大气污染控制工程-第7章烟气脱硫技术.ppt

第六章 烟气脱硫技术,主要内容,一、SO2污染的控制途径二、常见的脱硫技术简介三、石灰石-石膏湿法脱硫系统四、氨法脱硫技术,一、SO2污染的控制途径,控制SO2的方法:1)燃烧前脱硫 2)炉内脱硫 3)烟气脱硫,3.1 燃烧前脱硫,燃烧前脱硫就是在煤燃烧前把煤中的硫分脱除掉，燃烧前脱硫技术主要有物理洗选煤法、化学洗选煤法、煤的气化和液化等。煤的燃烧前的脱硫技术尽管还存在着种种问题，但其优点是能同时除去灰分，减轻运输量，减轻锅炉的沾污和磨损，还可回收部分硫资源。,3.2 炉内脱硫,炉内脱硫是在燃烧过程中，向炉内加入固硫剂如CaCO3等，使煤中硫分转化成硫酸盐，随炉渣灰排除。典型的技术有LIMB炉内喷钙技术、LIFAC烟气脱硫工艺，其脱硫效率一般为40%85%。,3.3 烟气脱硫,烟气脱硫技术（FGD）是当前应用最广、效率最高的脱硫技术，在今后一个相当长的时期内，将是控制SO2排放的主要方法。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。按脱硫剂和副产物的干湿形态，烟气脱硫又可分为湿法、半干法和干法工艺。湿法FGD工艺占主流，典型的有：石灰石（石灰）-石膏法、海水脱硫法、氧化镁法、氨法等；典型的干（半干）法烟气脱硫工艺的有：烟气循环流化床法、喷雾干燥法、电子束辐照法等。,目前，在国内应用最多的是石灰石-石膏法、海水脱硫法和烟气循环流化床法。,二、常见的脱硫技术简介,1 炉内脱硫1.1 炉内喷钙脱硫炉内喷钙脱硫工艺是将石灰石磨制成30mm左右的微粒，在锅炉900的部位喷入，石灰石受热分解成氧化钙和二氧化碳，氧化钙与二氧化硫反应生成硫酸钙而达到脱硫的目的。其炉内化学反应方程为：CaCO3 CaO+CO2 CaO+SO2+O2 CaSO4 CaO+SO3 CaSO4 CaO+2HCl CaCl2+H2OCaCO3受热分解为CaO的反应速度快，而硫化反应相对缓慢。,1.2 炉内喷钙加尾部增湿活化脱硫工艺,分为两步：锅炉炉膛内喷射石灰石粉炉后烟道增设活化反应器 吸收剂 石灰石粉 副产物 亚硫酸钙/硫酸钙,炉内喷钙加尾部增湿活化工艺流程,炉内喷钙加尾部增湿活化工艺 主要参数,吸收剂：石灰石粉副产物：亚硫酸钙/硫酸钙 脱硫效率：70%80%左右适用煤种：中低硫煤 吸收剂利用率：30%45%单塔应用的经济规模：200MW以下废水：无 国内应用：2125MW 钱清、下关电厂Ca/S=2时，脱硫率75%,南京下关电厂2台125MW机组,2 烟气脱硫,烟气脱硫（FGD，Flue Gas Desulfurization）技术是当前应用最广泛，效率最高的脱硫技术，是控制二氧化硫排放、防止大气污染、保护环境的一个重要手段。工业发达国家从70年代起相继颁布法令，强制火电厂安装烟气脱硫装置，促进了烟气脱硫技术的发展和完善。目前国外火电厂烟气脱硫技术的主要发展趋势是：烟气脱硫高、装机容量大，技术水平先进，投资省，占地小，运行费用低，自动化程度高，可靠性好等。,目前经常采用以下脱硫工艺:,1）喷雾干燥法脱硫工艺2）循环流化床干法3）海水脱硫4）氧化镁法5）石灰石/石灰-石膏法 6）其他(氨法、电子束法),2.1 喷雾干燥法脱硫工艺,喷雾干燥工艺为半干法烟气脱硫工艺，以石灰浆为吸收剂，浆液雾化成细小液滴(100m）与热烟气接触，液滴蒸发干燥与SO2反应生成亚硫酸钙。吸收剂 石灰 副产物 亚硫酸钙/硫酸钙,喷雾干燥法工艺流程图,喷雾干燥法化学反应机理,喷雾干燥法工艺主要特点,吸收剂：高品位石灰副产物：亚硫酸钙/硫酸钙 脱硫效率：85%左右适用煤种：中低硫煤 Ca/S：1.21.4单塔应用的经济规模：450MW废水：无 黄岛电厂、白马,2.2 循环流化床烟气脱硫工艺原理,Ca(OH)2粉末与烟气中的SO2，HCl和HF等其他酸性气体发生反应，生成CaSO31/2H2O，CaSO42H2O，CaCl2和CaF2等物质，去除烟气中的酸性气体。,工艺原理,H2O+SO2 H2SO3 Ca(OH)2+H2SO3 CaSO31/2H2O+3/2H2O 部分CaSO31/2H2O在烟气中，被过量空气中的O2氧化成CaSO42H2O。CaSO31/2H2O+3/2H2O+1/2O2CaSO42H2O,循环流化床烟气脱硫工艺,核心技术,LCFB-FGD工艺以循环流化床原理为基础，使吸收剂在反应器内多次循环，大大提高了吸收剂的利用率。它不但具有干法脱硫工艺的许多优点，如流程简单、占地少、投资低等，而且脱硫效率能达到80%90%。,存在不足：1、除尘器的防腐及烟尘排放2、变工况下脱硫灰的输送3、脱硫灰的综合利用有待落实,烟气循环流化床脱硫工艺的主要特点是：,1)脱硫效率较高 2)技术成熟 3)运行可靠性好 4)占地面积少 5)投资较省 6)吸收剂利用率较高,2.3 海水脱硫,海水呈碱性，pH值一般为8.08.3，其碱度在2.3mg/l左右，对酸性气体如SO2具有很大的吸收和中和能力，SO2被海水吸收后，最终产物为可溶性硫酸盐，而海水的主要组成部分就是硫酸盐，海水脱硫对海洋的影响较小，国外研究人员和工程技术人员开发了多种海水脱硫工艺。,海水脱硫工艺是利用海水的碱度达到脱除烟气中二氧化硫的脱硫方法。在脱硫吸收塔内，海水喷淋洗涤进入吸收塔内的燃煤烟气，烟气中的二氧化硫被海水吸收而除去，净化后的烟气经除雾器除雾、经烟气换热器加热后排放。吸收二氧化硫后的海水与大量未脱硫的海水混合后，经曝气池曝气处理，使其中的SO32-被氧化成为稳定的SO42-，并使海水的pH值与COD调整达到排放标准后排放大海。,海水脱硫基本原理,海水脱工艺的主要特点是：,1）完全利用海水的天然碱度，脱硫效率高，不需要其他吸收剂。2）工艺中产生完全溶解的硫酸盐排放到海洋中，没有固体物质产生。3）脱硫工艺设备少、投资省、操作简单。适用于靠海边、扩散条件较好、用海水作为冷却水、燃用低硫煤的电厂。,2.4 氧化镁法,氧化镁湿法脱硫工艺采用MgO作为脱硫吸收剂。将MgO通过吸收剂浆液制备系统制成Mg(OH)2过饱和液，过饱和液经泵打入吸收塔与烟气充分接触，使烟气中的二氧化硫与浆液中的Mg(OH)2进行反应生成MgSO3，从吸收塔排出的亚硫酸镁浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于10%。亚硫酸镁颗粒可以分解成MgO作为脱硫剂循环使用，也可以进行综合利用。,氧化镁法的特点：,1）脱硫效率高2）对煤种变化的适应性强3）脱硫剂可以循环使用,2.5 电子束法脱硫工艺,吸收剂 液氨 副产品 硫酸铵/硝酸铵,电子束法脱硫工艺流程,电子束法脱硫工艺 主要特点(脱硫脱硝10%),吸收剂：液氨副产物：硫酸铵/硝酸铵 脱硫效率：80%左右适用煤种：中低硫煤 吸收剂利用率：90%单塔应用的经济规模:200MW以下废水：无,2.6 石灰石石膏湿法烟气法,石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫工艺采用石灰石或石灰作脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拦成吸收浆液。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脱除，最终反应产物为石膏。脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴后排入烟囱。脱硫石膏浆经脱水装置脱水后回收。,石灰石石膏法脱硫烟气脱硫化学反应机理,吸收过程（吸收剂为石灰石）SO2（g）+H2O H2SO3H2SO3=H+HSO3-H+CaCO3=Ca2+HCO3-Ca2+HSO3-+2 H2O=CaSO32H2O+H+H+HCO3-=H2CO3H2CO3=CO2+H2O,石灰石石膏法脱硫烟气脱硫化学反应机理,氧化过程CaSO32H2O+H+Ca+HSO3-+2H2OHSO3-+1/2O2 SO4=+H+Ca+SO4=+2H2O CaSO42H2O总的氧化反应为：2CaSO32H2O+O2 2CaSO42H2O,石灰石石膏法脱硫特点,优点：1)技术成熟2)吸收剂价廉易得3)脱硫效率高4)对煤种变化的适应性强 5)副产品可综合利用缺点：1)系统复杂2)占地面积大3)一次投资较大,典型的石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫工艺,主流脱硫工艺特点及选择条件,三、石灰石-石膏湿法脱硫系统,主要组成系统：1）烟气系统 2）SO2吸收系统 3）石灰石制备系统 4）石膏脱水系统 5）工艺用水系统 6）仪用和杂用空气系统 7）排空系统 8）脱硫废水处理系统,1 烟气系统,主要由增压风机、烟道挡板、换热器、吸收塔及烟道等设备组成。工艺流程为：锅炉引风机后烟气依次经脱硫系统入口挡板、脱硫增压风机后进入吸收塔，经洗涤脱硫后的烟气温度约50，经挡板门送回主烟道，通过烟囱排入大气。主烟道（旁路烟道）装有旁路挡板门，旁路烟道主要用于锅炉启动工况和脱硫系统检修工况；锅炉启动过程中或脱硫系统检修时，脱硫系统入、出口挡板门关闭，旁路烟道挡板门打开，来自除尘器的烟气经各自的吸风机由旁路烟道直接进入烟囱排出。,1.1 增压风机,目前，大部分脱硫工程招标时的前提是脱硫系统配置旁路挡板门，系统配置以HJ/T179-2005火电厂烟气脱硫工程技术规范石灰石/石灰-石膏法审为主要依据。建议300MW机组配备1台增压风机，600MW机组根据具体情况可配置2台或1台增压风机，大部分脱硫装置配备1台增压风机。,重要性,目前，各地环保局对脱硫旁路的开启有严格的限制，如旁路通道挡板不能开启，两台引风机直接与一台增压风机串联运行，因增压风机没有备用，如增压风机停运，整台机组只能被迫停运，采用一台增压风机实质就是采用一台引风机，不符合火力发电厂设计技术规程的规定，对电厂的安全生产具有严重的威胁增压风机的小故障会导致机组因环保停运增压风机电耗占脱硫电耗1/3-1/2,我国增压风机节电潜力估计 总体来说，我国增压风机平均耗电率较高,且参差不齐，与风机本身技术水平不相称，节电潜力较大。根据大量试验结果，增压风机的满负荷运行效率在70-80%之间。,我国电站风机运行经济性差的主要原因有：(1)风机选型参数不合理，裕量过大；(2)风机选型不当；(3)风机进出口布置较差；(4)机组负荷率低；(5)运行操作不合理。,我国增压风机耗电率高的原因,在运风机上加装变转速装置应注意的问题在己投运的风机上加装变转速装置，更要注意风机与管网系统是否匹配的问题。如果风机与管网系统匹配不好，即机组满负荷运行或风机全速运行调节机构(如有)全开时，风机运行效率就不高。那么既使采用变速调节，风机运行效率也还是低的。对此，必须首先对风机进行改造，然后再选配变速调节设备。,确定是否需采用变速调节的方法是：首先通过试验确定系统的阻力线，然后将现有风机的性能曲线转换为转速调节的性能曲线，并将系统的阻力特性线绘在其中，若此阻力线在最高效率区，则可认为改变转速调节的同时不必进行风机改造。否则需进行风机改造。但是否改用变转速调节，还需根据机组负荷率情祝进行仔细的经济比较。避免节电不省钱的状况发生。,在己投运的风机上加装变转速装置，要注意防止在某些转速下运行时发生风机某构件、风烟道共振和轴系扭振的发生。,1.2 烟气换热器,要 求 高传热性能 低能耗 低压力降 低泄露率 高可靠性 低检修维护要求 低投资和运行费用,管式换热器（MGGH）,烟气再热器（GGH）工作原理,烟气再热系统比较,GGH。间接热传递，热损失。低压力降。有泄露。内部能耗低。高可靠性。高检修维护要求。系统复杂，投资费用高。结构紧凑，占地少,MGGH。间接热传递，热损失。高压力降。无泄露。内部能耗低。高可靠性。中度检修维护要求。系统简单，投资费用中等。占地面积大,2 SO2吸收系统,主要由吸收塔、喷淋系统、除雾器、氧化风系统、搅拌器等组成。,52,2.1 国内主流吸收塔技术,喷淋空塔,液柱塔,液柱塔,主要特点：（1）可靠性高，适用于各种机组，特别是对于燃用高硫煤的大型机组，优势比较明显。（2）适应性强，能适应高负荷烟气，对负荷变化能作出快速响应，检修维护简单。（3）气液接触充分，高脱硫率和除尘率。（4）布置灵活，对场地要求低。,液柱塔的特性,吸收液,部分负荷,满负荷,最低负荷,节省能源部分负荷,根据锅炉负荷，通过调整循环泵的运行台数来调节液柱高度降低能耗。,净烟气,原（脏）烟气,55,a 吸收塔入口烟道对吸收塔的性能有密切影响吸收塔入口烟气的分布均匀性对发挥吸收塔和除雾器的性能是非常重要的.要求烟气压损小,进入塔后分布均匀;入口烟道的高宽比适当,避免入口烟道累积沉积物.b 吸收塔/除雾器烟气流速循环浆液量不变,提高烟气流速,吸收效率下降.烟气流速增大意味着烟气流量增大,循环浆液量未变化,意味着L/G下降.逆流塔一般设计烟气流速为2.5-5m/s.当烟气流速大约超过6m/S时,液滴将被烟气从除雾器夹带出来,因此除雾器限制了烟气流速的进一步提高.,56,c 吸收塔液/气比(L/G)在烟气流速不变的情况下,L/G是影响脱硫效率的重要设计参数.在其他设计条件一定的情况下,脱硫效率随L/G的增大而增大.达到规定的脱硫效率所要求的L/G与很多因素有关,如吸收塔设计、二氧化硫浓度、运行PH值、吸收剂耗量、吸收剂粒径、氧化效果等诸多因素.脱硫效率与L/G之间并非简单的线形关系.d 吸收剂利用率选择吸收剂(石灰/石灰石)主要应考虑的因素是理化成分合格、供应量充足、成本合理.对吸收剂的化学成分要求是有效成分含量高,所谓的有效成分是指实质参与吸收塔,57,反应的物质.如若吸收剂杂质较多既增加了生产成本又加剧了管道、阀门、浆液泵等设备的磨损.吸收塔循环浆液中过剩吸收剂的数量反应了吸收剂的利用程度.一般用Ca/S摩尔比定量的表示吸收剂利用程度.Ca/S摩尔比定义为投入FGD工艺中钙吸收剂的摩尔流量与SO2脱除摩尔率之比.吸收剂利用率是评价FGD设计工艺性能与经济效益的重要参数.提高石灰石细度可以提高其利用率.在石灰石最佳利用工况下运行才能获得循环泵电耗和吸收剂的最低综合费用.品位较低的石灰石要想获得质量好的石膏措施是提高固体物在反应中停留的时间和提高石灰石细度.,2.2 吸收塔喷淋层,吸收塔喷淋层布置在吸收区内，烟气流经脱硫塔被喷淋的浆液滴充分吸收，使浆液滴在吸收区pH值迅速降低,喷嘴,喷嘴是喷淋塔的关键设备之一，布置在喷淋层吸收区。脱硫喷嘴的作用是将浆液喷射为细小的液滴，增加吸收塔内浆液与烟气的接触面积。目前常用的脱硫喷嘴有螺旋喷嘴和偏心喷嘴两种：,螺旋喷嘴 偏心喷嘴,喷嘴雾化效果图,除雾器的作用是将经过喷浆吸收SO2后的烟气,夹带的液滴和水雾分离下来,以控制和防止亚硫酸盐在除雾器和后续塔壁、烟道生成结垢。除雾器一般的设计要求是液滴含量不超过75mg/Nm3。,2.3 除雾器,2.4 搅拌器 吸收塔搅拌器一般布置在吸收塔浆池区，为使浆液在浆池内不致沉淀结垢,保证浆液在浆池内的亚硫酸钙充分氧化成硫酸钙，通常设置侧进式搅拌器。,3 吸收剂制备系统,（1）购买成品粉；（2）干磨系统；（3）湿磨系统。,湿式球磨机,石灰石立式磨,石灰石磨机系统要求,1)高分级性能 2)最终产品细度：44微米颗粒90%以上 3)湿磨系统防磨、防腐性能好 4)低检修维护性能 5)低噪音水平（满足法定要求）,4 石膏脱水系统,石膏脱水系统的主要设备有石膏旋流站、真空皮带脱水机、真空泵、石膏洗涤泵、滤液回收箱及泵等。,真空皮带脱水机 设备剖面图,工艺流程为：从脱硫吸收塔排出的石膏浆固体物浓度含量约为1520%，考虑脱硫石膏可以综合利用，为了便于石膏的运输、贮存和利用，进行脱水处理；石膏浆经水力旋流器浓缩至固体物含量约4050%后，进入真空皮带脱水装置，经脱水处理后的石膏固体物表面含水率不超过10%，脱水石膏送入石膏库中存放待运。水力旋流器分离出来的溢流液一部分经水力旋流器浓缩后排入脱硫废水处理系统；另一部分送入缓冲池作为吸收塔补充水循环使用。石膏脱水过程中设有冲洗装置，对石膏进行冲洗。石膏脱水装置滤出液、石膏及脱水装置冲洗水进入滤出液回收箱，被送入吸收剂制浆或吸收塔循环使用。,5 工艺用水系统,工艺用水主要包括石灰石制浆系统和吸收塔的补充水，除雾器、GGH冲洗水，泵与风机等设备的冷却及密封用水，石膏冲洗以及浆液管道和设备停运时的冲洗用水等。,6 仪用和杂用空气系统,一般可从电厂的空压机房接出，也可自设空压机房。杂用空气主要用于GGH的清扫。,7 废水处理系统,脱硫系统必须排放一定的废水，这主要是因为：(1)吸收液中氯离子含量过高会降低脱硫效率，引起CaSO4结垢，并对设备材料产生不良影响。(2)生成的副产物为石膏浆液，生产商对石膏的杂质含量有一定的要求，石膏需进行清洗和脱水处理。烟气脱硫系统排放的废水一般来自SO2吸收系统、石膏脱水系统和石膏清洗系统。废水的水量和水质，与脱硫工艺系统、工艺水水质、烟气成分、灰和吸收剂等多种因素有关。,脱硫废水的水质特征,排水呈酸性，pH值较低；悬浮物和氟离子含量高；氯离子浓度高，含盐量大；含有的重金属；含有难处理的COD和氮化物；废水排放量不大。,四、氨法脱硫技术,视频,谢 谢,