燃煤锅炉烟气脱硫方案比较研究.pdf

分类号X 1 ．x 8 1 0 71 0 ．s 0 6 2 9 0 6 0 9 删㈣删㈣M Y 15 2 6 芝d ’ 谖步太海 硕士学位论文 燃煤锅炉烟气脱硫方案比较研究 导师姓名职称 申请学位级别 论文提交日期 学位授予单位 王晓玲 邓沪秋副教授 答辩委员会主席李树林教授 学位论文评阅人李树林教授郑爱平教授 摘要 本课题选题来源于西安市热力公司雁东供热站燃煤供热锅炉脱硫方案研究项目，目 的是解决该供热站排放的烟气中粉尘和S 0 2 超标问题，使其锅炉烟气达标排放。文中分 析了国内外烟气脱硫技术的现状，介绍了大气污染物排放标准、常用烟气脱硫方法和工 作原理，分析、比较了各自的特点，并调研西安市各大供热站的烟气脱硫措施及效果。 然后结合雁东供热站的实际情况，用模糊数学方法进行方案比选，重点是对各方案的投 资、运行费、脱硫效率、管理及占地面积等方面进行评估。在此基础上设计一套优化脱 硫方案。即在原有麻石水膜除尘器的基础上，加装旋流塔，采用N a - C a 双减法脱硫。方 案采用钠基作吸收剂，对S 0 2 亲和力强、活性高，吸收系统不易结垢、堵塞。同时利用 锅炉自身的冲渣灰水中含有多种碱性金属离子去垢力强的特点，减轻结垢并增加吸收液 的碱性浓度，降低运行费用。由于旋流板本身的结构特点，一方面决定了其具有良好的 防堵性能，另一方面使烟气在通过旋流叶片时加速，产生强劲的上旋力与冲击力，使得 气液传质交换充分，并加装特种雾化喷头，保证主塔内旋流板液雾均匀连续，达到较高 的脱硫效率。脱硫产物被排入再生池内用C a 0 H 2 进行还原再生，再生出的钠基脱硫剂 再返回脱硫塔循环使用，降低了投资及运行费用。此外，还分析了该脱硫除尘方案的经 济效益。 关键词双碱法，烟气脱硫，模糊数学，方案比选，效益 A b s t r a c t T h i sa n i c l ei so r i g i n a t e df ．r o mt h ep r o 莎觚吼eo fr e s e a r C hp r o je c t so nt h es c h e m eo fn u e g a Sd e s u l f h r i z a t i o nf o rc o a l f i r e dh e a t i n gb o i l e ro f 、知①I o n gh e a t i l l gs t a t i o ni nX i ’觚i no r d e r t or e s o l V et h ep r o b l e mo fi t ’sd u s ta n dS 0 2w h i c he x c e e d e dt h ep r e s c 曲e ds t a n d a r d sf o rt h e d i s c h a r g e ，砒l dm a k es u r em eb o i l e rn u rg a Ss u c c e e dt om e e tt h es t a l l d a r df o rd i s c h a 玛e ．I I l m e 甜i c l e ，i ti m r o d u c e dt h es t a n d a r d s 内rm ed i s c h a r g eo fa t l l l o s p h 甜cp o l l u t a I l t s ，a 1 1 a l y z e d m ec u r r e n ts i t u a t i o no fd e s u l p h u d z a t i o na l lo v e rt l l ew o r l d ，s t u d i e do nm ep r i r l C i p l eo f d e s u l p h l r i z a t i o n ，a n dc o H l p a r e di t ’sa d V 眦a g e 、 s h o r t c o m i I l ga I l de C o n o m i ce m c i e n c yo f c v e r ys c h e m e ．O nt l l i sb a L s i s ， i td e s i g n e das c h e m eo fd e s u l p h 嘶z a t i o na n dd u s tr e m o V a lb y s u r v e y i n gt l l es c h e m e sa 1 1 de f r e c t sf o rd e s u l p h u r i z a t i o no fe V e 巧h e a t i n gs t a t i o ni nx i ’a I l ， a t m es 锄et i l n ei n t e 笋a t e dt h e mw i t ht h ea c t u a lc o n m t i o na I l dc o m p a r c dt h e i ri n V e s t Ⅱl e I l t s 、 w o f I i n gc o s t s 、d e s u l m r i z a t i o ne 伍c i e n c ya I l dn o o rs p a c eb y 血z z ym a t h e m a t i c s ．T h em e t l l o di s a d d i n gac y c l o n es c n l b b e r0 nt h eb a S i so fi t ’se a r l i e rm i l l s t o n ew a t e rf i l I I ld e d u s t o r ， a 1 1 d a d o p t e dm ed u a l - a l k a l in u eg a sd e s u l m r i z a t i o np r o c e s s ．T h a tm a d em en u eg 弱d e s u l I 协 s y s t e m 狮d 吐l ed u s tr e m o V i n gs y S t e mr I l I la tm es a m et i m e ．N a 弱a b s o 印t i o nh a sas 臼D n g a 伍I l i t yf o rS 0 2 ， 雠di th a Sg r e a ta c t i V i t y ，s ot l l ee q u i p m e n ti sn o te a s yt 0s c a l eo rb l o c ku p ． A tt h es 锄et i I I l e ，m es l a gw a t e ri nt h ec o a l - 6 r e db o i l e rl m sm a I l yk i n d so fa l l 【a l i n em e t a li o n w h i c hc 肌r e l i e v et 1 1 es c a l l i n gp r o b l e m ， a 1 1 di tc a I la l s oi n c r e 嬲em ec o n c e n 仃a t i o no ft h e a b s o 巾t i o n ， s om ec o s t sa r er e d u c e d ．1 ’l l es t m c t u r eo fm es w i r lp l a t em a k e si tp r e V e n t s c a l l i l l g ， o nm eo t h e rh a n di tm a k e st h ea i r - 1 l u i de x c h a n g ew e l l ， s om ee m c i e n c yo fd e s u l f 打 a n dd u s tr e m o V i n gc a I lk e 印o na l l i 曲l e V e l ．o n c ep u tC a O H 2i n t 0m e r e s u l t a n t ，i tc a nb e d e d u c e dt od e s u l f h r i z e ra I l dr e c y C l e d ．A tt h es a m et i m e ，t h ec o s to fi n V e s t I T l e n ta 1 1 do p e r a t i o n i sr e d u c e d ．√6 m dt h ea n a l y s i so fe c o n o m i ce f n c i e n c yi si n v o l v e di nt 1 1 i sa r t i c l e ． K e yw o r d s g a sd e s u l f u r ； s c h e m ec o m p a r i s o n ； f u z z ym a t h e m a t i c s ； d u a l a l k a l i ； e 伍c i e n c y 论文独创性声明 本人声明本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任 何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名王醉靖 珈 7 年号月劭日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 保密的论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名 王酞厦办翊年乡月加日 导师签名擀 哆 年厂月矽日 长安大学硕上学位论文 第一章绪论弟一早三百V 匕 1 ．1 课题研究的背景、目的及意义 1 ．1 ．1 课题研究的背景 近二十年来，随着我国经济的快速发展，对能源的需求在不断增加，作为一次能源 的煤炭，在相当长的时期内仍然是我国主要能源。燃煤燃烧过程中，会产生废气、灰渣 及噪声等污染物，其废气中的S 0 2 是大气的主要污染物之一，S 0 2 的大量排放既严重污 染环境又造成硫资源的巨大浪费。据统计，2 0 0 2 年，全国废气中S 0 2 排放总量为1 9 2 6 ．6 万t 。其中工业来源的排放量1 5 6 2 ．0 万t ，生活来源的排放量3 6 4 ．6 万t 【。部分城市S 0 2 污染严重，南方地区酸雨污染较重，酸雨控制区内9 0 ％以上的城市出现了酸雨。削减 S 0 2 的排放量，防治大气S 0 2 污染，已成为当今我国普遍关注的社会热点问题。为此， 必须积极推行脱硫技术，减少二氧化硫的排放。 S 0 2 和烟尘污染危害整个生态系统及建筑物等，已成为制约社会经济发展的重要环 境因素，迫切需要解决。在“八五”和“九五”期间，我国对国际上的主要除尘、脱硫技术 组织了研究开发，取得了一定成绩【2 1 。整体上看，除尘工艺和设备已日趋完善，已形成 一定的规模生产能力。而对脱硫工艺和设备，除少数引进国外的脱硫工艺和设备能确保 可靠、有效运行外，多数工艺和设备尚处在小试探索或中试阶段，到最后进入实用阶段， 还有许多问题需要完善。 我国燃煤工业锅炉烟气脱硫起步较早，但发展缓慢。早在5 0 年代初，我国南京永 利宁化工厂就在工业锅炉内喷撒石灰，以防治烟气中S 0 3 对锅炉护管及设备的腐蚀，其 效果较好。在8 0 年代之前，我国燃煤工业锅炉烟气脱硫的研究及开发，基本上处于停 滞阶段。到了8 0 年代末或9 0 年代初，由于我国大气S 0 2 污染及酸雨污染日趋严重，研 究与开发燃煤工业锅炉烟气脱硫技术便应运而生。许多部门着手研究及开发燃煤工业锅 炉烟气脱硫技术。1 9 9 5 年8 月，随着我国修改后的中华人民共和国大气污染防治法 的颁布，S 0 2 在法规上定义为我国重要的必须治理的大气污染物，S 0 2 污染防治及酸雨 污染防治纳入法律条文，以法规形式确保S 0 2 污染防治和酸雨污染防治。中华人民共 和国大气污染防治法的贯彻和执行，在很大程度上促进了燃煤工业锅炉烟气脱硫的研 究与开发。我国相当多的高等院校，中国科学院的院所，各部委的科研机构，地区的科 研部门，环保局的科研院所，以及民营科研机构等，对燃煤工业锅炉烟气脱硫技术纷纷 进行研究与开发‘3 2 1 。脱硫技术开始蓬勃发展。燃煤工业锅炉烟气脱硫以其存在问题多， 治理难度大，而成为我国当今令人关注的热点。在9 0 年代初期短短1 0 年内，我国研究 第一章绪论 与开发的烟气脱硫技术多达5 0 种以上，各种技术和设备在防腐、耐磨、防结垢、防堵 塞等方面取得了巨大的进展。 为进一步贯彻保护环境、实施可持续发展战略，落实2 0 1 0 年远景目标纲要，中 国政府出台了中华人民共和国环境保护法、中华人民共和国大气污染防治法等一 系列法规和标准。“十五”计划规定，2 0 0 5 年后“两控区”内的S 0 2 排放量要减少2 0 ％1 7 J 。 为了治理大量燃煤造成的严重酸雨危害，国家不断加大S 0 2 排放的治理力度。 总之，为了节能减排、保护环境，促进经济社会的可持续发展，对燃煤锅炉烟气的 脱硫处理己成为一项刻不容缓的大事。 1 ．1 ．2 目的及意义 能源问题、环境问题和水资源短缺问题是二十一世纪全球关注的热点问题，与社会 经济的发展和人类自身的生存密切相关，也是实现可持续发展的关键。燃煤锅炉引起的 S 0 2 和粉尘污染已成为急需解决的环境问题。 本课题研究目的是通过分析西安市热力公司雁东供热站2 台7 0 M w 链条锅炉的现 状及存在的污染问题，在众多脱硫技术中，采用模糊数学方法进行方案比选，提出并设 计一种较优的烟气脱硫方案。西安市热力公司雁东供热站位于西安市中东部，属“酸雨 控制区与二氧化硫控制区”，为使锅炉烟气达标排放，必须对粉尘和S 0 2 采取措施治理。 本课题的研究能够解决此实际工程问题、可供同类工程参考，也为方案比选提供了新的 思路。有一定理论价值和现实意义。 1 ．2 烟气脱硫方式概述 烟气脱硫技术可分为湿法烟气脱硫技术、干法烟气脱硫技术、半干法烟气脱硫技术 三类。 1 ．2 ．1 湿法烟气脱硫技术【1 】 湿法烟气脱硫技术是指吸收剂为液体或浆液。按使用脱硫剂种类可分为石灰石一 石膏法、简易石灰石．石膏法、双减法、石灰液法、钠减法、氧化镁法、有机铵循环法、 海水脱硫法等。按脱硫设备采用的技术种类不同可分为旋流板技术、气泡雾化技术、 填料塔技术、静电脱硫技术、文丘里脱硫技术、电子束脱硫技术等。湿法烟气脱硫的工 艺过程多种多样，但它们也有相似的共同点含硫烟气的预处理 如降温、增湿、除尘 ， 吸收，氧化，富液处理 灰水处理 ，除雾 气水分离 ，被净化后的气体再加热，以及 产品浓缩和分离等。应用较多的是以下几种 2 长安大学硕士学位论文 1 石灰石．石膏法烟气脱硫技术 该技术以石灰石浆液作为脱硫剂，在吸收塔内对烟气进行喷淋洗涤，使烟气中的 S 0 2 反应生成C a s 0 3 ，同时向吸收塔的浆液中鼓入空气，强制使C a s 0 3 转化为C a s 0 4 ， 脱硫剂的副产品为石膏。该系统包括烟气换热系统、吸收塔脱硫系统、脱硫剂浆液制各 系统、石膏脱水和废水处理系统。其工艺流程如下 执 吸 锅炉烟气J - 交 收 换 塔 ／＼ 烟囱卜器 ＼／ 反应液 石灰浆液 脱水处理等 石膏 反应液池石灰液池 石灰石 t i 一 图1 ．1 石灰石一石膏法烟气脱硫技术工艺流程图 烟气先经热交换器处理，进入吸收塔，在吸收塔里S 0 2 直接与石灰浆液接触并被 吸收去除。治理后烟气通过除雾器及热交换器处理后经烟囱排放。吸收产生的反应液部 分循环使用，另一部分进行脱水及进一步处理后制成石膏。化学反应方程式如下 2 C a C 0 3 H 2 0 2 S 0 2 2 C a S 0 3 1 ／2 H 2 0 2 C 0 2t 2 C a s 0 3 1 ／2 H 2 0 0 2 3 H 2 0 2 C a S 0 4 2 H 2 0 由于石灰石价格便宜，易于运输和保存，因而已成为湿法烟气脱硫工艺中的主要脱 硫剂，石灰石一石膏法烟气脱硫技术成为优先选择的湿法烟气脱硫工艺。该法脱硫效率 高 大于9 5 ％ ，工作可靠性高，但易堵塞腐蚀，脱硫废水较难处理。 2 石灰液法 工艺流程如下 第一章绪论 区亟堕亟丑，蔓至卜l 旋嘉磊除尘器} _ _ - { 二蔓塑堑二二卜砸 排渣 循环水Il 循环碱性水 清水循环池卜一石灰水泵 排渣 图1 ．2 石灰液法工艺流程图 锅炉烟气在塔内经旋流板处理后，由引风机送入烟囱排放。喷淋循环液由脱硫除尘 器中上部进入，在旋流塔板上分散成雾滴与烟气充分接触净化后，从脱硫除尘器底部经 水管流入循环水系统的中和池进行再生反应，反应生成上清液循环使用。 3 双减法工艺流程。 锅炉烟气 沉渣外运一 Y 图1 ．3 双减法工艺流程图 该工艺在脱硫除尘方面与石灰石法相同。为解决循环水系统及旋流板结垢问题。吸 收剂采用钠碱与石灰结合使用。 4 单钠碱法工艺 4 a 灰一一瓦硪己 长安大学硕士学位论文 该工艺一般在燃油锅炉上应用较多。 排渣 图1 ．4 钠减法工艺流程图 5 氨法烟气脱硫技术 该脱硫工艺以氨水作为吸收剂，副产品为硫酸铵化肥。锅炉来的烟气经烟气换热 器冷却至9 0 1 0 0 ℃，进入预洗涤器经洗涤后除去H C l 和H F ，洗涤后的烟气经过液滴分 离器除去水滴进入前置洗涤器中。在前置洗涤器中，氨水自塔顶喷淋洗涤烟气，烟气中 的S 0 2 被洗涤吸收洗去，洗涤后的烟气排出后，经液滴分离器除去携带的水滴，进去脱 硫洗涤器。在该洗涤器中烟气进一步被洗涤，经洗涤塔顶部的除雾器除去雾滴，再经烟 气换热器加热后经烟囱排放。 洗涤工艺中产生的约3 0 ％的硫酸铵溶液排出洗涤塔，可以送到化肥厂进一步处理或 直接作为液体氨肥出售，也可以把这种溶液进一步加工成颗粒、晶体或块状化肥出售。 氨法脱硫属较为成熟的一种脱硫工艺，在德国的一些电厂已得到应用，如曼海姆 电厂，处理烟气量为7 5 0 0 0 卟i m 3 ／l l ；卡斯鲁尔电厂，处理烟气量3 0 0 0 0 0 N m 3 ／l l 等。 6 海水脱硫工艺 海水脱硫工艺是利用海水的碱度达到脱除烟气中S O 的一种脱硫方法。在脱硫吸收 塔内，大量海水喷淋洗涤进入吸收塔内的燃煤烟气，烟气中的S 0 2 被海水吸收而除去， 净化后的烟气经除雾器除雾、经烟气换热器加热后排放。吸收S 0 2 后的海水与大量未脱 硫的海水混合后，经曝气池曝气处理，使其中的S 0 3 2 ’被氧化成为稳定的S 0 4 厶，并使海 水的p H 值与C O D 调整达到排放标准后排放大海。海水脱硫工艺一般适用于靠海边、 扩散条件较好、用海水作为冷却水、燃用低硫煤的电厂。海水脱硫工艺在挪威比较广泛 第一章绪论 用于炼铝厂、炼油厂等工业炉窑的烟气脱硫，先后有2 0 多套脱硫装置投入运行。近几 年，海水脱硫工艺在电厂的应用取得了较快的进展。此种工艺最大问题是烟气脱硫后可 能产生的重金属沉积和对海洋环境的影响需要长时间的观察才能得出结论，因此在环境 质量比较敏感和环保要求较高的区域需慎重考虑。 1 ．2 ．2 半干法烟气脱硫技术 半干法烟气脱硫技术采用湿态吸收剂，在吸收装置中吸收剂被烟气的热量所干燥， 并在干燥过程中与S 0 2 反应生成干粉脱硫产物。半干法工艺较简单，反应产物易于处理， 无废水产生，但脱硫效率和脱硫剂的利用率低。目前常见的半干法烟气脱硫技术有喷 雾干燥脱硫技术、循环流化床烟气脱硫技术等。简单介绍如下。 1 旋转喷雾干燥烟气脱硫工艺【4 】 喷雾干燥法脱硫工艺以石灰为脱硫吸收剂，石灰经消化并加水制成消石灰乳，消石 灰乳由泵打入位于吸收塔内的雾化装置，在吸收塔内，被雾化成细小液滴的吸收剂与烟 气混合接触，与烟气中的S 0 2 发生化学反应生成C a s 0 3 和C a S 0 4 ，烟气中的S 0 2 被脱除。 与此同时，吸收剂带入的水分迅速被蒸发而干燥，烟气温度随之降低。脱硫反应产物及 未被利用的吸收剂以干燥的颗粒物形式随烟气带出吸收塔，进入除尘器被收集下来。脱 硫后的烟气经除尘器除尘后排放。为了提高脱硫吸收剂的利用率，一般将部分除尘器收 集物加入制浆系统进行循环利用。该工艺有两种不同的雾化形式可供选择，一种为旋转 喷雾轮雾化，另一种为气液两相流。工艺流程如下 反应终产物颗粒再循环 图1 ．5 旋转喷雾干燥法脱硫工艺流程图 1 一旋转喷雾器；2 一脱硫塔3 一除尘器；4 ～引风机；5 一石灰仓；6 一消化池7 一供给槽；8 一浆 液泵 6 长安人学硕士学位论文 喷雾干燥法脱硫工艺具有技术成熟、工艺流程较为简单、系统可靠性高等特点， 脱硫率可达到8 5 ％以上。该工艺在美国及西欧一些国家应用较为广泛，在1 2 5 M W 以下 机组上有一定的应用业绩。脱硫灰渣可用作制砖、筑路，但多为抛弃至灰场或回填废旧 矿坑。1 9 8 4 年我国在四川内江白马电厂建成了第一套旋转喷雾干燥法烟气脱硫小型试验 装置，处理烟气量为3 4 0 0 N m 3 m 。 2 循环流化床脱硫技术 烟气循环流化床脱硫工艺由吸收剂制备、吸收塔、脱硫灰再循环、除尘器及控制 系统等部分组成。该工艺一般采用干态的消石灰粉作为吸收剂，也可采用其它对s o 有 吸收反应能力的干粉或浆液作为吸收剂。工艺流程如下 图1 ．6 烟气循环流化床脱硫技术工艺流程图 1 一石灰仓；2 一输送石灰风机；3 一循环流化床脱硫塔；4 一百叶窗分离器和静电除尘器； 5 一引风机；6 一灰仓；7 一灰渣输送机 由锅炉排出的未经处理的烟气从吸收塔 即流化床 底部进入。吸收塔底部为一个 文丘里装置，烟气流经文丘里管后速度加快，并在此与很细的吸收剂粉末互相混合，颗 粒之间、气体与颗粒之间剧烈磨擦，形成流化床，在喷入均匀水雾降低烟温的条件下， 吸收剂与烟气中的S 0 2 反应生成C a S 0 3 和C a S 0 4 。脱硫后携带大量固体颗粒的烟气从吸 收塔顶部排出，进入再循环除尘器，被分离出来的颗粒经中间灰仓返回吸收塔，由于固 体颗粒反复循环达百次之多，故吸收剂利用率较高。 此工艺所产生的副产物呈干粉状，其化学成分与喷雾干燥法脱硫工艺类似，主要由 飞灰、C a S 0 3 、C a S 0 4 和未反应完的吸收剂C a O H 2 等组成，适合作废矿井回填、道路 基础等。 7 第一章绪论 典型的烟气循环流化床脱硫工艺，当燃煤含硫量为2 ％左右，钙硫比不大于1 ．3 时， 脱硫率可达9 0 ％以上，排烟温度约7 0 ℃。此工艺在国外目前应用在1 肚2 0 万K W 等级 机组【5 1 。由于其占地面积少，投资较省，尤其适合于老机组烟气脱硫。 1 ．2 ．3 干法脱硫技术 干法脱硫技术采用湿态吸收剂，反应生成干粉脱硫产物。干法工艺较简单，但脱硫 效率和脱硫剂的利用率较低。目前常见的干法烟气脱硫技术有炉内喷钙脱硫技术。工 艺流程如下 烟囱 图1 ．7 炉内喷钙尾部增湿活化法工艺流程图 1 一输送石灰石风机2 一石灰石仓；3 一锅炉；4 一空气预热器；5 一活化器；6 一底渣；7 一水池； 8 一空气加热器；9 一除尘器；1 0 一引风机；1 1 一副产品 该工艺多以石灰石粉为吸收剂，石灰石粉由气力喷入炉膛8 5 0 ～1 1 5 0 ℃温度区，石灰 石受热分解为C a o 和C 0 2 ，C a o 与烟气中的S 0 2 反应生成C a S 0 3 。由于反应在气固两 相之间进行，受到传质过程的影响，反应速度较慢，吸收剂利用率较低。所以更为先进 的是炉内喷钙加尾部烟气增湿活化脱硫工艺。即在炉内喷钙脱硫工艺的基础上在锅炉尾 部增设了增湿段，以提高脱硫效率。在尾部增湿活化反应器内，增湿水以雾状喷入，与 未反应的C a 0 接触生成C a O H 2 进而与烟气中的S 0 2 反应。当钙硫比控制在2 ．5 及以上 时，系统脱硫率可达到6 5 ％～8 0 ％。由于增湿水的加入，烟气温度下降，一般控制出口 烟气温度高于露点温度1 0 ～1 5 ℃，增湿水由于吸收烟气热量而被迅速蒸发，未反应的吸 收剂、反应产物呈干燥态随烟气排出，被除尘器收集下来。由于脱硫过程吸收剂的利用 率较低，脱硫副产物中C a S 0 3 含量较高，其综合利用受到一定的限制。 该脱硫工艺在芬兰、美国、加拿大、法国等国家得到应用，采用这一脱硫技术的最 大单机容量已达3 0 0 MW ．我国在南京下关电厂的2 1 2 5 M w 机组已采用这一脱硫工艺【6 】o 长安大学硕士学位论文 第二章国内外脱硫系统现状分析 2 ．1 国外烟气脱硫现状分析 2 ．1 ．1 国外烟气脱硫发展概况 近几十年来，S 0 2 和烟尘污染危害整个生态系统及建筑物等，已成为制约社会经济 发展的重要环境影响因素，为解决这一问题，各个国家纷纷开始脱硫技术的研究。 世界上应用烟气脱硫装置最多的国家是美国、日本和德国，且有显著成效。虽然 三国电站装机总量不断增加，但S 0 2 的排放总量却逐年减少。对全球S 0 2 排放总量的削 减起到积极作用。 日本是世界上最早大规模应用F G D 装置的国家。截止1 9 9 0 年，其装雹达1 9 0 0 多 套，总装机容量达O ．5 ～0 ．6 亿K w 。应用的脱硫技术以湿式石灰／石灰石石膏法为 主，占7 5 ％以上。由于日本资源匮乏，因此大多采用回收流程。日本国内所用石膏基本 都来自烟气脱硫的回收产物。F G D 装置的应用在日本已有近3 0 年的历史，从6 0 年代末 开始大规模应用F G D 装置使其S 0 2 污染在7 0 年代中后期基本得到控制。8 0 年代以来， 日本加强了对外出口，对美国、德国及发展中国家大量出口技术及设备，仅向中国就出 口或援助近十套F G D 装置，占中国进口脱硫装备的7 0 ％左右。日本的S 0 2 已基本得到 控制，同时开始烟气脱硝技术的研究，对同时脱硫脱硝的技术尤为关注。如被誉为新一 代F G D 技术的电子束氨法 E B A 和脉冲电晕氨法 P P C P 脱硫，最早均由日本专家 提出，并进行大规模研究，目前正在进行工业性试验，有待商业化应用。 在美国的烟气脱硫装置中，湿法石灰石／石灰法占9 0 ％以上，其次是双碱法和碳酸 钠法。8 0 年代以来，为了降低基本投资和运行费用，积极研究及开发了喷雾干燥烟气脱 硫和炉内直接喷射石灰石烟气脱硫技术。美国的A B B 公司新开发的L S 一2 技术，主要采 用5 ～6 州s 的高烟气流速 常规流速为3 “州s 、专利喷嘴、卧式除雾器、超细干式石灰 石磨制等。由于采用高流速，减小了塔的体积，降低了造价。美国的B W 公司在塔的 吸收段喷淋层间增加一多孔合金托盘，在托盘的上下都设喷嘴。托盘的主要作用是均布 气流、增加气一液传质效果，从而提高效率，减少塔高，降低造价【1 3 】。 欧洲的F G D 技术以德国发展最为迅速，其装置总装机容量为0 ．3 “O ．4 6 亿K w ，居 世界第三位。从7 0 年代后期开始，在不到2 0 年的发展过程中，F G D 技术迅速实用化。 在引进日、美先进技术的同时，立足于本国技术的开发，于7 0 年代末，开始在电站锅 炉上安装F G D 装置。1 9 8 3 年颁布的环境法规，促进了F G D 装置大规模应用，在1 9 8 3 9 第二章国内外脱硫系统现状分析 年至1 9 8 9 年的7 年间，其S 0 2 排放量降低6 ．8 倍。截止1 9 9 2 年，5 万K W 以上燃煤锅 炉全部安装F G D 装置。德国主要采用的工艺也是湿式石灰／石灰石一石膏法，占9 0 ％以 上。回收流程是抛弃流程2 ．6 倍，7 5 ％的工业用石膏来自脱硫系统 1 3 J 。 英国主张燃用低硫燃料及高烟囱稀释排放法，而法国则以核电为主，因此两国的 F G D 技术不如德国。此外，北欧各国如丹麦、芬兰等国，对F G D 技术也开展了大规模 研究，开发出许多先进工艺。如丹麦的旋转喷雾干燥法 S D A 、芬兰F o m 蛐公司的 炉内喷钙尾部增湿活化烟气脱硫技术 L m A C 等，不仅在本国有许多工业装置运行， 在境外也有技术出口。 据国际能源机构煤炭研究所组织的调查，结果显示，1 9 9 2 年末全世界1 7 个国家的 燃煤电厂安装了各种烟气脱硫设备6 4 6 套，总装机容量达1 6 7G W 。其中美国3 0 8 套、 德国2 0 8 套、日本5 1 套。湿式脱硫工艺占世界安装F G D 机组总容量的8 1 ．8 ％【8 】。 2 ．1 ．2 国外烟气脱硫对我国的启示 2 0 年来湿法脱硫技术取得了不断的改进。美国的A B B 公司l O OM W 的高流速塔已 开始运行，B ＆w 公司对塔内的“托盘”进行优化研究；德国的诺尔．克尔茨公司 N D e l l ．K R S 则不断地在改进双循环系统，依照入口烟气中S 0 2 浓度的变化来优化调 节上、下循环浆泵的总泵量，从而使功耗不断降低，B i s c o f r 公司对脱硫塔中氧化部分的 分段和无机械搅拌系统进行了完善。湿法脱硫系统在降低工程造价和运行费用方面仍然 有不少潜力。因此，我们应当不断跟踪新的技术发展，同时避免低水平的重复引进【引。 我国F G D 技术的研究起步较早，但进展缓慢。研究的方法虽然很多，但大多还停 留在小试或中试阶段，工业化运行的装置很少，大型装置甚至没有。因此必须加快研究 步伐，赶超世界先进水平。在加快研究的进程中，应在消化吸收引进的基础上，坚持自 主开发，研究出适合我国国情的工艺和设备装置，使其达到产业化应用。我国电力部门 从7 0 年代开始研究S 0 2 控制问题，8 0 年代中期加大了试验研究力度，9 0 年代首次在重 庆珞璜电厂两台3 6 0M W 机组上安装了石灰石一石膏湿法烟气脱硫装置。到1 9 9 9 年为 止，已有1 5 4 0M W 脱硫机组在运行，工艺包括典型湿法、简易湿法、半干法、电子束 法、海水脱硫、炉内喷钙等脱硫技术【8 】。 7 0 年代初期美、日颁布了控制燃煤排放S 0 2 的国家标准，8 0 年代初期德国颁布了 大型燃烧装置法规。此后美、同及欧洲火电厂F G D 稳步增长。9 0 年代末全世界有2 0 多个的国家已经或正在通过立法限制S 0 2 排放。 l O 长安大学硕士学位论文 美国S 0 2 排放标准最初颁布于1 9 7 0 年，仅对新建机组提出要求；1 9 9 0 年美国国会 通过了“清洁空气修正法案 C A A A ”，使标准适用范围扩大，要求趋于严格。C A A A 规 定对于出力为2 ．5 M W 及以上的燃煤锅炉S 0 2 排放分2 个阶段达标。第l 阶段对大型电 力公司中的1 l O 台锅炉，要求在1 9 9 5 年1 月1 日前S 0 2 排放值不大于1 ．0 7 5 p g ／J 第2 阶段要求出力为2 5M W 及以上的锅炉在2 0 0 0 年1 月1 日前S 0 2 排放值不大于O ．5 1 6 p g ／J 。 德国在1 9 8 3 年制订的联邦S 0 2 排放标准，要求所有大于1 1 0M W 的燃煤电厂在1 9 8 8 年 之前均达到8 5 ％脱硫效率，或排放水平低于4 0 0 I I l g ／m 3 ，二者取其严；要求脱硫设备停 运时间1 次不能超过7 2h ，1 年累计不能超过2 4 0h 。 我国对火电厂S 0 2 提出明确控制要求的法律是1 9 9 5 年修正后重新颁布的中华人 民共和国大气污染防治法。根据这一法律的原则要求，一方面，国家环保局于1 9 9 6 年修订了火电厂大气污染物排放标准 G B l 3 2 2 3 ．1 9 9 6 ，对火电厂划分了3 个时段 第 l 时段1 9 9 2 年8 月1 日前；第2 时段1 9 9 2 年8 月1 日～1 9 9 6 年1 2 月3 1 日；第3 时 段1 9 9 7 年1 月1 日后 ，每个时段都规定了小时允许排放量，并对位于”两控区”第3 时段的电厂规定了在煤的含硫量大于1 ％时，排放水平低于1 2 0 0m 咖3 。另一方面，国 家环保局制定了酸雨控制区和S 0 2 污染控制区划分方案并于1 9 9 8 年1 月得到国务 院批复⋯。 国务院批复中对火电厂提出了具体控制要求一是到2 0 0 0 年排放S 0 2 的工业污染 源要达标排放，并实行总量控制；二是除以热定电的热电厂外，在大中城市城区及近郊 区禁止新建燃煤电厂；三是新建、改造燃煤含硫量大于1 ％的电厂要建设脱硫设施；四 是现有燃煤含硫量大于1 ％的电厂，在2 0 0 0 年前采取减排措施；在2 0 1 0 年前分期分批 建成脱硫设施或采取其它具有相应效果的控制S 0 2 措施。排放标准和关于”两控区”的批 复是我国控制S 0 2 的主要依据，也标志着我国火电厂的脱硫由起步阶段进入了实质性的 控制阶段。 由上可以看出美、德两国的标准均严于我国的标准。但我国环境保护要求将会不断 提高，火电厂S O 控制标准也将不断严格；美、德今天的电力环保要求就是我国明天的 目标，为此必须加快我国脱硫设备国产化步伐。 根据欧、美实际情况不同，对脱硫工艺的要求也略有不同，主要体现在脱硫后的烟 气处理和对脱硫石膏的利用上。美国对脱硫后排放烟气的温度没有要求，而德国则要求 必须高于7 2 ℃；对脱硫石膏综合利用，美国没有特殊要求，而德国则要求综合利用。这 与美、德的国情不同有关。美国国土辽阔，用常规采矿法制造石膏对环境影响不大，然 第二章国内外脱硫系统现状分析 而对国土窄小，人口密集的欧洲国家来说，采矿所造成的大气污染及植被破坏将对环境 造成极大的危害。因此，德国规定石膏的制造必须利用电厂除硫石灰废液。 根据我国具体情况，如果不硬行规定排烟温度，则可以减少气气换热器 费用约 占脱硫设备投资的1 5 ％左右 ；石膏若没有条件综合利用，就不一定需要强制氧化系统 和石膏水洗系统及高性能的脱水系统，烟气除尘要求也可降低。这些都能减少相应的设 备费用和运行成本。欧、美两国的区别对我国有一定的借鉴作用。 2 ．2 国内烟气脱硫现状分析 2 ．2 ．1 我国s 0 排放及污染现状 我国的能源消费以煤为主，1 9 9 5 年煤炭产量为1 2 ．8 亿t ，而且高硫煤也较多。据统 计，1 9 9 1 年全国S 0 2 排放量1 6 2 2 万t ，燃煤电厂排放4 6 0 万t ，占排放总量的2 8 ．4 ％。 1 9 9 5 年全国S 0 2 排放量达到2 3 7 0 万t ，我国的大气污染特征呈现煤烟型污染【2 1 。 S 0 2 排放量剧增，使大多数城市处于较高的污染水平。“八五”期间，全国被统计的 2 8 0 个城市中，S 0 2 超过国家环境空气质量二级标准的城市达1 4 9 个，超标率达5 3 ．2 ‰ 其中某些城市环境空气污染程度已达到发达国家五六十年代的污染最严重的程度，贵 阳、重庆、临汾、涪陵、安顺等城市的S 0 2 年均浓度为国家环境空气质量二级标准的5 倍以上。高浓度的S 0 2 和烟尘污染协同作用，造成对