫等酸性气体导致的酸沉降最近二氧化硫等气态污染物形成的二次微细粒子 8 1硫循环与硫排放 硫循环与硫排放 人类使用的化石燃料都含有一定量的硫燃料燃烧时 其中的硫大部分转化为SO2 硫循环与硫排放 我国SO2排放的年际变化 我国SO2排放的地区分布 我国SO2排放的行业特点 我国北方城市SO2污染现状 我国南方城市SO2污染现状 8060 8040 6020 400 20 硫循环与硫排放 1999年全国城市酸雨的频率统计 1999年统计264个城市降水年均pH范围在4 04 7 24年均pH低于5 6的城市有98个占统计城市的37 12 20世纪90年代末我国酸雨区域分布 8 2燃烧前脱硫 燃烧前脱硫原煤在投入使用前 用物理 物理化学 化学及微生物等方法 将煤中的硫份脱除掉 炉前脱硫还能除去灰份 减轻运输量 减轻锅炉的粘污和磨损 减少灰渣处理量 还可回收部分硫资源 煤炭洗选物理选煤 利用黄铁矿硫和煤的密度不同而通过重力分选和水选将黄铁矿硫和部分矿物质除去 这样可使煤的含硫量降低40 灰份降低70 左右 化学选煤技术 加氢脱硫 加氧脱硫 用碱液浸煤后用微波照射等 适合于含硫量很高的洗中煤微生物方法 细菌脱硫我国以物理选煤为主 跳汰占59 重介质选煤占23 浮选占14 1995年我国煤炭洗选能力3 8 108t 入洗量2 8 108t 入洗率22 一 煤炭的固态加工 煤的气化采用空气 氧气 CO2和水蒸气作为气化剂 在气化炉内反应生成不同组分不同热值的煤气移动床 流化床和气流床三种方法煤的液化通过化学加工转化为液态烃燃料或化工原料等液体产品直接液化和间接液化 二 煤炭的转化 三 重油脱硫 在催化剂作用下通过高压加氢反应 切断碳与硫的化学键 使氢与硫作用形成H2S从重油中分离直接脱硫和间接脱硫 8 3流化床燃烧技术 气流速度介于临界速度和输送速度之间 煤粒保持流化状态流化床利于燃料的充分燃烧分类按流态 鼓泡流化床和循环流化床按运行压力 常压流化床和增压流化床 流化床锅炉过去称沸腾炉 将一定粒度的煤粒 不是煤粉 通过鼓风形成悬浮燃烧 悬浮形态如开锅的米粥 煤粒及灰粒上下翻腾 虽然燃烧充分 省煤 但炉堂温度不易控制 不如粉煤炉 易结焦 对炉堂磨损严重 现在中小吨位工业锅炉仍以往复炉排炉 链条排炉为主 大吨位电站锅炉以粉煤炉为主 流化床燃烧脱硫 流化床燃烧脱硫 流化床脱硫的化学过程脱硫剂 石灰石 CaCO3 白云石 CaCO3 MgCO3 炉内化学反应流化床燃烧方式为脱硫提供了理想的环境CaSO4的摩尔体积大于CaCO3 由于孔隙堵塞 CaO不可能完全转化为CaSO4 流化床燃烧脱硫 流化床燃烧脱硫的影响因素 1 钙硫比表示脱硫剂用量的指标 影响最大的性能参数脱硫率 可以用Ca S R 近似表达 2 煅烧温度存在最佳脱硫温度范围温度低时 孔隙量少 孔径小 反应被限制在颗粒外表面温度过高 CaCO3的烧结作用变得严重 流化床燃烧脱硫的影响因素 流化床燃烧脱硫的影响因素 流化床燃烧脱硫的影响因素 3 脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构颗粒尺寸小于临界尺寸时发生扬析 并非越小越好颗粒孔隙结构应有适当的孔径大小 既保证一定孔隙容积 又保证孔道不易堵塞4 脱硫剂的种类白云石的孔径分布和低温煅烧性能好 但易发生爆裂扬析 且用量大于石灰石近两倍 流化床燃烧脱硫的影响因素 5 脱硫剂的再生 不同温度下的再生反应 冶炼厂 硫酸厂和造纸厂等工业 SO2浓度通常2 40 化学反应式反应1为放热反应 温度低时转化率高工业上一般采用多层催化床层 8 4高浓度SO2尾气的回收和净化 高浓度SO2尾气的回收和净化 高浓度SO2尾气的回收和净化 8 5低浓度SO2烟气脱硫 燃烧后脱硫 燃烧设施直接排放的SO2浓度通常为10 4 10 3数量级由于SO2浓度低 烟气流量大 烟气脱硫通常比较昂贵分类脱硫产物处置方式 抛弃法和再生法脱硫产物状态 湿法和干法 低浓度SO2烟气脱硫 低浓度SO2烟气脱硫 主要烟气脱硫工艺 1 石灰石 石灰法洗涤目前应用最广泛的脱硫技术 主要烟气脱硫工艺 1 石灰石 石灰法洗涤 续 最关键的化学反应是钙离子的形成 因为SO2正是通过这种钙离子与HSO 3化合而得以从溶液中除去 这一关键步骤也突出了石灰石 石灰系统的一个极为重要的区别 石灰石系统中 Ca2 的产生仅与H 的浓度和CaCO3的存在有关 石灰系统中 Ca2 的产生仅与CaO2的存在有关 因此 石灰石系统在运行时PH较石灰系统的低 影响因素 pH 液气比 钙硫比 气流速度 浆液的固体含量 SO2浓度 吸收塔结构 主要烟气脱硫工艺 1 石灰石 石灰法洗涤 续 烟气脱硫工艺 主要烟气脱硫工艺 1 石灰石 石灰法洗涤 续 解决的问题设备腐蚀结垢和堵塞除雾器阻塞脱硫剂的利用率液固分离固体废物的处理处置 主要烟气脱硫工艺 2 改进的石灰石 石灰湿法烟气脱硫加入己二酸的石灰石法己二酸抑制气液界面上SO2溶解造成的pH值降低 加速液相传质己二酸钙的存在增加了液相与SO2的反应能力降低钙硫比添加硫酸镁SO2以可溶性盐的形式吸收 解决结垢问题 主要烟气脱硫工艺 2 改进的石灰石 石灰湿法烟气脱硫 续 双碱流程用碱金属盐类或碱类水溶液吸收SO2 后用石灰或石灰石再生解决结垢问题和提高SO2的利用率 主要烟气脱硫工艺 3 喷雾干燥法烟气脱硫一种湿 干法脱硫工艺 市场份额仅次于湿钙法脱硫过程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 主要烟气脱硫工艺 主要烟气脱硫工艺 3 喷雾干燥法烟气脱硫 续 主要过程吸收剂制备吸收和干燥固体捕集固体废物处置 主要烟气脱硫工艺 4 其他湿法脱硫工艺氧化镁法 4 其他湿法脱硫工艺 续 海水脱硫法 自然界海水呈碱性 pH值8 0 8 3 SO2为海水吸收后 生成可溶性硫酸盐 恢复硫自然循环 主要烟气脱硫工艺 4 其他湿法脱硫工艺 续 氨法氨水做吸收剂氨法脱硫就是以氨水作为SO2的吸收剂 所产生的副产品为亚硫酸氨 1 吸收过程 烟气依次经过三个吸收塔 其中的SO3被吸收液吸收 并生成亚硫酸氨和硫酸氢氨 2 中和结晶 由吸收反应产生的高浓度亚硫酸氨与硫酸氢氨吸收液 先经过灰渣过滤器除去烟尘 再在结晶反应器内与氨起中和反应 同时用水间接冷却 使亚硫酸氨结晶析出 3 结晶分离 由结晶分离器底部出来的含亚硫酸氨结晶悬浮物进入离心机 分离出固体结晶体作为副产品 剩下的滤液再回到吸收塔内重复使用 该脱硫工艺的优点脱硫效率可达到99 可得到副产品作化肥无废水和废弃物排放 5 干法脱硫技术 干法烟气脱硫所得到得脱硫产物是干态形式特点 投资较湿法低无需装设除雾器及烟气再热器适合于含硫量中等 有高品位石灰石来源的电厂应用 主要烟气脱硫工艺 干法喷钙脱硫 主要烟气脱硫工艺 5 干法脱硫技术循环流化床烟气脱硫 烟气脱硫工艺的综合比较 主要涉及因素脱硫效率钙硫比脱硫剂利用率脱硫剂的来源脱硫副产品的处理处置对锅炉原有系统的影响对机组运行方式适应性的影响占地面积流程的复杂程度动力消耗工艺成熟度 燃煤二氧化硫污染控制技术综合评价 评价指标1 技术成熟度 依脱硫技术目前所处的开发阶段 分为实验室 中试 示范和商业化四个阶段2 技术性能