2喷雾干燥法

第3章火电厂烟气脱硫技术概述3.1FGD技术的分类按脱硫率:高脱硫率工艺(≥90%)、中脱硫率(70%-90%)工艺和低脱硫率(≤70%)工艺按脱硫副产品是否综合利用:抛弃法、综合利用法按吸收剂的种类:钙基、钠基和氨基工艺按吸收剂和脱硫产物的状态分类:湿法、半干法和干法工艺。湿法烟气脱硫工艺指的是吸收剂以浆液状态进入吸收塔（洗涤塔），脱硫后所产生的脱硫副产品是湿态的工艺流程称为湿法烟气脱硫工艺。半干法烟气脱硫工艺指的是吸收剂以浆液状态进入吸收塔（洗涤塔），脱硫后所产生的脱硫副产品是干态的工艺流程称为干法烟气脱硫工艺。干法烟气脱硫工艺指的是吸收剂以干粉状态进入吸收塔，脱硫后所产生的脱硫副产品是干态的工艺流程称为干法烟气脱硫工艺。技术类别代表性工艺主要特点湿法烟气脱硫技术（WFGD)湿式石灰石——石膏洗涤工艺（L/GFGD)反应快、效率高、中低温状态即可。但设备复杂、腐蚀严重、运行维护费用高及有废水处理问题干法烟气脱硫技术（DFGD）炉内喷钙固体脱硫剂在干态下参与反应，并在干态下处理；烟气在脱硫过程中无明显降温，有利于排放后扩散；无废液二次污染。但反应速度慢，脱硫效率及脱硫剂利用率低。半干法法烟气脱硫技（SDFGD)旋转喷雾干燥技术（SDA)脱硫剂一般在湿态下脱硫、干态下处理或再生；也有在干态下脱硫、湿态下处理脱硫产物的工艺。此法兼有前两种技术的某些特点3.2干法、半干法FGD技术一、旋转喷雾干燥法(LSD)该法使用的吸收剂本身是湿态的，而副产物是干态的，故又称之为半干法该法是将吸收剂浆液Ca（OH）2在反应塔内以雾状喷入，雾滴在吸收烟气中SO2进行中和反应的同时被热烟气蒸发，生成固体亚硫酸钙和灰的混合物并由电除尘器捕集。可脱除燃用中、低硫煤的烟气中SO2、HCl、和HF。工艺原理酸性气体从气相进入液滴表面的传质过程。被吸收的酸性气体与溶解的Ca(OH)2中和。液滴内水的蒸发。SO2(l)+H2O→H++HSO3-HSO3-→H++SO32-Ca2++SO32-→CaSO3CaSO3+1/2O2→CaSO4CaO+H2O→Ca(OH)2SO2+Ca(OH)2+H2O→CaSO3·1/2H2O+3/2H2O2CaSO3·1/2H2O+3/2H2O+O2→2CaSO4·2H2OSO3+Ca(OH)2→CaSO4·1/2H2O+3/2H2O2HCl+Ca(OH)2→CaCl2+2H2O2HF+Ca(OH)2→CaF2+2H2O核心技术旋转喷雾器是半干法脱硫工艺的关键设备。通过高速旋转，产生巨大的离心力，使进入雾化轮的吸收剂浆液从喷嘴甩出，且破碎成细小雾粒（50～100µm）。形成均匀的细小液滴是保证该工艺脱硫效率的关键。雾化轮转速通常为7000～10000r/min。在实际运行中存在一个最佳转速，它能提供一个最佳的浆液雾滴直径，此时脱硫效果较好。该技术目前使用现状LSD技术是丹麦哥本哈根尼露公司于上世纪70中后期开发的一种干法脱硫技术。我国于86年从丹麦引进一套用于处理35t/h锅炉的50%烟气量，属于中试装置。89年代末和90年代初，四川白马电厂、四川内江电厂、山东黄岛电厂分别引进了LSD装置，用于中试。通过十多年的试验运行，LSD已被淘汰。二、LIFAC脱硫技术LIFAC脱硫技术是由芬兰Tampella公司和IVO公司联合研究开发的干法烟气脱硫工艺。LIFAC工艺的全称为“LimestoneInjectionintotheFurnaceandActivationofCalciam”，即石灰石炉内喷射和钙活化。LIFAC工艺分为两个主要工艺阶段——炉内喷射和炉后活化。LIFAC工艺于1986年正式进入商业化运行并推广到世界范围的电力工业中。我国在南京下关电厂1993年引进并建成了两套LIFAC装置和浙江钱清电厂125MW机组上投入使用。工艺原理第一阶段：炉内喷钙，粒度为325目左右的石灰石粉用气力喷射到锅炉炉膛上部温度为900℃~1250℃的区域。CaCO3受热分解成CaO和CO2，即炉内发生如下反应：CaCO3→CaO+CO2CaO+SO2+1/2O2→CaSO4CaO+SO3→CaSO4第二阶段：炉后增湿活化阶段，在一个专门的活化器中喷入雾化水（雾滴粒径50～100µm）对烟气进行增湿。烟器中未反应的CaO与水反应生成在低温下具有较高反应活性的Ca(OH)2，Ca(OH)2与烟气中未反应的SO2反应生成亚硫酸钙。同时有一小部分亚硫酸钙被氧化成硫酸钙。即增湿活化器中发生如下反应：CaO+H2O→Ca(OH)2Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2OCaSO3+1/2O2→CaSO4工艺系统组成1、吸收剂制备系统经粉碎后约为70～80mm的石灰石块料被送到中间储仓。然后由电磁给料机送入冲击式细碎机进一步破碎成5mm以下；经中间储仓进入管磨机进行细磨，其粉料由选粉机分选，不符合要求的粗粉返回管磨机，符合要求的粉料被气箱式脉冲袋式收尘器收集后进入粉库待用。石灰石粉CaCO3含量≥92%；粒径325目，80%≤40µm。2、炉内喷钙系统极细的石灰石粉通过喷嘴快速喷入炉内，并使其在约1200℃设计温度窗口有1s的停留时间。用压缩空气将符合要求的极细的石灰石粉正压输送到主粉仓。由柱塞流单仓泵输送到设置在炉前的计量给料系统。为了使石灰石粉能均匀地喷入合适的炉内温度反应区，在炉前不同标高处分别设置2～3排喷嘴，从混合器出口总管来的石灰石粉分成两路，在电动阀门的切换下，送到喷嘴管路。运行时喷嘴的开闭数量受脱硫率支配调节。在电动阀后设有分配器将粉均匀地分配到各只支管中。3、活化增湿系统活化增湿系统的作用是通过喷入活化器内的水雾与烟气中未反应的CaO反应生成高活性的Ca(OH)2，在较低的温度下与烟气中剩余的SO2反应最终生成CaSO3，达到进一步脱硫的目的，占系统总脱硫效率的40%～50%，使总的脱硫效率达到80%。活化增湿系统主要有活化器、压缩空气系统、雾化水系统和飞灰再循环系统组成。4、烟气加热系统活化器出口烟气温度较低，通常为55℃～60℃。为防止电除尘器和烟囱的结露腐蚀，设置烟气再热器，提高烟气温度后再进入电除尘器。烟气加热介质可直接采用锅炉空气预热器前的烟气或蒸汽，但使用未经过活化器的高温烟气与净化烟气混合会降低系统的脱硫效率。若用蒸汽加热则要增加换热器而使系统复杂，并易造成堵塞等。5、脱硫飞灰再循环系统为了利用飞灰中未反应的CaO和Ca(OH)2，将电除尘器收集的飞灰再送入活化器，这样可提高吸收剂的利用率和脱硫效率。电除尘器收集的飞灰通过负压集中方式收集在集灰库。它共有四个排灰口，仓底设有气化装置，以改善脱硫灰的流动性能。从其中一个排灰口排出的灰由可调速的给料机送入混合器内，再用罗茨风机将飞灰送入活化器进口烟道进行再循环。6、仪表控制系统7、电器系统三、电子束辐照脱硫技术工艺原理在EBA处理流程中，脱硫、脱销反应大体分为以下三个反应过程。1.活性基团的生成O2、H2O+e*→·OH、HO2·、H、O2+、eO+O2+M→O3+M(M为N2等分子)2.氧化NO+O→NO2NO+HO2·→NO2+·OHNO+·OH→HNO2NO2+·OH→HNO3HNO2+O3→HNO3+O2NO2+O→NO3HNO2+O→HNO3HNO3+HNO2→2NO2+H2ONO3+NO2→N2O5高价态氮氧化物与水反应生成HNO3N2O5+H2O→2HNO3对于SO2氧化生成SO3的过程包含如下反应SO2+·OH→HSO3SO2+O→SO3HSO3+·OH→H2SO4SO2+O2++M→SO4++MSO4++e→SO3生成的SO3与水反应生成H2SO4。3．硫酸铵和硝酸铵的生成H2SO4+2NH3→(NH4)2SO4HNO3+NH3→NH4NO3(尚未反应的)SO2+2NH3+H2O+1/2O2→(NH4)2SO4该法是有日本荏源公司开发的一种以氨为吸收剂的干法脱硫技术。由我国与荏源公司合作于90年代中后期在成都热电厂200MW机组上进行中试。此后，国华荏源公司又在杭州半山电厂100MW机组进行试用。由于耗电高（占电厂发电量的10%），配套设备跟不上，目前已停止推广应用。(见课件工艺流程图)四、炉内喷钙法脱硫原理:CaCO3→CaO+CO2CaO+SO2+1/2O2→CaSO4工艺流程:(石灰石直接喷射在炉膛800-850℃)五、烟气循环流化床脱硫技术典型烟气循环流化床脱硫工艺●鲁奇(Lurgi)循环流化床脱硫技术(CFB-FGD)CFB-FGD是德国鲁奇能源环保公司于70年代末开发的一种烟气脱硫技术。经过近二十年的不断改进（主要是在90年代中后期），技术已日臻成熟，最高脱硫率可达到99%以上，单塔处理烟气量可达到280万m3/h。(见课件流程图)●回流循环流化床（RCFB-FGD）脱硫工艺RCFB是德国WULLF公司的总经理GLAF利用其90年代初离开德国鲁奇能源环保公司时所带走的循环流化床烟气脱硫技术稍加改变的一种脱硫技术。这种改变主要是希望通过在脱硫塔内人为地加大脱硫灰的内循环量来实现脱硫率的提高。从恒运电厂实际应用上看，主要技术水平停留在德国鲁奇能源环保公司90年代初的水平。(见课件流程图)●气体悬浮吸收（GSA）烟气脱硫技术由丹麦史密斯公司公司开发，也采用了流化床脱硫原理，不同的是该工艺不是喷干粉吸收剂，而是把吸收浆液经喷嘴雾化后从吸收塔底部喷入烟气中，并保持旋风湍动状态，边干燥边反应。这一技术在国外没有得到规模应用，于90年代末与龙源公司合作在云南小龙潭电厂一台100MW机组上应用。从云南小龙潭电厂实际使用看，工艺系统尚不完善，这一技术目前尚未在中国进一步推广应用。(见课件流程图)●新型集成式烟道脱硫法NID工艺是ABB公司研制的一中集除尘和脱硫一体的综合工艺，由于NID技术采用烟道作为脱硫反应器，反应器内烟气流速高达15m/s以上，反应时间非常短，一般1秒左右，因此目前主要应用在中小机组和脱硫率要求小于85%左右的场合。(见课件流程图)循环流化床烟气脱硫技术（CFB-FGD）脱硫原理HydratedLimeCFBabsorberDedustingCleanedFlueGasProductSiloProductRecirculationFlueGasHO2除尘CFB吸收塔消石灰烟气水副产物副产物仓清洁烟气再循环1.工艺流程★烟气系统:锅炉烟气(120～180℃)→预除尘器(当脱硫渣与粉煤灰须分别处理时有否则烟气可直接进入脱硫塔)→吸收塔(在此处高温烟气与加入的吸收剂、循环脱硫灰充分预混合，进行初步的脱硫反应，在这一区域主要完成吸收剂与HCl、HF的反应)。(净化后的含尘烟气从吸收塔顶部侧向排出)→脱硫除尘器→锅炉风机→烟囱★灰渣系统:除尘器→固体颗粒→返回吸收塔循环(多余的少量脱硫灰渣通过物料输送至灰仓，再通过罐车或二级输送设备外排)★工艺水系统:在文丘里的出口扩管段设一套喷水装置，喷入的雾化水一是增湿颗粒表面，二是使烟温降至高于烟气露点20℃左右，使得SO2与Ca（OH）2的反应转化为可以瞬间完成的离子型反应。吸收剂、循环脱硫灰在文丘里段以上的塔内进行第二步的充分反应，生成副产物CaSO3·1/2H2O，还与SO3、HF和HCl反应生成相应的副产物CaSO4·1/2H2O、CaF2、CaCl2等。2.吸收塔内的反应过程烟气通过吸收塔底部的文丘里管的加速，进入流化床段，物料在循环流化床里的气固两相气流的作用下，产生激烈的湍动，充分接触，在上升的过程中，不断形成絮状物向下返回，而絮状物在激烈湍动中又不断解体重新被气流提升，使得气固间的滑落速度高达单颗粒滑落速度的数十倍；吸收塔顶部结构的惯性分离进一步强化了絮状物的返回，进一步提高了塔内颗粒的床层密度，使得床内的Ca/S比高达50以上。这样的一种气固两相流机制，通过气固间的混合，极大地强化了气固间的传质与传热，为实现高脱硫率