附加1火电厂烟气脱硫工艺介绍

火电厂烟气脱硫技术工艺介绍天津大学环境科学与工程学院马德刚一.国内火电厂脱硫概述我国SO2的排放2003年我国煤炭消费量：15.8亿吨，其中火电厂燃煤量：8.5亿吨，比2000年增长了44%，占全国煤炭消费增长量的80%。2003年全国SO2排放量：2167万吨，比2002年增长12%，其中火电厂：1200万吨，增长了460万吨，占全国排放总增长量的88%。如不加以治理，预计到2020年，全国SO2排放量：4780万吨左右，火电厂：3100多万吨，与2000年相比增加2倍。我国基本消除酸雨污染所允许的SO2最大排放量为1200-1400万吨。《现有燃煤电厂二氧化硫治理“十一五”规划》“十一五”期间，现有燃煤电厂需安装烟气脱硫设施1.37亿千瓦，共221个项目，可形成二氧化硫减排能力约490万吨。加上淘汰落后、燃用低硫煤、节能降耗等措施，到2010年，现有燃煤电厂二氧化硫排放总量由2005年的1300万吨下降到502万吨，下降61.4%。《规划》的实施，对实现“十一五”时期全国二氧化硫排放总量削减10%的约束性目标和改善全国大气环境质量将起决定性作用。我国火电厂脱硫现状我国火电厂脱硫发展史我国火电厂脱硫始于20世纪70年代，但发展缓慢。当时对国际上出现的不少好的工艺都进行了不同规模的半工业化试验，包括湿法、干法和半干法等，我国自己还开发了磷铵肥法。“八五”期间，国家决定，引进几套示范装置，消化吸收，为“九五”大上做好准备。全国引进了6套示范装置：重庆珞璜电厂的湿式石灰石石膏法太原第一热电厂的简易湿式石灰石石膏法山东黄岛电厂的旋转喷雾干燥法南京下关电厂的LIFAC法深圳西部电厂的海水脱硫成都热电厂的电子束脱硫。引进的火电厂6大示范工程简况项目重庆珞璜电厂太原一热电厂山东黄岛电厂南京下关电厂深圳西部电厂成都热电厂机组/MW4×3602001002×125200200烟气量/Nm3/h11700003000003000005500001100000300000FGD工艺石灰石石膏法简易石灰石法旋转喷雾干燥LIFAC海水脱硫电子束法副产物石膏淤渣灰渣灰渣废水硫铵硝铵外商三菱重工（日）EPDC（日）EPDC（日）IVO（芬兰）ABB（挪威）荏原（日）建成年份1992、199919961996199919991998投资/万元5583013100952010600—9730占电厂投资/%15~208~1010~157左右7~8—运行费/万元/a83196251634875——钙硫比1.01~1.021.01~1.021.5~2.02.0~3.0——吸收剂利用率/%＞90＞9040~5035~4035~40——脱硫效率/%＞90＞8070~8060~85＞9080除此之外，还引进：德国斯坦米勒的湿式石灰石石膏法，另外还有浙江钱清电厂、云南小龙潭电厂、福建后石电厂、四川内江电厂、宜宾黄梅电厂等，都引进了不同的脱硫工艺。我国火电厂脱硫的技术政策以烟气脱硫为主。规定：燃用含硫量≥2%煤的机组或大容量机组（≥200MW）的电厂建设烟气脱硫设施时，宜优先考虑采用湿式石灰石—石膏工艺，脱硫率应保证在90%以上，投运率应保证在电厂正常发电时间的95%以上。燃用含硫量＜2%煤的中小电厂锅炉（＜200MW），或是剩余寿命低于10年的老机组，建设烟气脱硫设施时，在保证达标排放，并满足SO2排放总量控制要求的前提下，宜优先采用半干法、干法或其它费用较低的成熟技术，脱硫率应保证在75%以上，投运率应保证在电厂正常发电时间的95%以上。我国火电厂脱硫发展趋势目前，大型机组烟气脱硫，核心关键技术和设备仍然依赖于国外。投资和运行费用仍然降不下来，不适合我国国情。烟气脱硫国产化是必然趋势。这里提出了两大任务：要实现烟气脱硫技术的国产化和烟气脱硫设备的国产化。2000年原国家经贸委就发布了《火电厂烟气脱硫关键技术与设备国产化规划要点》规划要点的指导思想总体规划、突出重点、依据市场、依托项目、技贸结合、引进技术、立足创新、重点攻关、提高质量、形成能力，逐步提高国产化水平。利用国内科研、设计和制造部门现有技术力量和生产能力，在引进、消化吸收国外先进的烟气脱硫技术的基础上，加强技术创新、开发适合我国国情的火电厂烟气脱硫工艺，逐步实现火电厂烟气脱硫关键技术和设备的国产化。规划要点：烟气脱硫国产化目标分四步考虑：第一步:至2001年末，初步掌握火电厂湿法脱硫设计技术，启动火电厂烟气脱硫国产化示范工程，湿法烟气脱硫设备国产化率达80%左右。同时，选择若干种其它烟气脱硫工艺作为国产化的示范工程，编制国产化实施方案。第二步:至2003年末，具备独立完成火电厂湿法烟气脱硫工艺设计的能力，开发适合我国国情的火电厂烟气脱硫工艺，湿法烟气脱硫设备国产化率达90%以上。组织实施其它烟气脱硫国产化示范工程，并具备相应的设计能力。第三步:至2005年末，湿法烟气脱硫设备国产化率达95%以上。其它烟气脱硫工艺也要基本实现脱硫设备国产化。第四步:至2010年，湿法烟气脱硫设备国产化率达100%。掌握其它若干种烟气脱硫工艺的设计，设备国产化率达到95%以上。规划要点：国产化具体内容：首先设计技术国产化，其次设备国产化。设计技术国产化：引进国外设备的同时引进设计技术，并要消化吸收和创新。设备国产化分三类：已实现国产化的设备，可以实现国产化的设备，短期内需要引进的设备。烟气脱硫国产化的内容设计技术国产化：*设计参数的选取*工艺计算*吸收塔结构设计*工艺设备选型和配套*设备布置*控制系统设计*调试技术*施工安装标准和技术规范*工程管理和验收*运行和检修规程等。设备国产化（以湿式石灰石-石膏法工艺为例）：目前可以国产化的设备有：*风机类*泵类*吸收塔箱罐及钢结构类*物料输送设备类*除尘设备*定量给料类*制粉设备类*翅管式和热管式烟气换热器*防腐内衬*DCS控制系统等。目前已具备条件开发的设备有：*水力旋流分离器*真空皮带脱水机及附属设备*压力雾化喷嘴*除雾器*回转式和强制热媒水循环式烟气换热器*搅拌设备*特大容量的脱硫干风机*强制氧化用大流量高压离心风机*脱硫DCS系统控制软件等。目前仍需进口的设备有：*大容量脱硫湿风机*重要的检测采样一次元器件（包括进、出口SO2检测仪、烟尘检测仪、浆液浓度计、浆液流量计等）及其控制系统*关键部位阀门*喷淋系统*除雾器*大容量循环浆泵*烟气换热器*真空皮带脱水机等。二.脱硫工艺分类脱硫工艺分类燃烧前脱硫（洗煤）燃烧中脱硫（炉内脱硫）燃烧后脱硫（烟气脱硫FGD）烟气脱硫工艺分类⑴.按吸收剂的状态划分：a.干法：利用固态吸收剂、吸附剂或催化剂脱硫的方法。烟气循环流化床脱硫工艺，是目前我国在中小型发电锅炉上重点推广的工艺。b.半干法：采用液态吸收剂，利用烟气的热量，在脱硫反应的同时，蒸发吸收剂中的水分，使脱硫产物成为固态。c.湿法：采用液态吸收剂吸收烟气中的SO2。如湿式石灰石-石膏法等。在国内外，湿式石灰石-石膏法占湿法的80%，我国已将湿式石灰石-石膏法作为大容量机组（≥200MW）的电厂烟气脱硫优先考虑的方法。⑵.按脱硫产物划分：主要是根据对吸收产物的处理划分的。a.抛弃法：在采用碱性浆液如石灰、石灰石等碱性浆液作吸收剂时，生成的是亚硫酸盐和硫酸盐，将这些产物抛弃。b.回收法：将脱硫产物以可利用资源进行回收的方法。如回收石膏、SO2、稀硫酸、硫酸铵和硝酸铵。⑶.按脱硫原理划分：a.吸收法b.吸附法c.催化转化法1.湿式石灰石-石膏法烟气脱硫湿式石灰石-石膏法是将石灰石粉制成浆液，在吸收装置中将烟气中的SO2脱除而副产石膏的方法。该方法是目前应用最广的一种烟气脱硫（FGD）方法。脱硫率可达95%以上，运行可靠，技术最为成熟，可适用于高、中、低硫煤。最大缺点是设备庞大，占地面积大，投资和运行费用高。工艺系统简介系统包括：气-气换热器、吸收塔、石灰石粉和石灰石浆液制备、浆液循环槽、石膏脱水系统除雾器石膏制备系统净化后烟气气吸旋气流换收器除尘后烟气热喷淋层器塔真空皮带脱水机浆液制备浆液循环槽氧化空气石膏2.烟气循环流化床脱硫技术烟气循环流化床脱硫技术是把固体流态化技术引入到烟气脱硫工艺中的一项新技术，在20世纪80年代以后有了很大发展。烟气循环流化床是采用含湿量为3%～5%的石灰粉作为脱硫剂，在流化床中与高速流动的烟气接触完成脱硫。在流化床尾部除下来的吸收剂经增湿后循环使用。在钙硫比为1.1～1.5的情况下，脱硫率可达80%～90%。烟气循环流化床工艺系统简单，运行可靠，占地面积小，投资和运行费用低，无废水排放，是一种较好的干法脱硫工艺。循环流化床反应器排烟消石灰干粉仓分静电除尘器离器干灰再循环干灰排放锅炉烟气喷水加湿飞灰烟气循环流化床工艺系统简单，运行可靠，占地面积小，投资和运行费用低，无废水排放，是一种较好的干法脱硫工艺。Ca(OH)2+SO2CaSO3+H2OCa(OH)2+SO2+1/2O2CaSO4+H2O主要反应式3.旋转喷雾干燥法烟气脱硫称半干法工艺，基本工艺路线是将石灰制成一定浓度的浆液供给脱硫塔，在脱硫塔中由高速旋转（约10000转/min左右）的喷雾装置将浆液雾化成100μm以下的雾滴，同时与含SO2的热烟气接触；在雾滴干燥的同时，完成对SO2的吸收。经除尘分离后烟气排放，脱硫渣循环使用。旋转喷雾干燥法脱硫，工艺过程简单，设备少，占地小，不需对脱硫产品进行二次处理，没有废水排放，脱硫后的烟气不需二次加热。该法适用于燃用中、低硫煤锅炉的烟气脱硫。浆液槽消石灰浆液旋转喷雾除尘器去烟囱锅炉烟气干燥塔（静电或布袋式）脱硫渣再循环脱硫渣再循环排入灰场旋转喷雾干燥法工艺流程示意图Ca(OH)2+SO2CaSO3+H2OCa(OH)2+SO2+1/2O2CaSO4+H2O主要反应式4.炉内喷钙尾部增湿脱硫（LIFAC）技术LIFAC脱硫工艺是在炉内喷钙脱硫技术的基础上，在尾部烟道加装了增湿活化器，在活化器中，喷入的水雾与烟气中的未反应的氧化钙颗粒反应，生成活性更高的氢氧化钙，对SO2进一步吸收，总脱硫率可达70%～80%。目前，芬兰公司对装置作了改进，采用吸收剂再循环，可使脱硫率接近90%。LIFAC工艺适用于燃用中、低硫煤锅炉，投资少，占地小，特别适用于老厂改造。没有废水排放，烟气不需二次加热，运行费用低。但脱硫率较低，钙硫比高，吸收剂利用率低。水石灰石粉烟气活煤粉锅炉化静电除尘器去烟囱空气器灰渣再循环去灰场LIFAC法工艺流程示意图石灰石粉喷入950～1050℃的温度区，以生成多孔的、比表面积大、反应活性高的CaO。炉内反应：脱硫率30%左右CaCO3CaO+CO2CaO+SO2CaSO3CaO+SO2+1/2O2CaSO4尾部增湿活化反应器中的反应，：CaO+H2OCa(OH)2Ca(OH)2+SO2CaSO3+H2OCa(OH)2+SO2+1/2O2CaSO4+H2O总的脱硫率达到70%～80%.5.电子束法烟气脱硫（EBA）技术利用电子加速器产生的等离子体，氧化烟气中的SO2和NOX，同时与喷入的水和氨反应，生成硫酸铵和硝酸铵，达到同时脱硫、脱氮的目的。水液软空氨水气除尘器冷除尘器去烟囱锅炉烟气12却反应器塔肥料在反应器中经过以下四步主要反应：第一步，生成活性基团O2、H2O+e*·OH、HO2·、H、O2+、eO+O2+MO3+M（M为N2等分子）第二步，活性基团将SO2和NOX氧化成它们的高价氧化物NO+ONO2SO2+OSO3第三步，生成的SO3和NO2立即和喷入的软水反应，生成H2SO4和HNO3：SO3+H2OH2SO4NO2+H2OHNO3第四步，生成H2SO4和HNO3与液氨反应，生成硫酸铵和硝酸铵：H2SO4+NH3（NH4）2SO4HNO3+NH3NH4NO3电子束脱硫技术的优点是反应速率快，在一个装置内同时脱硫、脱氮，副产肥料，实现了废物资源化，没有废水排放。该工艺适应性强。缺点是控制系统复杂，要求严格，能耗高。6.海水烟气