国内外烟气脱硫技术发展现状及各种技术利弊

环保产业国际研讨会国内外烟气脱硫技术发展现状及各种技术利弊郝吉明清华大学环境科学与工程研究院2003年12月16日国内外烟气脱硫技术发展现状及各种技术利弊1.国内外烟气脱硫技术发展现状2.各种烟气脱硫技术的经济分析3.各种烟气脱硫技术的综合评价国内外烟气脱硫技术发展现状•湿法（上百种）－石灰石(石灰)-石膏法－海水法－镁法－钠法－双碱法－氨法－海水法－磷铵肥法－简易湿式除尘脱硫一体化技术－其它：碱式硫酸铝法、氧化鋅法等•半干法法：－喷雾干燥法－炉内喷钙加尾部增湿活化－管道喷射法•干法：－烟气循环流化床•SO2/NOx联合脱除技术：–固体吸附/再生法(如CuO：蚇OxSO工艺)–电子束辐射法法–脉冲电晕法–湿式工艺国内外烟气脱硫技术发展现状到九五末期，我国大约有400万KW燃煤机组安装FGD。技术工程单位规模,万千瓦煤炭含硫,%脱硫率石灰石-石膏法珞璜电厂重庆电厂浙江半山电厂北京第一热电厂1442x202x12.52x104.003.503.330.8595%95%90%95%喷雾干燥法山东黄岛电厂1/3*201.180%简易湿法太原第一热电厂201.475%海水脱硫深圳西部电厂301.185%漳州后石电厂4x6090%/95.1电子束法成都热电厂102.5080%喷钙增湿法南京下关电厂2×12.50.975%荷电干式喷射德州电厂2x37.52.170%循环流化床内江电厂102.7590%国内外烟气脱硫技术发展现状石灰石石膏法•优点是脱硫效率高，可达95%以上，钙利用率高在93%以上，系统可靠性达99%，自动化程度高，技术成熟度和可靠性高。•缺点是投资大，一般要占到电厂总投资的10-15%；吸收塔和管道需要防腐处理；脱硫产品石膏产生量大，目前开发利用率低，大都直接堆放或填埋；占地面积大；脱硫动力消耗较大，占总发电量的1.5-2%。石灰石料仓浆液槽吸收塔石膏增稠器除尘器氧化槽烟气石膏脱水机石膏气气换热器洁净烟气重庆珞璜电厂石灰石石膏法烟气脱硫装置流程图松藻煤矿高硫无烟煤含硫量3.5-5.0％；烟气入口SO2浓度10,000mg/m3(W)，飞灰含量213mg/Nm3(W)；FGD脱硫效率96％，保证95％；出口烟气温度90℃；石灰石超细粉250目，筛余5％；钙利用率93％；烟气流速4.3m/s，停留时间3.3s；单机耗电6400kWh/h；石膏纯度约90％；副产石膏约34万吨国内外烟气脱硫技术发展现状简易石灰石石膏法：•简易湿法的吸收塔进行简化，使其集冷却、除尘、吸收和氧化于一体，同时烟气不设置换热器而是利用一部分旁路烟气与净化后烟气混合以达到排放烟气的升温目的。•优点是投资较传统法低，约为50-80%，设备较为紧凑，动力消耗约占发电量的1-1.5%。其脱硫率可达到70-80%的中等效率。•缺点是缺乏在国外大规模应用的业绩，部分引进技术的水汽循环比大，运行成本较高。•简易湿式石灰石-石膏法适用于大中型工业锅炉和中等脱硫效率要求的电站锅炉。燃高硫煤机组和新建机组脱硫一般不提倡采用此法。国内外烟气脱硫技术发展现状山东潍坊化工厂热点分厂1#2#锅炉简易湿式石灰－石膏法进口：烟气量93,300Nm3/hr；SO2浓度1050ppm；烟气温度66℃出口：烟气量96500Nm3/hr；SO2浓度185ppm；烟气温度41℃脱硫效率大于70％；吸收剂废电石渣，纯度75％石膏含水率19％，纯度95%国内外烟气脱硫技术发展现状南宁化工厂35t/hr锅炉简易湿式石灰－石膏法进口：烟气量50,700Nm3/hr；SO2浓度2,300ppm；烟气温度59℃出口：烟气量96,500Nm3/hr；SO2浓度440ppm；烟气温度51℃脱硫效率70％；石膏含水率12－15％，纯度90％国内外烟气脱硫技术发展现状太原热电厂引进的日立高速平流湿法脱硫工艺进口：烟气量60万Nm3/hr；SO2浓度2000ppm；烟气温度140℃烟尘浓度500mg/Nm3出口烟气温度45℃：脱硫效率大于80％；吸收剂为石灰石，粒度100目，利用率85％。国内外烟气脱硫技术发展现状旋转喷雾法：雾化器是核心设备，分喷嘴型和旋转离心雾化器两种，目前国内商需依赖进口。喷嘴雾化器的优点是可平行安装，切换方便，各喷嘴可独立运行，可以在线维护；缺点是要求表面耐磨性高。旋转离心雾化器由旋转盘或雾化轮使浆液分碎，所产生的液滴大小与浆液流量关系不大，因而具有较好的调节能力；缺点是结构复杂，维修困难。石灰仓石灰消化器浆液槽喷雾干燥吸收塔雾化器烟气静电或布袋除尘器净化烟气国内外烟气脱硫技术发展现状•优点：脱硫原料为石灰，在钙硫比为1.5时，其脱硫效率可达到75-90%；投资费用较低，约占电厂投资的5-10%；脱硫产物呈干态，并和飞灰相混，无需装设除雾器及烟气再热器；设备不易腐蚀。•缺点：吸收剂采用石灰浆，费用较高；吸收剂利用率低于湿法，特别是用于高硫煤时经济性差；飞灰和脱硫产物相混可能影响综合利用；对干燥过程控制要求较苛刻；产生的脱硫副产品目前尚不能大规模工业应用。•喷雾干燥法较适用于燃中、低硫煤(含S2%)的锅炉脱硫，一般机组容量不大于200MW。用于高硫煤时脱硫剂制备费用提高、设备磨损加剧，除尘负荷提高，在技术和经济上都不适用。国内外烟气脱硫技术发展现状四川白马电厂70,000Nm3/hr中试工艺流程图四川芙蓉无烟煤含硫量3.5％；烟气入口温度162℃；SO2浓度为3000ppm；氧化钙纯度60－70％，细度200目；试验浆液浓度6－16％；脱硫灰渣钙盐含量较高国内外烟气脱硫技术发展现状炉内喷钙尾部增湿：•优点是：系统简单，改造容易；喷钙对炉膛燃烧影响不大，热量损失不超过总燃料量的0.3%；投资约为电厂投资5-8%；脱硫费用较低。•其缺点是：脱硫率不高，一般在钙硫比为2时，炉膛内的脱硫率为15-30%，系统总效率可达60-75%；由于钙硫比较高，加重了后续除尘器的负荷，除尘效率下降；锅炉对流受热面有时会出现轻微积灰。•适用于含硫小于1%的低硫煤脱硫，以及在用小机组锅炉的脱硫改造。石灰石料仓计量仓锅炉系统风机增湿活化器静电除尘器水压缩空气净化烟气国内外烟气脱硫技术发展现状计量仓石灰石粉仓锅炉喷粉风机灰再循环渣再循环ESP活化器烟囱图南京下关电厂LIFAC工艺流程图•处理总烟气量864,348Nm3/h•燃煤含硫量0.92%•脱硫率75%•钙硫化2.5•石灰石粉细度80%40um•筛余20%325目•系统利用率95%•影响锅炉效率0.61%•系统电力负荷760kw•系统使用年限15年占地面积1350m2国内外烟气脱硫技术发展现状海水法脱硫：•特点是：用天然海水作吸收剂,不添加任何其它化物质,无需吸收剂制备系统,工艺比较简单；吸收系统不会产生结垢,堵塞等问题,系统利用率高；脱硫效率较高,对于低硫煤可达70-90%；投资和运行费用较低,通常比石灰石—石膏法低三分之一。•比较适合于沿海地区电厂烟气脱硫。但由于海水的天然碱度较低，一般只能用于含硫低于1%的燃煤烟气脱硫。目前还缺少脱硫排放液对海洋长期生态系统影响的研究评价。•海水脱硫分两类:(1)用纯海水作为吸收剂,以挪威ABB公司开发的Flakt-Hydro工艺为代表，已商业应用；(2)在海水中添加石灰调节碱度,以美国Bechte公司工艺为代表，已示范但未商业化。海水气－气换热器吸收塔曝气池海水海水排放洗涤海水净化烟气烟气国内外烟气脱硫技术发展现状引风机ESP烟囱挡板气-气热交换器增压风机吸收塔海水升压泵曝气池曝气风机混合器烟气排海深圳西部电厂2号机组300MW海水脱硫工程流程晋北烟煤含硫量0.63%。实际混合煤种含硫量为0.75%；•烟气量110万Nm3/h；入口烟气温度104-145℃；•海水流量设计值?2m3/S；凝汽器出口海水温度为27-40℃,海水盐度为2.3%；•设计系统脱硫率90%；•排放海水的pH6.5；•电厂排水水质满足三类标准，出口烟气温度70℃以上。国内外烟气脱硫技术发展现状电子束法脱硫：•优点是：系统脱硫效率高，可达90%，并有一定的脱氮作用；副产硫铵和硝铵，是潜在的农用肥料；设备紧凑，占地少。•缺点是：动力消耗较大，占发电量的1.5-2.5%；过程中需使用液氨，有潜在的二次污染风险；技术成熟度低；核心设备是电子加速器，我国的高能大功率加速器技术尚未过关。静电除尘器冷却塔反应器静电除尘器电子束加速器冷却水副产品液氨净化烟气烟气国内外烟气脱硫技术发展现状成都热电厂100MW电子束脱硫示范工程•烟气流量300,000Nm3/h•烟气温度132℃SO2浓度1800ppmNOx浓度400ppm•脱硫率80~90%•脱硝率10%•出口温度61℃•副产品产量2470kg/h•浓氨消耗654kg/h•水消耗16t/h•电消耗2305kWh/h•蒸汽消耗3t/h•占地55×41m2国内外烟气脱硫技术发展现状国外烟气脱硫技术：•(1)湿法脱硫技术，占全世界FGD装置总量的85%左右，其中石灰石-石膏法约占36.7%，其它湿法脱硫技术约占48.3%；•(2)半干法脱硫技术，主要包括喷雾干燥脱硫技术、炉内喷射吸收剂/增温活化脱硫技术等，约占全世界FGD装置总量的10%；•(3)干法脱硫技术，包括烟气循环流化床脱硫技术、等离子体烟气脱硫技术等。据统计，全球燃煤电厂已有近千台烟气脱硫装置，总装机容量达240GW。国内外烟气脱硫技术发展现状世界FGD技术构成1234561.石灰石石膏法42.3%;2.其它湿法39.4%3.喷雾干燥法11%3.喷吸着剂3.2%;4.再生法2.8%5.硫氮联脱法1.8%0%20%40%60%80%100%湿式工艺喷雾干燥喷吸收剂技术比例S1%S=1-2%S2%用于不同燃煤含硫量的FGD装置数比例国内外烟气脱硫技术发展现状全世界烟气脱硫容量(MWe)的历史增长趋势国内外烟气脱硫技术发展现状不同烟气脱硫工艺的装机容量，MWe(1998年)工艺美国其它国家世界湿法抛弃82092114800196892石灰石法56560106939163499石灰法14237433818575镁法8464508514碳酸钠法2756----2756海水法7510501125其它----24232423干法抛弃140811065424735喷雾干燥法11315690418219烟道喷钙法240011253525循环流化床法80517597炉内喷钙法28621082394再生法279823945192总计98971127848226819工艺类型吸收剂吸收液状态原料副产品湿法石灰-石膏法亚硫酸钙CaSO3浆液碳酸钙熟石灰生石灰CaCO3Ca(OH)2CaO石膏CaSO4*2H2O镁-石膏法亚硫酸镁MgSO3亚硫酸钙CaSO3浆液氢氧化镁熟石灰碳酸钙Mg(OH)2Ca(OH)2CaCO3石膏亚硫酸钠-格劳贝尔盐法亚硫酸钠Na2SO3溶液苛性钠NaOH排出格劳贝尔盐液体亚硫酸钠回收法苛性钠NaOH亚硫酸钠Na2SO3亚硫酸钠石膏法碳酸钙熟石灰生石灰CaCO3Ca(OH)2CaO石膏亚硫酸钠-硫酸法苛性钠NaOH硫酸稀释硫酸-石膏法稀释硫酸溶液硫酸/碳酸钙H2SO4/CaCO3石膏NH3-硫酸铵法亚硫酸铵(NH4)2SO3溶液氢氧化铵NH4OH(NH4)2SO4NH3-石膏法熟石灰Ca(OH)2石膏铝-石膏法碱性硫酸铝Al(SO4)3Al2O3浆液硫酸铝碳酸钙Al(SO4)3CaCO3石膏镁法亚硫酸镁MgSO3溶液氢氧化镁Mg(OH)2排出硫酸镁液体MgSO4干法活性炭吸附法活性炭固体活性炭硫喷淋干燥法Ca(OH)2Na2CO3浆液熟石灰碳酸钠Ca(OH)2Na2CO3石膏和其他国内外烟气脱硫技术发展现状-日本FGD工艺的类型国内外烟气脱硫技术发展现状－日本各种技术使用比例051015202530354019601965197019751980198519901995yearSO2emissions[milliont]PredictedemissionswithoutcontrolActualemissionsSO2emission