-石膏湿法脱硫技术的探讨

我的论文：石灰石-石膏湿法脱硫技术的探讨最快的国家之一，电力供应取得了长足的发展。到2003年底，我国发电装机总容量达到3.91亿千瓦，发电量达到19052亿千瓦时，其中火电装机容量2.9亿千瓦，发电量15790亿千瓦时，分别占全国发电装机总容量和总发电量的74.1%和82.9%。由于我国煤炭含硫量在1%以下的低硫煤约占70%,含硫量小于0.5%的比例较低而且我国火电厂脱硫发展较慢，致使酸雨和SO2污染日趋严重。所以，火电厂烟气脱硫迫在眉睫。石灰石-石膏湿法脱硫技术是目前使用最广泛的烟气脱硫技术。本文重点讲述湿法脱硫技术的原理、脱硫系统的组成、脱硫系统运行中存在的相关问题，对未来脱硫技术的展望。其中，脱硫系统的组成和脱硫系统运行中存在的相关问题是本文详细介绍的两个要点。石灰石-石膏湿法脱硫系统由以下8个系统组成：吸收塔系统、烟气系统、烟气旁路系统、石灰石制备系统、石膏脱水系统、工艺水系统、排放系统、电气系统。石灰石-石膏湿法脱硫系统在运行中存在的问题有：脱硫效率降低、烟气再热、吸收塔结垢、烟气管道腐蚀、废水的处理、脱硫系统的风机配置、烟气脱硫的自动控制。关键词：大气污染、脱硫系统、湿法脱硫、GGH目录第一章绪论41.1我国的大气污染现状与火电厂烟气脱硫41.2烟气脱硫的种类51.2.1石灰石(石灰)—石膏湿法脱硫法51.2.2喷雾干燥法脱硫法61.2.3炉内喷钙加尾部烟气增湿活化脱硫法71.3.4烟气循环流化床脱硫工艺71.2.5海水脱硫工艺81.2.6电子束法脱硫工艺81.2.7氨水洗涤法脱硫工艺91.3烟气脱硫是火电厂控制so2排放的主要途径10第二章石灰石-石膏湿法脱硫的介绍132.1石灰石-石膏脱硫原理132.2.系统构成142.3.1烟气系统：142.3.2石灰石制备系统152.3.3吸收塔系统152.3.4烟气旁路系统162.3.5石膏脱水系统162.3.6工艺水系统172.3.7排放系统172.3.8电气系统18第三章湿法脱硫系统运行中存在的问题193.1湿法脱硫效率低193.1.1烟气温度的影响193.2.2烟气含尘浓度的影响193.3.3石灰石粉品质和纯度的影响193.4.4钙硫比的影响193.2吸收塔结垢和堵塞203.2.1吸收塔结垢203.2.2吸收塔堵塞203.3脱硫系统的低温腐蚀213.4烟气再热系统问题213.5废水处理253.5.1脱硫废水的特性253.5.2.废水处理方法263.6烟气脱硫系统风机综合配置考虑283.6.1脱硫增压风机的位置布置及选型分析283.7脱硫系统的自动控制343.7.1闭环控制343.7.2系统级顺序控制363.7.3烟气旁路的控制373.7.4脱硫系统自动控制存在的问题37总结39（1）烟气脱硫市场需求预测与分析39(2)实现进一步发展烟气脱硫尚需探讨的一些问题391.方针和政策393.资金问题404.降低排烟脱硫装置造价问题41(3)对烟气脱硫的展望41参考文献43致谢44附录AJBR系统45附录B石灰石浆液制备系统46附录C烟气脱硫系统47第一章绪论根据我国《大气环境质量保证》（GB3095-82）的限制，大气污染物主要是指以下六种：总悬浮微粒、飘尘、二氧化碳、氮氧化物、一氧化碳和光化学氧化剂。1.1我国的大气污染现状与火电厂烟气脱硫不合理的能源结构是影响大气污染的重要因素之一。作为世界上经济发展最快的国家之一,我国能源消耗量近10年来稳步增长。煤,不仅是过去、现在,还是不远的将来,都将是我国主要的能源形式,这就决定了煤的消耗在我国的大气污染状况起了决定性的作用。由于原煤的利用仍然是我国主要的能源形式,煤燃烧后产生的颗粒物(我国主要监测指标为总悬浮颗粒物TSP)和二氧化硫（SO2)是我国主要的大气污染物。[1]中国是燃煤大国,煤炭占一次能源消费总量的75%,连续多年超过2000万t,已居世界首位，致使酸雨和SO2污染日趋严重。目前已有62%的城市环境空气SO2平均浓度超过二级标准,日平均浓度超过国家《环境空气质量标准》三级标准。根据1998年中国环境状况公报:“我国的大气环境污染仍然以煤烟型为主,主要污染是SO2和烟尘。酸雨问题依然严重。1998年SO2排放总量为2090万t,其中工业来源的排放量为1593万t,占76.2%,生活来源的排放量497万t。在工业排放的SO2中,县及县以上工业企业排放1172万t,占73.6%;乡镇企业排放421万t。”1998年全国发电装机容量达到27700万kW,比上年增长9.07%,发电量达到11577亿kW&8226;h,比1997年增长2.07%。其中火电装机容量为20988万kW,占75.7%,火电发电量为9388亿kW&8226;h,占81%。据初步推算,1998年全国火电厂排放的SO2约为780万t,占全国SO2排放量的37.3%。到2003年底，我国发电装机总容量达到3.91亿千瓦，发电量达到19052亿千瓦时，其中火电装机容量2.9亿千瓦，发电量15790亿千瓦时，分别占全国发电装机总容量和总发电量的74.1%和82.9%。据专家测算估计，我国2003年火电厂二氧化硫排放量1000万吨左右，到“十一五”末排放仍呈上升趋势，在达到1200万吨后开始逐步下降，这与《国家环境保护“十五”规划》要求存在较大的差距。目前，我国正处在大规模控制火电厂二氧化硫排放初始阶段。用烟气脱硫装置控制二氧化硫排放已成为各阶层的共识。根据我国法规要求，在未来10年，预计约有近2亿千瓦火电机组需建设烟气脱硫装置；从费用需求看，预计约有近700亿元的市场。因此，加快推进、健康发展我国火电厂脱硫事业，对于火电厂的环境保护乃至全国的环境保护都具有十分重要的意义。只有统筹考虑，抓住主要矛盾，采取综合对策才能达到目的。如果对SO2如不加以控制,对城市污染及酸雨面积加速蔓延将对人民生命和财产造成严重损害。1.2烟气脱硫的种类到2003年底，全国投产及在建的脱硫装机容量约2000万千瓦，其中建成及投运的约1000万千瓦。目前，我国已有石灰石-石膏湿法、旋转喷雾干燥、常压循环流化床法、海水脱硫法、炉内喷钙尾部烟气增湿活化法、电子束法、烟气循环流化床等共十多种工艺的脱硫装置在商业化运行或进行了工业示范。[3]可以说世界上已有先进、成熟的火电厂脱硫工艺在我国基本都有。在这些技术中，主流的脱硫技术仍为石灰石-石膏湿法脱硫技术。通过试点，示范工程的建设以及市场的竞争作用，有些脱硫技术已逐渐淘汰出局。1.2.1石灰石(石灰)—石膏湿法脱硫法该工艺采用价廉易得的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拌成吸收浆液。当采用石灰为吸收剂时,石灰粉经消化处理后加水搅拌制成吸收浆。在吸收塔内,吸收浆液与烟气接触混合,烟气中的SO2与浆液中的碳酸钙进行化学反应,再通过鼓入空气氧化,最终产物为石膏。脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴,经换热器加热升温后排入烟囱。脱硫石膏浆经脱水装置脱水后回收。由于吸收浆液循环利用,脱硫吸收剂的利用率很高。该脱硫法的主要特点如下:(1)效率高。该工艺脱硫率高达95%以上,脱硫后的烟气不但SO2浓度很低,而且烟气含尘量也大大减少。大机组采用湿法脱硫工艺,SO2除量大,有利于地区和电厂实行总量控制。(2)技术成熟,运行可靠性好。国外这种装置投运率一般可达98%以上,由于其发展历史长,技术成熟,运行经验多,因此不会因脱硫设备而影响锅炉的正常运行。特别是新建的大机组采用湿法脱硫工艺,使用寿命长,可取得良好的投资效益。(3)对煤种变化的适应性强。该工艺适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫,无论是含硫量大于3%的高硫煤,还是含硫量低于1%的低硫煤。(4)占地面积大,一次性建设投资相对较大。该工艺比其它工艺的占地面积要大,现有电厂在没有预留脱硫场地的情况下采用该工艺有一定的难度,其一次性建设投资比其它工艺也要高一些。(5)吸收剂资源丰富,价格便宜。作为该工艺吸收剂的石灰石在我国分布很广,资源丰富,品位也很好,碳酸钙含量多在90%以上,优者可达95%以上。在脱硫工艺的各种吸收剂中,石灰石价格最便宜,破碎磨细较简单,钙利用率较高。(6)脱硫副产物便于综合利用。该工艺的脱硫副产物为无水石膏。在日本、德国脱硫石膏年产量分别为250万t和350万t,基本上都能综合利用,主要用于生产建材和水泥缓凝剂。脱硫副产物综合利用不仅可以增加电厂效益、降低运行费用,而且可以减少脱硫副产物处置费用,延长灰场使用年限。(7)技术进步快。近年来国外对工艺进行了深入的研究与不断的改进,如吸收装置由原来的冷却、吸收、氧化三塔合为一塔,塔内流速大幅度提高,喷嘴性能进一步改善等。通过技术进步和创新,可望使该工艺占地面积较大、造价较高的问题逐步得到解决。石灰石(石灰)—石膏湿法脱硫是目前世界上技术最为成熟、应用最多的脱硫工艺,特别在美国、德国和日本,应用该工艺的机组容量约占电站脱硫装机总容量的80%以上,应用的单机容量已达1000MW及以上。1.2.2喷雾干燥法脱硫法喷雾干燥法脱硫工艺以石灰为脱硫吸收剂,石灰经消化并加水制成消石灰乳,由泵打入位于吸收塔内的雾化装置,在吸收塔内,被雾化成细小液滴的吸收剂与烟气混合接触,与烟气中的SO2发生化学反应生成CaSO3,烟气中的SO2被脱除。与此同时,吸收剂带入的水分迅速被蒸发而干燥,烟气温度随之降低。脱硫反应产物及未被利用的吸收剂呈干燥颗粒状,随烟气带出吸收塔,进入除尘器被收集。脱硫后的烟气经除尘器除尘后排放。为了提高脱硫吸收剂的利用率,一般将部分除尘器收集物加入制浆系统进行循环利用。该工艺有两种不同的雾化形式可供选择,一种为旋转喷雾轮雾化,另一种为气液两相流。喷雾干燥法脱硫工艺具有技术成熟、工艺流程较为简单、系统可靠性高等特点,脱硫率可达到85%以上。该工艺在美国及西欧一些国家有一定应用范围(8%)。脱硫灰渣可用作制砖、筑路,但多为抛弃至灰场或回填废旧矿坑。1.2.3炉内喷钙加尾部烟气增湿活化脱硫法该工艺技术是在炉内喷钙脱硫工艺的基础上在锅炉尾部增设了增湿段,以提高脱硫效率。该工艺多以石灰石粉为吸收剂,石灰石粉由气力喷入炉膛850～1150℃温度区,石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳,氧化钙与烟气中的SO2反应生成亚硫酸钙。由于反应在气固两相之间进行,受到传质过程的影响,反应速度较慢,吸收剂利用率较低。在尾部增湿活化反应器内,增湿水以雾状喷入,与未反应的氧化钙接触生成氢氧化钙进而与烟气中的SO2反应。当钙硫比控制在2.0～2.5时,系统脱硫率可达到65%～80%。由于增湿水的加入使烟气温度下降,一般控制出口烟气温度高于露点温度10～15℃,增湿水由于烟温加热被迅速蒸发,未反应的吸收剂、反应产生呈干燥态随烟气排出,被除尘器收集。该脱硫工艺在芬兰、美国、加拿大、法国等国家得到应用,采用这一脱硫技术的最大单机容量已达300MW。1.3.4烟气循环流化床脱硫工艺该工艺由吸收剂制备、吸收塔、脱硫灰再循环、除尘器及控制系统等部分组成。一般采用干态的消石灰粉作为吸收剂,也可采用其它对SO2有吸收反应能力的干粉或浆液作为吸收剂。未经处理的烟气从吸收塔(即流化床)底部进入。吸收塔底部为一个文丘里装置,烟气流经文丘里管后速度加快,并在此与很细的的吸收剂粉末互相混合,颗粒之间、气体与颗粒之间剧烈摩擦,形成流化床,在喷入均匀水雾降低烟温的条件下,吸收剂与烟气中的SO2反应生成CaSO3和Ca-SO4。脱硫后携带大量固体颗粒的烟气从吸收塔顶部排出,进入再循环除尘器,被分离出来的颗粒经中间灰仓返回吸收塔,由于固体颗粒反复循环达百次之多,故吸收剂利用率较高。此工艺的副产物呈干粉状,其化学成分与喷雾干燥法脱硫工艺类似,主要由飞灰、CaSO3、Ca-SO4和未反应完的吸收剂Ca(OH)2等组成,适合作废矿井回填、道路基础等。典型的烟气循环流化床脱硫工艺,当燃煤含硫量为2%左右,钙硫比不大于1.3时,脱硫率可达90%以上,排烟温度约70℃。此工艺在国外目前应用在100～200MW等级机组。由于其占地面积少,投资省,尤其适合于老机组烟气脱硫。1.2.5海水脱硫工艺