大气污染控制工程8-1硫氧化物的污染控制

1、v教学内容教学内容:v1硫循环及硫排放硫循环及硫排放v2燃烧前脱硫燃烧前脱硫v3流化床燃烧脱硫流化床燃烧脱硫v5低浓度低浓度SO2烟气脱硫烟气脱硫v煤烟型大气污染煤烟型大气污染v煤烟型大气污染煤烟型大气污染v中国的动力煤资源全硫的加权平均含量为中国的动力煤资源全硫的加权平均含量为1.15%v含硫量小于含硫量小于0.5%的超低硫煤的超低硫煤 占占39.35%v0.51.0% 的低硫煤的低硫煤 占占16.46% v1.01.5%的中低硫煤的中低硫煤 占占16.68%v1.52.0% 的中硫煤的中硫煤 占占9.49%v2.03.0% 的中高硫煤的中高硫煤 占占7.85%v3.05.0% 的高硫煤和大

2、于的高硫煤和大于5.0%的特高硫煤占的特高硫煤占7.05%v 每年（每年（34）%的速度增长的速度增长v 有有55%的城市二氧化硫超过标准的城市二氧化硫超过标准v二氧化硫的排放会导致严重的环境问题：二氧化硫的排放会导致严重的环境问题：v(1) 酸雨酸雨v(2) 二氧化硫对人体健康有极大的危害。二氧化硫对人体健康有极大的危害。v(3) SO2 会给植物带来严重的危害。会给植物带来严重的危害。v城市燃用城市燃用1 吨煤所产生的二氧化硫和酸雨造成的经济吨煤所产生的二氧化硫和酸雨造成的经济损失达损失达(5070) 元。元。v在在“七五七五”期间仅两广、四川、贵州四省因酸雨造成期间仅两广、四川、贵州四省

3、因酸雨造成的直接和间接经济损失每年的直接和间接经济损失每年160亿元。亿元。v我国我国SO2排放的年际变化排放的年际变化v我国我国SO2排放的地区分布排放的地区分布v我国我国SO2排放的行业特点排放的行业特点v我国北方城市我国北方城市SO2污染现状污染现状 g/m3050100150200250WulumuqiLanzhouYinchuanXianZhengzhouTaiyuanHuhoutJinanShiJZBeijingTianjingShenyangChangchunHarbinWHO Standardv我国南方城市我国南方城市SO2污染现状污染现状050100150200250Chen

4、gduKunmingChongqingGuiyangNanningChangshaWuhanGuangzhouNanchangHefeiNanjingFuzhouHangzhouShanghaiWHO Standard g/m3v20世纪90年代末我国酸雨区域分布v我国政府制定的政策和法规我国政府制定的政策和法规v1990年年12月，国务院环委会决定采取控制措施月，国务院环委会决定采取控制措施v1991年年10月月29日日燃煤电厂大气污染物排放标准燃煤电厂大气污染物排放标准v1995年年8月月29日日中华人民共和国污染防治法中华人民共和国污染防治法修正案，修正案，首次对燃煤二氧化硫控制作出规定

5、首次对燃煤二氧化硫控制作出规定v国家经贸委制定国家经贸委制定（1999） 火电厂烟气脱硫关键技术火电厂烟气脱硫关键技术与设备国产化规划要点与设备国产化规划要点v国产化目标分为四步：国产化目标分为四步：n至至2001年，初步掌握火电厂年，初步掌握火电厂湿湿法脱硫设计技术法脱硫设计技术，湿法烟气脱硫设备国产化率达湿法烟气脱硫设备国产化率达80%左右。左右。n至至2003末，具备独立完成火电厂湿法烟气脱硫工末，具备独立完成火电厂湿法烟气脱硫工艺设计的能力，湿法烟气脱硫设备国产化率达艺设计的能力，湿法烟气脱硫设备国产化率达90%以上。以上。n至至2005年末，湿法烟气脱硫设备国产化率达年末，湿法烟气脱

6、硫设备国产化率达95%以上。以上。n至至2010年，湿法烟气脱硫设备国产化率达年，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，设备国产化掌握其它若干种烟气脱硫工艺的设计，设备国产化率达到率达到95%以上。以上。v一、煤炭的固态加工一、煤炭的固态加工v煤炭分选煤炭分选v依据：密度不同依据：密度不同v可使含硫量降低可使含硫量降低40%，灰份降低，灰份降低70%左右。左右。v型煤固硫：型煤固硫：添加脱硫剂添加脱硫剂v微生物方法：微生物方法：细菌脱硫细菌脱硫v磁力脱硫磁力脱硫等等v煤的气化煤的气化n采用空气、氧气、采用空气、氧气、CO2和水蒸气作为气化剂，制得煤气和水蒸气作为

7、气化剂，制得煤气nC+H2O=CO+H2n反应所需的能量由碳的燃烧提供反应所需的能量由碳的燃烧提供nC+O2=CO2 n使用空气使用空气 ：低热值煤气：低热值煤气n使用氧气使用氧气 ：中低热值煤气：中低热值煤气n将中热值煤气中的将中热值煤气中的CO和和H2合成甲烷合成甲烷 ：高热值煤气：高热值煤气nCO+3H2=CH4+H2O 煤的液化n液态烃燃料或液体化工原料液态烃燃料或液体化工原料n直接液化直接液化n煤粉在高温条件下催化加氢，同时脱去硫、氮、煤粉在高温条件下催化加氢，同时脱去硫、氮、氧等，生成液态烃类燃料氧等，生成液态烃类燃料v间接液化法：间接液化法：v首先将煤气化为首先将煤气化为H2、C

8、O，然后通过催化反应将气态物，然后通过催化反应将气态物质转化为液态。质转化为液态。vnCO+2nH2CnH2n+nH2Ov三、重油脱硫三、重油脱硫在催化剂作用下通过高压加氢反应，使氢与硫作用形成H2S从重油中分离直接脱硫和间接脱硫 一一、流化床燃烧技术概述流化床燃烧技术概述气流速度介于气流速度介于临界速度临界速度和和输送速度输送速度之间，煤粒保持流化状态之间，煤粒保持流化状态流化床分类流化床分类 按流态：鼓泡流化床和循环流化床按流态：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按运行压力：常压流化床和增压流化床v二二、流化床脱硫的机理流化床脱硫的机理脱硫剂：石灰石（CaCO3）、白

9、云石（CaCO3MgCO3）炉内化学反应32224CaCOCaOCO1CaOSOOCaSO2 v1.钙硫比钙硫比脱硫率（）可以用Ca/S（R）近似表达1 exp()mR m综合影响参数脱硫率脱硫率v 2.煅烧温度煅烧温度 温度低时，孔隙量少、孔径小 温度过高，CaCO3的烧结作用变得严重脱硫率脱硫率脱硫率脱硫率v3.脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构颗粒过小发生扬析孔径大小应适当v4.脱硫剂的种类脱硫剂的种类白云石优点：孔径分布和低温煅烧性能好缺点：易发生爆裂扬析，用量大石灰石常压下常用v不同温度下的再生反应不同温度下的再生反应4224222CaSOCOCaOCOSOCaSO

10、HCaOH OSO 1100oC以上（一级再生法）4224222CaSOCOCaOCOSOCaSOHCaOH OSO 1100oC以上（一级再生法）42422CaSO4COCaS4COCaSO4HCaS4H O 870930oC（二级再生法）42422CaSO4COCaS4COCaSO4HCaS4H O 870930oC（二级再生法）2232CaSH OCOCaCOH S 540700oC2232CaSH OCOCaCOH S 540700oCv优点：优点：v1 1清洁燃烧，脱硫率高，清洁燃烧，脱硫率高，NOxNOx排放少；排放少；v2 2燃料适应性强；燃料适应性强；v3. 3. 燃烧效率高，

11、可达燃烧效率高，可达9595-99-99；v4 4负荷适应性好。负荷适应性好。v缺点：缺点：v1. 1. 对炉膛磨损严重；对炉膛磨损严重；v2. 2. 脱硫剂的存在增加了阻力、降低了燃烧室的温度。脱硫剂的存在增加了阻力、降低了燃烧室的温度。v3. 3. 脱硫产物的存在增加了后继除尘的负担。脱硫产物的存在增加了后继除尘的负担。冶炼厂、硫酸厂和造纸厂等工业，SO2浓度通常240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22332241SOOSO2SOH OH SO v一、烟气脱硫概述一、烟气脱硫概述v15%过剩空气条件下，燃用含硫量过剩空气条件下，燃用含硫量14的煤，烟

12、的煤，烟气中气中SO2浓度为浓度为0.110.35；v燃用含硫量燃用含硫量14的燃料油，烟气中的燃料油，烟气中SO2浓度为浓度为0.120.31v煤烟型大气污染煤烟型大气污染v中国的动力煤资源全硫的加权平均含量为中国的动力煤资源全硫的加权平均含量为1.15%v含硫量小于含硫量小于0.5%的超低硫煤的超低硫煤 占占39.35%v0.51.0% 的低硫煤的低硫煤 占占16.46% v1.01.5%的中低硫煤的中低硫煤 占占16.68%v1.52.0% 的中硫煤的中硫煤 占占9.49%v2.03.0% 的中高硫煤的中高硫煤 占占7.85%v3.05.0% 的高硫煤和大于的高硫煤和大于5.0%的特高硫

13、煤占的特高硫煤占7.05%v分类分类根据对脱硫生成物是否应用：抛弃法优点：处理成本低（美国、德国）缺点：浪费硫资 二次污染 占用处置场v再生法（回收法）再生法（回收法）v优点：综合利用硫资源优点：综合利用硫资源v 避免二次污染避免二次污染v 减少处置场地减少处置场地v缺点：脱硫费用高缺点：脱硫费用高v 投资费用高投资费用高脱硫产物状态：湿法和干法干法使用固体吸收剂或吸附剂吸附，或催化转化。优点：无废水、废酸缺点：效率低、设备庞大、操作要求高v湿法湿法v采用液体吸收剂吸收采用液体吸收剂吸收SO2。v优点：设备较简单，操作容易，效率高，优点：设备较简单，操作容易，效率高，吸收剂利用率高，吸收剂利用

14、率高，v缺点：烟气温度较低（不利于烟囱排烟）缺点：烟气温度较低（不利于烟囱排烟） 基建投资大基建投资大 （约占电厂投资的（约占电厂投资的1118%） 运行费用高（约占电厂总运行费用的运行费用高（约占电厂总运行费用的818%）v石灰石石灰石/石灰法洗涤烟气脱硫石灰法洗涤烟气脱硫v改进的石灰石改进的石灰石/石灰法烟气脱硫石灰法烟气脱硫v喷雾干燥法烟气脱硫喷雾干燥法烟气脱硫v氧化镁法烟气脱硫氧化镁法烟气脱硫v海水烟气脱硫海水烟气脱硫v氨法烟气脱硫氨法烟气脱硫v干法烟气脱硫干法烟气脱硫v（一）（一）石灰石石灰石/石灰法洗涤石灰法洗涤v石灰石系统中，石灰石系统中，Ca2+的产生与的产生与H+的浓度和的浓

15、度和CaCO3的存在的存在有关有关。v石灰系统中，石灰系统中，Ca2+的产生仅与的产生仅与CaO2的存在有关的存在有关。影响因素：影响因素：pHpH：（1 1）pHpH值过低，值过低，SOSO2 2无法溶解；无法溶解；（2 2）pHpH值过高，值过高，CaSOCaSO3 3的溶解度很低，使石灰石粒子表面的溶解度很低，使石灰石粒子表面钝化；钝化；（3 3）pHpH值过高，值过高，溶液中溶液中Ca(OH)2含量过高，易产生含量过高，易产生Ca(OH)2沉淀，沉淀，使石灰石粒子表面钝化。使石灰石粒子表面钝化。v其它影响因素包括：其它影响因素包括：v液气比、钙硫比、气流速度、浆液的固体含量、液气比、钙

16、硫比、气流速度、浆液的固体含量、SOSO2 2浓浓度、吸收塔结构度、吸收塔结构对吸收塔的要求：对吸收塔的要求： 持液量大、气液相间相对速度高、气液接触面持液量大、气液相间相对速度高、气液接触面积大、内部构件少、压降小。积大、内部构件少、压降小。常用的吸收塔有：常用的吸收塔有： 喷淋塔、填料塔、喷射鼓泡塔喷淋塔、填料塔、喷射鼓泡塔v该工艺的特点该工艺的特点n工艺简单工艺简单n经济性较好经济性较好n运行维护工作量小运行维护工作量小n废渣既可抛弃，也可作为商品石膏回收废渣既可抛弃，也可作为商品石膏回收n是世界上应用最多的一种烟气脱硫技术。是世界上应用最多的一种烟气脱硫技术。v关注的问题关注的问题n设

17、备腐蚀设备腐蚀n结垢和堵塞结垢和堵塞n除雾器阻塞除雾器阻塞n脱硫剂的利用率脱硫剂的利用率n液固分离液固分离n固体废物的处理处置固体废物的处理处置加入己二酸的石灰石法n目的：加速传质目的：加速传质n原理：在洗涤贮液罐中，形成己二酸钙原理：在洗涤贮液罐中，形成己二酸钙 在吸收器内，己二酸钙与在吸收器内，己二酸钙与H2SO3反应生成反应生成 CaSO3，同时己二酸得以再生。，同时己二酸得以再生。添加硫酸镁n目的：防止结垢，提高目的：防止结垢，提高SO2去除率。去除率。n原理：原理：H2SO3的消耗：的消耗： H2SO3与与Mg2+反应生成反应生成MgSO3 H2SO3与与MgSO3反应生成反应生成M

18、g(HSO3)2 MgSO3的再生：的再生： 石灰石与石灰石与Mg(HSO3)2反应生成反应生成MgSO3和和 CaSO3双碱流程n目的：解决结垢问题和提高目的：解决结垢问题和提高SO2的利用率的利用率n原理：先用可溶性碱性溶液作为吸收剂吸收原理：先用可溶性碱性溶液作为吸收剂吸收SO2，再用，再用石灰石或石灰再生。石灰石或石灰再生。脱硫过程脱硫过程n吸收剂制备吸收剂制备nSO2被雾化的被雾化的Ca(OH)2浆液或浆液或Na2CO3溶液吸收溶液吸收n温度较高的烟气干燥液滴形成干固体废物温度较高的烟气干燥液滴形成干固体废物n干废物由袋式或电除尘器捕集干废物由袋式或电除尘器捕集n固体废物处置固体废物

19、处置v主要系统主要系统n（1）石灰浆制备系统）石灰浆制备系统n（2）脱硫系统）脱硫系统n（3）除尘系统）除尘系统v该工艺化学物理原理为：该工艺化学物理原理为：vCaO+H2OCa(OH)2vSO2+H2OH2SO3vCa(OH)2+H2SO3CaSO3+H2Ov CaSO3(液液)+1/2O2CaSO4(液液)v CaSO3(液液)CaSO3(固固)v CaSO4(液液)CaSO4(固固)v影响喷雾干燥干法烟气脱硫效率的主要因素：影响喷雾干燥干法烟气脱硫效率的主要因素：n（1）钙硫比）钙硫比v 钙硫比增加，脱硫率也增大钙硫比增加，脱硫率也增大n（2）吸收塔出口烟温）吸收塔出口烟温v 越接近绝热饱和温度，脱硫率越高。越接近绝热饱和温度，脱硫率越高。n（3）SO2入口浓度入口浓度v该