常规火电厂烟气净化技术

第四章常规火电厂烟气净化技术4.1概述一、火电厂烟气净化的目的对氮氧化物来说，合理有效地组织煤的燃烧过程，可以较大幅度地降低NOx的生成量。烟气脱硫是降低常规燃煤电厂硫氧化物排放的比较经济和有效的手段，根据采用的脱硫工艺不同，烟气脱硫的基建费占电厂总投资的10%-20%，脱硫的运行费用也很高。实现脱硫脱氮装置一体化的联合烟气净化技术与可资源化烟气脱硫技术是目前重要的研究课题，也是未来烟气净化技术的发展方向。二.烟气脱硫技术的发展自20世纪70年代世界上开始安装第一套大容量火电厂烟气脱硫（FGD）装置以来，烟气脱硫技术已经历了30多年的发展过程，已经投入应用的烟气脱硫技术有十余种。目前，我国采用脱硫装置的火电机组（包括引进国外技术）总容量约为25300MW，大致占全国火电机组总容量的1.5%。湿法脱硫干法脱硫半干法脱硫三、烟气脱硫工艺的类型和主流工艺1、类型按脱硫反应物质在反应过程中的状态分为抛弃法按脱硫反应产物的处理方式分成：回收法再生法按脱硫剂的使用情况可分为：非再生法2、主流的脱硫工艺烟气脱硫技术以石灰石/石膏湿法工艺为主流。有一定的份额。四、燃煤电厂烟气脱硫系统的特点1、脱硫装置呈多样。2、工艺特点接近于化工工业。3、服务对象的特点不同。一、脱硫剂的种类4.2烟气脱硫剂的种类和特点目前广泛使用的脱硫剂的种类包括：钙基脱硫剂、氨基脱硫剂和钠基脱硫剂，还有其他碱性物质、活性炭等。1、钙基脱硫剂：（1）石灰石。（2）石灰。（3）消石灰。2、氨基脱硫剂：氨一般以氨水或液氨的形式作为脱硫的吸收剂。3、钠基脱硫剂：Na2SO3、Na2CO3、NaHCO3等。4、活性炭吸附剂：活性炭可单独用来脱硫或脱氮（借助于氨），或用来联合脱硫脱氮。5、其他脱硫吸收剂：碱性物质（如火电厂排放的废弃物）作为脱硫剂。1、烟气脱硫效率平均脱硫效率的计算式为：4.3电站锅炉烟气脱硫工艺的主要技术、经济和环境指标一、主要技术指标(%)100222SOSOSOFGCCC4190,,,pnetararzsarQSS折算水分、灰分和硫分，计算公式如下：%2、钙硫摩尔比（Ca/S）钙与硫的摩尔比值表示，即Ca/S比，所需的Ca/S越高，钙的利用率则越低。BGSCaCOSCa%%100323湿法脱硫工艺在脱硫效率为90%以上时，钙硫摩尔比略大于1。半干法在脱硫率为85%时，钙硫摩尔比为1.5—1.6；干法在脱硫效率为70%时，钙硫摩尔比可达2—2.5。3、脱硫装置的出力用折算到标准状态下每小时处理的烟气量，即采用m3/h来表示。1、工程总投资和单位容量造价工程总投资指与烟气脱硫工程有关的固定资产投资和建设费用的总和。单位容量造价是根据工程总投资计算的每kW机组容量平均投资费用。二、主要经济指标2、年运行费用烟气脱硫系统运行一年中所发生的全部费用。3、脱除每吨SO2的成本脱硫成本=（工程总投资+寿命4、售电电价增加电价增加=年运行费用（元）/[机组容量（kW）×24（h）×365×锅炉可用系数]年运行费）/（年脱硫量×寿命）脱硫系统可能产生的环境问题主要是废水和废渣等。1、废水主要超标项目是PH值、COD、悬浮物及汞、铜、镍、锌、砷、氯、氟等，因此，在整体工艺中需考虑相应的废水处理措施。2、固体废弃物大部分脱硫工艺对脱硫副产品采用抛弃堆放等处理方式，因此要对堆放场的底部进行防渗处理，以防污染地下水，对表面进行固化处理，以防扬尘。三、环境评估4.4湿法烟气脱硫技术湿法脱硫技术以石灰石或石灰浆液洗涤法为代表。1）高速气流设计增强了物质传递能力，降低了系统的成本，标准设计烟气流速达到4.0m/s。2）．技术成熟可靠，多于55,000MWe的湿法脱硫安装业绩。3）．最优的塔体尺寸，系统采用最优尺寸，平衡了SO2去除与压降的关系，使得资金投入和运行成本最低。4）．吸收塔液体再分配装置，有效避免烟气爬壁现象的产生，提高经济性，降低能耗。优点：脱硫效率高达95%以上，有利于地区和电厂实行总量控制；技术成熟，设备运行可靠性高（系统可利用率达98%以上）；单塔处理烟气量大，SO2脱除量大；适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫；对锅炉负荷变化的适应性强（30%—100%BMCR）；设备布置紧凑减少了场地需求；处理后的烟气含尘量大大减少；吸收剂(石灰石)资源丰富，价廉易得；脱硫副产物（石膏）便于综合利用，经济效益显著；一、石灰石浆液洗涤脱硫工艺的基本原理1、烟气湿法脱除SO2的理论基础SO2在水中具有中等程度的溶解度，其水溶性呈酸性，因此，易于与碱性物质发生中和反应；SO2具有较强的极性，易于被吸收剂吸收；SO2溶于水生成的SO32-、HSO3-等，可与钙等碱土金属离子形成溶解度很低的沉淀物；在与强氧化剂接触或有催化剂及氧存在时，SO32-会被氧化成SO42-，会生成更稳定的碱金属硫酸盐沉积物。2、工艺流程基本工艺流程如下：锅炉烟气经电除尘器除尘后，通过增压风机、GGH(可选)降温后进入吸收塔。在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中，以便脱除SO2、SO3、HCL和HF，与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应的副产物被导入的空气氧化为石膏（CaSO4·2H2O），并消耗作为吸收剂的石灰石。循环浆液通过浆液循环泵向上输送到喷淋层中，通过喷嘴进行雾化，可使气体和液体得以充分接触。每个泵通常与其各自的喷淋层相连接，即通常采用单元制。在吸收塔中，石灰石与二氧化硫反应生成石膏，这部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出，进入石膏脱水系统。脱水系统主要包括石膏水力旋流器（作为一级脱水设备）、浆液分配器和真空皮带脱水机。经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾，在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。同时按特定程序不时地用工艺水对除雾器进行冲洗。进行除雾器冲洗有两个目的，一是防止除雾器堵塞，二是冲洗水同时作为补充水，稳定吸收塔液位。在吸收塔出口，烟气一般被冷却到46—55℃左右，且为水蒸气所饱和。通过GGH将烟气加热到80℃以上，以提高烟气的抬升高度和扩散能力。最后，洁净的烟气通过烟道进入烟囱排向大气。脱硫过程主反应1）SO2+H2O→H2SO3吸收2）CaCO3+H2SO3→CaSO3+CO2+H2O中和3）CaSO3+1/2O2→CaSO4氧化4）CaSO3+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O结晶5）CaSO4+2H2O→CaSO4·2H2O结晶6）CaSO3+H2SO3→Ca(HSO3)2pH控制同时烟气中的HCL、HF与CaCO3的反应，生成CaCl2或CaF2。吸收塔中的pH值通过注入石灰石浆液进行调节与控制，一般pH值在5.5—6.2之间。3.系统构成石灰石液浆制备系统：由石灰石粉料仓、石灰石磨机及测量站构成。二氧化硫吸收系统（吸收塔）：由洗涤循环系统÷除雾器和氧化工序组成的吸收塔。烟气输送系统和热交换系统：（脱硫风机、烟气再热系统）石膏处理系统：由水力旋流分离器、真空皮带过滤机和储存系统组成。废水处理系统：自动控制系统石膏处理系统：烟气输送系统和热交换系统指锅炉烟气排出之后直到最后经过烟囱排放到大气中的全行程控制系统。由除尘系统、脱硫系统、气/气换热器系统、烟道烟囱及各种闸板门、旁道装置等组成。脱硫风机装设烟气脱硫装置后，整个脱硫系统的烟气阻力约为2940Pa，单靠原有锅炉引风机（IDF）需设助推风机，或称脱硫风机（BUF）。风机位置ABCD烟气温度/℃100-15070-11045-5570-100磨损少少无无腐蚀无有有少沾污少少有无漏风率/％3.00.30.33.0能耗100908295烟气经过湿法FGD系统洗涤后，温度降到50－60℃，低于露点。（为了增加烟囱排放烟气的能力，减少可见烟团的出现，许多国家规定了烟囱出口的最低排烟温度）不同的火电厂有不同的方法再热处理烟气。使用燃烧天然气或是低硫油的后燃器。与旋转式气－气热交换器和多管气－气热交换器相比，这种方法要消耗大量的能量，此外燃料燃烧又是另外一个污染源。采用蒸汽－烟气再热器，使用工艺蒸汽或锅炉产生的热量。蒸汽－烟气再热器的基本投资比蓄热式气－气热交换器低，但运行费用高。此外还必须注意高温蒸汽在管道烟气侧结垢。安装蒸汽－烟气再热器主要是空间限制造成的。烟气再热系统石灰石液浆制备系统细度要求：90％通过325目筛（44微米）或250目筛（63微米）。纯度要求：石灰石含量大于90％。可磨性也有一定的要求。简介：将石灰石粉由罐车运到料仓储存，然后通过给料机、输粉机将石灰石粉输入浆池，加水制备成固体含量分数为10％—50％的浆液。二氧化硫吸收系统（吸收塔）（一）吸收塔吸收塔是烟气脱硫的核心装置，要求气液接触面积大、气体的吸收反应良好，压力损失小。并且适用于大容量烟气处理。吸收塔的主要有喷淋塔、填料塔、双回路塔和喷射鼓泡塔、复合塔等类型。喷淋塔是湿法脱硫的主流塔型，多采用逆流方式布置，烟气流速为3m/s左右，液气比与煤的含硫量和脱硫率关系较大，一般在8—25L/m之间。优点是:内部部件少，故结垢的可能性小，压力损失也小。逆流运行有利于烟气与吸收液充分接触，但阻力损失比顺流大。填料塔填料塔是由日本三菱重工开发，采用塑料隔栅作填料，相对延长了气液两相的接触时间，从而保证较高的脱硫率。隔栅填料塔为顺流或逆流，顺流时的空塔气速约4—5米/秒，与逆流塔相比结构紧凑。压降因隔栅填充高度而异。双回路塔最早由美国Reserch-Conttrell公司开发，又称Noell-KRC工艺，在美国和德国应用较多。双回路塔被一个集液斗分成两个回路：下段作为预冷却区，并进行一级脱硫，pH控制在4.0－5.0，有利于氧化和石灰石的溶解，防止结垢和提高石灰石的利用率；上段为吸收区，其排水经集液斗引入另设的加料槽，在此加入新鲜的石灰石，维持较高的pH（6.0左右），以获得较高的脱硫率。喷射鼓泡塔由千代田公司开发研制，又称CT-121，烟气通过喷射分配器以一定的压力进入吸收液，形成一定高度的喷射气泡层，可省去再循环泵和喷林装置。净化后的烟气经上升管进入混合室，除雾后排放。特点是：可在低pH下运行，一般为3.5－4.5，生成的石膏晶体颗粒大，易于脱水；脱硫率的高低与系统的压降有关，可通过增大喷射管的浸没深度来提高压降，提高脱硫率。（二）除雾器除雾器一般设置在吸收塔顶部（低流速烟气垂直布置）或出口烟道（高流速烟气水平布置),通常为二级除雾器。除雾器设置冲洗水，间歇冲洗冲洗除雾器。湿法烟气脱硫采用的主要是折流板除雾器，其次是旋流板除雾器。（三）氧化槽氧化槽的功能是接收和储存石灰石，溶解石灰石，鼓风氧化CaSO3，结晶生成石膏。早期的湿法脱硫几乎都是在脱硫塔外另设氧化塔，由脱硫塔排出的浆液再被引入专门的压力氧化槽中，并添加硫酸，在pH为3－4的条件下被鼓风氧化。这种工艺易发生结垢和阻塞问题。随着工艺的发展，将氧化系统组合在塔底的浆池内，利用大容积浆液完成石膏的结晶过程，就地氧化。循环的石灰石在氧化槽内设计停留时间一般为4－8min，与石灰石的反应性能有关。（四）雾化喷嘴雾化喷嘴的功能是将大量的石灰石浆液转化为能够提供足够接触面积的雾化小液滴以有效脱除烟气中二氧化硫。湿法脱硫采用的喷嘴一般为离心压力雾化喷嘴，可粗略分为旋转型和离心型。常用的有空心锥切线型、实心锥切线型、双空心锥切线型、实心锥型、螺旋型等5种。石膏处理系统来自吸收塔底槽的石膏浆先在一台水力旋流分离器中稠化大到其固体含量约40％－60％，同时按其粒度分级。然后将稠化的石膏浆用真空皮带过滤器脱水到所需的残留湿度10％。用离心机脱水可使石膏含水量降到5％，但运行费用高。为了使氯含量减少到不影响石膏使用的程度，同时必须在过滤皮带上对其进行洗涤。石膏储存系统湿石膏的储存方法取决于发电厂烟气脱硫系统石膏的产量、用户的需求量、运输手段以及石膏中间储仓的大小。对于容量为300－700m3的中间储仓，石膏在其中的存放时间不应