脱硫原理

火电厂烟气脱硫技术简述张东平二零一二年五月1中国大气污染特征及控制标准1.1中国大气污染特征1、中国是当今世界上几乎唯一以煤为初级能源的经济大国。目前世界各国的能源结构中煤炭比例已下降到22.4%，已低于天然气的25.51%。1980年至2010年，全世界煤炭产量增加量的50%以上是由于中国增量的结果。2、煤炭为主的能源结构，意味着能源系统的整体效率降低。大气中SO2有一半以上来源于火电厂。1.2我国现行及其它代表性标准新标准：⑴新建锅炉执行一般地区100mg/m3、重点地区50mg/m3的限值；⑵广西、重庆、四川、贵州等执行200mg/m3的限值。GB13223-2003：⑴新建、改建和扩建的火电锅炉执行400mg/m3排放浓度限值；⑵属资源综合利用的煤矸石火电锅炉执行800mg/m3的限值。1.3我国两控区范围控制图二氧化硫控制区酸雨控制区pH5.6pH5.62烟气脱硫技术的发展历程及现状2.1烟气脱硫技术的发展过程三个阶段1970年首批排放标准的颁布带来了第一次发展高潮。主要在美国和日本，以湿式洗涤法为主。80年代许多国家相继颁布SO2排放标准，推动了烟气脱硫技术的发展。主要在欧洲，湿法更完善、干法有较大发展。1990年以后，美国修订标准，亚洲各国相继制定SO2排放标准，烟气脱硫技术又有新的发展，全球各地FGD建设日趋增加，湿法更优化、干法更完善。2.2烟气脱硫工艺的分类(1)湿法脱硫技术，占全世界FGD装置总量的82%左右，其中石灰-石膏法约占42.3%，其它湿法脱硫技术约占39.4%；(2)半干法脱硫技术，主要包括喷雾干燥脱硫技术、炉内喷射吸收剂/增温活化脱硫技术等，约占全世界FGD装置总量的近11%；(3)干法脱硫技术，包括烟气循环流化床脱硫技术、等离子体脱硫技术等。世界FGD技术构成1234561.石灰石石膏法42.3%;2.其它湿法39.4%3.喷雾干燥法11%3.喷吸着剂.2%;4.再生法2.8%5.硫氮联脱法1.8%0%20%40%60%80%100%湿式工艺喷雾干燥喷吸收剂技术比例S1%S=1-2%S2%用于不同燃煤含硫量的FGD装置数比例2.3烟气脱硫技术的发展趋势高脱硫率优化设计的湿法脱硫率在95%以上；喷雾干燥工艺可达85%～90%；改进的LIFAC工艺可达80%；高可用率单塔处理能力不断提高。可用率较高，基本与锅炉同步运行。工艺流程简化流程简单，设备少，不需要对原有的系统作太大的改动，就能获得很高的脱硫率。投资和运行费用低湿法脱硫系统的投资费用约占电厂总投资的4%左右；干法和半干法一般分别在2.5%和3.0%。目前单位造价约200-300元/kW。3.炉内脱硫技术3.1炉内喷钙工艺原理吸收剂直接喷入炉膛，在炉膛和下游烟道中与烟气SO2发生反应，生成稳定的脱硫产物。常用吸收剂是石灰石细粉，经高温分解为活性氧化钙，与烟气中SO2反应生成无水硫酸钙CaCO3+热量CaO+CO2CaO+SO2+1/2O2CaSO4+热量同时还能充分吸收烟气中的SO3、氯化物和氟化物。CaO+SO3CaSO4+热量CaO+2HClCaCl2+H2O+热量CaO+2HFCaF2+热量炉内喷射工艺流程简图锅炉石灰石仓石灰石粉仓粉碎鼓风机工艺水烟囱粉煤灰及副产品3.2炉内喷钙－增湿活化工艺(LIFAC)原理：1.同炉内喷钙工艺2.强化管道增湿为气/固/液三相增湿活化塔3.同时采用物料再循环增加吸收剂利用率炉内喷钙－尾部增湿工艺(LIFAC)流程图水活化器底渣副产品再循环灰加热器粉碎石灰石仓风机石灰石粉仓锅炉烟囱4尾部烟气脱硫技术在锅炉空预器出口、低温烟气段脱硫的技术称为尾部脱硫技术分类：湿法：石灰石/石膏洗涤法、海水洗涤法、氨法等半干法：喷雾干燥法。干法：烟道喷射法、烟气循环流化床（CFB)等4.1湿式石灰石/石膏烟气脱硫工艺石灰石浆液在洗涤塔内吸收烟气SO2SO2＋H2OH2SO3（溶解）CaCO3+H2SO3CaSO3+CO2+H2O（吸收）在氧化浆池中CaSO3被鼓风氧化CaSO3+1/2O2+2H2OCaSO42H2O（氧化）CaSO3+1/2H2OCaSO31/2H2O湿法石灰石工艺分类：按副产品处置方式：石膏法、抛弃法。按烟气与介质流向：逆流、顺流、喷射流泡反应等。新型工艺：液柱塔、优化的石灰石－石膏法等。4.1.1工艺特点－无内部构件，结垢可能性小；－运行阻力相对较低；－负荷跟踪特性好。4.1.2石灰石/石膏洗涤塔工艺流程气体处理及二氧化硫吸收烟囱锅炉除尘器燃料空气引风机空气吸收塔工艺水烟气再热器(GGH)除灰石灰石贮仓球磨机浆液贮槽废水石膏输送机皮带过滤机冲洗水水力旋流器SO2吸收塔排浆石膏脱水吸收剂浆液制备1).烟气系统2).石灰石浆液制备系统3).SO2吸收系统4).石膏脱水系统4.1.3石灰石/石膏湿法烟气脱硫装置4.1.4湿法脱硫装置关键设备4.2半干法脱硫工艺－喷雾干燥工艺以石灰作为吸收剂。石灰消化制成消石灰浆。消石灰浆液经旋转喷雾装置雾化成非常细的液滴，在吸收塔内与烟气混合。通过气、液两相传质反应，同时雾化后的吸收剂浆液滴受热蒸发，形成粉末状的脱硫副产物。烟气由于液滴蒸发而降温，同时烟气中的SO2与吸收剂的Ca(OH)2反应，生成CaSO3。Ca(OH)2+SO2CaSO3+H2OCaSO3+1/2O2+2H2OCaSO4+2H2O反应后烟气由下游除尘器处理，收集脱硫副产物，通过引风机由烟囱排出。喷雾干燥工艺的优点：－工艺流程简单，便于操作－负荷跟踪特性好－脱硫效率高－能耗低，约占发电量0.5％－1％－投资比湿法低喷雾干燥工艺的缺点:－采用浆液作为吸收剂，需要配套吸收剂制备系统－石灰价格约为石灰石的4－5倍，因此，运行费用较高－雾化装置发生磨损和破裂，寿命有限，需经常调换－脱硫产物的综合利用尚待开发喷雾干燥烟气脱硫工艺的流程图石灰石灰储存仓计量槽熟化槽供浆槽至冲灰管脱硫反应塔S至冲灰管至脱硫灰仓旋流器锅炉烟囱粉碎水4.3干法脱硫工艺1.干法脱硫工艺从50年代开始，从烟道喷射工艺发展到目前先进、高效率的NID、CFB等工艺，上述炉内喷射工艺也属于干法工艺2.干法工艺是指用干的吸收剂脱硫、产生干的脱硫副产品工艺3.干法通常采用石灰/消石灰为吸收剂4.增湿过程能较大的优化反应吸收过程5.干法工艺脱硫效率在设计Ca/S比从45～93％烟气循环流化床脱硫工艺原理CFB工艺在空预器和除尘器间安装流化塔。烟气塔底进入同喷入的消石灰干粉和增湿水接触并反应。塔内烟气流速设计在固/气二相相对速度较高的范围，物料层呈悬浮状。烟气SO2被消石灰吸收生成亚硫酸钙。并摩擦不断出现新表面参与反应。被烟气带出塔的颗粒由后续除尘器收集并再次回流到吸收塔参与反应。烟气循环流化床工艺的优点：－脱硫效率高，适应范围广－吸收剂利用率较高－占地小，投资及维修费用较低－启停方便，负荷跟踪特性好，可在30％负荷时投用－无污水排放，烟气可不加热－可脱除SO3，氯化物和氟化物，对现有烟囱腐蚀小烟气循环流化床工艺的缺点：－使用石灰作为吸收剂－脱硫副产品应用尚待开发烟气循环流化床工艺流程图工艺水粉仓干消化器气气气粉仓水气再循环仓副产品中间仓循环流化床副产品仓外运烟囱AH锅炉脱硫除尘器4.4湿法烟气脱硫技术选择脱硫工艺的选择应遵循“工艺成熟、运行稳定、脱硫效率高、投资省、无二次污染”的原则，综合比较后提出合适方案。目前工业烟气脱硫装置多采用石灰石/石膏工艺，原因主要有以下几点：1.石灰石/石膏湿法脱硫工艺吸收剂价价廉易得、吸收剂的利用率高。2.能适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫，脱硫效率可达到95%以上。3.目前世界上技术最为成熟、应用最多的脱硫工艺，运行可靠。5湿法烟气脱硫基本工艺设计5.1工艺设计步骤1、确认烟气参数、煤质资料、吸收剂成份、脱硫效率2、系统流程的确定3、物料平衡计算4、各子系统流程的确定（烟气系统、SO2吸收系统、吸收剂制备系统、石膏处置系统、工艺水系统、浆液排空系统、废水排放和处理系统、电气系统、控制系统）5、总平面布置6、吸收塔结构设计5.2系统流程的确定旁路挡板进口挡板出口挡板吸收塔增压风机气－气换热器氧化风机原烟气原烟气石灰石/石灰-石膏湿法脱硫氧化空气石灰石/石灰工艺水废水净烟气吸收剂制备系统除雾器喷淋器浆液循环泵真空皮带脱水机浆液旋流器废水旋流器过滤水箱过滤水泵真空系统排出空气脱水石膏吸收塔浆池石灰石浆液泵烟囱5.3物料平衡核算5.4各子系统流程的确定烟气系统：是全烟气脱硫？选择轴流式还是离心式风机？GGH是否保留？烟道、吸收塔等设备采用何种防腐方式？SO2吸收系统：多炉一塔还是一炉一塔？几层喷淋层？什么类型的除雾器？氧化风机布置几台？吸收剂制备系统：直接购置石灰石粉末、购置一定块度的石灰石磨制？湿式制浆还是干式制浆？石膏处理系统：石膏抛弃还是回收利用？5.5吸收塔结构设计1、吸收塔直径2、吸收塔高度3、进出口烟道尺寸4、浆液泵、石膏泵、循环泵等位置。5、吸收区、氧化区的高度。6、喷淋层之间距离。7、除雾器布置方式。认识实习测试题:1、中国大气污染的特征是什么？2、烟气脱硫技术的分类及其代表性的工艺（3类）？3、石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺的主要系统组成？4、目前新修订的大气污染控制标准的主要技术内容？5、控制燃煤SO2污染技术分类有哪些（4类）？