大气污染控制工程第八章,第四节-干法烟气脱硫

第七节干法烟气脱硫1.特点：①技术流程简单；②用较低的投资可以达到中等的脱硫效果；2.种类：炉内喷钙管道喷射混合喷射吸收剂喷射技术3.研究热点高能电子活化氧化法（电子束照射法、脉冲电晕等离子体法）荷电干粉喷射脱硫超高压脉冲活化分解法电法干式脱硫3.1.炉内喷钙烟气脱硫技术图1炉内喷钙烟气脱硫工艺流程图炉内喷射石灰石和多级燃烧器技术（LIMB（Limestoneinjectionmultistageburner））图2LIMB脱硫系统工艺流程炉内喷钙化学反应过程①当纯化过的石灰石或熟石灰喷射到炉膛燃烧室的上部，它们瞬间煅烧成氧化钙；)()()(23gCOSCaOSCaCO22Ca(OH)(S)=CaO(S)+HO(g)②约在7000C以上有氧情况下，新生的CaO与SO2反应生成硫酸钙)()(21)()(422SCaSOgOgSOSCaO③在较低温度下CaSO3也可能生成。如果煤中含有卤元素，下列反应也能够发生：)()()(2)(22gOHSCaClgHClSCaO)()()(2)(22gOHSCaFgHFSCaO④若烟气中有SO3，炉内喷钙能比石灰石/石膏湿法更有效的脱除SO3：43)(2)(CaSOgSOSCaO炉内喷钙影响因素1.吸收剂的种类2.颗粒的尺寸3.喷射的位置炉内喷钙尾部烟气增湿活化脱硫技术（LIFAC（Limestoneinjectionintothefurnaceandactivationofcalciumoxide））图3LIFAC工艺流程图（a）（b）化学过程两个阶段：1.炉膛中进行的化学反应2.第二阶段是在活化反应器中进行的反应。在活化器内喷入雾化水，使烟气增湿，烟气中未反应的CaO与水反应生成在低温下有很高的活性的Ca(OH)2与烟气中剩余的SO2反应，生成CaSO3，接着部分被氧化成CaSO4。22OHCaOHCaOOHCaSOSOOHCa2322OHCaSOOOHCaSO24223221化学过程图4管道喷射烟气脱硫工艺流程图3.2管道喷射烟气脱硫技术最普通的管道喷射形式如下：①干消石灰，需增湿；②干钠基吸收剂，不需要增湿；③喷石灰浆或管内洗涤，不需要单独的增湿步骤；喷水增湿的作用有两个，一是增强了吸收剂的活性，提高了脱硫率；其次是调节了粉尘的特性，以保持ESP的性能。管道喷射烟气脱硫技术其他的管道喷射工艺a.有限区域分散喷雾(CZD)b.E-SOx工艺C.ADVACATE工艺8排至烟囱91437526熟石灰锅炉烟气排至灰场图4荷电干式吸收剂喷射脱硫技术工艺流程图1－熟石灰仓；2－输送熟石灰风机；3－喷枪主体；4－高压电源；5－高压包心电缆；6－安装板；7－烟气通道；8－除尘器；9－引风机3.3荷电干式吸收剂喷射脱硫技术（CDSIchargeddrysorbentinjection）优点为：投资费用较低，约占总投资的5%～6%，建设周期短；运行费用较低；系统耗电小，约占机组额定发电量的1.2%～1.6%；工艺布置简单，占地面积小；系统操作简单、维护方便，系统通过计算机进行集中控制；无喷浆和喷水系统，无废水排放；适合含硫中等的煤种；适合小型机组，尤其适合老电厂的改造，原有烟道及相关设备不用更换，只需在烟道上稍做改造即可满足此技术脱硫要求。缺点为：脱硫效率低(60%～75%)；钙硫摩尔比大(约1.5左右)；吸收剂利用率低；熟石灰的品质要求高，对颗粒粒径及其含水量要求比较严格；对到达吸收剂喷口处的烟气粉尘浓度要求严格；除尘器除尘效率受一定影响；管道易堵塞；脱硫产物不能利用。3.4电子束照射烟气脱硫技术（EBA）图5电子束烟气脱硫脱硝工艺流程图工艺原理（1）游离基的生成：燃煤排烟由氮、氧、水蒸汽、CO2等主要成分及SO2、NOx等微量有害成分构成。当电子束照射烟气时，电子束能量大部分被烟气中的氮、氧、水蒸汽所吸收，从而生成富有反应活性的游离基(OH基、O原子、HO2基、N基)：N2、O2、H2O→OH、O、HO2、N（2）SO2与NOx的氧化：烟气中的SO2与NOx,与因电子束照射而生成的游离基进行反应，分别氧化成硫酸（H2SO4）与硝酸（HNO3）：SO2HSO3HSO4SO2SO3HSO4NOHNO2HNO3NONO2+OHNONO2HNO3H2SO4+2NH3→(NH4)2SO4HNO3+NH3→NH4NO3SO2+2NH3+H2O+1/2O2→(NH4)2SO4（3）硫酸铵与硝酸铵的生成：从电子束照射到硫酸铵、硝酸铵生成所需的时间极短，仅约1秒。工艺特点①电子束透过力、贯穿力强，经屏蔽后可在反应室内集中供给高能量辐照烟气。反应速度快、时间短；②在同一反应室内同时脱硫与脱硝；③为干法过程，无废水排放；④生成的副产品可作农用氮肥，无固体废弃物；⑤对烟气条件的变化适应性强；⑥实现了自动控制，操作较简便。EBA示范项目技术经济指标（1）烟气量：30×104m3/h，从华能成都电厂200MW机组670t／h锅炉烟气抽取。（2）主要技术参数(设计值)：入口烟气SO2浓度（最大）5148mg/m3入口烟气NOx浓度680mg/m3入口烟气烟尘浓度390mg/m3脱硫效率80％脱氮效率10％电耗量1900kWh／h水耗量16t／h蒸汽耗量2t／h出口烟气氨浓度(即反应剩余浓度)76mg／m3（3）电子束发生装置主要参数：直流高压电源800kV×l000mA电子加速器800kV×400mA×2（4）环境监测主要数据：烟气量29.6×104m3／h入口烟气SO2浓度3025mg/m3入口烟气NOx浓度464mg/m3出口烟气SO2浓度360mg/m3出口烟气NOx浓度382mg/m3脱硫率86.8％脱氮率17.6％出口烟气氨浓度7.0mg/m3（5）消耗量均在设计值以内。（7）反应屏蔽室周围X射线强度：电子束发生装置在800kV×400mA×2额定工况运行时，经由法定检测单位测试为0.1～0.2μSV/h，低于国家标准中允许X线强度不大于0.6μSV/h(公众标准)的规定。（6）副产品含氮量分析：N含量=19.34％。（8）建设费用(含脱硫界区范围内原有建筑物拆迁费用)9,430万元，低于国家计委批复的预算控制数10,400万元。按烟气处理量30×104m3/h，对应于90MW发电能力，则单位建设投资约1000元／kW（9）运行费用经测算约为900万元，扣除副产品销售收入后为630万元。每kwh电的脱硫费用约为0.013元，每吨SO2除去的费用约为1000元。运行状况与应用分析运行状况：中日合作成都电厂EBA示范装置投运以来，运行状况达到预期效果。以1998年5月22日~5月24日平均值为例，烟气量30.0833×104m3/h，烟气入口SO2浓度4358mg/m3，出口526mg/m3，脱硫率88％。副产品养分(即含氮量)为18％~20％，经检测副产品重金属含量远低于农用粉煤灰重金属含量国家标准。植物盆裁与农田试验的初步结果表明：该副产品对种子发芽和作物生长均无不良影响，其肥效与等氮量的尿素、硫酸铵相当。因其含有硫素营养，对缺硫土壤和需硫量高的作物更为适宜。副产品作为复合肥生产原料已投放市场，可全部农业应用。应用分析：(2)脱除效率：可按脱硫率90％~95％与脱硝率≥60％设计；(1)建设投资：如在300MW发电机组全规模烟气量进行电子束脱硫脱氮，则单位造价可控制在800元／kW以内，投资规模适度；(3)运行成本：成都电厂示范项目在设计烟气SO2浓度下运行，测算的每kwh电的脱硫费用为0.013元，是完全可以承受的。(4)设备国产化：按成都电厂示范项目设备总费用计算，国产化率为61.4％。(5)副产品：固体副产品可全部提供农业应用。无废水排放。脉冲电晕烟气脱硫技术特点：①高能电子通过电晕放电自身产生；②能在单一的干过程中同时脱出SO2和NOx；③对现有的电除尘器加以改造就可以实现；④该方法在节能方面具有很大的潜力；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3.5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3.5粉煤灰干式烟气脱硫技术图6煤灰干式烟气脱硫基本原理及工艺流程3.5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。图7干式烟气脱硫流程图4、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－燃煤二氧化硫污染控制技术综合评价石灰石石膏法简易湿法烟气脱硫磷铵复肥法旋转喷雾干燥炉内喷钙尾部增湿海水脱硫技术性能指标工艺流程简易情况主流程简单石灰浆制备要求较高，流程也复杂流程较简单脱硫流程简单，制肥部分较复杂流程较简单流程简单流程较简单工艺技术指标脱硫率80%,钙硫比1.1脱硫率70‰钙硫比1.1脱硫率95%以上脱硫率80‰钙硫比1.5脱硫率70%,钙硫比2脱硫率90%脱硫副产品脱硫渣主要为CaSO4,目前未利用脱硫渣主要为CaSO4,目前未利用脱硫产品为含N+P2O5的氮磷肥脱硫渣为烟尘和Ca的混合物脱硫渣为烟尘和Ca的混合物脱硫渣主要为硫酸盐,排放推广应用前景燃高,中硫煤锅炉,当地有石灰石矿燃烧高,中硫煤锅炉,当地有石灰石矿燃烧高硫煤锅炉,附近有磷矿资源燃烧高,中,低硫煤锅炉都可使用燃烧中,低硫煤锅炉燃烧中,低硫煤锅炉,沿海地区电耗占总发电