国内外烟气脱硫技术发展现状及各种技术对比

国内外烟气脱硫技术发展现状与各种技术的利弊黃宇軒洛阳理工学院环境工程2013/4/1国内外烟气脱硫技术发展现状与各种技术的利弊1.烟气脱硫技术发展背景及分类2.国内烟气脱硫技术发展现状3.国外烟气脱硫技术发展现状4.烟气各种脱硫技术对比1.烟气脱硫技术发展背景及分类1.1烟气脱硫技术发展背景：近100年来，由于SO2等酸性气体导致的酸沉降成为举世瞩目的区域性环境问题；最近，人们开始关注由SO2等气态污染物在大气中形成的二次微细粒子，它不仅影响人类健康、大气能见度，甚至导致全球气候变化。控制SO2的排放已成为世界各国的共同行动。1.烟气脱硫技术发展背景及分类1.2烟气脱硫技术发分类：（1）按脱硫剂是否循环分为：抛弃法和再生法。（2）按浆液状态分为：湿法、湿干法和干法脱硫。2.国内脱硫技术发展现状中国能源消费量大，且以煤为主。1997年我国的SO2排放已达到23.7×106t，已超过欧美国家，位居世界第一。削减和控制SO2排放，是中国能源和环保部面临的严峻挑战。我国在70年代就开始在电厂进行烟气脱硫的研究工作，先后进行了亚钠循环法（W-L法）、含碘活性炭吸咐法、石灰石-石膏法等半工业性试验或现场中间试验研究工作。进入80年代以来，国家电力工业部门开展了一些较大规模的烟气脱硫研究开发工作。2.国内脱硫技术发展现状近年来，我国在烟气脱硫技术引进工作方面加大了力度。对目前世界上电厂锅炉较广泛采用的脱硫工艺建造了示范工程，这些脱硫工艺主要有：1)石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺2)旋转喷雾半干法烟气脱硫工艺（LSD法）3)海水烟气脱硫工艺4)炉内喷钙尾部增湿脱硫工艺（LIFAC法）5)电子束烟气脱硫工艺（EBA）6)循环流化床锅炉脱硫工艺（锅炉CFB）2.国内脱硫技术发展现状2.1.石灰石—石膏湿法烟气脱硫2.1.1石灰石—石膏湿法烟气脱硫原理石灰石（石灰）—石膏湿法烟气脱硫工艺主要是采用廉价易得的石灰石或石灰作为脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌制成吸收浆液。当采用石灰作为吸收剂时，石灰粉经消化处理后加水搅拌制成吸收浆液。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吸收脱除，最终产物为石膏。脱硫后的烟气依次经过除雾器除去雾滴，加热器加热升温后，由增压风机经烟囱排放，脱硫渣石膏可以综合利用。2.国内脱硫技术发展现状2.1.2石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺化学反应原理：（1）用石灰石或石灰浆液吸收烟气中的SO2，首先生成CaSO3：石灰石：CaCO3+SO2+0.5H2O→CaSO3•0.5H2O+CO2↑石灰：CaO+SO2+0.5H2O→CaSO3•0.5H2O（2）然后CaSO3再被氧化为CaSO4。2.国内脱硫技术发展现状2.1.3石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺流程2.国内脱硫技术发展现状2.1.4石灰石—石膏湿法烟气脱硫实例在我国，重庆珞璜电厂首次引进了日本三菱公司的石灰石—石膏湿法脱硫工艺、脱硫装置与两台360MW燃煤机组相配套。机组燃煤含硫量为4.02%，脱硫装置入口烟气二氧化硫浓度为3500ppm，设计脱硫效率大于95%。从最近几年电厂的运行情况来看，该工艺的脱硫效率很高，环境特性很好。不过，设备存在一定的结垢现象，防腐方面的研究也有待加强。2.国内脱硫技术发展现状2.2旋转喷雾半干法烟气脱硫2.2.1旋转喷雾半干法烟气脱硫原理旋转喷雾半干法烟气脱硫工艺也是目前应用较广的一种烟气脱硫技术，其工艺原理是以石灰为脱硫吸收剂，石灰经消化并加水制成消石灰乳，消石灰乳由泵打入位于吸收塔内的雾化装置，在吸收塔内，被雾化成细小液滴的吸收剂与烟气混合接触，与烟气中的二氧化硫发生化学反应生成CaSO3，从而烟气中的二氧化硫被脱除。2.国内脱硫技术发展现状2.2.2旋转喷雾半干法烟气脱硫化学反应原理：SO2吸收总反应为：Ca(OH)2(s)+SO2(g)+H2O(l)=CaSO3•2H2O(s)CaSO3•2H2O(s)+0.5O2(g)=CaSO4•2H2O(s)2.国内脱硫技术发展现状2.2.3旋转喷雾半干法烟气脱硫工艺流程2.国内脱硫技术发展现状2.2.4旋转喷雾半干法烟气脱硫实例我国于1984年在四川内江白马电厂建成了第一套旋转喷雾半干法烟气脱硫小型试验装置，处理气量为3400m3N/hr。于1990年1月在白马电厂建成了一套中型试验装置，处理气量70000m3N/hr，进口SO2浓度3000ppm。经连续运行考核，Ca/S为1.4时，脱硫率可达到80%以上。1993年，日本开始援助山东黄岛电厂4号机组引进三菱重工旋转喷雾干燥脱硫工艺，装置于1994安装制造完毕，1995年开始试车，处理气量为30万m3/h，入口SO2浓度为2000ppm，设计效率为70%。该套设备曾因喷雾干燥脱硫吸收塔内壁出现沉积结垢而造成系统运行故障。通过采取降低处理烟气量等措施，使系统运行恢复正常。2.国内脱硫技术发展现状2.3海水烟气脱硫2.3.1海水烟气脱硫原理海水烟气脱硫工艺是利用海水的碱度达到脱除烟气中的二氧化硫的一种脱硫方法。烟气经除尘器除尘后，由增压风机送入气—气换热器中的热侧降温，然后送入吸收塔。在脱硫吸收塔内，与来自循环冷却系统的大量海水接触，烟气中的二氧化硫被吸收反应脱除。2.国内脱硫技术发展现状2.3.2海水烟气脱硫化学反应原理：(1)吸收塔中，烟气中SO2与海水接触发生以下反应：SO2+H2O→H2SO3H2SO3→H++HSO3-HSO3-→H++SO32-(2)在曝气池中，发生以下反应：SO32-+0.5O2→SO42-CO32-+H+→HCO3-HCO3-+H+→H2CO3→H2O+CO2↑2.国内脱硫技术发展现状1.3.3海水烟气脱硫工艺流程2.国内脱硫技术发展现状2.3.4海水烟气脱硫实例在我国，深圳西部电厂的一台300MW机组海水脱硫工艺，得到了国家环保总局和国家电力公司的批准，作为海水脱硫试验示范项目开始实施，在运行过程中开展相应的跟踪和试验研究工作。目前，该示范工程已投入商业运行，运行的可靠性高。2.国内脱硫技术发展现状2.4炉内喷钙尾部增湿脱硫2.4.1炉内喷钙尾部增湿脱硫原理炉内喷钙加尾部增湿活化工艺（简称LIFAC工艺）是在炉内喷钙脱硫工艺的基础上在锅炉尾部增设了增湿段，以提高脱硫效率。该工艺多以石灰石粉为吸收剂，石灰石粉由气力喷入炉膛850-1150℃温度区，石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳，氧化钙与烟气中的二氧化硫反应生成亚硫酸钙。由于反应在气固两相之间进行，收到传质过程的影响，反应速度较慢，吸收剂利用率较低。在尾部增湿活化反应内，增湿水以雾状喷入，与未反应的氧化钙接触生成Ca(OH)2进而与烟气中的二氧化硫反应，进而再次脱除二氧化硫。当Ca/S为2.5及以上时，系统脱硫率可达到65%-80%。2.国内脱硫技术发展现状2.4.2炉内喷钙尾部增湿脱硫化学反应原理：CaO+SO2+0.5O2→CaSO4CaO+H2O→Ca(OH)2Ca(OH)2+SO2+0.5O2→CaSO4+H2O1.国内脱硫技术发展现状2.4.3炉内喷钙尾部增湿脱硫工艺流程1.国内脱硫技术发展现状2.4.4炉内喷钙尾部增湿脱硫实例南京下关发电厂2×125MW机组全套引进芬兰IVO公司的LIFAC工艺技术，锅炉的含硫量为0.92%，设计脱硫效率为75%。目前，两台脱硫试验装置已投入商业运行，运行的稳定性及可靠性均较高。2.国内脱硫技术发展现状2.5电子束烟气脱硫（EBA法）2.5.1电子束烟气脱硫（EBA法）原理电子束烟气脱硫工艺是一种物理方法和化学方法相结合的高新技术。本工艺的流程是由排烟预除尘、烟气冷却、氨的冲入、电子束照射和副产品捕集工序组成。锅炉所排出的烟气，经过集尘器的粗滤处理之后进入冷却塔，在冷却塔内喷射冷却水，将烟气冷却到适合于脱硫、脱硝处理的温度（约70℃）。烟气的露点通常约为50℃，被喷射呈雾状的冷却水在冷却塔内完全得到蒸发，因此，不产生任何废水。通过冷却塔后的烟气流进反应器，在反应器进口处将一定的氨气、压缩空气和软水混合喷入，加入氨的量取决于SOx和NOx浓度，经过电子束照射后，SOx和NOx在自由基的作用下生成中间物硫酸和硝酸。然后硫酸和硝酸与共存的氨进行中和反应，生成粉状颗粒硫酸铵和硝酸铵的混合体。2.国内脱硫技术发展现状2.5.2电子束烟气脱硫（EBA法）化学反应原理：烟气中的SO2与因电子束照射而生成的游离基进行反应，氧化成H2SO4:SO2+HO•→HOSO2•HOSO2•+HO•→H2SO4SO2+O•→SO3SO3+H2O→H2SO42.国内脱硫技术发展现状2.5.3电子束烟气脱硫（EBA法）工艺流程2.国内脱硫技术发展现状2.5.4电子束烟气脱硫（EBA法）实例成都热电厂和日本荏原制作所合作建造了的电子束脱硫工艺装置，该装置的处理烟气量为30万m3/h，二氧化硫的浓度为5148mg/m3，设计脱硫率为80%。目前，该工艺装置已投入运行，运行的稳定性及设备状况均较佳。2.国内脱硫技术发展现状2.6循环流化床锅炉脱硫2.6.1循环流化床锅炉脱硫原理循环流化床锅炉脱硫工艺是近年来迅速发展起来的一种新型煤燃烧脱硫技术。其原理是燃料和作为吸收剂的石灰石粉送入燃烧室中部送入，气流使燃料颗粒、石灰石粉和灰一起在循环流化床强烈扰动并充满燃烧室，石灰石粉在燃烧室内裂解成氧化钙，氧化钙和二氧化硫结合成亚硫酸钙，锅炉燃烧室温度控制在850℃左右，以实现反应最佳。2.国内脱硫技术发展现状2.6.2循环流化床锅炉脱硫化学反应原理：主要化学反应：CaO+SO2+2H2O→CaSO3•2H2OCaSO3•2H2O+0.5O2→CaSO4•2H2O(石膏)同时，也可脱除烟气中的HCl和HF等酸性气体，反应为：CaO+2HCl→CaCl2+H2OCaO+2HF→CaF2+H2O2.国内脱硫技术发展现状2.6.3循环流化床锅炉脱硫工艺流程2.国内脱硫技术发展现状2.6.4循环流化床锅炉脱硫工艺实例四川内江高坝电厂引进了芬兰的410t/hr循环流化床锅炉，目前已投入了运行。3.国外脱硫技术发展现状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。按脱硫产物是否回收，烟气脱硫可分为抛弃法和再生回收法，前者脱硫混合物直接排放，后者将脱硫副产物以硫酸或硫磺等形式回收。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。3.国外脱硫技术发展现状3.1湿法烟气脱硫工艺湿法烟气脱硫工艺绝大多数采用碱性浆液或溶液作吸收剂，其中石灰石或石灰为吸收剂的强制氧化湿式脱硫方式是目前使用最广泛的脱硫技术。石灰石或石灰洗涤剂与烟气中SO2反应，反应产物硫酸钙在洗涤液中沉淀下来，经分离后即可抛弃，也可以石膏形式回收。目前的系统大多数采用了大处理量洗涤塔，300MW机组可用一个吸收塔，从而节省了投资和运行费用。系统的运行可靠性已达99%以上，通过添加有机酸可使脱硫效率提高到95%以上。其它湿式脱硫工艺包括用钠基、镁基、海水和氨作吸收剂，一般用于小型电厂和工业锅炉。以海水为吸收剂的工艺具有结构简单、不用投加化学品、投资小和运行费用低等特点。氨洗涤法可达很高的脱硫效率，副产物硫酸铵和硝酸铵是可出售的化肥。3.国外脱硫技术发展现状3.2半干法烟气脱硫工艺喷雾干燥法属于半干法脱硫工艺。该工艺于70年代初至中期开发成功，第一台电站喷雾干燥脱硫装置于1980年在美国北方电网的河滨电站投入运行，此后该技术在美国和欧洲的燃煤电站实现了商业化。该法利用石灰浆液作吸收剂，以细雾滴喷入反应器，与SO2边反应边干燥，在反应器出口，随着水分蒸发，形成了干的颗粒混合物。该副产物是硫酸钙、硫酸盐、飞灰及未反应的石灰组成的混合物。喷雾干燥技术在燃用低硫和中硫煤的中小容量机组上应用较多。当用于高硫煤时石灰浆液需要高度浓缩，因而带来了一系列技术问题，同时由于石灰脱硫剂的成本较高，也影响了其经济性。但是近年来，燃用高硫煤的机组应用常规旋转喷雾技术的比例有所增加。喷雾干燥法可脱除70-95%的SO2，并有可能提高到98%，但副