循环流化床锅炉烟气脱硫脱硝技术

烟气脱硫脱硝技术交流李耀庭二氧化硫控制技术主要内容一、SO2的污染二、常见的脱硫技术简介三、循环流化床炉内脱硫系统一、SO2的污染1SO2的排放SO2的主要来源分为两大类，天然污染源和人为污染源。分类发生源特性及影响产生量天然源1）海洋硫酸盐雾2）缺少氧气的水和土壤释放的硫酸盐3）细菌分解的有机化合物4）火山爆发5）森林失火1）全球性分布在广阔的地区以低浓度排放在大气中不易稀释和被净化2）一般不会产生酸雨现象3）人力无法控制1/3人为源1）矿物燃料燃烧，占3/4以上2）金属冶炼3）石油生产4）化工生产5）采矿等1）比较集中，在占地球表面不到1%的城市和工业区上空占主导地位2）是发生酸雨的基本原因3）人力可以控制2/3SO2污染源的特点2SO2的危害SO2的污染属于低浓度长期污染，对生态环境一般是一种慢性叠加性长期危害，它已经对自然生态平衡、人类健康、工农业生产、建筑物、材料等方面造成一定程度的危害。2.1SO2对人体的危害SO2对人体健康的影响主要是通过呼吸道系统进入人体，与呼吸器官作用，引起或加重呼吸器官的疾病。如鼻炎、咽喉炎、支气管炎、支气管哮喘、肺气肿、肺癌等。大量资料表明，SO2与大气中其他污染物协同作用，对人体健康的危害更大。2.2SO2对植物的危害a植物对SO2特别敏感，主要通过叶面气孔进入植物体内，在细胞或细胞液中生成SO32-或HSO3-和H+。b破坏植物的正常生理机能，使光合作用降低，影响体内物质代谢和酶的活性，从而使叶细胞发生质壁分离、收缩或崩溃，叶绿素分解等。c从表面看，叶片出现伤斑、发黄、枯卷、落叶、落果或生长缓慢等，严重时则会枯死。d同时会使植物对病虫害的抵2.3SO2造成的社会经济损失据资料介绍，美国每排放1tSO2造成社会经济损失为220美元，我国平均每吨SO2造成的社会经济损失为1700元人民币。照此计算，我国每年因排放SO2造成的社会经济损失约相当于近千亿人民币，而且使人的寿命缩短38天。控制火电厂SO2排放火电厂SO2排放量已占SO2排放总量近50%，随着经济发展和电能需求增加，火电厂排放比重将继续增大，火电厂是SO2排放总量控制的重点行业。3SO2污染的控制途径控制SO2的方法:1)燃烧前脱硫2)炉内脱硫3)烟气脱硫3.1燃烧前脱硫燃烧前脱硫就是在煤燃烧前把煤中的硫分脱除掉，燃烧前脱硫技术主要有物理洗选煤法、化学洗选煤法、煤的气化和液化等。煤的燃烧前的脱硫技术尽管还存在着种种问题，但其优点是能同时除去灰分，减轻运输量，减轻锅炉的沾污和磨损，还可回收部分硫资源。3.2炉内脱硫炉内脱硫是在燃烧过程中，向炉内加入固硫剂如CaCO3等，使煤中硫分转化成硫酸盐，随炉渣灰排除。典型的技术有LIMB炉内喷钙技术（传统）、LIFAC烟气脱硫工艺（尾部活化），其脱硫效率一般为40%～85%。3.3烟气脱硫烟气脱硫技术（FGD）是当前应用最广、效率最高的脱硫技术，在今后一个相当长的时期内，将是控制SO2排放的主要方法。世界各国研究开发和商业应用的烟气脱硫技术估计超过200种。按脱硫剂和副产物的干湿形态，烟气脱硫又可分为湿法、半干法和干法工艺。湿法FGD工艺占主流，典型的有：石灰石（石灰）-石膏法、海水脱硫法、氧化镁法、氨法等；典型的干（半干）法烟气脱硫工艺的有：烟气循环流化床法、喷雾干燥法、电子束辐照法等。2烟气脱硫烟气脱硫（FGD，FlueGasDesulfurization）技术是当前应用最广泛，效率最高的脱硫技术，是控制二氧化硫排放、防止大气污染、保护环境的一个重要手段。工业发达国家从70年代起相继颁布法令，强制火电厂安装烟气脱硫装置，促进了烟气脱硫技术的发展和完善。目前国外火电厂烟气脱硫技术的主要发展趋势是：烟气脱硫高、装机容量大，技术水平先进，投资省，占地小，运行费用低，自动化程度高，可靠性好等。目前经常采用以下脱硫工艺:1）循环流化床锅炉炉内脱硫2）喷雾干燥法脱硫工艺3）循环流化床干法4）海水脱硫5）氧化镁法6）石灰石/石灰-石膏法2.1循环流化床炉内脱硫1.脱硫方法：石灰石或白云石最为脱硫剂，在燃烧过程中分解成石灰（CaO），在氧化性气氛下与SO2和O反应生成硫酸钙2.石灰石脱硫原理（1）石灰石分解：原石灰石内自然空隙扩大（2）石灰表面生成致密硫酸钙薄层：阻碍SO2进入并反应3.脱硫率（40%-60%）——最佳反应温度830~870℃4.综合指标Ca/S：Ca/S：2以上炉内脱硫工艺特点1、系统简单、运行可靠2、脱硫成本低，初投资、运行维护成本低3、脱硫产物在飞灰和底渣中，不产生带水石膏等副产物，没有二次污染问题4、我国炉内脱硫系统不被用户重视，不注重维护，没有考核指标5、我国大部分CFB锅炉的炉内脱硫SO2排放不达标，脱硫不被国家相关部门所认可2.2喷雾干燥法脱硫工艺喷雾干燥工艺为半干法烟气脱硫工艺，以石灰浆为吸收剂，浆液雾化成细小液滴(＜100μm）与热烟气接触，液滴蒸发干燥与SO2反应生成亚硫酸钙。吸收剂——石灰副产物——亚硫酸钙/硫酸钙喷雾干燥法工艺流程图喷雾干燥法化学反应机理烟气溶液固体SO2SO2+H2O→2H++SO32-Ca2++2H2O←2H++Ca(OH)2Ca2++SO32-+0.5H2O→Ca(OH)2CaSO30.5H2OO2SO32-+0.5O2→SO42-Ca2++SO42-+2H2O→CaSO42H2OCO2CO2+2H2O→2H++CO32-Ca2++CO32-→CaCO3喷雾干燥法工艺－主要特点－吸收剂：高品位石灰－副产物：亚硫酸钙/硫酸钙－脱硫效率：85%左右－适用煤种：中低硫煤－Ca/S：1.2~1.4－单塔应用的经济规模：450MW－废水：无—黄岛电厂、白马2.3石灰石－石膏湿法烟气法石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫工艺采用石灰石或石灰作脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拦成吸收浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除，最终反应产物为石膏。脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴后排入烟囱。脱硫石膏浆经脱水装置脱水后回收。石灰石－石膏法脱硫烟气脱硫化学反应机理吸收过程（吸收剂为石灰石）SO2（g）+H2O＝＝H2SO3H2SO3===H++HSO3-H++CaCO3===Ca2++HCO3-Ca2++HSO3-+2H2O===CaSO3·2H2O+H+H++HCO3-===H2CO3H2CO3===CO2+H2O石灰石－石膏法脱硫烟气脱硫化学反应机理氧化过程CaSO3·2H2O+H+→Ca+++HSO3-+2H2OHSO3-+1/2O2→SO4=+H+Ca+++SO4=+2H2O→CaSO4·2H2O总的氧化反应为：2CaSO3·2H2O+O2→2CaSO4·2H2O石灰石－石膏法脱硫特点优点：1)技术成熟2)吸收剂价廉易得3)脱硫效率高4)对煤种变化的适应性强5)副产品可综合利用缺点：1)系统复杂2)占地面积大3)一次投资较大典型的石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫工艺26国内主流吸收塔技术鼓泡反应器喷淋空塔托盘塔液柱塔主流脱硫工艺特点及选择条件项目湿法氧化镁法循环流化床干法技术成熟程度成熟成熟成熟适用煤种不受含硫量限制不受含硫量限制Sar≤2%应用单机规模没有限制没有限制≤300MW能达到的脱硫率95%以上95%以上60%吸收剂来源资源较多附近有资源资源较多三、循环流化床炉内脱硫系统1.主要组成系统：1）石灰石储存系统2）输送系统3）流化风机2.炉内脱硫主要问题：1）石灰石品质差：纯度、粒度和活性2）煤含硫量高、石灰石不足3）炉膛温度过高4）石灰石输送系统故障1系统组成主要由石灰石仓、输送系统、流化风机等组成。1系统组成石灰石仓1系统组成输送系统32石灰石品质对脱硫的影响石灰石粒度对脱硫的影响：•0.15~0.5mm•与分离器分•离效率有关1.炉内脱硫主要问题33石灰石品质对脱硫的影响石灰石脱硫：1、CaCO3煅烧CaO体积减小，孔隙率增加2、CaO转化CaSO4体积增加，孔隙率降低煅烧前煅烧后脱硫后34•煤含硫量高、石灰石不足•煤设计含硫量低、实际含硫量过高•石灰石投系统出力不足最终表现为：CFB锅炉SO2排放不达标35•炉膛温度过高•最佳脱硫温度：850～900℃•煤质变化及设计不够成熟，炉膛温度980℃以上石灰石脱硫效果差36•石灰石输送系统故障•下料管不下料•阀门不正常•密封圈故障•旋转给料机漏粉•旋转给料机卡塞•料位开关故障•到位开关故障•管道堵塞37•石灰石输送系统故障•1、下料管不下料通过锤击松动排堵38•石灰石输送系统故障•下料管不下料气化板电动震打压缩空气吹堵39•石灰石输送系统故障•旋转给料机漏料旋转给料机漏粉，更换盘根40•石灰石输送系统故障•旋转给料机卡涩投运3个月后的叶片未投运的叶片41•石灰石输送系统故障•料位开关故障料位开关参与逻辑控制料位高停止进料料位低开始进料42•石灰石输送系统故障•料位开关故障石灰石输送系统2套平衡阀1套进气阀2套圆顶阀一套排堵阀动作周期：小于60秒43•石灰石输送系统故障管道堵塞含水率颗粒度长距离管道大量弯头管道分叉变径氮氧化物控制技术主要内容一、NOX的生成途径二、燃烧方式对NOX排放的影响三、NOX排放标准四、降低NOX排放的主要措施五、烟气脱氮技术氮氧化物主要包括NO、NO2以及少量的N2O等，统称为NOX。燃用化石燃料的火电厂是产生NOX排放的主要来源。NOX排放会造成环境污染、导致酸雨，形成地面层臭氧。排放到大气中的NOX与挥发性有机化合物在阳光与热的作用下反应形成地面层臭氧（O3）。地面层臭氧是对人类健康与环境有害的一种空气污染物，是光化学烟雾污染的主要成分，导致光化学烟雾，危害人体健康与环境。燃煤电站锅炉燃烧生成的NOx中，NO约占95％，NO2则相对较少，约占NOx生成总量的5%。NO在高温下相对于NO2来说比较稳定,但NO在常温下会迅速被氧化为NO2。通常，NOx的排放浓度是以全部转化为NO2、并换算到基准条件下的质量浓度（mg/m3）来表示。规定的基准条件为标准状态（0℃，1.013×105Pa）、干烟气、氧含量(O2)=6％。一、NOX的生成途径温度和过量空气对NOx的生成有很大作用，进入炉内的过量空气越多、炉内燃烧区温度越高，则NOx生成量越大。燃煤锅炉燃烧生成的NOX与锅炉燃煤特性及燃烧工况密切相关，主要影响因素包括：：a燃煤特性如煤中氮的含量及挥发分含量；b煤的反应特性；c燃烧温度；d过剩空气量等。因此，NOx排放并不能象根据煤中硫含量那样来预测其排放量，它不能简单地根据煤中氮含量来预测，因为不同煤种、不同燃烧系统会产生不同的NOx排放。NOx主要生成的类型：•热力型：空气中的氮气在高温下氧化而成，在温度足够高时，可占到NOX总量的20%•燃料型：燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而成的，占到NOX总量的60－80%以上，可高达90%•快速型：燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成的，生成量很少，一般小于5%各种类型NOX的生成量与炉膛温度的关系1燃料型NOX•煤中的N含量一般在0.5-2.5%，它们以氮原子的状态与各种碳氢化合物结合成氮的环状化合物或链状化合物，如喹啉C6H5N和芳香胺C6H5NH2•煤中C-N结合键能比空气中氮分子NΞN键能小得多，因此燃料中的N更易经热分解和氧化生成NO•燃料型NOX的生成机理非常复杂，目前尚不完全清楚2燃料型NOX的转化率影响因素：(1)煤的含氮量(2)挥发份含量(3)固定碳与挥发份比(FC/V)(4)燃煤温度(5)过量空气系数二、燃烧方式对NOX排放的影响燃烧过程中影响NOX生成和破坏的主要因素:1)煤质：含氮量、挥发分、其它元素含量与比值2)燃烧温度3)反应区中的烟气气氛，即O2、N2、NO和CH4)燃料及燃烧产物在火焰高温区和炉膛内的停留时间不同燃煤设备生成的NOX原始排放三、NOx排放标准我国《锅炉大气污染物排放标准》GB132271—2014规定的NOx排放标准见下表：燃煤锅炉及燃气轮机机氮氧化物最高允许