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              鍋爐煙氣脫硫工藝技術的優劣分析

                將煤中的硫元素用鈣基等方法固定成為固體防止燃燒時生成SO2通過對國內外脫硫技術以及國內電力行業引進脫硫工藝試點廠情況的分析研究目前脫硫方法一般可劃分為燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫等3類。

                其中燃燒后脫硫又稱煙氣脫硫(Flue gas desulfurization簡稱FGD)在FGD技術中按脫硫劑的種類劃分可分為以下五種方法:以CaCO3(石灰石)為基礎的鈣法以MgO為基礎的鎂法以Na2SO3為基礎的鈉法以NH3為基礎的氨法以有機堿為基礎的有機堿法。世界上普遍使用的商業化技術是鈣法所占比例在90%以上。按吸收劑及脫硫產物在脫硫過程中的干濕狀態又可將脫硫技術分為濕法、干法和半干(半濕)法。濕法FGD技術是用含有吸收劑的溶液或漿液在濕狀態下脫硫和處理脫硫產物該法具有脫硫反應速度快、設備簡單、脫硫效率高等優點但普遍存在腐蝕嚴重、運行維護費用高及易造成二次污染等問題。干法FGD技術的脫硫吸收和產物處理均在干狀態下進行該法具有無污水廢酸排出、設備腐蝕程度較輕煙氣在凈化過程中無明顯降溫、凈化后煙溫高、利于煙囪排氣擴散、二次污染少等優點但存在脫硫效率低反應速度較慢、設備龐大等問題。半干法FGD技術是指脫硫劑在干燥狀態下脫硫、在濕狀態下再生(如水洗活性炭再生流程)或者在濕狀態下脫硫、在干狀態下處理脫硫產物(如噴霧干燥法)的煙氣脫硫技術。特別是在濕狀態下脫硫、在干狀態下處理脫硫產物的半干法以其既有濕法脫硫反應速度快、脫硫效率高的優點又有干法無污水廢酸排出、脫硫后產物易于處理的優勢而受到人們廣泛的關注。按脫硫產物的用途可分為拋棄法和回收法兩種。

                脫硫工藝種類:

                ● 石膏法

                石灰石——石膏法脫硫工藝是世界上應用最廣泛的一種脫硫技術日本、德國、美國的火力發電廠采用的煙氣脫硫裝置約90%采用此工藝。

                它的工作原理是:將石灰石粉加水制成漿液作為吸收劑泵入吸收塔與煙氣充分接觸混合煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及從塔下部鼓入的空氣進行氧化反應生成硫酸鈣硫酸鈣達到一定飽和度后結晶形成二水石膏。經吸收塔排出的石膏漿液經濃縮、脫水使其含水量小于10%然后用輸送機送至石膏貯倉堆放脫硫后的煙氣經過除霧器除去霧滴再經過換熱器加熱升溫后由煙囪排入大氣。由于吸收塔內吸收劑漿液通過循環泵反復循環與煙氣接觸吸收劑利用率很高鈣硫比較低,漆膜測厚儀脫硫效率可大于95%。

                系統組成:

               。1)石灰石儲運系統

               。2)石灰石漿液制備及供給系統

               。3)煙氣系統

               。4)SO2 吸收系統

               。5)石膏脫水系統

               。6)石膏儲運系統

               。7)漿液排放系統

               。8)工藝水系統

               。9)壓縮空氣系統

               。10)廢水處理系統

               。11)氧化空氣系統

               。12)電控制系統

                技術特點:

               、、吸收劑適用范圍廣:在FGD裝置中可采用各種吸收劑包括石灰石、石灰、鎂石、廢蘇打溶液等;

               、、燃料適用范圍廣:適用于燃燒煤、重油、奧里油以及石油焦等燃料的鍋爐的尾氣處理;

               、、燃料含硫變化范圍適應性強:可以處理燃料含硫量高達8%的煙氣;

               、、機組負荷變化適應性強:可以滿足機組在15——100%負荷變化范圍內的穩定運行;

               、、脫硫效率高:一般大于95%最高達到98%;

               、、專利托盤技術:有效降低液/氣比有利于塔內氣流均布節省物耗及能耗方便吸收塔內件檢修;

               、、吸收劑利用率高:鈣硫比低至1.02——1.03;

               、、副產品純度高:可生產純度達95%以上的商品級石膏;

               、、燃煤鍋爐煙氣的除塵效率高:達到80%——90%;

               、、交叉噴淋管布置技術:有利于降低吸收塔高度。

                推薦的適用范圍:

               、、200MW及以上的中大型新建或改造機組;

               、、燃煤含硫量在0.5——5%及以上;

               、、要求的脫硫效率在95%以上;

               、、石灰石較豐富且石膏綜合利用較廣泛的地區

                ● 噴霧干燥法

                噴霧干燥法脫硫工藝以石灰為脫硫吸收劑石灰經消化并加水制成消石灰乳消石灰乳由泵打入位于吸收塔內的霧化裝置在吸收塔內被霧化成細小液滴的吸收劑與煙氣混合接觸與煙氣中的SO2發生化學反應生成CaSO3煙氣中的SO2被脫除。與此同時吸收劑帶入的水分迅速被蒸發而干燥煙氣溫度隨之降低。脫硫反應產物及未被利用的吸收劑以干燥的顆粒物形式隨煙氣帶出吸收塔進入除塵器被收集下來。脫硫后的煙氣經除塵器除塵后排放。為了提高脫硫吸收劑的利用率一般將部分除塵器收集物加入制漿系統進行循環利用。該工藝有兩種不同的霧化形式可供選擇一種為旋轉噴霧輪霧化另一種為氣液兩相流。

                噴霧干燥法脫硫工藝具有技術成熟、工藝流程較為簡單、系統可靠性高等特點脫硫率可達到85%以上。該工藝在美國及西歐一些國家有一定應用范圍(8%)。脫硫灰渣可用作制磚、筑路但多為拋棄至灰場或回填廢舊礦坑。


                ● 磷銨肥法

                磷銨肥法煙氣脫硫技術屬于回收法以其副產品為磷銨而命名。該工藝過程主要由吸附(活性炭脫硫制酸)、萃。ㄏ×蛩岱纸饬椎V萃取磷酸)、中和(磷銨中和液制備)、吸收(磷銨液脫硫制肥)、氧化(亞硫酸銨氧化)、濃縮干燥(固體肥料制備)等單元組成。它分為兩個系統:

                煙氣脫硫系統——煙氣經高效除塵器后使含塵量小于200mg/Nm3用風機將煙壓升高到7000Pa先經文氏管噴水降溫調濕然后進入四塔并列的活性炭脫硫塔組(其中一只塔周期性切換再生)控制一級脫硫率大于或等于70%并制得30%左右濃度的硫酸一級脫硫后的煙氣進入二級脫硫塔用磷銨漿液洗滌脫硫凈化后的煙氣經分離霧沫后排放。

                肥料制備系統——在常規單槽多漿萃取槽中同一級脫硫制得的稀硫酸分解磷礦粉(P2O5 含量大于26%)過濾后獲得稀磷酸(其濃度大于10%)加氨中和后制得磷氨作為二級脫硫劑二級脫硫后的料漿經濃縮干燥制成磷銨復合肥料。

                ● 爐內噴鈣尾部增濕法

                爐內噴鈣加尾部煙氣增濕活化脫硫工藝是在爐內噴鈣脫硫工藝的基礎上在鍋爐尾部增設了增濕段以提高脫硫效率。該工藝多以石灰石粉為吸收劑石灰石粉由氣力噴入爐膛850——1150℃溫度區石灰石受熱分解為氧化鈣和二氧化碳氧化鈣與煙氣中的二氧化硫反應生成亞硫酸鈣。由于反應在氣固兩相之間進行受到傳質過程的影響反應速度較慢吸收劑利用率較低。在尾部增濕活化反應器內增濕水以霧狀噴入與未反應的氧化鈣接觸生成氫氧化鈣進而與煙氣中的二氧化硫反應。當鈣硫比控制在2.0——2.5時系統脫硫率可達到65——80%。由于增濕水的加入使煙氣溫度下降一般控制出口煙氣溫度高于露點溫度10——15℃增濕水由于煙溫加熱被迅速蒸發未反應的吸收劑、反應產物呈干燥態隨煙氣排出被除塵器收集下來。

                該脫硫工藝在芬蘭、美國、加拿大、法國等國家得到應用采用這一脫硫技術的最大單機容量已達30萬千瓦。

                ● 煙氣循環流化床法

                煙氣循環流化床脫硫工藝由吸收劑制備、吸收塔、脫硫灰再循環、除塵器及控制系統等部分組成。該工藝一般采用干態的消石灰粉作為吸收劑也可采用其它對二氧化硫有吸收反應能力的干粉或漿液作為吸收劑。

                由鍋爐排出的未經處理的煙氣從吸收塔(即流化床)底部進入。吸收塔底部為一個文丘里裝置煙氣流經文丘里管后速度加快并在此與很細的吸收劑粉末互相混合顆粒之間、氣體與顆粒之間劇烈摩擦形成流化床在噴入均勻水霧降低煙溫的條件下吸收劑與煙氣中的二氧化硫反應生成CaSO3 和CaSO4。脫硫后攜帶大量固體顆粒的煙氣從吸收塔頂部排出進入再循環除塵器被分離出來的顆粒經中間灰倉返回吸收塔由于固體顆粒反復循環達百次之多故吸收劑利用率較高。

                此工藝所產生的副產物呈干粉狀其化學成分與噴霧干燥法脫硫工藝類似主要由飛灰、CaSO3、CaSO4和未反應完的吸收劑Ca(OH)2等組成適合作廢礦井回填、道路基礎等。

                典型的煙氣循環流化床脫硫工藝當燃煤含硫量為2%左右鈣硫比不大于1.3時脫硫率可達90%以上排煙溫度約70℃。此工藝在國外目前應用在10——20萬千瓦等級機組。由于其占地面積少投資較省尤其適合于老機組煙氣脫硫。

                ● 海水脫硫

                海水脫硫工藝是利用海水的堿度達到脫除煙氣中二氧化硫的一種脫硫方法。在脫硫吸收塔內大量海水噴淋洗滌進入吸收塔內的燃煤煙氣煙氣中的二氧化硫被海水吸收而除去凈化后的煙氣經除霧器除霧、經煙氣換熱器加熱后排放。吸收二氧化硫后的海水與大量未脫硫的海水混合后經曝氣池曝氣處理使其中的SO32-被氧化成為穩定的SO42-并使海水的PH值與COD調整達到排放標準后排放大海。海水脫硫工藝一般適用于靠海邊、擴散條件較好、用海水作為冷卻水、燃用低硫煤的電廠。海水脫硫工藝在挪威比較廣泛用于煉鋁廠、煉油廠等工業爐窯的煙氣脫硫先后有20多套脫硫裝置投入運行。近幾年海水脫硫工藝在電廠的應用取得了較快的進展。此種工藝最大問題是煙氣脫硫后可能產生的重金屬沉積和對海洋環境的影響需要長時間的觀察才能得出結論因此在環境質量比較敏感和環保要求較高的區域需慎重考慮。

                ● 電子束法

                該工藝流程有排煙預除塵、煙氣冷卻、氨的充入、電子束照射和副產品捕集等工序所組成。鍋爐所排出的煙氣經過除塵器的粗濾處理之后進入冷卻塔在冷卻塔內噴射冷卻水將煙氣冷卻到適合于脫硫、脫硝處理的溫度(約70℃)。煙氣的露點通常約為50℃被噴射呈霧狀的冷卻水在冷卻塔內完全得到蒸發因此不產生廢水。通過冷卻塔后的煙氣流進反應器,便攜式布氏硬度計在反應器進口處將一定的氨水、壓縮空氣和軟水混合噴入加入氨的量取決于SOx濃度和NOx濃度經過電子束照射后SOx和NOx在自由基作用下生成中間生成物硫酸(H2SO4)和硝酸(HNO3)。然后硫酸和硝酸與共存的氨進行中和反應生成粉狀微粒(硫酸氨(NH4)2SO4與硝酸氨NH4NO3的混合粉體)。這些粉狀微粒一部分沉淀到反應器底部通過輸送機排出其余被副產品除塵器所分離和捕集經過造粒處理后被送到副產品倉庫儲藏。凈化后的煙氣經脫硫風機由煙囪向大氣排放。

                ● 氨水洗滌法

                該脫硫工藝以氨水為吸收劑副產硫酸銨化肥。鍋爐排出的煙氣經煙氣換熱器冷卻至90——100℃進入預洗滌器經洗滌后除去HCI和HF洗滌后的煙氣經過液滴分離器除去水滴進入前置洗滌器中。在前置洗滌器中氨水自塔頂噴淋洗滌煙氣煙氣中的SO2被洗滌吸收除去經洗滌的煙氣排出后經液滴分離器除去攜帶的水滴進入脫硫洗滌器。在該洗滌器中煙氣進一步被洗滌經洗滌塔頂的除霧器除去霧滴進入脫硫洗滌器。再經煙氣換熱器加熱后經煙囪排放。洗滌工藝中產生的濃度約30%的硫酸銨溶液排出洗滌塔可以送到化肥廠進一步處理或直接作為液體氮肥出售也可以把這種溶液進一步濃縮蒸發干燥加工成顆粒、晶體或塊狀化肥出售。


                ● 燃燒前脫硫法

                燃燒前脫硫就是在煤燃燒前把煤中的硫分脫除掉燃燒前脫硫技術主要有物理洗選煤法、化學洗選煤法、添加固硫劑、煤的氣化和液化、水煤漿技術等。洗選煤是采用物理、化學或生物方式對鍋爐使用的原煤進行清洗將煤中的硫部分除掉使煤得以凈化并生產出不同質量、規格的產品。微生物脫硫技術從本質上講也是一種化學法它是把煤粉懸浮在含細菌的氣泡液中細菌產生的酶能促進硫氧化成硫酸鹽從而達到脫硫的目的;微生物脫硫技術目前常用的脫硫細菌有:屬硫桿菌的氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫桿菌、古細菌、熱硫化葉菌等。添加固硫劑是指在煤中添加具有固硫作用的物質并將其制成各種規格的型煤在燃燒過程中煤中的含硫化合物與固硫劑反應生成硫酸鹽等物質而留在渣中不會形成SO2。煤的氣化是指用水蒸汽、氧氣或空氣作氧化劑在高溫下與煤發生化學反應生成H2、CO、CH4等可燃混合氣體(稱作煤氣)的過程。煤炭液化是將煤轉化為清潔的液體燃料(汽油、柴油、航空煤油等)或化工原料的一種先進的潔凈煤技術。水煤漿(Coal Water Mixture簡稱CWM)是將灰份小于10%硫份小于0.5%、揮發份高的原料煤研磨成250——300μm的細煤粉按65%——70%的煤、30%——35%的水和約1%的添加劑的比例配制而成水煤漿可以像燃料油一樣運輸、儲存和燃燒燃燒時水煤漿從噴嘴高速噴出霧化成50——70μm的霧滴在預熱到600——700℃的爐膛內迅速蒸發并拌有微爆煤中揮發分析出而著火其著火溫度比干煤粉還低。

                燃燒前脫硫技術中物理洗選煤技術已成熟應用最廣泛、最經濟但只能脫無機硫;生物、化學法脫硫不僅能脫無機硫也能脫除有機硫但生產成本昂貴距工業應用尚有較大距離;煤的氣化和液化還有待于進一步研究完善;微生物脫硫技術正在開發;水煤漿是一種新型低污染代油燃料它既保持了煤炭原有的物理特性又具有石油一樣的流動性和穩定性被稱為液態煤炭產品市場潛力巨大目前已具備商業化條件。

                煤的燃燒前的脫硫技術盡管還存在著種種問題但其優點是能同時除去灰分減輕運輸量減輕鍋爐的沾污和磨損減少電廠灰渣處理量還可回收部分硫資源。

                ● 爐內脫硫

                爐內脫硫是在燃燒過程中向爐內加入固硫劑如CaCO3等使煤中硫分轉化成硫酸鹽隨爐渣排除。其基本原理是:

                CaCO3==高溫==CaO+CO2↑

                CaO+SO2====CaSO3

                2CaSO3+O2====2CaSO4

               、拧IMB爐內噴鈣技術

                早在本世紀60年代末70年代初爐內噴固硫劑脫硫技術的研究工作已開展但由于脫硫效率低于10%——30%既不能與濕法FGD相比也難以滿足高達90%的脫除率要求。一度被冷落。但在1981年美國國家環保局EPA研究了爐內噴鈣多段燃燒降低氮氧化物的脫硫技術簡稱LIMB并取得了一些經驗。Ca/S在2以上時,煙氣分析儀用石灰石或消石灰作吸收劑脫硫率分別可達40%和60%。對燃用中、低含硫量的煤的脫硫來說只要能滿足環保要求不一定非要求用投資費用很高的煙氣脫硫技術。爐內噴鈣脫硫工藝簡單投資費用低特別適用于老廠的改造。

               、啤IFAC煙氣脫硫工藝

                LIFAC工藝即在燃煤鍋爐內適當溫度區噴射石灰石粉并在鍋爐空氣預熱器后增設活化反應器用以脫除煙氣中的SO2。芬蘭Tampella和ⅣO公司開發的這種脫硫工藝于1986年首先投入商業運行。LIFAC工藝的脫硫效率一般為60%——85%。

                加拿大最先進的燃煤電廠Shand電站采用LIFAC煙氣脫硫工藝8個月的運行結果表明其脫硫工藝性能良好脫硫率和設備可用率都達到了一些成熟的SO2控制技術相當的水平。中國下關電廠引進LIFAC脫硫工藝其工藝投資少、占地面積小、沒有廢水排放有利于老電廠改造。


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