大气污染控制工程课件08硫氧化物的污染控制VIP

第8章硫氧化物的污染控制 教学内容 1硫循环及硫排放 2燃烧前脱硫 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 第8章硫氧化物的污染控制 1 教学要求要求了解硫循环及硫排放 燃烧前燃料脱硫 硫化床燃烧脱硫 当代脱硫方法理解和掌握高浓度二氧化硫尾气脱硫 低浓度二氧化硫烟气脱硫 2 教学重点重点介绍当代脱硫方法3 教学难点低浓度二氧化硫烟气脱硫 硫化床燃烧脱硫 中国城市的大气污染的特征 煤烟型大气污染 主要是硫排放 其中90 来自煤炭煤中硫的存在形式 无机硫 黄铁矿和硫酸盐 有机硫 硫醇和硫醚 中国的动力煤资源全硫的加权平均含量为1 15 含硫量为小于0 5 的超低硫煤占39 35 含硫量在0 5 1 0 的低硫煤占16 46 含硫量在1 0 1 5 的中低硫煤占16 68 含硫量在1 5 2 0 的中硫煤占9 49 含硫量为2 0 3 0 的中高硫煤占7 85 含硫量分别为3 0 5 0 的高硫煤和大于5 0 的特高硫煤占7 05 我国二氧化硫的排放量以每年 3 4 的速度不断增长有55 的城市二氧化硫超过标准二氧化硫的排放会导致严重的环境问题 1 酸雨会造成森林 水生物生态平衡破坏 土壤酸性贫瘠 腐蚀金属材料 破坏建筑 文物古迹 影响人体健康 我国的酸性降雨为硫酸型的 2 二氧化硫对人体健康有极大的危害 SO2对人体的呼吸器官有很强的毒害作用 会造成鼻炎 支气管炎 哮喘 肺气肿 肺癌等 3 SO2会给植物带来严重的危害 1 2 10 6容积浓度的SO2在几个小时内即可引起叶片组织的局部损坏0 3 10 6容积浓度以上的浓度能使某些最敏感的植物发生慢性中毒一些城市燃用1吨煤所产生的二氧化硫和酸雨造成的经济损失达 50 70 元 据不完全统计 我国在 七五 期间仅两广 四川 贵州四省因酸雨造成的直接和间接经济损失就达每年160亿元 我国政府制定的政策和法规1990年12月 国务院环委会决定着手对酸沉降污染控制问题采取控制措施1991年10月29日国家环保局于发布了 燃煤电厂大气污染物排放标准 在1991 1992年国家环保局组织有关单位进行了工业燃煤二氧化硫收费标准及实施方案的研究 并于1992年2月21日由国务院发出通知 在广东 贵州两省和柳州 南宁 桂林 杭州 青岛 重庆 长沙 宜昌和宜宾等九个城市进行征收工业燃煤二氧化硫排污费和酸雨的综合防治工作 1995年8月29日经全国人代会批准颁布了 中华人民共和国污染防治法 修正案 首次对燃煤二氧化硫控制作出了明确的规定 在酸雨控制区和二氧化硫污染控制区内排放二氧化硫的火电厂和其它大中型企业 属于新建项目不能用低硫煤的 必须建设配套的脱硫 除尘装置或采取其它控制二氧化硫排放 除尘的措施 属于已建企业不用低硫煤的 应当采取控制二氧化硫排放 除尘的措施 国家鼓励企业采用先进的脱硫 除尘技术 火电厂烟气脱硫关键技术与设备国产化规划要点 国家经贸委制定 1999 国产化目标分为四步 至2001年 初步掌握火电厂湿法脱硫设计技术 启动火电厂脱硫国产化示范工程 湿法烟气脱硫设备国产化率达80 左右 同时 选择若干种其它烟气脱硫工艺作为国产化的示范工程 编制国产化实施方案 至2003末 具备独立完成火电厂湿法烟气脱硫工艺设计的能力 开发适合我国国情的火电厂烟气脱硫工艺 湿法烟气脱硫设备国产化率达90 以上 组织实施其它若干种烟气脱硫国产化示范工程 并具有相应的设计能力 火电厂烟气脱硫关键技术与设备国产化规划要点 国家经贸委制定 1999 国产化目标分为四步 至2005年末 湿法烟气脱硫设备国产化率达95 以上 其它若干种烟气脱硫工艺也要基本实现脱硫设备国产化 至2010年 湿法烟气脱硫设备国产化率达100 掌握其它若干种烟气脱硫工艺的设计 设备国产化率达到95 以上 火电厂烟气脱硫关键技术与设备国产化规划要点 国家经贸委制定 1999 实施火电厂烟气脱硫国产化的措施是 加强火电厂烟气脱硫国产化的组织领导 组织实施烟气脱硫国产化示范工程 积极扶植脱硫设备的生产和供应 实行招投标制度 加强规范化管理 培育和扶持有实力的脱硫工程公司 研究制定促进火电厂脱硫国产化的配套政策 炉内脱硫在燃烧过程中 在炉内加入固硫剂 使煤中硫份转化为硫酸盐 随炉渣排除 烟气脱硫 FGD 技术 从生成物的状态划分干法脱硫湿法脱硫从生成物的利用与否划分抛弃法回收法美国环保局和联邦动力委员会通过三年的研究 得出的结论 FGD是目前世界上最有效的 最可行 最佳SO2排放控制技术 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 1硫循环与硫排放 1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 1硫循环与硫排放 1硫循环与硫排放 1硫循环与硫排放 我国SO2排放的年际变化 1硫循环与硫排放 我国SO2排放的地区分布 1硫循环与硫排放 我国SO2排放的行业特点 1硫循环与硫排放 我国北方城市SO2污染现状 1硫循环与硫排放 我国南方城市SO2污染现状 8060 8040 6020 400 20 1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 1硫循环与硫排放 20世纪90年代末我国酸雨区域分布 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 一 煤炭的固态加工煤炭洗选物理选煤 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 2燃烧前脱硫 二 煤炭的转化煤的气化采用空气 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 2燃烧前脱硫 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 3流化床燃烧脱硫 炉内脱硫在燃烧过程中 在炉内加入固硫剂 使煤中硫份转化为硫酸盐 随炉渣排除 一 流化床燃烧技术概述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 蒸汽锅炉 链条锅炉 电加热蒸汽锅炉 立式燃煤锅炉 WNS系列燃油燃汽锅炉 DZH系列燃型煤锅炉 LSH煤气化环保锅炉 3流化床燃烧脱硫 循环流化床燃烧 CFBC 技术系指小颗粒的煤与空气在炉膛内处于沸腾状态下 即高速气流与所携带的稠密悬浮煤颗粒充分接触燃烧的技术 循环流化床锅炉脱硫是一种炉内燃烧脱硫工艺 以石灰石为脱硫吸收剂 燃煤和石灰石自锅炉燃烧室下部送入 一次风从布风板下部送入 二次风从燃烧室中部送入 石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳 气流使燃煤 石灰颗粒在燃烧室内强烈扰动形成流化床 燃煤烟气中的SO2与氧化钙接触发生化学反应被脱除 为了提高吸收剂的利用率 将未反应的氧化钙 脱硫产物及飞灰送回燃烧室参与循环利用 钙硫比达到2 2 5左右时 脱硫率可达90 以上 流化床燃烧方式的特点是 1 清洁燃烧 脱硫率可达80 95 NOx排放可减少50 2 燃料适应性强 特别适合中 低硫煤 3 燃烧效率高 可达95 99 4 负荷适应性好 负荷调节范围30 100 3流化床燃烧脱硫 3流化床燃烧脱硫 二 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 3流化床燃烧脱硫 炉内喷钙脱硫 炉内喷钙脱硫 在煤的燃烧过程中加入钙基固硫剂而达到脱除烟气中二氧化硫的目的特点 投资小工艺简单易操作占地省 1 炉内喷钙技术原理钙基脱硫剂 主要为石灰石 CaCO3 熟石灰 Ca OH 2 白云石 CaCO3 MgCO3 煅烧反应为 CaCO3 CaO CO2 Ca OH 2 CaO H2O CaCO3 MgCO3 CaO MgO 2CO2 影响煅烧反应和脱硫率的主要因素 微孔结构孔性质 比表面积 孔容积 空隙率 孔径分布比表面积及空隙率 白云石最大 Ca OH 2次之 CaCO3为最小 煅烧产物CaO与SO2可发生如下的反应 CaO SO2 CaSO3CaSO3 1 2O2 CaSO4 CaO对SO2的吸收包括如下几个过程 1 SO2从主气流向颗粒外表面转移的气相传质 2 SO2在多孔介质内的扩散 3 SO2在孔壁上的吸附 4 SO2与CaO的化学反应以及产物层的形成 5 SO2通过产物层向未反应CaO表面的扩散 2 炉内喷钙脱硫技术的现状炉内喷钙脱硫在煤粉炉未广泛应用的原因 炉内温度太高烟气中含有较多的CO2和H2O 炉内喷入的脱硫剂容易发生烧结表面积快速减少反应活性和反应速率降低当温度超过1300 时 所产生的产物CaSO4会易于分解成CaO和SO2 脱硫率较低 10 30 新的研究进展提高吸收剂的活性 改善SO2的扩散过程以有机钙盐代替石灰石以有机固体废弃物和石灰为燃料制备的有机钙混合物优点 方便地用于现有锅炉的脱硫脱硝 使锅炉达到环保要求有效地回收和利用城市固体废弃物 进一步改善环境有机钙具有一定的热值 使用后能降低锅炉的煤耗改变吸收剂的喷入位置 避免吸收剂的烧结失活 LIFAC烟气脱硫工艺在燃煤锅炉炉内喷钙的基础上再配合在锅炉空气预热器后增加活化反应器进行烟气进一步脱硫LimestoneInjectionintotheFurnaceandActivationCalciumOxide1986年由芬兰的Tampella和IVO公司开发投入运行 LIFAC烟气脱硫技术 图LIFAC工艺的工艺流程 活化器内的脱硫原理 CaO H2O Ca OH 2 水合反应 Ca OH 2 SO2 CaSO3 H2OCaSO3 1 2CaSO4影响活化器内脱硫效率的因素雾化水量液滴粒径水雾分布出口烟温等活化器脱硫效率通常在40 60 之间 整个LIFAC工艺系统的脱硫效率h h h1 1 h1 h2通常整个LIFAC工艺系统的脱硫率为60 85 脱硫灰再循环工艺将从电除尘下来的粉尘返回一部分到活化器中再次利用原因 活化器的出口烟气中含有一部分可加于利用的钙化物 LIFAC烟气脱硫技术 烟气再加热目的 将烟气温度提高到比露点高10 15 原因 雾化水的蒸发导致活化水出口烟温的降低加热工质 蒸气 空气或未经活化器的烟气特点 系统简单投资低中等脱硫效率对机组影响不大运行维护方便适用于中 小容量机组和老电厂的改造 LIFAC的应用对锅炉运行的影响 1 炉膛内在喷射石灰石后不会造成受热面的结焦 腐蚀和严重积灰 对受热面有时会出现轻微的积灰 采用常规吹灰器就可以消除 2 由于烟气量 烟气温度 粉尘浓度和粉尘特性的改变 电除尘器的除尘效率将略有下降 3 增加活化器后烟道阻力将增加 4 石灰石粉和载气 混合空气吹入炉膛后的化学反应对锅炉效率的影响将随钙硫比和脱硫效率而异 在一般情况下热量损失不超过总燃料量的0 3 5 由于增加了脱硫装置会导致厂用电的增加 其增加量约为总发电量的0 5 0 7 其中以石灰石粉制备系统耗能最多 LIFAC烟气脱硫技术 三 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 三 流化床燃烧脱硫的影响因素 绍科港岛开斯特皮包德 三 流化床燃烧脱硫的影响因素 卡莫斯 尼克明 三 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 三 流化床燃烧脱硫的影响因素 四 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 4高浓度SO2尾气的回收和净化 4高浓度SO2尾气的回收和净化 4高浓度SO2尾气的回收和净化 5低浓度SO2烟气脱硫 一 烟气脱硫概述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 5低浓度SO2烟气脱硫 烟气脱硫 FGD 技术 从生成物的状态划分干法脱硫湿法脱硫从生成物的利用与否划分抛弃法回收法美国环保局和联邦动力委员会通过三年的研究 得出的结论 FGD是目前世界上最有效的 最可行 最佳SO2排放控制技术 5低浓度SO2烟气脱硫 5低浓度SO2烟气脱硫 二 主要烟气脱硫工艺 湿法烟气脱硫工艺使用石灰石 石灰或碳酸钠等浆液作为洗涤剂 在吸收塔内对烟气进行洗涤 从而除去烟气中的SO2湿法烟气脱硫的优点为 1 脱硫效率高 有的装置在Ca S约等于1时 脱硫效率大于90 2 吸收剂利用率高 可超过90 3 煤种适应性强 副产品易于回收 4 设备运转率高 已达90 以上缺点 1 但是该工艺装置的基建投资大 约占电厂投资的11 18 2 运行费用高 约占电厂总运行费用的8 18 二 主要烟气脱硫工艺 二 主要烟气脱硫工艺 一 石灰石 石灰法洗涤目前应用最广泛的脱硫技术 20世纪30年代有英国皇家化学工业公司提出 一 石灰石 石灰法洗涤 原理 烟气用含有亚硫酸钙和硫酸钙的石灰石 石灰浆液洗涤 SO2与浆液中的碱性物质发生化学反应生成亚硫酸盐和硫酸盐 新鲜浆液中石灰石 石灰浆液不断加入脱硫液的循环回路 浆液中的固体 包括燃煤飞灰 连续地从浆液中分离出来并排往沉淀池 从除尘器出来的烟气在吸收塔内经过洗涤 脱去SO2 反应机理 石灰法 SO2 CaO 2H2O CaSO3 2H2O石灰石法 SO2 CaCO3 H2O CaSO3 2H2O CO2 一 石灰石 石灰法洗涤 续 一 石灰石 石灰法洗涤 续 表8 4中分别给出了石灰石 石灰脱硫的反应机理 这两种机理说明了相应系统所必须经历的化学反应过程 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 表8 5石灰石 石灰法烟气脱硫的典型操作条件 石灰石灰石烟气中的SO2体积分数 10 640004000浆液中的固体含量 10 1510 15浆液PH7 55 6钙 硫比1 05 1 11 1 1 3液 气比4 7 8 8气流速度 ms 13 03 0 图美国燃烧工程公司湿法石灰 石灰石工艺流程1QA 美国国家环保局的实验表明 石灰石系统的最佳操作PH为5 8 6 2石灰石系统约为8 该工艺的特点工艺简单经济性较好运行维护工作量小可用率在90 以上废渣既可抛弃 也可作为商品石膏回收是世界上应用最多的一种烟气脱硫技术 在美国 采用该工艺的电厂占电厂烟气脱硫装机总容量的80 以上 单机容量在20 920MW范围内 对高硫煤 脱硫率可达90 以上 对低硫煤 脱硫率可在95 以上 传统的石灰 石灰石工艺潜在的缺陷设备的积垢 堵塞 腐蚀与磨损1QA 工艺改进主要有 在吸收浆液中加入少量的甲酸等添加剂 以使吸收剂的可溶性增加几个数量级 1 在吸收塔的气液界面 出口烟道 闸板门 挡板及消雾装置等处 选用适当的材料 以防止腐蚀 2 采用双循环回路吸收系统 它将吸收塔内部分为两个区域 一个为低pH值区 另一个为高pH值区低pH值 4 5 5 0 回路主要目的 为了最大限度地利用石灰石 并除去烟气中的氯离子Cl 1 以减少它对塔身的腐蚀 同时可脱除烟气中35 40 的SO2 高pH值 6 0 7 0 的回路的目的 获得较高的SO2脱除率 特点 100 地利用了吸收剂避免由于过饱和而产生的结垢和堵塞问题 一 石灰石 石灰法洗涤 续 烟气脱硫工艺 一 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 二 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 二 改进的石灰石 石灰湿法烟气脱硫 双碱流程用碱金属或碱类水溶液吸收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 双碱流程 三 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 三 喷雾干燥法烟气脱硫 三 喷雾干燥法烟气脱硫 图典型的干法脱硫工艺流程 主要系统 1 石灰浆制备系统将生石灰制成粒度为50mm 具有较高活性的石灰乳浆 2 脱硫系统石灰乳浆在吸收塔内被雾化成 100mm的雾粒 与烟气接触混合 完成烟气脱硫的化学反应该工艺化学物理原理为 CaO H2O Ca OH 2SO2 H2O H2SO3Ca OH 2 H2SO3 CaSO3 H2OCaSO3 液 1 2O2 CaSO4 液 CaSO3 液 CaSO3 固 CaSO4 液 CaSO4 固 该工艺的主要优点投资和占地面积相对较小无废水排放技术较为成熟缺点对吸收剂的质量要求较高脱硫副产品大部分是CaSO3 难于进行综合利用 吸收塔的温度要求足够地低 以满足脱硫化学反应的要求 要求保证高于露点 以防止设备和烟道的腐蚀 在钙硫比不变的情况下 通过水量的变化来控制吸收塔的出口温度 影响喷雾干燥干法烟气脱硫效率的主要因素 1 钙硫比随着钙硫比的增加 脱硫率也增大 但其增大的幅度由大到小 最后趋于平稳 2 吸收塔出口烟温温度越低 脱硫率越高 SO2脱除反应的基本条件是吸收剂雾滴必须含有水分 3 灰渣再利用提高钙的利用率 改善传热传质条件 改善吸收塔塔壁结垢的趋势 三 喷雾干燥法烟气脱硫 主要过程吸收剂制备吸收和干燥固体捕集固体废物处置 四 其他湿法脱硫工艺 1 氧化镁法 四 其他湿法脱硫工艺 2 海水脱硫法基本原理 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 图硫的循环路径 图F FGD工艺流程 F FGD工艺过程的特点 工艺简单 系统可靠 脱硫效率及其保证率高 脱硫效率可达90 以上 不产生任何固态或液态废弃物 投资省 运行费用低 占电厂总投资的 7 8 直接运行费用表现为系统电耗 占机组发电量的 1 1 5 四 其他湿法脱硫工艺 3 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氨水做吸收剂 图氨法烟气脱硫工艺流程 氨法烟气脱硫 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 五 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 五 干法脱硫技术 五 干法脱硫技术 1 干法喷钙脱硫 五 干法脱硫技术 2 循环流化床烟气脱硫 3 粉煤灰干式烟气脱硫技术 将煤灰 石灰和石膏以一定比例混合 经蒸汽熟化增加活性后干燥成直径约为6mm 长约为3 10mm的圆柱形颗粒组成日本北海道电力公司1985年开始进行研究1988年底完成工业实用化研究 处理烟气量为50000Nm3 h 1991年首台煤灰脱硫装置 1 2容量 处理烟气量644000Nm3 h 年投入运行 3 粉煤灰干式烟气脱硫技术 该项技术的特点 1 脱硫率可以达到90 以上 且性能稳定 达到了一般湿法脱硫的水平 2 脱硫剂成本低 有益于环境保护 3 用水量少 无需排水处理和排气再加热 设备总费用比湿法低1 4 4 煤灰脱硫剂可以重复利用 或可另作它用 5 没有料浆系统 维护比较容易 设备简单可靠 粉煤灰烟气脱硫的基本反应式为 粉煤灰 石灰 石膏 SO2 煤灰 石膏特殊的效果 1 煤灰和石膏能加速脱硫化学反应 使反应完全 2 脱硫效率超过活性炭 同时还具有脱硝的能力 3 反应温度低 对脱硫有利 但会使水分的不利影响增大 3 粉煤灰干式烟气脱硫技术 图煤灰干式烟气脱硫基本原理及工艺流程 3 粉煤灰干式烟气脱硫技术 第一台大型实用的设备地点 日本的占东厚真电厂 运行参数为 处理烟气量644000Nm3 h入口SO2浓度2288mg m3入口烟气含尘浓度200mg Nm3 脱硫率大于90 Ca利用率大于80 占地面积为5000m2 三 同时脱硫脱氮工艺 一 电子束脱硫技术应用及分析1前言2电子束脱硫工艺原理3电子束脱硫工艺流程4电子束脱硫工艺特点5EBA示范项目技术经济指标6运行状况与应用分析 1前言 电子束烟气脱硫脱氮技术是一项物理与化学紧密结合的高新技术 国外70年代初期就开始了探索研究 日本荏原制作所在1970年即开始研究电子束法脱除烟气中的SO2与NOx 1973年建成模拟气体和重油燃烧烟气的小试装置 随后研究证明了电子束照射法可同时脱硫和脱氮 经中试研究进一步掌握了实际设备所需的各项定量参数 长期运转中试设备的可靠性 并能适应严格的环保标准规定 对副产品的硫酸铵 含极少量硝酸铵 进行的植物裁培试验表明 脱硫副产品具有与销售氮肥相同的质量 对植物的发育无不良影响 至此 电厂烟气电子束脱硫工业性试验的条件已完全具备 在我国 该技术作为 七五 期间国家重点科技攻关项目 以上海原子能研究所为主曾作过小型试验 至今仍有一些院校在不断深入研究 鉴于合作建设SO2脱除装置在我国很有必要性 同时开发新的脱硫工艺技术又是电力工业发展所必需 在国家计委和原电力工业部的推进和领导下 1995年初决定由四川省电力局与荏原制作所合作建设电子束脱硫示范装置 1998年5月 中日合作成都电厂EBA示范项目通过了验收与技术鉴定 该装置烟气处理量30 104m3 h 为目前世界上建成并投运的最大规模的工业装置 2电子束脱硫工艺原理 脱硫 脱硝主要机理 1 游离基的生成 燃煤排烟由氮 氧 水蒸汽 CO2等主要成分及SO2 NOx等微量有害成分构成 当电子束照射烟气时 电子束能量大部分被烟气中的氮 氧 水蒸汽所吸收 从而生成富有反应活性的游离基 OH基 O原子 HO2基 N基 N2 O2 H2O OH O HO2 N 2 SO2与NOx的氧化 烟气中的SO2与NOx 与因电子束照射而生成的游离基进行反应 分别氧化成硫酸 H2SO4 与硝酸 HNO3 SO2HSO3HSO4SO2SO3HSO4NOHNO2HNO3NONO2 OHNONO2HNO3 3 硫酸铵与硝酸铵的生成 已生成的硫酸和硝酸再与电子束照射以前喷入的氨 NH3 进行中和反应 分别生成硫酸铵 NH4 2SO4 和硝酸铵 NH4NO3 的粉状微粒 若有尚未反应的剩余的SO2和NH3时 可分别在上述微粒表面进一步进行热化学反应 从而SO2和NH3的一部分会生成硫酸铵 硝酸铵 H2SO4 2NH3 NH4 2SO4HNO3 NH3 NH4NO3SO2 2NH3 H2O 1 2O2 NH4 2SO4从电子束照射到硫酸铵 硝酸铵生成所需的时间极短 仅约1秒 图1电子束脱硫工艺流程 3电子束脱硫工艺流程 该项技术的工艺流程 见图1 由排烟冷却 氨的喷入 电子束照射与副产品收集等工序组成 电子束辐射法 4电子束脱硫工艺特点 1 电子束透过力 贯穿力强 经屏蔽后可在反应室内集中供给高能量辐照烟气 反应速度快 时间短 2 在同一反应室内同时脱硫与脱硝 3 为干法过程 无废水排放 4 生成的副产品可作农用氮肥 无固体废弃物 5 对烟气条件的变化适应性强 6 实现了自动控制 操作较简便 5EBA示范项目技术经济指标 1 烟气量 30 104m3 h 从华能成都电厂200MW机组670t h锅炉烟气抽取 2 主要技术参数 设计值 入口烟气SO2浓度 最大 5148mg m3入口烟气NOx浓度680mg m3入口烟气烟尘浓度390mg m3脱硫效率80 脱氮效率10 电耗量1900kWh h水耗量16t h蒸汽耗量2t h出口烟气氨浓度 即反应剩余浓度 76mg m3 3 电子束发生装置主要参数 直流高压电源800kV l000mA电子加速器800kV 400mA 2 4 环境监测主要数据 烟气量29 6 104m3 h入口烟气SO2浓度3025mg m3入口烟气NOx浓度464mg m3出口烟气SO2浓度360mg m3出口烟气NOx浓度382mg m3脱硫率86 8 脱氮率17 6 出口烟气氨浓度7 0mg m3 5 消耗量均在设计值以内 6 副产品含氮量分析 N含量 19 34 7 反应屏蔽室周围X射线强度 电子束发生装置在800kV 400mA 2额定工况运行时 经由法定检测单位测试为0 1 0 2 SV h 低于国家标准中允许X线强度不大于0 6 SV h 公众标准 的规定 8 建设费用 含脱硫界区范围内原有建筑物拆迁费用 9 430万元 低于国家计委批复的预算控制数10 400万元 按烟气处理量30 104m3 h 对应于90MW发电能力 则单位建设投资约1000元 kW 9 运行费用经测算约为900万元 扣除副产品销售收入后为630万元 每kwh电的脱硫费用约为0 013元 每吨SO2除去的费用约为1000元 6运行状况与应用分析 运行状况 中日合作成都电厂EBA示范装置投运以来 运行状况达到预期效果 以1998年5月22日 5月24日平均值为例 烟气量30 0833 104m3 h 烟气入口SO2浓度4358mg m3 出口526mg m3 脱硫率88 副产品养分 即含氮量 为18 20 经检测副产品重金属含量远低于农用粉煤灰重金属含量国家标准 植物盆裁与农田试验的初步结果表明 该副产品对种子发芽和作物生长均无不良影响 其肥效与等氮量的尿素 硫酸铵相当 因其含有硫素营养 对缺硫土壤和需硫量高的作物更为适宜 副产品作为复合肥生产原料已投放市场 可全部农业应用 应用分析 1 建设投资 如在300MW发电机组全规模烟气量进行电子束脱硫脱氮 则单位造价可控制在800元 kW以内 投资规模适度 2 脱除效率 可按脱硫率90 95 与脱硝率 60 设计 3 运行成本 成都电厂示范项目在设计烟气SO2浓度下运行 测算的每kwh电的脱硫费用为0 013元 是完全可以承受的 4 设备国产化 按成都电厂示范项目设备总费用计算 国产化率为61 4 5 副产品 固体副产品可全部提供农业应用 无废水排放 三 同时脱硫脱氮工艺 二 湿法同时脱硫脱氮工艺1 氯酸氧化法WSA SNOX法湿法FGD添加金属螯合剂 三 同时脱硫脱氮工艺 三 干法同时脱硫脱氮工艺NOXSO法SNRB法CuO同时脱硫脱氮工艺 四 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 包括脱硫效率 处理能力 技术复杂程度 占地情况 能耗及副产品利用等 反映技术的综合性能3 环境特性 环境特性根据处理后烟气的SO2排放量与排放标准比较进行评价4 经济性 选用技术的总投资和SO2单位脱硫成本为综合经济性的评价指标 燃煤二氧化硫污染控制技术综合评价 燃烧前和燃烧中技术 燃煤二氧化硫污染控制技术综合评价 烟气脱硫技术 中国酸雨及二氧化硫污染控制 时间政府行动1990年12月国务院环委会第19次会议通过 关于控制酸雨发展的意见 提出在酸雨监测 酸雨科研攻关 二氧化硫控制工程和征收二氧化硫排污费四个方面开展工作1991年国家环保局组织开展征收工业燃煤二氧化硫排污费研究工作1992年国务院批准在贵州 广东两