烟气脱硫技术介绍

烟气脱硫技术介绍硫氧化物的污染控制1.硫循环及硫排放2.燃烧前和燃烧中脱硫技术与工艺3.燃烧后脱硫技术及其研究进展4.燃煤二氧化硫污染控制技术综合评价5.中国控制酸雨和二氧化硫污染的政策、措施和重大行动硫氧化物的污染－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硫循环与硫排放硫循环与硫排放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04008001200160020002400排放量/104t198519871989199119931995199719992001年份1985-2002年SO2排放量变化趋势图硫循环与硫排放我国SO2排放的年际变化硫循环与硫排放我国SO2排放的地区分布1995年我国各省SO2排放强度情况0153045607590上海天津北京山东江苏山西重庆河南河北贵州辽宁浙江广东安徽陕西广西湖南宁夏江西湖北四川福建吉林云南海南甘肃黑龙江内蒙新疆青海西藏省份排放强度/t·km-21995年我国各省SO2排放情况050100150200250山东河北山西河南贵州江苏四川辽宁广西陕西广东湖南重庆内蒙湖北江西浙江上海安徽云南甘肃北京新疆天津福建黑龙江吉林宁夏青海海南西藏省份排放量/104t全省控制区硫循环与硫排放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硫循环与硫排放我国北方城市SO2污染现状g/m3050100150200250WulumuqiLanzhouYinchuanXi'anZhengzhouTaiyuanHuhoutJinanShiJZBeijingTianjingShenyangChangchunHarbinWHOStandard硫循环与硫排放我国南方城市SO2污染现状050100150200250ChengduKunmingChongqingGuiyangNanningChangshaWuhanGuangzhouNanchangHefeiNanjingFuzhouHangzhouShanghaiWHOStandardg/m30%5%10%15%20%25%30%35%40%8060-8040-6020-400-20酸雨频率城市比例8060~8040~6020~400～20硫循环与硫排放1999年全国城市酸雨的频率统计1999年统计264个城市降水年均pH范围在4.04～7.24年均pH低于5.6的城市有98个占统计城市的37.12%硫循环与硫排放20世纪90年代末我国酸雨区域分布硫氧化物控制分类按阶段分燃烧前：主要是采用物理法对煤进行洗选；燃烧中：主要是采用流化床方式燃烧燃烧后：即烟气脱硫(FlueGasDesulfurization简写为FGD)，是目前火电厂应用广泛而有效的脱硫方式。按脱硫过程或产物的干湿形态干法：烟气循环流化床等方法、炉内喷钙尾部烟气增湿活化、脉冲电晕烟气脱硫湿法：石灰石/石灰-石膏法、海水法、氨法按净化原理吸收吸附法：用液体或固体物料优先吸收或吸附废气中SO2氧化还原法：将废气中的SO2氧化成SO3，再转化为硫酸或还原为硫，再将硫冷凝分离。目前世界上烟气脱硫技术掌握的较为成熟的公司1．瑞典ABB公司该公司主要有NID烟气脱硫系统和湿法烟气脱硫技术。2．三菱重工（MITSUBISHI）该公司的脱硫技术主要有湿式石灰石-石膏法、烟囱组合型、简易湿式石灰石-石膏法、氢氧化镁法、半干法、混合法（炉内脱硫+蒸发反应塔）3．日立（HITACHI）该公司拥有湿式石灰石-石膏法（竖型吸收塔）、湿式石灰石-石膏法（横型吸收塔）、干式煤灰利用法等多种脱硫技术。4．石川岛（IHI）公司所拥有的脱硫技术为湿式石灰石石膏法、干法脱硫5．富腾-IVO该公司拥有的LIFAC工艺（LIFAC=LimestoneInjectionintotheFurnaceandActivationofCalcium）国内脱硫公司情况以烟气脱硫为主营业务的上市公司有凯迪电力、菲达环保、龙净环保、山大华特；另有九龙电力、国电电力、清华同方、清华紫光等多家上市公司兼营烟气脱硫业务。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目前，物理法是我国采用较多的煤炭脱硫方法，几种处理工艺所占比例依次为跳汰59％、重介质23％、浮选14％、其他4％。物理洗煤重力分选（去除硫铁矿硫）常规的重力选煤是十分成熟的工艺，也是减少SO2排放的较经济实用的途径。其基本原理是：煤中黄铁矿(工业上称硫铁矿，化学式FeS2)的相对密度为4.7~5.2，而煤的相对密度仅为1.25，因此可以利用两者的相对密度不同，将煤破碎后用洗选的方法去除煤中的硫化铁硫和部分其它矿物质。重介质分选跳汰分选风力摇床分选浮选（脱除煤中的部分无机硫）高梯度磁选（去除硫铁矿硫）燃烧前脱硫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燃烧中脱硫＊原理煤燃烧过程中加入石灰石(CaCO3)或白云石(CaCO3·MgCO3)粉作脱硫剂，CaCO3、MgCO3受热分解生成CaO、MgO，与烟气中SO2反应生成硫酸盐，随灰分排出，从而达到脱硫的目的。＊主要技术型煤固硫循环流化床燃烧脱硫循环流化床燃烧脱硫是重要的燃烧中脱硫技术燃烧中脱硫型煤固硫◎型煤固硫是用沥青、石灰、电石渣、无硫纸浆黑液等作为黏结剂，将粉煤机械加工成一定形状和体积的煤，即型煤来实现固硫的技术。◎燃烧过程中，温度和反应时间是型煤固硫的主要影响因素。◎型煤燃烧脱硫可减少40％～60％的SO2排放量，可提高燃烧热效率达20％～30％，节煤率达15％。燃烧中脱硫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(6~16MPa)流化床流化床燃烧脱硫流化床燃烧脱硫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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－综合影响参数流化床燃烧脱硫的影响因素流化床燃烧脱硫的影响因素流化床燃烧脱硫的影响因素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流化床燃烧脱硫的影响因素流化床燃烧脱硫的特点对燃料的适应性好易于实现均匀稳定的燃烧燃烧效率高达99%以上燃烧温度较低，NOX生成量少脱硫效率高（钙硫比小于1.5，即可使脱硫效率达90%）燃料制备和给煤系统简单，操作灵活燃烧后脱硫火电厂烟气的特点＆排放量大，污染物浓度低。例如，在15%过剩空气条件下，燃用含硫量1%~4%的煤，烟气中SO2占0.11%~0.35%；＆成分复杂，如燃煤烟气中含有SO2、NOx、CO、CO2、O2和粉尘等＆温度高、压力低等＆由于SO2浓度低，烟气流量大，烟气脱硫通常比较昂贵燃烧后脱硫火电厂的烟气脱硫技术要求＆必须有较高的脱除率和脱除速度＆在不利的条件下，要保证脱硫系统的正常运行＆由于处理量极大，脱硫工艺产生的数量庞大的副产品必须考虑利用或妥善处理，否则将造成严重的二次污染低浓度SO2烟气脱硫湿式石灰石－石膏法烟气脱硫工艺特点（优点）＆脱硫效率高，一般可达95％以上＆单机烟气处理量大，可与大型锅炉单元匹配＆技术成熟，运行可靠性好。投入率一般可达95%以上＆对煤种变化的适应性强＆吸收剂资源丰富，价格便宜＆脱硫副产物便于综合利用湿式石灰石－石膏法烟气脱硫工艺特点(缺点）＆石灰浆制备要求高，流程复杂＆设备易结垢、堵塞＆脱硫剂的利用率偏低，增加了脱硫剂和脱硫产物的处理费用湿式石灰石－石膏法烟气脱硫脱硫原理石灰石系统的最佳操作pH为5.8~6.2，石灰系统约为8湿式石灰石－石膏法烟气脱硫湿式石灰石－石膏法烟气脱硫系统湿式石灰石－石膏法烟气脱硫系统1．石灰石浆制备系统＆组成：石灰石浆制备系统主要由石灰石粉储仓、石灰石粉计量和输送装置、带搅拌的浆液罐、浆液泵等组成＆流程：将粉碎研磨好的石灰石粉装入料仓存储，然后通过给料机、计量器和输粉机将石灰石粉送入浆液配制罐。在罐中与来自工艺过程的循环水一起配制成质量分数为10%～15%的浆液。用泵将该灰浆经由带流量测量装置的循环管道打入吸收塔持液槽底部＆石灰石的纯度和活性：其脱硫反应活性主要取决于石灰石粉的粒度和颗粒的比表面积。一般要求石灰石粉90%通过325目筛(44μm)，或250目筛(63μm)，并且CaCO3含量大于90%湿式石灰石－石膏法烟气脱硫系统2．吸收塔主要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氧化风机罗茨风机湿式石灰石－石膏法烟气脱硫系统2．吸收塔要求：气液接触面积大、气体的吸收反应良好、内部构件少、压力损失小、适用于大容量烟气处理。完成的工艺步骤：在洗涤灰浆中对有害气体的吸收烟气与洗涤灰浆分离灰浆与烟气中的酸性气体进行的中和反应将中间中和产物氧化成石膏石膏结晶析出浆液循环：CaSO3或CaSO4从溶液中结晶析出，是导致吸收塔发生结垢的主要原因。采用循环泵将含有硫酸钙晶体的脱硫液打回吸收区，硫酸钙晶体起到了晶种的作用，在后续的处理过程中，可防止固体直接沉积在吸收塔设备表面。湿式石灰石－石膏法烟气脱硫系统3．烟气再热系统必要性：烟气经过湿法FGD系统后，温度降至50℃～60℃，已低于露点，为了增加烟囱排出烟气的扩散能力，减少可见烟流的出现，并避免烟囱出口的酸雨以及消除烟道下游设备的腐蚀，对湿法脱硫之后的烟气进行再热是必要的。型式循环再热蓄热式气—气换热器(GGH）不采用烟气再加热系统，而对烟囱采取防腐措施不经过再热从冷却塔排放烟气（欧洲）。湿式石灰石－石膏法烟气脱硫系统4．脱硫风机图2-21脱硫风机的位置1—换热器；2—FGD吸收塔；3—脱硫风机湿式石灰石－石膏法烟气脱硫系统4．脱硫风机(a)的优点是无腐蚀，用常规的风机就可以，风机的造价低。缺点是能耗较大，气压易造成气－气换热器漏风率升高。尽管如此，在WFGD中还是常常选用(a)方案。(c)最为节能，这是由于运行温度较低，风机中气流体积减少所致。此外，该方案还会降低气－气热交换器的漏风率。但风机容易发生腐蚀问题。