第二章其他脱硫技术.

第二章火电厂脱硫技术第一节火电厂脱硫技术概述第二节湿式石灰石-石膏法脱硫技术第三节循环流化床脱硫技术第四节其他脱硫技术1第三节循环流化床脱硫技术在火力发电厂脱硫技术中，利用循环流化床原理的脱硫方法有两种，一种是燃烧中煤的脱硫技术，即循环流化床燃烧脱硫技术；另一种是燃烧后烟气脱硫，即烟气循环流化床脱硫技术。一、循环流化床燃烧脱硫技术二、烟气循环流化床脱硫技术2一、循环流化床燃烧脱硫技术1．概述锅炉按燃烧方式分类：层燃炉、煤粉炉、流化床层燃炉：就是炉料铺放在风板上处于静止状态，气流速度较低，只能从煤粒之间缝隙流过煤粉炉：将煤磨成小于0.1mm的细粉，用空气吹入炉膛进行燃烧。燃烧时的煤粉基本上是随着气流一起飘动，在炉膛内停留时间较短，一般2～3s即能基本烧完，燃烧温度高，炉膛中心温度约1300～1500℃，但炉内蓄热量少，因此燃用无烟煤时不易稳定，煤矸石和劣质燃料更难稳定燃烧。3流化床燃烧：小颗粒煤与空气在炉膛内处于沸腾状态下、高速气流与所携带的处于稠密悬浮态的煤料颗粒充分接触进行燃烧。它介于固定床和气流床之间，包括鼓泡流化床和循环流化床两种燃烧方式。循环流化床燃烧技术：是一种在炉内使高速运动的烟气与其所携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，并具有大量颗粒返混的流态化反应过程；同时，在炉外将绝大部分高温的固体颗粒捕集，并将它们送回炉内再次参与燃烧过程，反复循环地组织燃烧。典型的循环流化床燃烧系统如下图452．循环流化床燃烧脱硫机理循环流化床燃烧过程中最常用的脱硫剂是钙基脱硫剂，如石灰石、白云石等。发生下列反应：锻烧分解反应：CaCO3→CaO(s)+CO2(g)硫盐化反应(脱硫反应)：CaO(s)+SO2(g)+1/2O2(g)→CaSO4(s)生成的固体硫酸钙随炉渣、飞灰一起排出炉膛，从而实现脱硫的目的。(1)研究表明，高温锻烧后CaO的孔隙率可以高达50%，给脱硫反应创造了有利的条件；由于炉内强烈的湍流混合与颗粒的冲刷磨擦，使得气固传质和接触吸收反应效率很高，可以获得满意的脱硫效率。6(2)理论上，硫酸化反应中CaO与SO2按照等摩尔比例进行，但通常循环流化床的钙利用率只有20%～45%，脱硫产物CaSO4的摩尔体积(52.16cm3/mol)比CaO(17.26cm3/mol)大而使孔隙堵塞阻止内部CaO的进一步反应。即使经过很长的反应时间，钙利用率仍然很低。(3)循环流化床氮氧化物排放量低。一是因为锅炉燃烧温度一般控制在850～950℃，空气中的氮一般不会生成NOx；二是由于循环流化床锅炉普遍采用分级（或分段）送入二次风，这样可抑制NOx的生成，并使部分已生成的NOx得到还原。7二、烟气循环流化床脱硫技术1．概述烟气循环流化床脱硫技术(CFBFGD)已达到工业化应用的主要有四种工艺：德国Lurgi公司开发的烟气循环流化床脱硫技术(CFB)、德国Wulff公司开发的回流循环流化床脱硫技术(RCFB)、丹麦F.L.Smith公司开发的气体悬浮吸收工艺（GSA）烟气脱硫技术以及ABB公司开发的新型一体化脱硫技术(NID)。82．烟气循环流化床脱硫的原理一般认为当石灰、工艺水和燃煤烟气同时加入流化床中，会有以下主要反应发生：生石灰与液滴结合产生水合反应：CaO+H2O→Ca(OH)2SO2被液滴吸收：SO2+H2O→H2SO3Ca(OH)2与H2SO3反应：Ca(OH)2+H2SO3→CaSO3·1/2H2O+3/2H2O部分CaSO3·1/2H2O被烟气中的O2氧化：CaSO3·1/2H2O+1/2O2+3/2H2O→CaSO4·2H2O烟气中的HCl和HF等酸性气体同时也被Ca(OH)2脱除，总的反应式如下：Ca(OH)2+2HCl→CaCl2+2H2OCa(OH)2+2HF→CaF2+2H2O93．烟气循环流化床脱硫工艺流程(1)鲁奇(Lurgi)循环流化床烟气脱硫技术101)工艺流程。该系统由吸收剂制备、反应塔、吸收剂再循环和静电除尘器、水及蒸汽喷入装置等组成。在CFB脱硫系统中，由锅炉排出的烟气从流化床的底部进入(有的要经预除尘)。流化床吸收塔的底部为1个文丘里装置。设计文丘里段是为了使气流在整个容器内达到合理分布。烟气通过文丘里管的加速，与从渐扩段加入的再循环物料、新鲜Ca(OH)2粉和增湿水充分混合而悬浮起来，形成激烈的湍动状态，颗粒与烟气之间具有很大的相对滑落速度，颗粒反应界面不断摩擦、碰撞更新，从而极大地强化了气固间的传热、传质。同时通过向吸收塔内喷水，湿润颗粒表面，增大吸收剂的反应活性，烟气冷却到最佳的化学反应温度，这是提高烟气脱硫效率的关键。此时烟气中的SO2、SO3、HCl和HF等酸性成分被Ca(OH)2吸收而除去，生成CaSO3·1/2H2O等副产物。由于灰渣循环使用，吸收塔内有很高的飞灰和石灰颗粒浓度，通常高达500～1000g/m3。11经脱硫后带有大量固体颗粒的烟气由吸收塔的顶部排出进入吸收剂再循环除尘器中，该除尘器为带百叶窗的静电除尘器，烟气中的大部分颗粒被分离出来。被分离出的颗粒经过中间灰仓返回到吸收塔循环使用。由于大部分的颗粒被循环多次，因此固体物料的累积滞留时间很长，可达30min以上，这大大延长了烟气与吸收剂的接触时间，加大了SO2的传质总量，使吸收剂得以充分利用。从百叶窗分离器及电除尘器下收集的干灰，一部分送回循环反应塔再循环灰入口，另一部分送至干灰库。除尘后的烟气温度为70～75℃，不必再加热，可直接从烟囱排出122)工艺特点①没有喷浆系统及浆液喷嘴，只喷入水和蒸汽，②新鲜石灰与循环床料混合进入反应器，依靠烟气悬浮，喷水降温反应；③床料有98%参与循环，新鲜石灰在反应器内停留时间累计可达到30min以上，使石灰利用率可达99%；④反应器内烟气流速为1.83～6.1m/s，烟气在反应器内停留时间约3s，可以满足锅炉负荷从30%～100%范围内的变化；⑤对含硫量为6%的煤，脱硫率可达92%；⑥基建投资相对较低，不需专职人员进行操作和维护；⑦存在的问题是生成的亚硫酸钙比硫酸钙多，亚硫酸钙需经处理才可成为硫酸钙。13(2)回流式循环流化床烟气脱硫技术14与Lurgi公司的工艺相比，RCFB工艺主要在吸收塔的流场设计和塔顶结构上做了较大改进，在吸收塔上部出口区域布置了独创的回流板。1)工艺流程RCFB吸收塔中烟气由下向上运动，脱硫剂和飞灰在塔内回流由上向下运动，使参与反应的气—固两反应物做逆向运动，脱硫剂与SO2能得到充分的混合。在RCFB吸收塔中，脱硫剂及飞灰除在内部有回流外，在外部还设有循环装置，可使脱硫剂在塔内循环次数达100～150次，使得脱硫剂在塔内的停留时间折算可达30min左右，充分利用固体颗粒之间的相互碰撞摩擦，提高了脱硫剂的利用率。RCFB工艺最显著的特点即采用了内、外循环的方式，由于Ca(OH)2粉末的多次再循环，从而实现在较低钙硫比下的高效脱硫。15RCFB吸收塔中一部分烟气产生回流，提高了吸收剂的利用率和脱硫效率。另外，吸收塔内产生回流使得塔出口的含尘浓度大大降低。一般说来，塔内部回流的固体物量为外部再循环量的30%～50%。这样便大大减轻了除尘器的负荷162)工艺特点①与常规的循环流化床及喷雾吸收塔脱硫技术相比，石灰耗量(费用)有极大降低；②维修工作量少，设备可用率很高；③运行灵活性很高，可适用于不同的SO2含量(烟气)及负荷变化要求；④不需增加锅炉运行人员；⑤由于设计简单，石灰耗量少，维修工作量小，投资与运行费用较低，约为石灰－石膏工艺技术的60%；⑥占地面积小，适合新老机组，特别是中、小机组烟气脱硫地改造。17(3)气体悬浮吸收烟气脱硫工艺18工作原理和前两种工艺十分类似，不同之处在于GSA工艺所用的脱硫剂不是干消化石灰，而是石灰浆。1)工艺流程。从锅炉出来的烟气进入GSA反应器的底部与雾化的石灰浆混合，反应器内的石灰浆在干燥过程中与烟气中的SO2及其他酸性气体进行中和反应。烟气经旋风分离器分离粉尘后进入电除尘器或滤袋式除尘器，然后符合标准的清洁气经烟囱排放到大气中。含有脱硫灰和未反应完全的石灰的流化床床料在旋风分离器中分离，其中99%的床料经调速螺旋装置送回反应器中循环，只有大约1%的床料作为脱硫灰渣排出系统。192)工艺特点。①床料高倍率循环(约100倍)，因此保证吸收剂与烟气充分接触，提高吸收剂的利用率；②流化床床料浓度高达500～2000g/m3，约为普通流化床床料浓度的50～100倍；③烟气在反应器及旋风分离器中停留时间短(3～5s)；④脱硫率高达90%以上；⑤吸收剂利用率高，消耗量少，Ca/S＝1.2；⑥运行可靠，操作简便，维护工作量少，基建投资相对较低；20(4)NID工艺_集除尘和脱硫一体的综合工艺213．影响CFB脱硫率的主要因素(1)固体颗粒物浓度和钙硫摩尔比的影响实验结果显示：随着床内固体颗粒物浓度的逐渐升高，脱硫率也随着升高；同时表明SO2脱除率随Ca/S的增加而增加。钙硫比从2增大到4，脱硫率提高幅度很大，而超过4则曲线平缓，钙硫比太大不必要、也是不经济的。(2)烟气停留时间对脱硫率的影响。实验发现，烟气在CFB反应器中的停留时间由3.5s增至4.6s，脱硫效率增加的幅度较小，这表明在循环流化床里，SO2脱除反应大部分都发生在1～3s的浆滴蒸发期内，当液相蒸发完毕时，反应基本停止。22(3)床层温度对脱硫率的影响。在烟气循环流化床脱硫工艺中，可用CFB出口烟气温度与相同状态下的绝热饱和温度(露点温度)之差△t来表示床层温度的影响。△t越小则系统的脱硫效率越高。(4)脱硫吸收剂粒径的影响。23第四节其他脱硫技术一、喷雾干燥法脱硫(SDA)24工艺主要可分为六个阶段：①吸收剂制备；②吸收剂浆液雾化；③雾粒与烟气的接触混合；④液滴蒸发与SO2吸收；⑤灰渣排出；⑥灰渣再循环。主要工艺特点有：①喷雾干燥法的原理和装置都较简单，但它的系统设计和设备制造要求高。②在操作上对自动控制的要求比较严格，不仅吸收剂的用量要根据入口SO2浓度变化迅速加以调整，同时还要根据烟气温度的高低调节液体用量，以保证足够的脱硫效率和合理的吸收剂利用率。③存在单机容量小，Ca/S较高，废渣回收困难，喷雾器较易磨损，石灰系统易结垢堵塞的缺点。25二、LIFAC脱硫LIFAC脱硫是由芬兰Tampella公司和IVO公司联合研究开发的干法烟气脱硫工艺。LIFAC工艺的全称为炉内喷钙尾部烟气增湿活化。该工艺系统简单、投资低、脱硫费用小、占地面积少，但脱硫效率仅为80%左右。应用于燃用低硫煤电厂的烟气脱硫。2627第一阶段，即炉内喷钙阶段，粒度为325目左右的石灰石粉用气力喷射到锅炉炉膛上部温度为900℃～1250℃的区域。这一阶段的脱硫率在25％～35％。第二阶段，即炉后增湿活化阶段，在一个专门的活化器中喷入雾化水(雾滴粒径50～100μm)对烟气进行增湿，可使系统的总脱硫率达到75％以上。除上述两个反应阶段外，还有灰浆或干灰再循环过程，可以使系统总脱硫率提高到85％。将电除尘器收集的部分飞灰，以及在活化器中未反应的CaO和Ca(OH)2再循环送回活化器，称为干灰再循环；将电除尘器收集的部分飞灰加水制成灰浆送入活化器，称为加湿灰浆再循环。28三、海水脱硫①不添加任何其他化学物质，用纯海水作为吸收液的工艺，这种工艺已得到广泛的工业应用；②向海水中添加一定量石灰以调节海水碱度，未推广应用。29吸收塔内洗涤烟气后的海水呈酸性，并含有较多的SO32-，不能直接排放到海水中去。吸收塔排出的废水流入海水处理厂，与来自冷却循环系统的海水混合，并用鼓风机鼓入大量空气，使SO32-氧化为SO42-，并驱赶出海水中的CO2。混合并处理后海水的pH值、COD等达到排放标准后排入海域。净化后的烟气通过GGH升温后经烟囱排入大气。30四、电子束同时脱硫脱硝技术(EBA)1－锅炉；2、7－除尘器；3－冷却塔；4－氨储罐；5－电子加速器；6－反应器；8－引风机；9－副产品储罐；10－烟囟31工艺原理为：直流高压电源产生的电子束经电子加速器加速后辐照烟气，使烟气中的O2、H2O等生