冶炼烟气脱硫脱硝结题报告

“云南睿锦环保科研奖学金”课题结题报告1昆明理工大学环境科学与工程学院“云南睿锦环保科研奖学金”课题结题报告课题名称：冶炼烟气脱硫脱硝现状及研究进展研究时间：2014年1月——2014年12月学院：环境科学与工程学院专业班级：再生资源科学与技术专业2012级组员：李桂香、刘刚、杨梅、杨晔指导老师：马丽萍引言：冶炼烟气中的硫氧化物、氮氧化物等大气污染物对环境造成的极大的危害。“云南睿锦环保科研奖学金”课题结题报告2如何选择合适的烟气净化过程，对工厂的经济效益以及环境效益至关重要。因此，本文将对国内外现有的主要脱硫脱硝技术，进行分析、概括。为企业提供相应的技术参考。研究背景：近年来，随着我国经济的快速发展和工业化水平的显著提高，大气污染状况日益严重，我国SO2的排放量已经位居世界第二位，NOx排放量也在持续增长。因此，如何经济有效地控制SO2和NOx的排放是我国乃至全世界能源及环保领域急需解决的关键性问题。由于分布脱硫脱硝技术存在流程复杂，运行成本高等缺点，国际上把开发技术简单，运行成本低，具有更好地运行性能的同时脱硫脱硝技术作为今后冶炼烟气、燃煤烟气等治理技术的发展方向之一。在烟气脱硫脱硝工程快速推进的过程中，我国脱硫脱硝的工程技术研究开发也进入了快速发展的阶段。一、脱硫我国从20世纪70年代开始引进国外烟气脱硫成套装置，到到目前为止，仅有少数的火力发电厂和中小型锅炉实施烟气脱硫。至今国内脱硫主要存在脱硫成本问题、产物出路问题、国产脱硫技术难以在火电厂烟气脱硫行业中应用和推广、国内新建脱硫公司重复引进国外技术、缺乏拥有自主知识产权的烟气脱硫工艺技术以及市场竞争不规范等。冶炼烟气硫污染控制技术现状可以从燃烧前、燃烧中、燃烧后三个不同阶段分为三大类:燃前控制技术、燃中控制技术和燃后控制技术。其中燃后控制也就是烟气脱硫仍被认为是控制SO2污染最行之有效的途径。按脱硫产物的干湿形态，烟气脱硫又可分为湿法、半干法和干法工艺。“云南睿锦环保科研奖学金”课题结题报告31、湿法烟气脱硫技术1．1石灰—石膏法：目前国内使用最广泛的脱硫技术，即采用石灰石或石灰为吸收剂的强制氧化湿式脱硫方式，其脱硫效率高（≥95%）、工艺成熟、适合所有煤种、脱硫剂易得、运行成本低、适用于大型的电站锅炉的烟气脱硫,但存在设备腐蚀严重,运行维护费用高,易造成二次污染而需要对液态脱硫产物进行二次处理等问题。图1石灰石/石膏法湿法烟气脱硫装置不同脱硫塔主体的比较脱硫塔喷淋格栅鼓泡液柱原理吸收剂浆液在吸收塔内经喷嘴喷淋雾化,与烟气接触过程中，吸收并去除SO2吸收剂浆液在吸收塔内沿格栅填料表面下流,形成液膜与烟气接触去除SO2吸收剂浆液以液层形式存在，而烟气以气泡形式通过，同时发生吸收反应去除SO2吸收剂浆液由布置在塔内的喷嘴垂直向上喷射,形成液柱并在上部散开落下,在高效气液接触中,吸收去除SO2脱硫率95%以上（逆流接触）95%以上90%95%以上运行喷嘴易磨损、堵塞格栅易结垢、堵塞，系统阻力较大系统阻力大，无喷嘴堵塞问题喷嘴能有效防止堵塞、结垢问题维护喷嘴易损坏,需要定期检修经常清洗除垢运行较稳定可靠运行较稳定可靠“云南睿锦环保科研奖学金”课题结题报告4更换自控水平中高较高中1.2、海水脱硫法：利用海水洗涤烟气，吸收烟气中的SO2。其脱硫效率高（≥90%）、工艺流程简单、投资少、运行成本低，但只限于沿海地区和只适用于中低硫煤种。1.3、钠碱双碱法：利用碱金属类的水溶液吸收SO2，然后在另一石灰反应器中用石灰或石灰石将SO2吸收后的溶液再生。其脱硫效率高(≥90%)，解决了石灰—石膏法中设备易腐蚀与堵塞现象，便于设备保养，降低了脱硫成本。双碱法工艺烟气脱硫示范工程和应用实例序号地点业主规模t/h炉型烟气量万m3/h脱硫效率%1浙江嘉兴中华化工有限公司2×35链条炉10×2≥852山西太原煤气化集团3×75循环流化床17×3≥853江苏阳光集团3×130煤粉炉26×3≥904江苏邳州地方电力公司220煤粉炉43.1875江苏仪征联众热电有限公司2×150煤粉炉27.5×2≥906江苏苏州惠龙热电有限公司3×170煤粉炉28.53≥921.4、氨法：采用氨气作为吸收剂除去烟气中的SO2。其反应速率快、反应完全、吸收剂利用率高，且脱硫副产物硫酸铵可做农用肥料，但吸收剂成本高，净化后烟气中仍残留NH3，易产生二次污染。1.5、氧化镁∕氢氧化镁法：利用氧化镁∕氢氧化镁为脱硫剂吸收烟气中的SO2。其装置小型化、建设费用低、脱硫效率高（≥95%）、运行费用低、安全性良好，可靠性高，且我国氧化镁资源丰富，但脱硫过程中易产生氧化镁结垢现象。1.6、磷铵复合肥法：利用天然磷矿石和氨为原料，在烟气脱硫过程中副产磷铵复合肥，工艺流程主要包括四个过程：活性炭吸附一级脱硫并用水解吸得稀硫酸；稀硫酸萃取磷矿得稀磷酸溶液；磷酸和氨的中和液[(NH4)2HPO4]二级脱硫；料液浓缩干燥制得磷铵复合肥。一级吸附脱硫率70%~80%，二级吸收脱硫率大于“云南睿锦环保科研奖学金”课题结题报告584%，总脱硫率大于95%。副产磷铵复肥含水量小于4%，肥料品位(N+P2O5)大于35%。2、半干法烟气脱硫技术2.1、旋转喷雾干燥法：将生石灰制成石灰浆，将石灰浆喷入烟气中，使氢氧化钙与烟气中SO2反应生成亚硫酸钙。其工艺流程简单，投资少，其运行成本不高，而且运行相当可靠，不会产生结垢和堵塞，只要控制好干燥吸收器的出口烟气温度，对于设备的腐蚀性也不高，但脱硫率较低（70%~80%），副产物难以利用且易发生二次污染（亚硫酸钙的分解）。图2旋转喷雾干燥法脱硫装置2.2、烟气循环流化床脱硫技术：以循环流化床原理为基础,通过吸收剂的多次再循环,延长了吸收剂与烟气接触的次数和时间,大大提高了吸收剂的利用率和脱硫效率,其流程简单，投资少，但其运行成本高，副产物难以利用且易发生二次污染（亚硫酸钙的分解）。2.3、增湿灰循环脱硫技术:借鉴了喷雾干燥法的原理，又克服了此种工艺使用制浆系统和喷浆而产生的种种弊端（如粘壁、结垢等），使开发出的增湿灰循环脱硫技术既有干法的简单、价廉等优点，又有湿法的高效率。该技术是将消“云南睿锦环保科研奖学金”课题结题报告6石灰粉与除尘器收集的循环灰在混合增湿器内混合，并加水增湿至5%的含水量，然后导入烟道反应器内进行脱硫反应。含5%水分的循环灰有较好的流动性，省去了复杂的制浆系统，克服了喷雾过程的粘壁问题。3、干法烟气脱硫技术3.1、炉内喷钙法：将干的吸收剂（主要包括石灰石粉、消石灰和白云石等）直接喷入锅炉炉膛内的气流中，受热分解后形成具有活性的氧化钙粒子与烟气中的SO2反应生成亚硫酸钙和硫酸钙。其投资省、占地少、运行可靠便于应用和维护管理，但其脱硫效率较低。3.2、电子束氨法：利用电子束辐照，将烟气中的SO2和NOX转化成硫酸铵和硝酸铵。其脱硫效率高(≥90%)、能同时脱硫脱硝，且副产物能做复合肥，但投资高，因设备原件不过关，大型机组应较困难。3.3、脉冲电晕法：利用高压脉冲放电产生非平衡等离子体中的高能电子，与中性的气体分子如O2、H2O、N2等发生非弹性碰撞，产生一些具有氧化性强的自由基和活性分子，再与SO2在有NH3的条件下反应产生硫酸铵。其脱硫效率高(≥90%)、能同时脱硫脱硝，且副产物能做复合肥，但投资高，因设备原件不过关，大型机组应较困难主要脱硫工艺比较工艺碱原料副产品脱硫率湿法石灰—石膏法亚硫酸钠—石膏法硫酸—石膏法CaCO3石膏85-95%石灰—石膏法镁—石膏法CaO石膏85-95%镁排放法Mg(OH)2MgSO4溶液90-95%钠排放法亚硫酸钠回收法NaOHNa2SO4溶液Na2SO3溶液90-95%氨吸收法NH3(NH4)2SO490-95%“云南睿锦环保科研奖学金”课题结题报告7干法活性炭法活性炭硫酸80-90%电子照射法NH3硫酸铵80-90%半干法喷射干燥机法Ca(OH)2、CaO水泥原料等70-85%石灰炉内脱硫+水喷射法CaCO3水泥原料等75-85%二、脱硝对于NOX污染则主要从三方面入手：①采用低NOX燃烧技术，降低炉内NOX生成量；②炉膛喷射技术脱硝技术，在一定的温度条件下还原已生成的NOX，以降低其排放量；③在烟道尾部加装脱硝装置，把烟气中的NOX转化成无害的N2或有用的肥料。因此NOX的控制技术也就据此分为三大类：低NOX燃烧技术、炉膛喷射脱硝技术、烟气脱硝技术。采用低NOX燃烧技术，是降低燃煤锅炉的NOX排放值最主要也是比较经济的技术措施。但在一般情况下，低NOX燃烧技术只能降低NOX排放值得50%，而国内外对低NOX排放限制越来越严格，因此要进一步降低NOX的排放，必须烟气脱硝技术。烟气脱硝技术主要采用湿式工艺，湿法脱硝最大的障碍时NO很难溶于水，往往要求将NO氧化成NO2，为此一般先把NO通过氧化剂（O3，ClO2,KMnO4)氧化成NO2，然后用水或碱性溶液吸收而脱硝。按照吸收剂的种类可分为碱吸收法、氧化吸收法、酸吸法、吸收还原法、液相配位法等。主要传统烟气脱硝技术要点的比较净化方法要点催化还原法选择性催化还原法用NH3作还原剂将NOx催化还原为N2;烟气中的氧很少与NH3反应,放热量小选择性非催化还原法在高温和没有催化剂的情况下，通过烟道气流中产生的氨自由基与NOx反应；烟气中的氧参加反应，放热量大水吸收法吸收效率低，仅可用于气量小、净化要求不高的场合，不适应净化含NO为主的燃煤烟气中的NOx稀硝酸吸收法用稀硝酸作吸收剂对NOx进行物理吸收与化学吸收；可以回收NO2,消耗动力较大碱性溶液吸收法用NaOH、Na2SO3、Ca(OH)2、NH4OH等碱溶液作吸收剂对NOx进行化学吸收，对于含NO较多的NOx烟气，净化效率“云南睿锦环保科研奖学金”课题结题报告8液体吸收法低氧化吸收法用浓HNO3、O3、NaClO、KmnO4等作氧化剂，先将NOx中的NO部分氧化成NO2，然后再用碱溶液吸收，使净化效率提高吸收还原法将NOx吸收到溶液中，与(NH4)2SO3、(NH4)HSO3、Na2SO3等还原剂反应，NOx被还原为N2，其净化效果比碱溶液吸收法好络合吸收法利用络合吸收剂FeSO4、Fe(Ⅱ)-EDTA及Fe(Ⅱ)-EDTA-Na2SO3等直接同NO反应，NO生成的络合物加热时重新释放出NO,从而使NO能富集回收吸附法用丝光沸石分子筛、泥煤、风化煤等吸附烟气中的NOx,将烟气净化1、干法烟气脱硝技术干法烟气脱硝技是目前工业烟气脱硝研究、应用的主流和发展方向。1.1、选择性非催化还原（SNCR）脱硝法∕热力脱硝法：将含有氨基的还原剂（氨或尿素等）喷入到锅炉炉膛中900~1100℃的区域内，该还原剂快速热解成NH3并和烟气中的NOX发生还原反应生成N2和水。其操作流程简单、运行费用低、无需添加催化剂，初设成本低。但其对温度依赖性强、脱硫效率低（30%~70%），存在生产安全风险。1.2、选择性催化还原（SCR）脱硝法：将氨气（NH3)注入烟道与烟气混合，NH3在催化剂（金属催化剂、碳基催化剂等）条件下能在较低温度选择NOX发生化学反应生成N2和水，从而使烟气中NOX含量降低。其脱硝技术成熟、脱硝效率高（80%~90%）、操作温度较SNCR低（约为200℃~500℃），但其生产成本高，存在生产安全风险。1.3、活性焦吸附法：利用活性焦的多孔，高比表面积的特点，吸附烟气中的SO2和NO。但其成本低，工艺简单，操作方便，净化效率较高，能同时脱硫脱硝，且无需消耗其它化学物质等优点，但同时该法的设备庞大，吸附容量小，吸附剂用量大、容易受到烟气中其它组分的影响、再生温度较高、使用周期短、再生频繁，处理不当还易造成二次污染。1.4、等离子体法：用高能电子撞击烟气中的H2O、O2等分子产生具有氧化性自由基将NO氧化成NO2，与水形成HNO3，再和喷入的NH3生成硝铵化肥。其脱硝“云南睿锦环保科研奖学金”课题结题报告9效率较高（85%），无二次污染。但其运行费用高、投资成本大，设备技术含量高，不易于掌握。2、湿法烟气脱硝技术2.1、液体吸收法：①、水氧化吸收法：3NO2