燃煤锅炉化学脱硫技术研究

1、燃煤锅炉化学脱硫技术研究摘要：木文介绍了国际、国内多种脱硫技术的现状，并着重叙述了燃煤锅炉化学脱硫的研究成果，针对化 学脱硫不同于其它脱硫技术的特点，提出化学脱硫以其低投资、低消耗、高脱硫率的特点是值得大力推广 的一种适合中国国情的脱硫技术。1 刖吕我国能源以煤碳为主。我国的大气环境是典型的煤烟型污染，山燃煤排放的s02所造成的酸雨已危 及24个省、市、自治区。近年來，随着国民经济的发展和能源消耗的不断增长，我国酸雨问题变得越來 越严重。广东、广西、四川盆地和贵州的大部分地区所形成的华南、西南酸雨区，已成为与四欧、北美并 列的世界三大酸雨区之一，同时乂形成了以长沙为中心的华中酸雨区和厦门、上海

2、等华东沿海酸雨区，以 及青岛等酸雨区，有些地方降水ph值最低达3.5以卞，给生态环境国民经济带來了严重的危害。据统计, 仅西南、华南酸雨区而造成的林木死广，农业减产，金属腐蚀等的经济损失毎年达140亿元。目前，中 国大气污染的程度已相当于世界发达国家五、六i年代污染最严重的时期。世界各国都已注意 到大气污染对人类生存的危害，都投入巨额资金对其进行整治。我国也制定了中国跨世纪绿色工程计划 对大气污染进行综合治理。治理大气污染的根本途径之一是采収有效的脱硫措施，减少点、血排放源的 so2排放量。针対我国的具体情况，开发切实可行的脱硫技术，卓有成效地控制燃煤烟气排放的so2量。 近年來，国际国内研制

3、、开发了多种脱硫技术，下血仅就我们研制的化学脱硫技术和一些常'规的脱硫技术 的特点作一些探讨。2烟气中二氧化硫净化的方法2.1抛弃法：在烟气中加入一种吸附物质，使烟气在形成二氧化硫时 便与之化合或为之吸附，生成另一种物质，而不加利用地抛弃掉。2.2回收法：通过吸附将二氧化硫富集起来，通过氧化还原或吸附作川，使之产牛另一种有用的硫的 产品。回收法脱硫又分为干法和湿法两种。t法脱硫时烟气不会冷却，有利于烟羽的大气扩散。缺点是烟气和固体吸附剂接触时间短，吸附剂利 用率低。在循环时，吸附剂颗粒经过多次吸附和再牛循环会发牛钝化和迟化甚至磨粒，实际的系统必须二 台设备，一台吸附吋，另一台再生。这样

4、设备费和维护费都会增加。湿法脱硫没存干法的缺点，但在处理烟气时必须冷却到湿球温度，这对烟羽的扩散是有影响的。2.3儿种实际使用的脱硫方法脱硫技术有许多，诸如煤炭洗选技术、煤气化技术、水煤浆技术、型煤 加工技术、流化床燃烧技术等，但是目前世界上唯一大规模商业化应用的是烟气脱硫技术。它主要有下面 几种方式。石灰石（石灰）石膏法湿式工艺绝大多数采用碱性浆液或溶液作为吸收剂，其中以石灰石或石 灰为吸收剂的强制氧化湿式脱硫方式是目询使用最广泛的脱硫技术。在该工艺中，石灰石或石灰洗涤剂与 烟气|«so2反应，反应产物硫酸钙在洗涤液小沉淀下來，经分离后既可抛弃也可以石膏形式冋收。目前的系统人多采用

5、了人处理最洗涤塔，300mw机组可用一吸收塔，从而节省了投资和运行费用；系统的运 行可靠性已达99%以上；通过添加有机酸可使脱硫率提高到95%以上。（2 ）简易石灰石（石灰）石膏法简易工艺的原理与传统石灰石石膏法相同，但与传统工艺 相比，通过预洗、吸收和氧化设备合并，简化烟气热交换系统，以及烟气部分旁路等的改进，以中等脱硫 效率（70%80% ）为目标，有效地降低了设备初投资。（3 ）海水脱硫天然海水中含有人量的可溶性盐，其中主要成分是氯化钠和硫酸盐及一定最的可溶性 碳酸盐。海水通常呈碱性，自然碱度为1.2-2.5mmol/l,这使得海水具冇天然的酸碱缓冲能力及吸收 s02的能力。国外一些脱硫

6、公司利用海水的这种特性，成功地开发出海水脱硫丄艺。海水脱硫系统主要由 烟气系统、再热系统、供排海水系统、海水恢复系统等组成。1988年以询，海水脱硫工艺多应用于冶 金行业的炼铝厂及炼汕厂等。近年來在火电厂的应用有较快的发展。挪威abb公司的海水脱硫工艺已在 挪威和国外建成20多套装置，挪威的烟气脱硫全部采用这种工艺。（4 ）磷狡复肥法（pafp法）该法是利用天然磷矿石和氨为原料，在烟气脱硫过程屮副产磷谡复合肥料，工艺流程主要包括四个过 程，即：活性炭一级脱硫并制得稀硫酸；稀硫酸萃取磷矿制得稀磷酸溶液；磷酸和氨的中和液（nh4 ） 2hpo4二级脱硫；料浆浓缩干燥制磷钱复肥。该技术在国外尚无应用

7、实例。（5 ）其它湿法其它湿式t艺包括用碳酸钠、镁和氨作吸收剂，一般用于小型电厂和t业锅炉。氨洗 涤法可达较高的脱硫效率，副产硫狡是可出售的化肥。（6 ）喷雾干燥法喷雾干燥法属半干法脱硫工艺，于70年代初至中期开发成功。笫一台电站喷雾干 燥脱硫装置于1980年在美国北方电网的河滨电站投入运行，此后该技术在美国和欧洲的燃煤电站实现了 商业化。喷雾t燥工艺目前约占总装机量的10% ,人多用于燃用低硫和小硫的小小容量机组上，该法利 用石灰浆液作吸收剂，以细雾滴喷入反应器，与so2边反应边干燥，在反应器出ii,随着水分蒸发，形 成了干的颗料混合物。该副产品是硫酸钙、硫酸盐、飞灰及未反应的石灰组成的混合

8、物。喷雾十燥法可脱 除70%-95% 的so2 ,并有可能提高到98%.（7 ）吸着剂喷射法吸着剂工艺属干法工艺。按所用吸着剂不同可分为钙某和钠基工艺，吸着剂可以是干 态、湿润态或浆液。喷入部位可以为炉膛、省煤器和烟道。当钙硫比为2时，干法工艺的脱硫效率可达 50%70%，钙利用率达50% ,这种方法适合老电厂改造，因为在电厂排烟流程中不需增加什么设备 就可达到脱硫冃的。喷吸着剂工艺冃前占总装机容量的3.2%，其中89%用于燃煤含硫fi<2%的机组。烟气脱硫还有一些方法，如电子束法；再生工艺和so2 /nox联合脱除工艺；简易除尘脱硫一体化 技术；但这些技术还很不成熟。燃煤锅炉化学脱硫技

9、术：上述脱硫方法，都需要增加投资，据美国统计，脱硫装宜投资占电站总投资 的25% ,运行费川增加15%.我们研制的燃煤锅炉化学脱硫技术基本上不需复杂的装置，只需要简单的 喂料机构，运行费用随煤含硫量的增加而增加，一般在1 0%15%之间，系统如图：系统图由图可见，系统中只是增加了一套添加剂的料仓及喂料机构，添加剂经喂料机进入球磨机，同原煤一 起粉碎并混合均匀，经送粉系统进入锅炉内燃烧，煤中的硫同添加剂产牛化学反应，牛成金属硫化物，大 部分留在煤灰中，小部分随烟气进入除尘器再次分离，其余部分均随煤灰冲入灰场。煤灰燃烧过程中硫分析如下图（略）：硫平衡关系式：sk+ sb= sy+ sw=so=sy

10、q+ sz+ sm = sq+ sf+ sz+ sim燃煤锅炉化学脱硫技术的核心是：（1 ）通过计算和实验寻求最佳的化学添加剂组合。该 组合固硫率授高，对燃烧的负面影响授小。选川氧化助燃助剂，在固硫的同时还改善了燃烧，提高了一定 的热值，节煤2-3%（2 ）化学添加剂组合的成本授小，确保其应用成木固化每吨硫不大于600- 1100 元/t （固化硫）。（3 ）选择了一个合理的工艺路线，使助剂与煤粉充分混合，充分参加燃烧，使其固硫作用发挥至最 大，有效系数为最人值。（4 ）设计合理的化学助剂喂料装置，并具备精度不低1 %的计量功能（随机），以保证剂/煤比达 到最小，减少成本。（5 ）确保化学助剂

11、在炉膛参与燃烧过程和在受热而流动的过程小，不能对其造成负面影响。（6 ）尽量减少对受热面结垢和腐蚀的影响。（7 ）研究炉内化学脱硫对灰熔融特性、结渣特性、沾污特性的影响。我们从化学机理、煤燃烧、锅炉及辅机等各方而，进行试验室内的试验研究，开展炉內化学动力学分 析研究，化学脱硫剂特性，加剂后煤灰高温特性、e灰电气特性、炉膛上部空气动力场计算机模拟数俏计 算，混合状况冷态模化试验等，开发了专项试验研究技术，形成了一系列研究开发化学脱硫成套技术不同 环节的试验研究，有力地支持、保证了试验室内系统小试的圆满完成，并几在唐山成功地进行了工业中试。燃煤锅炉化学脱硫技术适用范i节i广、覆盖的煤种多，能有效地

12、控制s02排放量，如一个200mw的 电站，煤热值在21000kj/kg,含硫量在1.5%,使用化学脱硫技术，脱硫率80% ,则少排放so213.2 刀吨/年。这为实现国家提出的在2000年将so2排放量控制在1995年水平的h标做出了贡献，具有 可观的环境和社会效益。多年攻关成果已经表明，化学脱硫技术不仅适用于中小型锅炉，而且适用于电站锅炉；不仅适用于新 建锅炉，而且适用于现役锅炉的脱硫技术改造；不仅适用于中硫煤，而且可用于高硫煤，可以覆盖所有的 煤种。中国化学脱硫技术儿乎还是空口，具有巨人的市场和广阔的推广应用前景。表燃烧后控制技术的综合评价石灰右右 膏法简易湿法磷桜复肥法技术性能 指标工

13、艺流程主流程简流程较简脱硫流程简简易情况单；石灰浆单单,制肥部分制备流程 复杂较复杂工艺技术 指标脱硫脱硫率脱硫率95%率90%,钙70%,钙硫硫比1. 1比1. 1脱硫副产品脱流渣主脱流渣主脱硫产品为含要为要为n+pa35% 以上casoi,casoi,的氮磷复合肥 料推广应用喷雾干燥法喷钙增湿 法海水脱硫化学脱硫流程较简单流程简单流程简单流程简单脱硫率80%,脱硫率脱硫率90%90%以上钙硫比1. 570%,钙硫 比2脱硫渣为朋脱流渣主脱硫渣主尘和ca的混脱硫渣为要为硫酸要为金属合物,烟尘和ca盐,排放硫化物排的混合物，放目前尚不能目前尚不前景电耗占总目前尚未目前尚未 利用燃高硫煤锅利用燃

14、高、屮、低能利用燃烧中、低燃烧中、低 硫煤锅炉，燃烧高、发电量的利用炉，附近冇磷硫煤锅炉都硫煤锅炉沿海地区中、低硫煤比例燃高、中硫燃高、中硫矿资源1%1. 5%可使用1%0. 5%1%锅炉极少烟气再热煤锅炉，当煤锅炉，当需再热较不需再热占地情况地有石灰地有石灰需再热多不需再热少不需再热大极少石矿石矿1%极少1.52%需再热多需再热少技术成熟国内已簡国内止在国内已进行中国内已进行国内已工国内止在国内工业度业化引进引进试屮试业示范引进示范环境特性很好好很好好好好很好经济性能fgd占电 厂总投资 的比例13旷19%8%"11%12%"17%8%"12%5%70%极少脱硫成 本，元 ,/tso川兑除750155073014801400200072012307901290400700600 1100副产品效 益，7c/ts()2脱除无无1600无无无无燃烧锅炉化学脱硫技术其最突出的特点是：v1工艺流程简单、操作维护方便；2有