中国地质大学(武汉)大气污染控制工程第08章 硫氧化物的污染控制

第八章硫氧化物的污染控制1.硫循环及硫排放2.燃烧前脱硫技术与工艺3.燃烧中脱硫技术与工艺4.高浓度SO2尾气的回收和净化5.低浓度SO2烟气脱硫硫氧化物的污染－关注热点早期局地环境中二氧化硫的浓度升高近100年来二氧化硫等酸性气体导致的酸沉降最近二氧化硫等气态污染物形成的二次微细粒子第一节硫循环与硫排放第一节硫循环与硫排放人类使用的化石燃料都含有一定量的硫燃料燃烧时，其中的硫大部分转化为SO222SOSO32242CaCOSO0.5OCaSOCO人为活动是造成SO2大量排放的主要原因大部分SO2的控制方法都可以用以下反应表示32242CaCOSO0.5OCaSOCO人为活动是造成SO2大量排放的主要原因大部分SO2的控制方法都可以用以下反应表示第一节硫循环与硫排放04008001200160020002400排放量/104t198519871989199119931995199719992001年份1985-2002年SO2排放量变化趋势图我国SO2排放的年际变化第一节硫循环与硫排放我国SO2排放的行业特点0102030405060百分比（%）电力化工水泥食品机械造纸石油加工化纤橡胶塑料印刷业行业1995年我国各工业行业SO2排放占行业排放总量的百分比示意图第一节硫循环与硫排放我国北方城市SO2污染现状g/m3050100150200250WulumuqiLanzhouYinchuanXi'anZhengzhouTaiyuanHuhoutJinanShiJZBeijingTianjingShenyangChangchunHarbinWHOStandard第一节硫循环与硫排放我国南方城市SO2污染现状050100150200250ChengduKunmingChongqingGuiyangNanningChangshaWuhanGuangzhouNanchangHefeiNanjingFuzhouHangzhouShanghaiWHOStandardg/m3第一节硫循环与硫排放第二节燃烧前脱硫1.煤炭的固态加工煤炭洗选物理洗煤化学洗煤微生物洗煤我国以物理选煤为主。跳汰占59%、重介质选煤占23%、浮选占14%1995年我国煤炭洗选能力3.8×108t，入洗量2.8×108t，入洗率22%。2.煤炭的转化煤的气化采用空气、氧气、CO2和水蒸气作为气化剂，在气化炉内反应生成不同组分不同热值的煤气移动床、流化床和气流床三种方法煤的液化通过化学加工转化为液态烃燃料或化工原料等液体产品直接液化和间接液化第二节燃烧前脱硫3.重油脱硫在催化剂作用下通过高压加氢反应，切断碳与硫的化学键，使氢与硫作用形成H2S从重油中分离直接脱硫和间接脱硫第二节燃烧前脱硫第三节流化床燃烧脱硫流化床燃烧技术气流速度介于临界速度和输送速度之间，煤粒保持流化状态流化床利于燃料的充分燃烧分类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第三节流化床燃烧脱硫流化床脱硫的化学过程脱硫剂：石灰石（CaCO3）、白云石（CaCO3•MgCO3）炉内化学反应流化床燃烧方式为脱硫提供了理想的环境CaSO4的摩尔体积大于CaCO3，由于孔隙堵塞，CaO不可能完全转化为CaSO432224CaCOCaOCO1CaOSOOCaSO2第三节流化床燃烧脱硫第三节流化床燃烧脱硫流化床燃烧脱硫的影响因素1.钙硫比表示脱硫剂用量的指标，影响最大的性能参数脱硫率（）可以用Ca/S（R）近似表达2.煅烧温度存在最佳脱硫温度范围温度低时，孔隙量少、孔径小，反应被限制在颗粒外表面温度过高，CaCO3的烧结作用变得严重1exp()mRm－综合影响参数第三节流化床燃烧脱硫第三节流化床燃烧脱硫第三节流化床燃烧脱硫3.脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构颗粒尺寸小于临界尺寸时发生扬析，并非越小越好颗粒孔隙结构应有适当的孔径大小，既保证一定孔隙容积，又保证孔道不易堵塞4.脱硫剂的种类白云石的孔径分布和低温煅烧性能好，但易发生爆裂扬析，且用量大于石灰石近两倍第三节流化床燃烧脱硫流化床燃烧脱硫的影响因素第三节流化床燃烧脱硫脱硫剂的再生不同温度下的再生反应4224222CaSOCOCaOCOSOCaSOHCaOHOSO1100oC以上（一级再生法）4224222CaSOCOCaOCOSOCaSOHCaOHOSO1100oC以上（一级再生法）42422CaSO4COCaS4COCaSO4HCaS4HO870～930oC（二级再生法）42422CaSO4COCaS4COCaSO4HCaS4HO870～930oC（二级再生法）2232CaSHOCOCaCOHS540～700oC2232CaSHOCOCaCOHS540～700oC第三节流化床燃烧脱硫冶炼厂、硫酸厂和造纸厂等工业，SO2浓度通常2％～40％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第四节高浓度SO2尾气的回收和净化22332241SOOSO2SOHOHSO第四节高浓度SO2尾气的回收和净化第四节高浓度SO2尾气的回收和净化第五节低浓度SO2烟气脱硫－燃烧后脱硫燃烧设施直接排放的SO2浓度通常为10-4～10-3数量级由于SO2浓度低，烟气流量大，烟气脱硫通常比较昂贵分类脱硫产物处置方式：抛弃法和再生法脱硫产物状态：湿法和干法第五节低浓度SO2烟气脱硫－燃烧后脱硫第五节低浓度SO2烟气脱硫－燃烧后脱硫一、主要烟气脱硫工艺1.石灰石/石灰法洗涤目前应用最广泛的脱硫技术一、主要烟气脱硫工艺1.石灰石/石灰法洗涤（续）影响因素：pH、液气比、钙硫比、气流速度、浆液的固体含量、SO2浓度、吸收塔结构液气比对脱硫率的影响一、主要烟气脱硫工艺1.石灰石/石灰法洗涤（续）吸收塔选择的依据为：①气液相对速度高；②持液量适当；③液相表面积大；④内部构件少；⑤压降低；⑥操作弹性好；⑦液气分布好。一、烟气脱硫工艺污染气体入口清洁气体出口循环泵搅拌器氧化空气入口去湿器水洗喷管浆液喷嘴多孔板污染气体入口清洁气体出口循环泵搅拌器氧化空气入口去湿器水洗喷管浆液喷嘴多孔板一、主要烟气脱硫工艺1.石灰石/石灰法洗涤（续）解决的问题设备腐蚀结垢和堵塞除雾器阻塞脱硫剂的利用率液固分离固体废物的处理处置一、主要烟气脱硫工艺2.改进的石灰石/石灰湿法烟气脱硫加入己二酸的石灰石法己二酸抑制气液界面上SO2溶解造成的pH值降低，加速液相传质己二酸钙的存在增加了液相与SO2的反应能力降低钙硫比添加硫酸镁SO2以可溶性盐的形式吸收，解决结垢问题一、主要烟气脱硫工艺2.改进的石灰石/石灰湿法烟气脱硫（续）双碱流程用碱金属盐类或碱类水溶液吸收SO2，后用石灰或石灰石再生解决结垢问题和提高SO2的利用率一、主要烟气脱硫工艺3.氧化镁法脱硫工艺一、主要烟气脱硫工艺4.海水脱硫法工艺NaCl、XSO4工艺组成：烟气系统、供海水系统、海水恢复系统特点：•无脱硫剂成本•设备简单•无脱硫产物处理•投资和运行费用低•适用于低硫煤•排海水质？一、主要烟气脱硫工艺5.喷雾干燥法烟气脱硫一种湿－干法脱硫工艺，市场份额仅次于湿钙法脱硫过程SO2被雾化的Ca(OH)2浆液或Na2CO3溶液吸收温度较高的烟气干燥液滴形成干固体废物干废物由袋式或电除尘器捕集设备和操作简单，废物量小，能耗低（湿法的1/2~1/3)一、主要烟气脱硫工艺一、主要烟气脱硫工艺5.喷雾干燥法烟气脱硫（续）主要过程吸收剂制备吸收和干燥固体捕集固体废物处置2223232242Ca(OH)(s)SO(g)HO(l)CaSO2HO(s)CaSO2HO(s)0.5O(g)CaSO2HO(s)一、主要烟气脱硫工艺6.干法喷钙脱硫技术LIFAC工艺流程示意图石灰石仓锅炉活化反应器电除尘器水烟囱干灰再循环技术核心：炉内喷石灰石与炉后活化反应器一、主要烟气脱硫工艺7.循环流化床脱硫技术循环流化床烟气脱硫（CFB-FGD）工艺流程示意图石灰石仓清洁烟气CFB反应器引风机烟囱喷水石灰烟气静电除尘器石灰制备系统、脱硫反应系统、收尘引风系统排料二、同时脱硫脱氮工艺1.电子束辐射法二、同时脱硫脱氮工艺2.湿法同时脱硫脱氮工艺氯酸氧化法三、烟气脱硫工艺的综合比较主要涉及因素脱硫效率钙硫比脱硫剂利用率脱硫剂的来源脱硫副产品的处理处置对锅炉原有系统的影响对机组运行方式适应性的影响占地面积流程的复杂程度动力消耗工艺成熟度