大气污染控制工程第八章,第三节-燃料燃烧中脱硫

第三节燃料燃烧中脱硫Contents流化床流态化原理流化床的特征流化床燃烧脱硫原理循环流化床（CFBC）燃烧脱硫炉内喷钙脱硫技术1.1流化床流态化原理图1气固两相随气流速变化所呈现的不同流态1.2流化床的特征从整体看，床层显示出某些类似于液体的表观性质；合于有强热效应的过程（返混）；流化床的压力降保持恒定；颗粒在床内剧烈运动，造成固体颗粒和床内设备的磨损，生成粉尘。1.便于连续处理大量固体粒子，实现连续生产和生产过程的自动化；2.便于控制温度并使温度分布均匀；3.传热效率高，适于强放热（或吸热）过程；4.由于粒子细，流体和固体间接触面积大，因此反应速率快。优点缺点1.返混较剧烈，降低了反应速率和影响反应的选择性;2.反应器内难以保持适合某些反应所需的温度梯度；3.固体颗粒的磨损和带出较严重，需要细粉回收设备。1.3流化床燃烧脱硫原理图2石灰石在燃烧过程中的脱硫原理粉状石灰石在高温下分解成CaO和CO2是一个吸热反应，热分解温度为880℃：在氧化性气氛中CaO与SO2发生如下的脱硫反应：（3）（4）（2）（1）a.燃烧中脱硫基本原理23COCaOCaCO32CaSOSOCaO423CaSOO21CaSO422CaSOSOO21CaO两个阶段•在脱硫剂的表面和大孔隙中进行；•随着大孔隙的消耗，小孔隙的阻力作用对脱硫的影响越来越显著。思考题流化床燃烧脱硫的主要影响因素有哪些？1.4流化床燃烧脱硫的主要影响因素a.钙硫比b.煅烧温度c.脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构d.脱硫剂的种类a.钙硫比是表示脱硫剂用量的一个指标。从脱除SO2的角度考虑，所有性能参数中，钙硫比影响最大，钙硫比对脱硫率的影响可以用一个经验公式近似表述：mRexp1m－综合影响参数与床高、流速、颗粒、种类…相关，不同类型的流化床锅炉有不同的m值。b.煅烧温度温度低，脱硫剂煅烧温产生孔隙量少，孔径小，反应几乎完全被限制在颗粒外表面。温度慢慢上升，煅烧反应速率增大，伴随着CO2气体的大量释放，孔隙迅速扩展膨胀。使得与SO2反应的表面也增大，从而有利用脱硫反应的进行。但是，当床温超过CaCO3煅烧平衡温度约500C以上时，烧结作用变得越来越严重，其结果会事得其反。c.脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构这个关系很复杂，因为脱硫剂颗粒形状，孔径分布不一，再加上床层内颗粒磨损，爆裂和扬析现象的发生。d.脱硫剂的种类根据当地煤中硫的含量及特点而定。1.5脱硫剂的再生脱硫剂的再生利用可以降低脱硫剂的消耗并提高脱硫剂的利用率。脱硫剂再生的原理是：硫酸钙在1100℃的还原性气氛中会进行如下反应：42CaSOO2CaS22SOCaOO2/3CaS利用反应(5-85)~（5-87）称为一级再生法，而利用反应(5-88)~(5-89)称为二级再生法。在一级再生法条件下使反应物停留30min以上时，CaO的再生率可以超过90%。当再生反应生成了CaS，可以根据反应(5-91)和(5-92)使反应发生分解：(5-91)(5-92)2.循环流化床（CFBC）图3循环流化床燃烧示意图2.1循环流化床燃烧的特点a.不仅可以燃用各种类型的煤，还可以燃烧其他物质；b.由于流化速度高，使燃料在系统内不断循环，实现均匀稳定的燃烧；c.由于采用循环燃烧的方式，燃料在炉内停留时间较长，使得燃烧效率得到了提高；d.燃烧温度低，NOx生成量少；e.由于石灰石在循环流化床内反应时间长，使用少量的石灰石（钙硫比小于1.5）即可使脱硫率达到90％；f.燃料制备和给煤系统简单，操作灵活。项目碳利用率/%脱硫率/%排放量SO2/(ml/m3)NOX/(ml/m3)CO/(ml/m3)CO2/%O2/%FBC937536524048711.49.5MSFBC9895957240014.53.8表3多物料循环流化床（MSFBC）与常规流化床(FBC)燃烧性能比较2.2.循环流化床的工业应用•项目名称：美国Nucla电厂常压流化床锅炉示范工程国外几个典型流化床锅炉应用实例•项目概况：锅炉出力：110MW燃用煤种：三种美国西部烟煤（SaltCreek煤，S％0.5％；Peabody煤，S％0.7％；Dorchester煤,S％1.5％）•投运后的燃烧试验结果：脱硫率：70％（床温882℃,Ca/S=1.5）85％（床温882℃,Ca/S=4）70％（床温=927℃,Ca/S=5）NOx排放量146mg·MJ-1；CO排放量：70～140ml/m3燃烧效率：96.9％～98.9％热效率：85.6％～88.6％•项目名称：法国Gardanne电厂循环流化床锅炉•项目概况：锅炉出力：250MW燃用煤种：次烟煤（含硫3.68％）渣油（含硫4.5％）脱硫率：97％（Ca/S3）•投运后的燃烧试验结果：SO2排放量400mg/m3NOX排放量250mg/m3•项目名称：加拿大PointAconi电站循环流化床锅炉•项目概况：锅炉出力：180MW燃用煤种：PrinceMine煤脱硫率：90％（Ca/S＝2）•投运后的燃烧试验结果：NOX排放量172mg·MJ-1图4循环流化床烟气脱硫流程图第四节高浓度二氧化硫尾气的回收与净化1.高浓度二氧化硫气体的来源燃煤、硫酸生产厂、炼磺厂2.硫酸的用途化肥生产石油工业钢铁工业有色冶金工业染料工业表1各国硫酸消费分配表3.高浓度二氧化硫气体的回收方法3.1利用SO2生成硫酸SO2＋1/2O2钒催化剂SO3SO3＋H2OH2SO4(1)(2)图1硫酸厂4层床SO2催化转化器温度－转化率关系4层床SO2催化转化器的温度－转化率的关系图2单级和二级吸收工艺的流程图3.2回收SO2的同时生产硫酸铵盐城双昌化工有限责任公司有2套硫酸生产装置,生产能力为10万t/a,均采用一转一吸工艺,改造前尾气中SO2浓度为0.35%～0.4%。企业原有1套尾气处理装置:利用碳酸氢铵溶液吸收尾气中的二氧化硫生产硫酸亚铵供造纸业用。图3回收硫酸尾气制硫酸铵工艺流程图•改造后的氨酸法处理工艺•处理结果：SO2吸收率可达90%以上；尾气中SO2浓度0.032％每年回收SO23200t，折合硫酸4900t,同时实现连产硫酸铵7000t；3.3以废治废，变废为宝宁波东方铜业有限公司，将炼铜过程中的所用的二氧化硫吸收塔进行改造，制成了多相反应器的技术设备，将炼铜过程中所产生的鼓风渣磨细后制成渣浆,用它吸收烧结烟气中的二氧化硫,然后加入适量的石膏制成无机复合肥。•处理结果：1.二氧化硫回收率达98.9%2.浙江省土肥站等单位在6个点进行的肥效试验证实,施用东方铜业公司生产的富硫无机复合肥,油菜籽平均增产15.9%,出油率提高3%。1.某新建电厂的设计用煤为：硫含量3%，热值26535kJ/kg。为达到目前中国火电厂的排放标准，采用的SO2排放控制措施至少要达到多少的脱硫效率？解：火电厂排放标准700mg/m3；3%硫含量的煤烟气中SO2体积分数取0.3%。则每立方米烟气中含SO2mg857110644.2233因此脱硫效率为%8.91%10085717008571。习题2.某电厂采用石灰石湿法进行烟气脱硫，脱硫效率为90%。电厂燃煤含硫为3.6%，含灰为7.7%。试计算：1）如果按化学剂量比反应，脱除每kgSO2需要多少kg的CaCO3；2）如果实际应用时CaCO3过量30%，每燃烧一吨煤需要消耗多少CaCO3；3）脱硫污泥中含有60%的水分和40%CaSO4.2H2O，如果灰渣与脱硫污泥一起排放，每吨燃煤会排放多少污泥？解：1）22322322COOHCaSOOHSOCaCOkgm164100m=1.5625kgkgt72326411006.3kgm132648.641003.12）每燃烧1t煤产生SO2约约去除72×0.9=64.8kg。因此消耗CaCO3kg174172648.64t4354.01743）CaSO4.2H2O生成量则燃烧1t煤脱硫污泥排放量为同时排放灰渣77kg。重点：1.流化床燃烧的特点2.循环流化床的脱硫原理