燃煤热电厂双碱法烟气脱硫工程研究.pdf

中山大学 硕士学位论文 燃煤热电厂双碱法烟气脱硫工程研究 姓名邱新 申请学位级别硕士 专业环境工程 指导教师魏在山 20070606 燃煤热电厂双碱法烟气脱硫工程研究 燃煤热电厂双碱法烟气脱硫工程研究 专业名称环境工程 申请人邱新 指导教师魏在山副教授 摘要 酸雨是困扰全球的环境问题之一。燃煤烟气中的S 0 2 是酸雨形成的主要原因，它 们还能引起人体中毒、植物损害、酸雨酸雾等。2 0 0 6 年火电厂二氧化硫排放量达到1 7 o o 万吨，由S 0 2 为主所致的酸雨污染危害面积已占国土面积的约4 0 ％，全国每年因此 而造成的经济损失已达上千亿元。烟气脱硫是我国当前发展经济、解决环境污染重大任 务。 本文回顾了国内外脱硫技术的工艺和我国脱硫技术的应用现状，对几种成熟的脱 硫工艺进行分析和评价，根据某燃煤热电厂的现有条件和实际情况，最终确定双碱法脱 硫工艺是最适合，并按照双碱法工艺要求进行T I 程设计、运行结果分析和技术经济分 析。工程运行结果分析表明提高液气比、钙硫比、降低吸收温度，控制吸收剂p H 值 有利于烟气脱硫效率的提高，燃煤含硫量和烟气含氧量的变化对系统脱硫效率影响明显， 当液气比为2 ．3 2 ．S L ／e ，钙硫比在1 ．0 2 一1 ．1 之间，控制p H 值在6 _ 8 ．5 ，吸收温度在4 o - 5 0 0 c 时，脱硫效率可达到8 0 ％以上。整个工程投资约1 7 4 8 万，运行费用约为1 ．1 2 元厌，每度电成本增加不足1 分。该烟气脱硫工程已经通过了当地环保部门的验收， 脱硫后排放的烟气可满足火电厂大气污染物排放标准 G B l 3 2 2 3 - - 1 9 9 6 的要求。 针对脱硫系统的运行状态无整体描述指标和分析工具的问题，在分析运行数据的特 性的基础上，提出了基于小波变换理论的运行标度分析思想，编写程序，分别以运行班 和运行周作为研究单位，对双碱法烟气脱硫系统进行标度分析，成功地观察到系统工作 状态的发展趋势信息和识别系统运行方式，并用此评价了运行人员的操作水平。 关键词烟气脱硫、双碱法、工程设计、运行标度分析、小波 燃煤热电厂双碱法烟气脱硫工程研究 R e s e a r c ho nf l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o no fc o a l - f i r e dp o w e r p l a n tb y s o d i u m - c a l c i u md u a l a l k a l is c r u b b i n gm e t h o d M a j o r E n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g N a m e Q i uX i n S u p e r v i s o r W e iZ a i s h a n A b s t r a c t A c i dr a i ni so n eo ft h ep r o b l e m so fg l o b a le n v i r o n m e n t ．S u l f u rd i o x i d e S 0 2 i st h e m a i nc a u s e so fa c i dr a i n , w h i c hc 锄p o i s o nh u m a nb o d y ．d a m a g ef o l i a g ea n de n g e n d e ra c i d m i s t ．C o a lc o m b u s t i o no fp o w e rp l a n tp r o d u c e sa b o u t1 7m i l l i o nt o n sS 0 2i n2 0 0 6 ．A c i dr a i n c o v e r 柏p e r c e n t a g eo fs t a t e - o w n e dl a n d , w h i c hl e a d st ol o s sa s s e s s e da tm o r et h a n1 1 0 b i l l i o nR M Bi nC h i n a ．T h e r e f o r e , t h ef l u eg a sd e s u l f u r i z a t o na H n I c bm u c hm o r ea t t e n t i o n s ． S o m ed o m i n a t i v ep r o c e s s e so ff l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n F G D a r er e v i e w e da th o m ea n d a b r o a di nt h et h e s i s ．T e c h n o l o g i c a le v a l u a t i o ni sp e r f o r m e dt oS O m eo r d i n a r y p r o c e s s e s ， s o d i u m c a l c i u md u a l a l k a l i s c r u b b i n g m e t h o di s a d a p t t of l u e g a sd e s u l f u r i z a t i o no f c o a l - f i r e dt h e r m a lp o w e r p l a n ta c c o r d i n gt oi t sc u r r e n tc o n d i t i o n sa n dr e a l i t i e s ． T h ep r o j e c td e s i g no fF G D ，t h ei n f l u e n c ef a c t o r so fF G Da n df i n a n c i a la n a l y s i sa r e d i s c u s s e d ．1 r h er u n n i n gr e s u l t ss h o wt h a tr e m o v a lo f 0 2b e 4 x m e sb e t t e rw h e nw i t h i n c r e a s i n gp r o p o r t i o no fL ／Ga n dC a ／S ，d e c r e a s i n gt e m p e r a t u r ea n dt h eo p t i m u mp Hv a l u eo f a b s o r b e n t ．S u l f u rc o n t e n ti nc o a la n dt h ec o n c e n t r a t i o no f0 2h a v ee v i d e n te f f e c tO i l d c s u l f u r i z a t i o nr a t e ．确eb e s td e s u l f u r i z a t o nr a t ei sa b o v e8 0 ％w h e nm a s sr a t i oo fU Gi s 2 ．3 2 ．5l _ ／m 3 ，S O l i d - g a sr a t i oC a ／Si s1 ．0 2 1 ．1u n d e rp H 6 8 ．5a n d4 0 5 0o C ．田l i sF G D e n g i n e e r i n gc o s t s1 7 ．4 8m i l l i o nY u a n , i t so p e r a t i o nc o s ti sa b o u t1 ．1 2Y u a np e rd a ya n d1c e n t p e rk i l o - w a t to n eh o u r ．T h ep r 硒c c th a db ec h e c k e da n da c c e p t e db yl o c a le n v i r o n m e n t p r o t e c t i o nb u r e a u ．1 r I 圮f l u eg a sc o u l db ed i s c h a r g e dw i t hs u i t a b l es t a n d a r d ． A no p e r a t i o nm u l t i d i m e n s i o n a ls e a l i n g M D S p r o g r a mi sb r o u g h tf o r w a r df o r d e p i c t i n g t h eF G D s y s t e ms t a t u s ．T h i sp r o g r a mi sb a s eu p o nt h ea n a l y s i so fi n p u to p e r a t i o nd a t a , t h e Ⅱ 燃煤热电厂双碱法烟气脱硫工程研究 t h e o r yo fw a v e l e ta n dM D S ．T h i sp r o g r a mi su s e dt oi d e n t i f yt h ed e v e l o p m e n to fs t a t u so f F G D s y s t e mu s i n gs o d i u m - c a l c i u md u a l a l k a l is c r u b b i n ga n de v a l u a t et h eo p e r a t i o nl e v e lo f w o r k e r ss u c c e s s f u l l y ． K e yw o r d s F l u eg a sd e s u l f u r i z a t o n , S o d i u m - c a l c i u m d u a l - a l k a l is c r u b b i n gm e t h o d , D e s i g n ，O p e r a t i o nm u l t i d i m e n s i o n a ls c a l i n g ，w a v e l e t n l 燃煤热电厂双碱法烟气脱硫工程研究中山大学_ T 程硕士论文 1 ．1研究的目的和意义 第1 章文献综述 近年来，我国二氧化硫污染相当严重，已成为世界上二氧化硫污染最严重的国 家之一。由于经济技术方面的原因，我国二氧化硫的排放一直处于失控状态， 排放 量呈逐年上升趋势，酸雨面积逐年扩大，对生态系统、建筑材料、农业和人体健康 等方面构成了严重威胁。2 0 0 5 年全国二氧化硫排放总量高达2 5 4 9 万t ，居世界第一。 我国的能源结构9 0 ％以上以燃煤作为动力，燃烧煤炭都会产生s 0 2 ，其中以电厂排放 量最大，2 0 0 6 年火电厂二氧化硫排放量达到1 7 0 0 万吨。由s 0 2 为主所致的酸雨污染 危害面积已占国土面积的约4 0 ％，全国每年因此而造成的经济损失已达上千亿元。预 计2 0 1 0 年全国煤炭消费量将增加到2 4 亿吨左右，其中火电厂燃煤量约1 4 亿吨，若 不采取有效措施，二氧化硫产生总量将会达到3 0 0 0 万吨I l 】o 因此抓住电力工业二氧 化硫排放这一主要问题并加大治理力度，在很大程度上可缓解我国二氧化硫排放失 控的状态。 酸阿是困扰全球的环境问题之一圆。燃煤烟气中的s 0 2 是酸雨形成的主要原因， 它们还能引起人体中毒、植物损害、酸雨酸雾等。酸雨的危害最突出的是使湖泊变酸， 水质变酸又会使河底沉积物释放出有害的物质，如铅、铬等，导致水生生物死亡1 3 】； 酸雨还侵浸土壤，侵蚀矿物，使重金属沿着基岩裂缝流入水体造成污染；使土壤酸化 和贫瘠化，减缓农作物生长，森林植被消失，导致气候出现反常；另外酸雨还使建筑 物、文物受到损害。二氧化硫气体是一种无色有刺激性气味的气体，对人体呼吸器官 有很强的毒害。空气中s 0 2 浓度高于0 ．5 p p m 时就对人类健康有潜在性影响，达到 1 - 3 p p m 时使人感到明显刺激，到达l O p p m 刺激加剧，甚至会出现严重的支气管痉挛。 流行病学最新发现颗粒物对人体健康造成的损害与燃烧颗粒物极大相关，而与地壳尘 埃无关1 4 1 。数据显示，仅电力行业排放的二氧化硫就造成几百万人生命早逝，上千万 人生病。家庭环境空气质量的二级标准，2 0 0 4 年就比2 0 0 3 年下降3 ．4 ％。空气质量不 达标城市的人口占统计城市人口数三分之二。人口超过百万的特大型、超大型城市， 空气主要污染物二氧化硫和颗粒物超标比例高，空气质量达标比例低。在国际上，我 国电厂排放的致酸污染物越来越受到国际关注，这影响到我国的环境外交形象同。 我国酸雨和S 0 2 已成为制约我国经济和社会发展的重要因素1 6 1 ，烟气脱硫是我国 当前发展经济、解决环境污染重大任务。电厂脱硫是治理大气污染的重中之重，因此， 燃煤热电厂双碱法烟气脱硫工程研究 中山大学工程硕士论文 控制燃煤发电厂S 0 2 污染，削减燃煤发电厂S 0 2 的排放量，已成为我国社会和经济可 持续发展的迫切要求。 1 ．2 国内外电厂脱硫现状 1 ．2 ．1 欧美发达国家烟气脱硫技术发展 在美国l _ 7 l ，由于否决了高烟囱排放的环境法规，使F G D 技术取得很大进展。从 2 0 世纪7 0 年代初开始使用湿式石灰／石灰时工艺，至今得到应用的脱硫工艺主要有 石灰石，石灰法、碳酸钠法、双碱法、石灰／碳酸钠法、氧化镁法等，其中湿法石灰石， 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。例如E - S o x 和A D V A C A T 技术。美国应用脱硫技术特点是优先使用脱硫率高、 技术成熟的湿式工艺、抛弃法占的比重大、积极开发多种多样的脱硫工艺。 德国起步要比美国和日本晚嗍，但由于制定了严格的环保法规促使了F G D 的发 展，德国联邦防污染法规定，热功率3 0 0M W 相当于电功率1 2 0M W 的电厂 以 上的大型燃烧装置释放的烟气中s 0 2 的含量不得超过4 0 0m g ／m 3 ，烟气中的硫含量须 低于燃料含硫量的1 5 ％。如今德国的火电厂在政府和法庭的干预下严格执行这一法 规，且关键性的监测设备如C E M S 、D A S 等均要取得T u v 认证并接受政府部门的检 查。德国F G D 技术可分为添加剂法、湿式法和干式法3 种，湿式法在电厂中的采用 率为最高，达到8 6 ％，干法和半干法占1 1 ．2 7 ％。 日本是世界上最早大规模应用F G D 装置的国家t g l ，F G D 数量最多的是化工、垃 圾焚烧、造纸、纺织和电力等行业，其中电力行业的处理能力最大。日本F G D 使用 的烟气脱硫工艺主要采用湿法和回收法，其中湿法石灰石．石膏法约占总容量的一半 1 1 0 l ，其次是亚铵法、双碱法。8 0 年代以来，日本对美国、德国及发展中国家出口了 大量的F G D 装置和技术。日本的三菱重工【1 1 l 、川崎重工、日立造船、巴威．日立、千 代田、石川岛播磨重工、荏原等公司先后向中国介绍了多种脱硫工艺，其中包括湿法 石灰石／石膏法、喷气沸腾简易脱硫法、高速平流湿法【1 2 1 、炉内喷钙加湿活化法、气 悬浮体吸收法、旋转喷雾法、电子束加氨脱硫法等等。近年来由于燃料结构的改变， 以及原子能、太阳能的应用，使得烟气脱硫设施有减少的趋势。 燃煤热电厂双碱法烟气脱硫L T 程研究中山大学工程硕士论文 1 ．2 ．2 国内烟气脱硫发展现状 根据国务院关于酸雨控制区和二氧化硫污染控制区有关问题的批复及火电 厂大气污染物排放标准等要求，预计到2 0 1 0 年全国需要安装烟气脱硫装置的机组 约1 8 0 台，装机容量为4 4 0 0 0 M W 。主要依据是，国家电力公司根据国家的法律、法 规、标准，以及现有火电厂实际情况，要求到2 0 1 0 年国家电力公司所属火电厂的1 2 0 台机组要安装烟气脱硫装置，装机容量2 8 0 0 0 M W 。而目前国家电力公司所属火电厂 占全国火电装机容量的6 3 ．6 ％，以此推算全国至少有4 4 0 0 0 M W 的火电装机容量需安 装烟气脱硫装置1 1 3 1 。 在2 0 0 0 年，国家电力公司所属火电厂有7 0 0 0 M W 装机容量，有4 5 台机组安装了 烟气脱硫装置 含在建 全国有1 1 0 0 0 M W 装机容量安装了烟气脱硫装置 含在建 。 2 0 0 1 ．2 0 0 5 年，国家电力公司所属火电厂有1 0 0 0 0 M W 装机容量，有4 0 台机组需 安装烟气脱硫装置；全国有1 5 7 0 0 M W 装机容量需安装烟气脱硫装置。 2 0 0 7 - 2 0 1 0 年，国家电力公司所属火电厂有1 1 0 0 0 M W 装机容量，有3 5 台机组需 安装烟气脱硫装置，全国有1 7 3 0 0 M W 装机容量需安装烟气脱硫装置。 以广东为例，目前全省新建烟气脱硫装置的火电机组装机容量达到1 1 6 5 ．5 万千 瓦，安装了烟气脱硫装置的火电机组总装机容量达到1 5 8 6 万千瓦，已建成烟气脱硫 火电装机容量已居全国第一位。二氧化硫年削减能力较大幅度提高，每年可减少排放 约2 0 万吨。另外，近年来全省累计淘汰关闭污染重的小水泥厂和小火电机组等2 0 类 小型工业企业2 6 0 0 多家，关闭小火电机组共1 1 0 多万千瓦。2 1 个地级以上市空气质 量全部达到国家二级标准。 1 ．2 ．3 主要脱硫技术分析 这几年，各国对电厂排放的粉尘和二氧化硫和氮氧化物的污染治理投入了巨大的 人力物力，各种技术层出不穷，这些技术又可以分为三类，即燃烧前处理、燃烧中处 理和燃烧后处理1 1 4 1 。 燃烧前脱硫包括洗煤m I 、煤气化、液化或者利用电磁、微波技术和生物技术对煤 进行脱硫，前五种方法只能脱去煤中的无机硫，不能从根本上解决S 0 2 的污染问题。 而生物脱硫技术占地太大，时间长，无法连续生产，尚在研究阶段。 燃烧中脱硫技术包括炉内喷钙，循环硫化床锅炉添加石灰石燃烧等技术 C F B ， L I F A C 和L I M B 技术等，还有的使用先进的喷燃器或者改变燃烧状况等等。 燃煤热电厂双碱法烟气脱硫工程研究中山大学工程硕士论文 燃烧后脱除即烟气脱除，这是目前控制火电厂有害物最有效的办法，也是改造旧 电厂最节省的方法，2 0 世纪6 0 年代以来发展迅速，各种思路和研究不断涌现。常见 的烟气脱硫工艺有石灰石／石膏法；韦尔曼洛德法 W e l l m a n ．I J 0 f d 法 ；旋转喷 雾于燥法 S D A 法 ；海水脱硫法；荷电干式喷射吸收法 C D S I 法 ；电子束照射 法 E B A 法 ；脉冲电晕等离子体法 P P C T 法 以及最近成为研究热点的微波催化 法。 除了传统的钙基脱硫剂的使用，非钙基烟气脱硫技术也不断涌现，如C 0 3 0 4 ／ A 1 2 0 3 催化氧化技术；以C u O 为活性组分 包括C u O ／A 10 2 和C u O ／s i 0 2 脱除烟气有 害气体的技术；活性炭联合脱硫脱硝技术以及活性炭纤维法 A C F P [ 1 6 1 ；由M n 0 2 ， M n 2 0 3 和M n 3 0 4 及F e 3 组成锰系脱硫脱硝技术1 1 7 J ；尿素系烟气处理技术【埘。 在 其它方面还有大量的学者在研究，如新型组合脱硫剂的双碱法脱硫技术；磷铵 P A F F 烟气脱硫技术【1 9 1 ；电子束氨法烟气脱硫脱硝技术；“M N 法”烟气脱硫技术； “柠檬酸盐法”烟气脱硫技术；催化氧化法烟气脱硫技术；造纸黑液烟气脱硫技术； 微生物烟气脱硫技术研究；磷酸盐法烟气脱硫技术；络合铁法烟气脱硫技术l 加l 等等。 据统计在火电厂应用过的工艺有2 0 0 多种，其中长期稳定运行、技术稳定、经济 合理的也有十多种1 2 1 1 【2 2 l 。下面分析的几种主要的脱硫工艺 1 石灰石，石膏法 基本反应原理是1 2 3 】 S 0 2 H 2 0 - - H 2 S 0 3 1 - 1 H 2 S 0 3 C a C 0 3 - C a S 0 3 a 0 2 H 2 0 I - 2 CaS031／20a专caso,1-3 C a S 0 4 2 H 2 0 - C a S 0 4 H e 0 1 - 4 这是应用最成熟的一种脱硫技术【2 4 I ，美日有9 0 ％的电厂使用这种技术，设备费用 也是比较高的一种。该技术向吸收塔的浆液中鼓入空气，用石灰石洗涤烟气，强制使 C a S 0 3 都氧化为C a S 0 4 石膏b 并产生副产品石膏。系统包括七部分，石灰石粉料仓 及研磨制备系统；洗涤循环、除雾器及氧化工序组成的吸收塔；回转式换热系统、烟 气再热系统；脱硫风机、水力分离器、石膏脱水装置；石膏储存装置和废水处理系统。 目前这种技术的发展方向是取消氧化器或把场外氧化改为就地氧化阁，这样可以使产 物完全氧化，避免堵塞，达到更高的S 0 2 脱除率。另外，上述脱硫系统只有吸收塔脱 硫系统和脱硫剂浆液制备系统是脱硫必不可少的而烟气换热系统、石膏脱水系统和 废水处理系统则可根据各个工程的具体情况简化或取消。石灰石／石膏法优点是适用 的煤种范围广、脱硫效率高 有的装置在C a ／S 1 ．0 2 时就能达到 [ 2 6 1 ，脱硫效率大于 燃煤热电厂双碱法烟气脱硫工程研究 中山大学工程硕士论文 9 5 ％，脱硫剂石灰石来源丰富且廉价。但是工艺的缺点也是比较明显的初期投资 费用太高、电费和脱硫运行费用比例低、占地面积大、系统管理操作复杂、磨损腐蚀 现象较为严重、副产物石膏、废水难处理，有些电厂对于石膏只能采用堆放处置。 2 循环流化床脱硫技术 C F B 其原理吲是在循环流化床中加入脱硫剂石灰石以达到脱硫的目的，化学过程如 下 C a O H 2 0 - - C a O H 2 S 0 2 H 2 0 - - H 2 S 0 3 c a o r e 2 H 2 S 0 3 - - C a S 0 3 ‘1 ／2 H 2 0 3 ／2 H 2 0 C a s 0 3 I ／2 H 2 0 1 ／2 0 2 3 ／2 H 2 0 - - C a S 0 4 2 I - 1 2 0 1 5 1 6 1 - 7 1 8 由于硫化床具有传质和传热的特性，所以在有效吸收S 0 2 的同时还能除掉H C L 和H F 等有害气体。循环床的一大优点则棚，可通过喷水将床控制在最佳反应温度下， 通过物料的循环使脱硫剂的停留时间增加，大大提高钙利用率和反应器的脱硫效率。 用此法可处理高硫煤，在C a ／S 为1 - 1 ．5 时，能达到9 0 - 9 7 ％的脱硫效率。其后德国 W U L F F 公司开发了第二代的工艺，即脱硫吸收塔．回流循环硫化床 R C F B [ 2 9 1 ，该 工艺在吸收塔流场设计和塔顶结构上做了较大的改进，使颗粒在吸收塔内回流，进一 步增加反应时间。丹麦F ．L S M I T H 公司的G S A 工艺也采用硫化床脱硫原理，但不是 喷干粉吸收剂，而是把石灰浆液雾化后从吸收塔底部喷入烟气中，在悬浮扰动中边干 燥边反应，干燥后的吸收剂循环使用。A B B 公司的N D l 3 0 l 工艺取消了制浆系统，实 行C a O 的消化及循环增湿一体化设计，消除了漏风和堵塞问题。循环床的主要优点 是结构简单，造价低，在使用c a O l - 1 2 作脱硫剂时有很高的钙利用率和脱硫效率， 特别适合于高硫煤；运行可靠。值得注意的是，对于旋转喷雾干燥法、循环流化床 法和炉内喷钙尾部增湿活化法，都可以利用飞灰来提高钙利用率和脱硫效率。研究认 为飞灰中含有大量的金属氧化物，对脱硫反应有较强的催化作用。 D 韦尔曼一洛德法 W e l l m a n ．L o r d 法 利用亚硫酸钠溶液的吸收和再生循环过程将烟气中的s 0 2 脱除，又称为亚纳循环 法p 1 1 。实际的使用效果为用于脱除含硫量为l ％～3 ．5 ％的煤时，可达到9 7 ％以上 的脱硫效率。整个系统烟气阻力损失为4 ～T k P a ，该法适合于高硫煤，以尽可能地回 收硫的副产品。W e l l m a n ．1 0 r d 法是美国D a v y ．M c k e e 公司6 0 年代末开发的亚硫酸钠 循环吸收流程。该技术目前在美国、日本、欧洲已经建成三十多套大型工业化装置， 该工艺方法主要用N a C I 电解生成的N a O H 来吸收烟气中二氧化硫，产生N a l - - I S 0 3 和 燃煤热电厂双碱法烟气脱硫工程研究 中山大学工程硕士论文 N a 2 S O 。，通过不同的回收装置回收液态二氧化硫、硫酸或单质硫。其主要工艺方法如 下烟气经过文丘里洗涤器进行预处理，除去7 0 ％～8 0 ％的飞灰和9 0 ％～9 5 ％的氯化 物，预处理的烟气通入三段式填料塔，逆向与亚硫酸钠和补充的氢氧化钠溶液充分 接触，除去9 0 ％以上的二氧化硫，生成亚硫酸氨钠溶液逐段回流。净化后的烟气经过 加热后由烟囱排空。洗涤生成的亚硫酸氢钠进入再生系统一强制循环蒸发器，被加热 生成亚硫酸钠，释放出二氧化硫气体，电解氯化钠所生成的氢氧化钠与再生的亚硫酸 钠一起送入三段式填料塔重新吸收二氧化硫。而回收的二氧化硫可以用9 8 ％的浓硫酸 干燥，经V 2 0 5 触煤氧化生成S 0 3 ，用浓硫酸吸收并稀释至9 3 ％的工业酸。其剩余的 二氧化硫返回吸收塔。根据市场需求还可以将一部分二氧化硫与天然气或丙烷反应生 成H 2 S 气体，再与另一部分二氧化硫送入C L A U S 装置生产单质硫，也可将单质硫焚 烧生产液态二氧化硫和纯净浓硫酸。值得注意的是三段式填料塔在二氧化硫吸收过程 中，由于烟气中氧的存在使部分亚硫酸氢钠中有硫酸钠生成，经蒸发器结晶分离出的 产品可供造纸业使用，另外由氯化钠电解得到的副产品氯气可供化工企业使用，该工 艺方法中氯化钠溶液的电解工艺目前已经非常成熟。 4 旋转喷雾干燥法 S D A 法 旋转喷雾干燥法是美国J O Y 公司和丹麦N I R O 公司联合研制出的工艺I 捌。这种 脱硫工艺是利用喷雾干燥的原理，将吸收剂浆液雾化喷入吸收塔。在吸收塔内，吸收 剂与烟气中的二氧化硫发生化学反应的同时，吸收烟气中的热量使吸收剂中水分蒸发 干燥。完成脱硫反应后的废渣以干态排出。为了把它与炉内喷钙脱硫相区别p ”，又把 这种脱硫工艺称作半干法脱硫。旋转喷雾烟气反应过程包含有四个步骤，即吸收 剂制备；吸收剂浆液雾化；雾粒和烟气混合，吸收二氧化硫并被干燥；废渣排出。旋 转喷雾烟气脱硫工艺一般用生石灰 主要成分是C a O 作吸收剂。生石灰经熟化变成 具有较好反应能力的熟石灰 主要成分是C a H O 2 浆液。熟石灰浆液经装在吸收 塔顶部的高达1 5 0 0 0 - 2 0 0 0 0 r ／r a i n 的高速旋转雾化器喷射成均匀的雾滴，其雾粒直径 可小于1 0 叽m 。这些具有很大表面积的分散微粒，一经与烟气接触，便发生强烈的 热交换和化学反应，迅速地将大部分水分蒸发，形成含水量少的固体灰渣l 驯。如果吸 收剂颗粒没有完全干燥，则在吸收塔之后的烟道和除尘器中仍可继续发生吸收二氧 化硫的化学反应。旋转喷雾干燥法系统相对简单，而且运行相当可靠，不会产生结 垢和堵塞，只要控制好干燥吸收器的出口烟气温度，对于设备的腐蚀性相对上述两种 工艺低。由于其干式运行，最终产物易于处理，但脱硫效率略低于湿澍⋯。 5 炉内喷钙以及加尾部烟气增湿活化脱硫工艺 炉内喷钙脱硫工艺多以石灰石粉为吸收剂I 蚓，石灰石粉由气力喷入炉膛8 5 0 ．1 1 5 0 燃煤热电厂双碱法烟气脱硫工程研究中山大学工程硕￡论文 ℃温度区，石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳，氧化钙与烟气中的二氧化硫反应生 成亚硫酸钙。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。该技术工艺流程简单、占地面积少，对锅炉安全经济运行基本没 有影响，没有二次污染，不仅适用于新建锅炉机组，而且特别适用于现役锅炉烟气脱 硫技术改造。 为提高脱硫效率，在炉内喷钙的基础上芬兰I V O 公司和1 A M P E u A 公司联合开 发了尾部增湿活化方法 L I F A C 鲫，增湿水以雾状喷入，与未反应的氧化钙接触生 成氢氧化钙进而与烟气中的二氧化硫反应。当钙硫比控制在2 ．0 - 2 ．5 时，系统脱硫率 达到6 5 ．8 0 ％。由于增湿水的加入使烟气温度下降，一般控制出口烟气温度高于露点 温度1 m 1 5 ℃，增湿水由于烟温加热被迅速蒸发，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。该脱硫工艺在芬兰、美国、加拿大、法国等国家 得到较多的应用． L I M B 法与L I F A C 法实质相同，只是加上多级燃烧器以控制N O x 的排放。由于采 用分级送风燃烧，使局部温度降低，不但减少N O x 的生成，而且使钙基脱硫剂避免受 炉内高温烟气的影响，减少了脱硫剂表面的“死烧，恻，增加了反应表面积，提高了脱 硫效率。 6 海水脱硫法㈣ 海水具有一定的天然碱度和水化学特性【3 9 l ，可用于燃煤含硫量不高并以海水作为 循环冷却水的海边电厂。海水脱硫法的原理是用海水作为脱硫剂，在吸收塔内对烟气 进行逆向喷淋洗涤，烟气中的S t h 被海水吸收成为液态s t h ，液态的s t h 在洗涤液 中发生水解和氧化作用，洗涤液被引入曝气池，用提高p H 值抑制了s 0 2 气体的溢出， 鼓入空气，使曝气池中的水溶性s t h 被氧化成为s o f 。海水脱硫的主要特点【柏l 工 艺简单，无需脱硫剂的制备，系统可靠可用率高，根据国外经验，可用率保持在1 0 0 ％； 脱硫效率高，可达9 0 ％以上；不需要添加脱硫剂，也无废水废料，易于管理；与其 他湿法工艺相比，投资低，运行费用也低；只能用于海边电厂，且只能适用于燃煤 含硫量小于1 ．5 ％的中低硫煤。 ，7 电子束照射法 E B A 法 本工艺流程由排烟预除尘、烟气冷却、氨的充入、电子束照射和副产品捕集等 工序所组成。其反应过程是1 4 l 】锅炉所排出的烟气，经过除尘器的粗滤处理之后进入 冷却塔，在冷却塔内喷射冷却水，将烟气冷却到适合于脱硫处理的温度 约7 0 “ C 。烟 气的露点通常约为5 0 ℃，被喷射呈雾状的冷却水在冷却塔内完全得到蒸发，因此，不 产生任何废水。通过冷却塔后的烟气进入反应器，在反应器进口处将一定的氨气、压 燃煤热电厂双碱法烟气脱硫工程研究 中山大学工程硕士论文 缩空气和软水混合喷入，加入氨的量取决于S O x 浓度和N O x 浓度，经过电子束照射后， 电子通过非弹性碰撞、弹性散射和轫致辐射1 4 2 1 _ - - 种方式与烟气中的氮、氧、水蒸气等 物质接触，S O x 和N O x 在自由基作用下生成中间生成物硫酸 H 2 s 0 4 和硝酸 H N 0 3 。然 后硫酸和硝酸与共存的氨进行中和反应，生成粉状微粒 硫酸氨 N H 4 2 S 0 4 与硝酸氨 N H 4 N 0 3 的混合粉体 。生成的粉体微粒一部分沉淀到反应器底部，通过输送机排出， 其余被副产品除尘器所分离和捕集，经过造粒处理后被送到副产品仓库贮藏。经过净 化后的烟气经过脱硫增压风机，经烟囱向大气排放。 其主要特点I 叫这是一种干法处理过程，不产生废水废渣；能同时脱硫脱硝， 并可达到9 0 ％以上的脱硫率和8 0 ％以上的脱硝率；系统简单，操作方便，过程易于 控制；对于不同含硫量的烟气和烟气量的变化有较好地适应性和负荷跟踪性；副产品 硫铵和销铵混合物可用作化肥；脱硫成本低于常规方法。实际运行中，燃煤含硫量在 0 ．8 ％．3 ．5 ％之间变化时，脱硫效率在8 0 ％以上，脱硝效率在2 0 ％左右。 8 脉冲电晕等离子体法 P P C P 法 这是1 9 8 6 年日本专家增田闪一在E B A 法的基础上提出的[ 4 4 1 ，也属于干法脱硫。 由于省去昂贵的电子束加速器，避免了电子枪寿命短和x 射线屏蔽等问题，只要对现 有的电除尘器作适当的改作就可以实现。脉冲电晕放电对脱硫脱硝有着突出的优点， 它能在单一的于过程内同时脱除S 0 2 和N O x 。系统包括烟气调质塔、反应器 包括多 段活化区、电晕反应区、产物收集区 ，脉冲电源提供高能自由电子，常用的是重负 频率的高压脉冲电源，如调制式电源、T e s l a 变压器谐振充电式电源和磁压式电源， 技术都比较成熟，反应器包括传统的线．板式、线．桶式、固定床式，脉冲电晕反应器 和非平衡等离子体反应器。系统要求能长期运行，对一个3 0 万电厂只需提供约3 6 0 0 k w 的平均功率，因此该技术一经提出，各国专家便竞相开展研究工作。 从1 9 8 6 年M a s u d a 和M I Z U B O 提出高压脉冲电源代替电子加速器后，日本、意大 利、荷兰、美国、俄罗斯都在积极开展研究，现在已有数百万标准立方米的烟气处理 量的工业中试装置，能耗也逐渐降低。在我国“8 6 3 ”计划的资助下，已由大连理工大 学完成了2 0 0 k w 的电源研制，完成4 0 0 0 0 - 5 0 0 0 0 立力- ／, b 时的优化试验，并开展了 5 0 M W 机组以上的技术经济分析和市场调研，得出有较好的竞争力和前景的结论。 9 氨水洗涤法脱硫工艺 该脱硫工艺以氨水为吸收剂1 4 5 】，副产硫酸铵化肥。锅炉排出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 被洗涤吸收除去，经洗涤的烟气排出后再经液滴分离器除去携带的水滴，进 燃煤热电厂双碱法烟气脱硫工程研究 中山大学工程硕仁论文 入脱硫洗涤器，在该洗涤器中烟气进一步被洗涤，经洗涤塔顶的除雾器除去雾滴，再 经烟气换热器加热后经烟囱排放。洗涤工艺中产生的浓度约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氮肥出售，也可以把这种溶液进一 步浓缩蒸发干燥加工成颗粒、晶体或块状化肥出售。 氨洗涤法脱硫技术的工艺过程可划分成三大步骤脱硫吸收、中间产品处理、副 产品制造。根据过程和副产物的不同，氨法又可分为原始W a l t h e r 氨法、氨一硫酸铵 法、氨一亚硫酸铵、氨一磷铵肥法、氨一酸法等，并由此衍生出了几十种不同形式的 脱硫工艺。 1 0 双碱法脱硫 双碱法是由美国通用汽车公司开发的一种方法，它是取碱法和石灰法二者的优点 而避其