第十四章-典型的干法烟气脱硫技术

锅炉烟气处理工职业培训14/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院第14章典型的干法烟气脱硫技术主讲：苏昭桂副教授电话：[phone]手机：[phone]E-mail：[e-mail]锅炉烟气处理工职业培训24/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院烟气循环流化床脱硫技术旋转喷雾干燥法脱硫技术炉内固硫炉后脱硫技术荷电干式吸收剂喷射脱硫技术固相吸附—再生脱硫技术等离子体烟气脱硫技术主要内容锅炉烟气处理工职业培训34/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院概述所谓干法烟气脱硫，是指无论加入的脱硫剂是干态的或湿态的，也无论脱硫反应是干态的或湿态的，只要脱硫的最终反应产物是干态的即称干法。优点：投资费用较低；脱硫产物呈干态，并与飞灰相混；无须装设除雾器及烟气再热器；设备不易腐蚀，不易发生结垢及堵塞。缺点：吸收剂的利用率低于湿式烟气脱硫工艺，用于高硫煤时经济性差；飞灰与脱硫产物相混可能影响综合利用；对干燥过程控制要求低。锅炉烟气处理工职业培训44/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院整个烟气循环流化床脱硫系统由石灰浆制备系统、脱硫反应系统和除尘引风系统三个系统组成。包括石灰贮仓、灰槽、灰浆泵、水泵、反应器、旋风分离器、除尘器和引风机等设备。烟气循环流化床脱硫技术的主要控制参数有床料循环倍率；流化床床料浓度；烟气在反应器及旋风分离器中驻留时间；脱硫效率；钙硫比；反应器内操作温度。第一节烟气循环流化床脱硫技术锅炉烟气处理工职业培训54/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院一、鲁奇（Lurgi）型循环流化床脱硫技术1.工艺流程主要设备为流化床反应器、带有特殊预除尘装置的电除尘器、水及蒸汽喷入装置。锅炉烟气处理工职业培训64/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院一、鲁奇（Lurgi）型循环流化床脱硫技术2.主要工艺特点l）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，烟气在反应器内驻留时间约3s，可以满足锅炉负荷从30%～100％范围内的变化；5）含硫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，亚硫酸钙经处理可以成为硫酸钙。锅炉烟气处理工职业培训74/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院二、回流式烟气循环流化床脱硫技术1.工艺过程回流式烟气循环流化床脱硫系统主要由吸收剂制备、吸收塔、吸收剂再循环系统、除尘器以及控制设备几个部分组成锅炉烟气处理工职业培训84/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院二、回流式烟气循环流化床脱硫技术从炉膛出来的烟气流经空气预热器，经冷风冷却到248～356℃，从除尘器前或后引入吸收塔（取决于对脱硫副产品的要求）。吸收塔底部为一文丘里装置，烟气流经时被加速并与很细的吸收剂相混合。吸收剂与烟气中的SO2产生反应，生成亚硫酸钙。带有大量固体颗粒的烟气从吸收塔顶部排出，然后进入吸收剂再循环于除尘器中，在此烟气中大部分颗粒被分离出来，经过一个中间仓返回吸收塔，如此多次循环。锅炉烟气处理工职业培训94/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院2.工艺特点二、回流式烟气循环流化床脱硫技术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）维修工作量很少，设备可用率很高；3）运动灵活性很高，可适用不同的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，约为石灰一石膏工艺技术的60%；6）占地面积小，适合新机组，特别是中、小机组烟气脱硫改造。锅炉烟气处理工职业培训104/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院三、气体悬浮吸收（GSA）烟气脱硫工艺工艺部分包括圆柱形反应器、用于分离床料循环使用的旋风分离器、石灰石浆制备系统（包括喷浆用喷嘴）三个部分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二氧化硫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人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。锅炉烟气处理工职业培训114/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院三、气体悬浮吸收（GSA）烟气脱硫工艺GSA系统的主要工艺特点是：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驻留时间短（3～5s）；4）脱硫效率高达90%以上；5）吸收剂利用率高，消耗量少，Ca/S＝1：1.2（摩尔比）；6）运行可靠，操作简便，维护工作量少，基建投资相对较低；7）喷浆用喷嘴为专利设备。锅炉烟气处理工职业培训124/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院四、NID工艺NID工艺是以CaO或Ca(OH)2为吸收剂。脱硫原理与常规的烟气循环流化床脱硫工艺类似，即大量经增湿的吸收剂喷入除尘器上游的小型反应器内，反应后吸收剂进入除尘器被收集后进行二次反应（使用布袋除尘器效果好）。收集的吸收剂与补充的新吸收剂在混湿／增湿装置中调湿后循环使用。锅炉烟气处理工职业培训134/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院1.NID技术原理四、NID工艺NID的技术原理为利用干反应剂石灰粉吸收烟气中SO2，反应机理为：CaO+H2O→Ca(OH)2Ca(OH)2+SO2→CaSO3·H2OCaSO3·1/2H2O+3/2H2O+1/2O2→CaSO4·2H2O锅炉烟气处理工职业培训144/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院2.工艺四、NID工艺NID采用干式吸收剂，也可使用碱性较强的飞灰。在常规干式吸收工艺中，将石灰悬浮液喷入巨大反应器内的烟气中，而NID工艺中雾状吸收剂的含水量极低。含水量应足以激活石灰并冷却气体，工作温度至少应比露点温度高10℃～20℃，以确保SO2的分离。实际温度为65℃～75℃。锅炉烟气处理工职业培训154/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院2.工艺四、NID工艺在散播到烟气中以前，必要的水分将在增湿机中与吸收剂混合。在干燥循环物料的同时将烟气冷却到反应温度，然后在高效分离器内进行飞灰分离，首先应考虑选用袋式过滤器。再循环的物料再次与新石灰进入增湿机。失效的吸收剂由溢流装置排出。NID工艺特点是工艺用水不是添加到排气中，而是添加到排气流以外加湿器再循环的飞灰中。由于再循环率较高，吸收剂能充分加以利用。锅炉烟气处理工职业培训164/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院3.NID工艺特点四、NID工艺l）高比例吸收剂的循环和吸收剂的高温度，在吸收剂很大的面积作用和高温度下，烟气温度快速下降，吸收剂水分蒸发，脱硫效率可达到90%。2）由于水分蒸发时间很短，使反应器容积减小，通常只有喷雾干燥塔或循环流化床塔的20%以下。3）能与除尘器组合为一体，占地面积很小。4）混湿／增湿装置使吸收剂增湿后，含湿量为5%，呈自由流动状态。经过反应器和除尘器后，吸收剂湿度降为3%，因此NID工艺可称为干法工艺。5）系统应用情况该技术在中国浙江巨化集团热电厂70MW机组上已得到应用。锅炉烟气处理工职业培训174/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院五、影响烟气循环流化床脱硫效率的因素影响烟气循环流化床脱硫效率的主要因素有床层温度、钙硫比、脱硫剂的粒度和反应活性等。根据反应器进口烟气流量及烟气中原始SO2浓度控制消石灰粉的给料量，以保证按要求的脱硫效率所必需的钙硫比。锅炉烟气处理工职业培训184/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院循环流化床作为脱硫反应器的最大优点是：可以通过喷水将床温控制在最佳反应温度下，达到最好的气固间紊流混合并不断暴露出未反应消石灰的新表面，而通过固体物料的多次循环使脱硫剂具有很长的停留时间，因此大大提高了脱硫剂的钙利用率和反应器的脱硫效率。因此，循环流化床干法烟气脱硫系统能够处理高硫煤的脱硫，并在钙硫比1.3～1.5时达到90%以上的脱硫效率。五、影响烟气循环流化床脱硫效率的因素锅炉烟气处理工职业培训194/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院循环流化床内的固／气比或固体颗粒浓度是保证其良好运行的重要参数。在运行中调节床内的固／气比的方法是通过调节分离器和除尘器下所收集的飞灰排灰量，以控制送回反应器的再循环干灰量，从而保证床内必需的固气比。五、影响烟气循环流化床脱硫效率的因素锅炉烟气处理工职业培训204/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院六、烟气循环流化床脱硫工艺的优缺点1.优势1）脱硫效率高：在钙硫比为1.3～1.5时，脱硫效率可达90%以上。2）工程投资、运行费用和脱硫成本较低。3）工艺流程简单，系统设备少，且转动部件少，从而提高了系统的可靠性，降低了维护和检修费用。4）占地面积小，且系统布置灵活，非常适合现有机组的改造和场地紧缺的新建机组。5）能源消耗低，如电耗、水耗等。6）排烟温度较高，对反应塔及其下游的烟道、烟囱等设备的腐蚀性较小，可不采用烟气再热器，对现有的烟囱可不进行防腐处理，直接使用干烟囱排放脱硫烟气。7）无废水排放，脱硫副产品呈干态。锅炉烟气处理工职业培训214/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院2.缺点六、烟气循环流化床脱硫工艺的优缺点1）必须采用高品位的石灰作为吸收剂。2）脱硫副产品综合利用。副产品中含有一定量的亚硫酸钙。3）系统的压力降低较大（约1500～2500Pa）。一般现有电厂引风机的压力裕量难以克服如此大的压降，需要增加新的脱硫风机。高的压力损失还使得运行费用有所增加。4）反应塔的压力降波动较大。由于反应塔内大量物料不断地湍动，因此反应塔和压力降有较大波动，对锅炉炉膛内负压的稳定性有一定影响。5）脱硫后除尘负荷大大增加，烟尘特性改变大，烟道磨损增加，除尘难度加大，投资和运行费用增加。锅炉烟气处理工职业培训224/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院第二节旋转喷雾干燥法脱硫技术1.原理一、工艺流程旋转喷雾干燥法脱硫是利用喷雾干燥原理，在吸收剂喷入吸收塔以后，一方面吸收剂与烟气中的SO2发生化学反应，生成固体灰渣；另一方面烟气将热量传递给吸收剂，使之不断干燥，在塔内脱硫反应后形成的废渣为固体粉尘状态，一部分在塔内分离，由锥体出口排出，另一部分随脱硫后烟气进入电除尘器。锅炉烟气处理工职业培训234/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院2.工艺流程一、工艺流程旋转喷雾干燥法烟气脱硫工艺流程包括：（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）废渣排出。其中（2）～（4）在喷雾干燥吸收塔内进行。安装于吸收塔顶部的离心喷雾机具有很高的转速，吸收剂浆液在离心力作用下喷射成均匀的雾粒，雾粒直径可小于100μm。这些具有很大表面积的分散微粒，一经与烟气接触，就发生强烈的热交换和化学反应，迅速将大部分水分蒸发掉，形成含水量很少的固体灰渣。由于吸收剂微粒没有完全干燥，在吸收塔之后的烟道和除尘器中仍可继续发生一定程度的吸收SO2的化学反应。锅炉烟气处理工职业培训244/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院一、工艺流程锅炉烟气处理工职业培训254/9/2009河北科技大学环境科学与工程学院在吸收塔内SO2的吸收主要分为两个阶段进行：一、工艺流程第一阶段为恒速干燥阶段。在这一阶段由于表面水分的存在，为吸收剂与SO2的反应创造了良好的条件，传质交换呈液相反应，反应速度大，约50%的吸收反应发生在这一阶段，其所需的时间仅为1～2s。从反应过程可以看出，首先是SO2传递到气／液界面即气相传质。然后，溶于水的SO2离解成HSO