大气污染控制工程精品课程

大气污染控制工程精品课程•第7章硫氧化物的污染控制•主讲教师：吴奇•LIFAC烟气脱硫工艺•在燃煤锅炉炉内喷钙的基础上再配合在锅炉空气预热器后增加活化反应器进行烟气进一步脱硫•LimestoneInjectionintotheFurnaceandActivationCalciumOxide•1986年由芬兰的Tampella和IVO公司开发投入运行LIFAC烟气脱硫技术图LIFAC工艺的工艺流程活化器内的脱硫原理：CaO+H2O→Ca(OH)2（水合反应）Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2OCaSO3→1/2CaSO4影响活化器内脱硫效率的因素•雾化水量•液滴粒径•水雾分布•出口烟温等活化器脱硫效率通常在40%~60%之间。整个LIFAC工艺系统的脱硫效率h：h=h1+(1-h1)h2通常整个LIFAC工艺系统的脱硫率为60%~85%LIFAC烟气脱硫技术•烟气再加热•目的：将烟气温度提高到比露点高10~15℃•原因：雾化水的蒸发导致活化水出口烟温的降低•加热工质：蒸气，空气或未经活化器的烟气•特点：•系统简单投资低•中等脱硫效率对机组影响不大•运行维护方便适用于中、小容量机组和老电厂的改造。脱硫灰再循环工艺将从电除尘下来的粉尘返回一部分到活化器中再次利用原因：活化器的出口烟气中含有一部分可加于利用的钙化物LIFAC的应用对锅炉运行的影响：•（1）炉膛内在喷射石灰石后不会造成受热面的结焦、腐蚀和严重积灰，对受热面有时会出现轻微的积灰，采用常规吹灰器就可以消除；•（2）由于烟气量、烟气温度、粉尘浓度和粉尘特性的改•变，电除尘器的除尘效率将略有下降；•（3）增加活化器后烟道阻力将增加；•（4）石灰石粉和载气、混合空气吹入炉膛后的化学反应对锅炉效率的影响将随钙硫比和脱硫效率而异，在一般情况下热量损失不超过总燃料量的0.3%；•（5）由于增加了脱硫装置会导致厂用电的增加，其增加量约为总发电量的0.5~0.7%，其中以石灰石粉制备系统耗能最多（四）喷雾干燥法烟气脱硫一种湿－干法脱硫工艺，市场份额仅次于湿钙法–脱硫过程•SO2被雾化的Ca(OH)2浆液或Na2CO3溶液吸收•温度较高的的烟气干燥液滴形成干固体废物•干废物由袋式或电除尘器捕集–设备和操作简单，废物量小，能耗低（湿法的1/2~1/3)（四）喷雾干燥法烟气脱硫（四）喷雾干燥法烟气脱硫图典型的半干法脱硫工艺流程主要系统•（1）石灰浆制备系统•将生石灰制成粒度为50mm、具有较高活性的石灰乳浆•（2）脱硫系统•石灰乳浆在吸收塔内被雾化成100mm的雾粒，与烟气接触混合，完成烟气脱硫的化学反应该工艺化学物理原理为：•CaO+H2O→Ca(OH)2•SO2+H2O→H2SO3•Ca(OH)2+H2SO3→CaSO3+H2O•CaSO3(液)+1/2O2→CaSO4(液)•CaSO3(液)→CaSO3(固)•CaSO4(液)→CaSO4(固)•该工艺的主要优点•投资和占地面积相对较小•无废水排放•技术较为成熟•缺点•对吸收剂的质量要求较高•脱硫副产品大部分是CaSO3,难于进行综合利用。•吸收塔的温度•要求足够地低，以满足脱硫化学反应的要求；•要求保证高于露点，以防止设备和烟道的腐蚀。•在钙硫比不变的情况下，通过水量的变化来控制吸收塔的出口温度。•影响喷雾干燥干法烟气脱硫效率的主要因素：•（1）钙硫比•随着钙硫比的增加，脱硫率也增大，但其增大的幅度由大到小，最后趋于平稳。•（2）吸收塔出口烟温•温度越低，脱硫率越高。•SO2脱除反应的基本条件是吸收剂雾滴必须含有水分。•（3）灰渣再利用•提高钙的利用率，改善传热传质条件，改善吸收塔塔壁结垢的趋势。（四）喷雾干燥法烟气脱硫–主要过程•吸收剂制备•吸收和干燥•固体捕集•固体废物处置2223232242()()()()2()2()0.5()2()CaOHsSOgHOlCaSOHOsCaSOHOsOgCaSOHOs所得到得脱硫产物是干态形式特点：•投资较湿法低•无需装设除雾器及烟气再热器•适合于含硫量中等、有高品位石灰石来源的电厂应用干法烟气脱硫干法脱硫技术干法脱硫技术1.干法喷钙脱硫干法脱硫技术2.循环流化床烟气脱硫3.粉煤灰干式烟气脱硫技术–将煤灰、石灰和石膏以一定比例混合，经蒸汽熟化增加活性后干燥成直径约为6mm、长约为3~10mm的圆柱形颗粒组成•日本北海道电力公司•1985年开始进行研究•1988年底完成工业实用化研究（处理烟气量为50000Nm3/h）•1991年首台煤灰脱硫装置（1/2容量，处理烟气量644000Nm3/h）年投入运行3.粉煤灰干式烟气脱硫技术该项技术的特点：（1）脱硫率可以达到90%以上，且性能稳定，达到了一般湿法脱硫的水平；（2）脱硫剂成本低，有益于环境保护；（3）用水量少，无需排水处理和排气再加热，设备总费用比湿法低1/4；（4）煤灰脱硫剂可以重复利用，或可另作它用（5）没有料浆系统，维护比较容易，设备简单可靠。粉煤灰烟气脱硫的基本反应式为粉煤灰+石灰+石膏+SO2→煤灰+石膏特殊的效果：•（1）煤灰和石膏能加速脱硫化学反应，使反应完全•（2）脱硫效率超过活性炭，同时还具有脱硝的能力•（3）反应温度低，对脱硫有利，但会使水分的不利影响增大3.粉煤灰干式烟气脱硫技术•。图煤灰干式烟气脱硫基本原理及工艺流程3.粉煤灰干式烟气脱硫技术第一台大型实用的设备地点：日本的占东厚真电厂。运行参数为：处理烟气量644000Nm3/h入口SO2浓度2288mg/m3入口烟气含尘浓度200mg/Nm3,脱硫率大于90%，Ca利用率大于80%，占地面积为5000m2。（五）同时脱硫脱氮工艺•（一）湿法同时脱硫脱氮工艺–1.氯酸氧化法–WSA－SNOX法–湿法FGD添加金属螯合剂（五）同时脱硫脱氮工艺•（二）干法同时脱硫脱氮工艺–NOXSO法–SNRB法–CuO同时脱硫脱氮工艺（六）烟气脱硫工艺的综合比较•主要涉及因素–脱硫效率–钙硫比–脱硫剂利用率–脱硫剂的来源–脱硫副产品的处理处置–对锅炉原有系统的影响–对机组运行方式适应性的影响–占地面积–流程的复杂程度–动力消耗–工艺成熟度燃煤二氧化硫污染控制技术综合评价•评价指标–1.技术成熟度。依脱硫技术目前所处的开发阶段，分为实验室，中试，示范和商业化四个阶段–2.技术性能。包括脱硫效率，处理能力，技术复杂程度，占地情况，能耗及副产品利用等，反映技术的综合性能–3.环境特性。环境特性根据处理后烟气的SO2排放量与排放标准比较进行评价–4.经济性。选用技术的总投资和SO2单位脱硫成本为综合经济性的评价指标燃煤二氧化硫污染控制技术综合评价•燃烧前和燃烧中技术技术技术指标成熟度经济性环境特性节能率投资成本选煤中等-不好10%商业化动力煤:45元/t﹒a炼焦煤:65元/t﹒a4～5元/t7～8元/t水煤浆好0.5t替1t燃料油商业化示范152元/t﹒a162元/t煤气化好-很好城市煤气节:20%工业燃料气:10%德士古商业化引进鲁奇商业化引进甲烷化技术已示范1500元m3/d1000元m3/d1300元m3/d0.85元/m30.65元/m30.90元/m3煤液化很好实验室400美元/t﹒a135美元/t先进燃烧器中等-好商业化改装费占锅炉出厂价的0.36%－流化床燃烧很好比煤粉炉节煤10%商业性示范220t/h与煤粉炉相当－型煤中等-不好15%蜂窝煤:商业化工业型煤:示范蜂窝煤:50元/t﹒a工业型煤:100元/t﹒a127元/t140元/tIGCC很好比煤粉炉节煤将进行商业示范1520美元/KW－序号脱硫工艺名称脱硫工艺原理工艺特点应用情况1石灰石-石膏湿法利用石灰石粉料浆洗涤烟气，使石灰石与烟气中的SO2反应生成亚硫酸钙，脱去烟气中的SO2，再将亚硫酸钙氧化反应生成石膏。优点：脱硫率高：≥95%、工艺成熟、适合所有煤种、操作稳定、操作弹性好、脱硫剂易得、运行成本低、副产物石膏可以综合利用，不会形成二次污染；缺点：工艺流程较长，投资较高；国外应用广泛，使用比例占80--90%。国内有应用实例。2简易石灰石-石膏湿法简易湿法烟气脱硫工艺的脱硫原理和普通湿法脱硫基本相同，只是吸收塔内部结构简单（采用空塔或采用水平布置），省略或简化换热器。优点：投资和占地面积比湿法小；缺点：脱硫率低：约70%国外应用较少，国内有应用实例3海水脱硫法利用海水洗涤烟气吸收烟气中的SO2气体。优点：脱硫率比较高：≥90%、工艺流程简单，投资省、占地面积小、运行成本低；缺点：受地域条件限制，只能用于沿海地区。只适用于中、低硫煤种、有二次污染。国内外均有部分成功应用实例（深圳西部电厂）4旋转喷雾干燥法将生石灰制成石灰浆，将石灰浆喷入烟气中，使氢氧化钙与烟气中的SO2反应生成亚硫酸钙。优点：工艺流程比石灰石-石膏法简单，投资也较小。缺点：脱硫率较低：约70-80%、操作弹性较小、钙硫比高，运行成本高、副产物无法利用且易发生二次污染（亚硫酸钙分解）。国内外均有少数成功应用实例（黄岛电厂）序号脱硫工艺名称脱硫工艺原理工艺特点应用情况5炉内干法喷钙直接向锅炉炉膛内喷入石灰石粉，石灰石粉在高温下分解为氧化钙，氧化钙与烟气中的SO2反应生成亚硫酸钙。优点：工艺流程比石灰石-石膏法简单，投资也较小。缺点：脱硫率较低：约30-40%、操作弹性较小、钙硫比高，运行成本高、副产物无法利用且易发生二次污染（亚硫酸钙分解）。国内外均有少数成功应用实例（抚顺电厂）6炉内喷钙-尾部增湿法直接向锅炉炉膛内喷入石灰石粉，石灰石粉在高温下分解为氧化钙，氧化钙与烟气中的SO2反应生成亚硫酸钙。为了提高脱硫率，在尾部喷入水雾，增加氧化钙与烟气中的SO2反应活性。优点：工艺流程比石灰石-石膏法简单，投资也较小。缺点：脱硫率较低：约70%、操作弹性较小、钙硫比高，运行成本高、副产物无法利用且易发生二次污染（亚硫酸钙分解）。国内外均有少数成功应用实例（抚顺电厂）7烟气循环流化床在流化床中将石灰粉按一定的比例加入烟气中，使石灰粉在烟气当中处于流化状态反复反应生成亚硫酸钙。优点：钙利用率高、无运动部件、投资省。缺点：脱硫率较低：≥80%、对石灰纯度要求较高，国内石灰不易保证质量、烟气压头损失大、由于加料不均匀会影响锅炉运行。国内外均有少数成功应用实例8活性炭法使烟气通过加有催化剂的活性炭，烟气中的SO2经催化反应成SO3并吸附在活性炭中，用水将活性炭中的SO3洗涤成为稀硫酸同时使活性炭再生。优点：脱硫率较高：≥90%、工艺流程简单、无运动设备、投资较省、运行费用低。缺点：副产物为稀硫酸，不适宜运输，只能就地利用消化。活性炭每5年需要更换。国内外均有少数成功应用实例（四川豆坝电厂）序号脱硫工艺名称脱硫工艺原理工艺特点应用情况9电子束法将烟气冷却到60℃左右，利用电子束辐照；产生自由基，生成硫酸和硝酸，再与加入的氨气反应生成硫酸铵和硝酸铵。收集硫酸铵和硝酸铵粉造粒制成复合肥。优点：脱硫率高：≥90%、同时脱硫并脱硝，副产物是一种优良的复合肥，无废物产生。缺点：投资高，因设备元件不过关，大型机组应较困难。国内外均有少数成功应用实例（四川成都热电厂、北京热电厂）10脉冲电晕法将烟气冷却到60℃左右，利用高压电场辐照；产生自由基，生成硫酸和硝酸，再与加入的氨气反应生成硫酸铵和硝酸铵。收集硫酸铵和硝酸铵粉造粒制成复合肥。优点：脱硫率高：≥90%、同时脱硫并脱硝，副产物是一种优良的复合肥，无废物产生。缺点：投资高，因设备元件不过关，大型机组应较困难。尚处于试验当中。我国的脱硫技术应用现状•旋转喷雾半干法脱硫中试装置70000m3/h,1991年投运，四川白马电厂•湿法烟气脱硫2×360MW，1992年投运，华能重庆珞璜电厂2×100MW北京一热，2×200MW重庆电厂2×125MW半山电厂1998年签定合同•炉内喷钙脱硫加尾部增湿活化脱硫125MW,1999年投运，江苏下关电厂•海水脱硫技术300MW，1998年投运，深圳西部电厂2×600MW，正在施工，福建漳州电厂