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电子束烟气脱硫技术及工业应用 毛本将丁伯南 国家烟气脱硫工程技术研究中心四川恒泰环境技术有限责任公司，四川绵阳62 19 0 0 摘要文章对电子束脱硫技术的工艺流程、工艺愿理，以及影响二氧化硫和氮氧化物脱除率主要因素的行为 特征进行了概略性总结。通过对国内外典型工程实例的介绍．展示了电子束脱硫技术用于 氧化硫和氮缸 化物脱除的工程应用现状。 关键词屯子柬脱硫，烟气脱硫，辐射技术应用 电子柬辐照烟气脱硫脱硝技术 简称电子束脱硫技术 自l9 7 0 年开始研究至今，已有近 三十四年的历史。世界范围内曾有十余个国家的研究人员致力于该项技术的研究开发，建成 的各类装置约三十余座，其中建成和在建的工业装置有5 座，分别为四川成都热电和浙江杭 州协联热电的3 0 0 ，0 0 0 N m 3 ／h 装置、波兰玻莫扎尼 P o m o r z a n y 电厂的2 7 0 ，0 0 0 N m 3 ／h 装置、 日本中部电力新名古屋火力发电所同2 0 0 M W 燃油机组配套的6 2 0 ，0 0 0 N m 3 ／h 装置和北京京丰 热电同1 5 0 M W 燃煤机组配套的6 3 0 ，0 0 0 N m 3 ／h 装置。我国自1 9 8 0 年代中期开始电子束脱硫 技术的研究开发工作，先后在上海嘉定进行了实验室研究，在四川绵阳和北京昌平建成了工 业中试装置，以及2 0 0 3 年在北京建成了一座同7 5 t 燃煤锅炉配套韵小型电子柬脱硫工业应用 装置。目前，完全采用我国自主研发技术的北京京丰热电电子束脱硫工业装置已开工建设。 上述情况说明，电子柬脱硫技术在我国已开始从工业示范走向工业应用⋯。 电子束脱硫技术在同- - I 艺过程中同时脱除二氧化硫和氮氧化物。是当今其它烟气脱硫 技术所无法比拟的。同时该技术还具有脱硫效率高、不产生二次污染物、无温室效应气体二 氧化碳产生、副产物硫酸铵和硝酸铵可用作肥料、负荷跟踪能力强等特点，可实现污染物舞 源的综合利用和硫氮资源的自然生态循环，是一种不可多得的综合利用型绿色烟气净化技术。 1 ．工艺流程及脱除机理 电子柬脱硫技术采用电子加速器产生的电子柬辐照烟气，利用产生的自由基等活性基团 氧化烟气中的二氧化硫和氮氧化物等污染物．然后同投加的脱除剂氮反应，生成硫酸铵和硝 酸铵，最终实现污染物脱除。实现该技术的工艺分为千法和半千法。一般皆采用烟气降温增 湿、加氨、电子束辐照和副产物收集的工艺流程．首先降低烟气的温度、增加烟气的湿度， 将烟气的温度降低到6 0 “ 2 左右。随后烟气进入反应器。在反应器中，把氨气投加到烟气之中， 用电子束辐照。在副产物收集器，把悬浮于烟气中的副产物一硫酸铵和硝酸铵收集下来，净 化后的烟气最后经烟道由烟囱捧出。干法工艺为主流工艺方式，居前所有的大型工业应用装 置皆采用于法工艺。半干法工艺同千法工艺的差别主要在副产物的收集方式。干法工艺一般 采用千式电收集器收集副产物，半干法工艺采用湿式电收尘器，并将含有副产物的溶液返回 至冷却塔干燥收集口J 。半千法工业目前处在工业中试阶段。 电子束脱硫工艺过程中二氧化硫和氮氧化物脱除的主要反应途径如图1 所示。反应中的 本文工作得到重庆大学光屯技术及系统教育部重点实验室访问学者基金资助 4 2 O 、O H 、H 0 2 、N 、N H 、N H 2 等自由基是电子柬辐照烟气中的0 2 、H 2 0 、N 2 、N H 3 产生。 S 0 2 去除的主要途径为热化学反应和辐射化学反应，S 0 2 首先被转化为H 2 S 0 4 后再与N H 3 反应生成 N H 4 2 s 0 4 。S 0 2 与O H 自由基的反应对S 0 2 去除起着极其重要的作用，反应的速率 常数取决于温度、压力和烟气中的水含量，液滴和固体粒子表面的异相反应对S 0 2 的氧化有 十N H 4 N 0 3 s q 骂H S O 产掣，S o ≯趣一H 2 S 0 4 “小、- N H 4 2 S O ． 、．i N H 生 2 翔二必’2 图1 ．电子柬脱硫的主要反应途径 着特殊意义，液相中的链反应可导致S O 脱除中的能量消耗发生有意义的减少。目 前有关热化学反应的机理尚不完全清楚， 不周的研究者得出的研究结论不完全相 同。 同S 0 2 的去除机理相比较，N O x 的去 除机理要复杂得多。同S 0 2 的去除不同的 是．自由基反应为N O x 去除的主要反应途 径。另外，反应过程中不但生成了希望的 N 0 2 和H N 0 3 ，还生成了不希望的N 2 0 、 N 0 3 、N 2 0 j 、N 2 0 4 等氮的不同价态的氧化 物。此外，还存在0 、H 0 2 还原N 0 2 生成 N O 的反应，这是O 、O H 氧化N O 生成N 0 2 主要反应的逆反应 多级辐照、氨投加量、烟气温度和含水量对N O x 的脱除效率表现出同S 0 2 明显不同的影 响规律，S 0 2 的浓度对提高N O x 的脱除效率影响显著。 二、二氧化硫和氮氧化物脱除率影响因素及其行为特征 影响二氧化硫和氮氧化物脱除率的主要因素有烟气温度、含水量、氨投加量、电子束投 加剂量及其方式等。 烟气温度对N O x 脱除率的影响大致为随着烟气温度上升．N O x 脱除率先上升，然后下 降，有一脱除率峰值存在，脱除率峰值温度约为7 0 。C 一9 0 “ C 。温度每变化1 0 C ，脱除率上升 或下降约5 ％左右，不同装置上的试验结果有所差异。雨二氧化硫脱除率表现出髓温度升高 而单调下降的规律[ 4 , 5 , 6 1 。 多数研究结果表明，烟气含水量的提高可以提高氮氧化物的脱除率，但含水量对脱除率 提高的影响较二氧化硫为弱。在较高的烟气温度下，过高的含水量并不能进一步提高氮氧化 物的脱除率，反而出现脱除率下降的现象对于二氧化硫，其脱除率强烈依赖于烟气含水量。 过高的含水量只使脱除率提高趋近“饱和”而不下降“ J 】。 随着氨投加量 化学计量比 的增加，二氧化硫脱除率迅速增加，氮氧化物的脱除率略 有增加或不十分明显，但过量氮的投加将使尾气中氨浓度增大，在高电子柬投加剂量情况下 还将明显降低氨氧化物的脱除率。同二氧化硫相比较，氮氧化物的脱除率受氨投加量的影响 要弱得多1 4 J 。 电子柬投加剂量是影响二氧化硫和氯氧化物脱除率的一个重要因素。当电子束投加剂量 4 3 为零时，二氧化硫的脱除率一般为4 0 ％～7 0 ％之闫。此时的副产物主要为亚硫酸铵。随着{ h 子柬投加剂量的增加，二氧化硫脱除率迅速上升，而后脱除率的上升逐渐趋于“饱和”，I } 卜酣 的副产物为硫酸铵在电子束投加剂量为4 k G y 左右时，可实现9 0 ％左右的二氧化硫脱除鎏 和2 0 ％左右的氮氧化物脱除率。 随着电子束投加剂量从零开始增加，氮氧化物脱除率也从零开始升高。电子束投加荆舒 值越低，随投加剂量增加的脱除率增加梯度越大，尤其在0 ～5 k G y 范围时。一般情况下， 5 k G y ～1 0 k G y 的投加剂量，可实现6 0 ％～8 0 ％左右的脱除率。当电子柬投加剂量增加高摹 2 0 k G y 时，其脱除率的增加仍未达到“饱和”。但在2 0 0 0 ～3 2 0 0 p p m 的高S 0 2 浓度条件下。嚣 脱除率的增加接近饱和值时的电子束投加剂量值下降至1 0 k G y ～1 5 k O y1 3 g 】；氦氧化物脱除率 还与电子束的投加方式有关，多级辐照投加可以明显提高氮氧化物脱除率。同单级辐照相比 较，两级辐照对N O x 脱除率提高的作用明显。有实验表明。两级辐照使N O x 脱除效率提高 约1 0 ％，节约能量约2 0 ％。但三级辐照对N O x 脱除效率提高的贡献相对较小1 9 J 。 三、工业应用实例介绍 电子柬脱硫技术具有氮氧化物和二氧化硫同时脱除的特点，工业应用已证明可同时实现 9 5 ％以上的二氧化硫和达到7 0 ％的氮氧化物脱除率指标。工程上根据需要可设计为以脱硫为 主要目的，或脱硫兼顾脱硝。为保证实现脱硝的目标，设计上主要考虑的因素就是在满足脱 硫目标的电子束投加剂量的基础上增加实现脱硝目标所需的电子束投加剂量。华能成都熟电 和北京京丰热宅电子束脱硫装置的主要目的是以脱硫为主要哥的，波兰玻莫扎尼电厂和杭州 协联热电厂的电子束脱硫装置则同时满足脱硫和脱硝的需要，氮氧化物的脱除率设置较高。 近期几个典型工程的情况介绍如下 3 ．1 波兰玻莫扎尼电厂的电子束脱硫装置 位于波兰切什青市 S z c z e c i n 玻莫扎尼电厂的电子柬脱硫装置建设的主要目的为脱除烟 气中的氮氧化物。氮氧化物脱除率高达7 0 ％以上。该装置得到了国际原子能机构 [ A E A 资助，工程总投资为1 8 6 0 万美元。于2 0 0 2 年春天投入满功率运行。装置处理的烟气来自电 图2波兰切什青市玻莫扎尼电厂2 7 0 , 0 0 0 N r a ’／h 工业示范装置 厂两台燃煤锅炉，处理量 为电厂全部烟气量的一 半，即2 7 0 ，0 0 0 N m ’／h 。装 置的工艺流程如图2 所 示，采用两路反应器系统， 两级辐照，共用一个冷却 塔和副产物收集器，脱除 剂为氨。选用两台日本日 新公司生产的高压型电子 加速器。每台采用两个辐 射头输出，单台加速器的参数为8 0 0 k V ／2 x 4 0 0 m A ，实际运行电压为7 0 0 k V ，其价格约占工程 总投资的2 0 ％。冷却塔为干底型空塔，冷却介质为水。副产物收集器为干式电收集器，出口 颗粒物浓度设计保证值低于2 0 m g ／N m 3 。装置入口二氧化硫和氮氧化物设计浓度分别为 1 1 0 0 m g ／N m 3 和6 0 0 m g , r N m 3 ，设计脱除率分别为9 0 ％和7 0 N 实际运行中脱除率分别高达9 5 4 4 ％和7 0 ％以上副产物中硝酸铵约占2 5 。A ，副产物品质符合波兰化学合成肥料的相关标准。 装置自建成投产后，运行时间已超过6 0 0 0 小时。期间除一台电子加速器曾出现故障外，其他 设备运行正常。 3 ．2 杭州协联热电电子束脱硫装置 杭州协联热电电子束脱硫装置用于该厂3 台1 3 0 t ／h 中温中压煤粉炉的烟气处理，烟气处 理能力满足两台锅炉同时运行，设计烟气处理量达3 0 ．5 4 x i 0 4 N m ‰，二氧化硫和氮氧化物脱 除率分别为8 5 ％和5 5 ％，装置入口二氧化硫和氮氧化物浓度分别约为2 7 6 7 m g ／N m 3 和2 7 0m g ／ N m 3 。使用的电子加速器为日本荏原公司制造。参数为8 0 0 k V x 4 0 0 m A x 2 ，价格约1 8 0 0 万元。 与其它的电子柬脱硫装置不同的是，该装置烟气调质部分采用水洗室，充分去除烟气中的粉 尘，出口设置除雾器去除烟气中的水雾滴。工程于2 0 0 2 年1 2 月通过1 6 8 小时的联合试运行， 截止2 0 0 3 年底。总运行小时数已达2 1 0 0 余小时。二氧化硫脱除率高达9 0 ％以上，副产物已 全部销售。 3 ．3 北京京丰热电电子束脱硫高技术产业化示范工程 表1 京丰热电E A ．F G D 工程主要设计指标 设计参数指标 烟气处理量6 3 0 。0 0 0 N m 3 ／h 烟气温度1 4 6 ℃ S 0 2 浓度4 2 0 0 m g ／N m 。 S 0 2 脱除率 9 0 ％ N O x 浓度 1 2 0 0m g ，N m ’ N O x 脱除宰’ 2 0 ％ 出口粉尘浓度 2 0 0 m g ／N m 3 出口氧浓度 4 0 m g 刷m 3 副产品产量4 ．9 t ／h 液氮耗量 1 ．2 7 k g ／h 永耗量3 4 t ／h i 0 0 0 k V ／5 0 0 m A 2 ， 电子加速器 1 0 0 0 k V ／3 0 0 m A 系统总电耗 2 8 5 0k W 该工程采用中国工程物理研究院环保工 程研究中心开发的电子束氨法烟气脱硫技术 简称E A - F G D 技术 ，由四川1 恒泰环境技术 有限责任公司总承包。该工程为采用我国自己 独立研发的电子束脱硫技术的第～个工业示范 工程，也是当令世界上规模最大的电子柬脱硫 工程，被国家计委列入高技术产业发展计划。 该工程设计处理北京京丰热电有限公司 6 机组5 0 M W 和7 机组1 0 0 M W 燃煤机组烟 气，其主要设计指标见表l 。工程静态总投资 折算为单位静态投资为6 6 0 元／k W 。运行费用 随燃煤含硫量变化，在燃煤含硫量从l ％变化 至2 ％时，运行费用折算为3 2 0 元～6 6 0 元 h S 0 2 。目前该工程已于2 0 0 3 年底开工建设， 预计在2 0 0 5 年上半年完工。 同过去其它的电子束脱硫工艺不同的是， E A ．F G D 工艺在反应器和副产物电收集器之间 增加了烟气沉降箱，用于收集部分副产物，延长烟气停留时间，减低副产物电收集器的负荷； 副产物收集器基于传统的电收集器原理，在工业中试装置试验的基础上。选择了全新的工艺 参数进行设计。为有效地脱附副产物．采用小框架多级振打模式配置脱附装置，并采用合理 的振打制度运行，为避免电晕封闭，采用合理的极配形式，以及电流源和电压源串连供电模 式在辐照反应系统方面。采用三台加速器串连辐照方式，反应器设计采用剂量和烟气流态 匹配技术，电子束投加装置采用串连冷却吹扫方式。富含臭氧的冷却吹扫风排入反应器，通 村 过上述措施可望进一步降低电子束投加剂量，提高能量利用效率和氮氧化物脱除率烟气冷 却采用传统的空塔型水喷雾冷却方式，但在设计上采用雾化水亚全汽化思路，减小了冷却塔 体积。塔底设置积水坑，坑内少量含灰废水排出至电厂的灰渣池，用于含灰废水的调质。在 反应器出口烟气管道上设置声波清灰器。 参考文献 1 】毛本将，电除尘及气体净化，2 0 0 0 ，V 0 1 ．6 ，N O ．3 ． 1 2 】张大欣等，环境污染治理技术与设备，2 0 0 1 ，V 0 1 ．2 ，N O ．3 ． 【3 】AG ．C h m i e l e w s k i ，E l e c t r o nB e a mG a s e o u sP o l l u t a n t sT r e a t m e n t ，1 9 9 9 ．W a r s z a w a ．I S S N1 4 2 5 ．7 3 5 【4 】K ．K a w a m u r a ，e ta 1 ．R a d i a t ．P h y sa n dC h e m ．．1 9 7 9 ，1 3 5 1 2 ． 【5 1YO s a d a ，e ta I ，R a d i a t ．P h y s ．a n dC h e m ，1 9 9 5 ，4 5 1 0 2 1 一1 0 2 7 ， 【6 】AGC h m i e l e w s k i ，e ta l ，R a d i a t ．p h y s ．C h e m ．1 9 9 5 ，4 6 1 0 6 7 1 0 7 0 ． 【7 】U ．W i l l i b a l d ，e la l ，R a d i a t ．P h ‘s a n dC h e m ．1 9 9 0 ，3 5 4 2 2 ～4 2 6 ． f 8 】J ．L i c k i ，e la l ，R a d i a tp h y s ．C h e m ．2 0 0 2 ，6 3 6 3 7 6 3 9 ． 【9 lAG ．C h m i e l e w s k i ，e ta l ，R a d i a t ．P h y s ．a n dC h e m ，4 2 6 6 3 6 6 8 ，1 9 9 3 ． 电子束烟气脱硫技术及工业应用电子束烟气脱硫技术及工业应用 作者毛本将， 丁伯南 作者单位国家烟气脱硫工程技术研究中心四川恒泰环境技术有限责任公司四川绵阳 相似文献10条相似文献10条 1.学位论文 毛本将 电子束脱硫关键技术与工艺研究 2004 论文针对电子束脱硫工艺技术中的电子束输运、反应器、副产物收集、工艺等关键技术问题进行了理论分析和试验研究.基于蒙特卡罗方法应用软件EGS4的模拟计算研究,获得了电子束脱硫技术工业应用中的电子束能量输运效率的一般规律和反应器的设计方法.通过理论分析和试验,获得了收集电子束脱硫副产物电收集器的工艺方案,并得到了工业中试规模设备的 试验验证.建立的电子束脱硫工业中试装置性能良好,并得到了影响二氧化硫和氮氧化物脱除效率的烟气温度、电子束投加剂量等主要影响因素的规律.在总结前人工作的基础上,论文还对电子束脱硫的基本物理和化学原理、工艺及设备技术等进行了总结分析. 2.会议论文 刘小梅 宝钢烟气脱硫工程化设想 1999 该文概述介绍了宝钢烟气ＳＯ〈，２〉排放的概况及治理对策，并列出了宝钢最大的ＳＯ〈，２〉排放源－－－电厂锅炉烟气的有关参数，提出了烟气脱硫工程化研究设想，希望寻找适合大流量、低ＳＯ〈，２〉浓度和较高烟温烟气的脱硫技术。 3.会议论文 毛本将.丁伯南 电子束脱硫技术应用于火电厂烟气氮氧化物脱除的探讨 2004 文章简要介绍了电子束脱硫技术的原理、工艺流程及技术特点,对电子束脱硫技术用于烟气氮氧化物脱除的技术能力、技术的经济性能和产生的副产物应用情况进行了分析和讨论. 4.会议论文 毛本将.丁伯南 电子束脱硫技术应用于火电厂烟气氮氧化物脱除的探讨 2004 文章简要介绍了电子束脱硫技术的原理、工艺流程及技术特点,对电子束脱硫技术用于烟气氮氧化物脱除的技术能力、技术的经济性能和产生的副产物应用情况进行了分析和讨论. 5.会议论文 徐息 电子束脱硫技术应用及分析 1999 电子束技术是一项高新技术，经过多年来的探索研究，已成功应用于电厂烟气硫、氮氧化物脱除。四川省电力局与日本国荏原制作所合作建设的成都电厂电子束脱硫示范项目（简称ＥＢＡ项目），烟气处理量３０１０〈’４〉ＮＨ〈’３〉／ｈ，为目前世界上建成投运的最大规模的第一套工业装置，１９９７年７月竣工运行至今表明，脱硫脱氮效率超过设 计值，副产品可全部以农用氮肥销售，无废水排放，操作较简便，国产化率提高，为在大容量机组上应用积累了经验。 6.会议论文 毛本将.丁伯南 电子束辐照烟气氮氧化物脱除技术及应用探讨 2003 文章简要回顾了电子束脱硫技术的发展历程,对电子束脱硫技术的工艺流程、工艺原理,以及影响氮氧化物脱除率主要因素的行为特征进行了概略性总结.通过对国内外典型工程实例的介绍,展示了电子束脱硫技术用于氮氧化物脱除的工程应用现状.文章还对电子束脱硫技术用于氮氧化物脱除的技术能力、对标准的适应性、副产物的品质及其应用,以及技术经济性 能等问题进行了分析和讨论. 7.期刊论文 毛本将.丁伯南 电子束烟气脱硫技术及工业应用 -环境保护20049 文章对电子束脱硫技术的工艺流程、工艺原理,以及影响二氧化硫和氮氧化物脱除率主要因素的行为特征进行了概略性总结.通过对国内外典型工程实例的介绍,展示了电子束脱硫技术用于二氧化硫和氮氧化物脱除的工程应用现状. 8.会议论文 毛本将.丁伯南 电子束烟气脱硫技术及工业应用 2005 文章对电子束脱硫技术的工艺流程、工艺原理,以及影响二氧化硫和氮氧化物脱除率主要因素的行为特征进行了概略性总结.通过对国内外典型工程实例的介绍,展示了电子束脱硫技术用于二氧化硫和氮氧化物脱除的工程应用现状. 9.会议论文 黄文凤.任岷.李明.王亚.任志凌.张晓春.毛本将 北京京丰热电电子束氨法烟气脱硫脱硝高技术产业化示范工程工艺设计 2003 介绍了采用电子束氨法脱硫脱硝工艺技术在北京京丰热电有限责任公司烟气脱硫脱硝工程的应用及工艺设计情况.设计处理烟气量为630000Nm/h,脱硫率为≥90％,脱硝率≥20％. 10.期刊论文 孙军蓉 电子束烟气脱硫技术 -科技情报开发与经济2003,138 介绍了电子束烟气脱硫工艺的基本原理、工艺流程、特点及潜在的问题,并从经济性方面与简易湿法脱硫和半干法脱硫进行了对比分析,同时提出了解决存在问题的办法. 本文链接 下载时间2010年1月1日