石灰石石膏濕法煙氣脫硫工藝簡介

1、1,,,2,煙氣脫硫技術現(xiàn)狀與趨勢,丁煒鵬 王丹,3,燃煤SO2排放控制的主要方法,?燃燒前脫硫 選煤、細菌脫硫、高磁場分離?燃燒中脫硫 循環(huán)流化床鍋爐、爐內(nèi)噴鈣?燃燒后脫硫 煙氣脫硫?目前，煙氣脫硫仍然是削減SO2排放 最有效、實用的方法,4,煙氣脫硫工藝的分類,分類的方法按脫硫率的高低分類高、中、低脫硫率工藝按脫硫副產(chǎn)品的處置方式分類回收利用法、拋棄法按使用的吸收劑的種類分類鈣基、鈉基、

2、氨基按吸收劑和脫硫產(chǎn)物的狀態(tài)分類濕法、半干法、干法,5,煙氣脫硫工藝的分類－按脫硫副產(chǎn)品的處置方式分類,6,按使用的吸收劑的種類分類,?鈣法 濕式鈣法、半干式鈣法?海水煙氣脫硫?氨法 GE氨法（maruslex）、NKK氨法、Bischoff氨法、電子束氨法、NADS氨－肥法?鈉法?鎂法?活性炭吸附法,7,煙氣脫硫工藝的分類－按脫硫率的分類,?低脫硫率工藝 （90%）：濕法洗滌工藝，如石灰石/石膏、 電子束氨法

3、、鎂加強石灰工藝等,8,煙氣脫硫工藝的分類－按使用的吸收劑的種類分類,定義濕法煙氣脫硫工藝吸收劑以漿液狀態(tài)進入吸收塔，脫硫產(chǎn)物為濕態(tài)的工藝半干法煙氣脫硫工藝吸收劑以漿液狀態(tài)進入吸收塔，脫硫產(chǎn)物為干態(tài)的工藝干態(tài)煙氣脫硫工藝吸收劑以干態(tài)進入吸收塔，脫硫產(chǎn)物為干態(tài)的工藝,9,濕法煙氣脫硫工藝,?石灰石-石膏濕法煙氣脫硫 ?海水脫硫 ?濕式氨法?氧化鎂法?雙堿法,10,石灰石石膏濕法煙氣脫硫工藝簡介,?濕式石灰石石膏法煙氣

4、脫硫技術采用石灰石為脫硫吸收劑，石灰石經(jīng)破碎、研磨制成石灰漿液在吸收塔內(nèi)與煙氣接觸。煙氣中的SO2與漿液中的碳酸鈣以及氧化空氣進行反應，SO2被吸收脫除。反應后的煙氣經(jīng)過除霧器、再熱器加熱后排放，漿液經(jīng)旋流器、真空皮帶機濃縮脫水，最終生成石膏。?脫硫過程在溶液中進行，脫硫劑和脫硫產(chǎn)物均為濕態(tài)?世界范圍 85％，其中石灰石法 36.7% 日本：98％ 美國：92％ 德國：90％?此工藝是世界

5、范圍內(nèi)廣泛應用、成熟的煙氣脫硫技術,11,石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝簡介,12,,工藝原理,13,,優(yōu)點： ?工藝最為成熟、運行可靠、應用最為廣泛 ?脫硫劑來源廣泛，價格低廉 ?副產(chǎn)物容易處理和處置 ?適用于大型燃煤電站鍋爐 ?煤種適應性廣 ?脫硫效率高90％－99％ ?脫硫劑利用率高，反應充分，鈣硫比低（1－1.1）缺點： ?投資高，運行費用高 ?容易造成二次污染 ?工藝流程復雜 ?操作不當有結垢缺陷,技術特

6、點,14,,?美國Marsulex ?德國魯奇-比曉夫 ?美國B&W ?奧地利AEE,主流技術,15,海水脫硫工藝－工藝流程,,16,海水脫硫技術－工藝原理,吸收SO2(g)?SO2(aq)SO2(aq) +H2O?H2SO3 ?H++HSO3-中和H+ +CO32- ? HCO3-H+ + HCO3- ?CO2(g)+ H2O氧化HSO3- + 1/2O2 ?SO42- + H+,17,海水脫硫－技術情況

7、,吸收劑：海水脫硫率：70－90％脫硫產(chǎn)物：SO42-優(yōu)點：技術成熟、系統(tǒng)簡單、投資低、運行費低、脫硫效率高特點：適用于沿海地區(qū)電廠，適用于低含硫量煙氣（S<1%）技術擁有：挪威ABB公司、魯奇·比曉夫,18,濕式氨法－工藝流程,19,濕式氨法－工藝原理,氨法脫硫以水溶液中的SO2和NH3的反應為基礎:吸收:SO2 + H2O + xNH3＝(NH4)xH2-xSO3 (亞硫銨)氧化:(NH4)xH2-xS

8、O3 + 1/2O2 + (2-x)NH3=(NH4)2SO4 (硫銨),20,濕式氨法－技術特點,硫酸銨的化學溶液能夠避免任何內(nèi)部結垢的發(fā)生，相對于石灰石脫硫塔具有的結垢缺陷與石灰石相比，氨具有更高的反應活性，不同硫含量條件下，SO2脫除率可高達98%以上氨脫硫塔可生產(chǎn)出高價值的副產(chǎn)物，而不是低價值的硫酸鈣和亞硫酸鹽污泥與石灰石相比，氨脫硫塔運行具有較高的靈活性，特別在高硫含量的情況與石灰石相比，氨脫硫塔的操作具有較高的可靠性和有

9、效性,21,MgO－工藝流程,22,氧化鎂法－工藝原理,吸收 MgO + H2O → Mg(OH)2 Mg(OH)2 + SO2 → MgSO3 + H2O MgSO3 + 1/2O2 → MgSO4煅燒分解和還原 MgSO3 → MgO + SO2MgSO4＋C → MgO + SO2＋ 1/2CO2,23,MgO－技術特點,脫硫效率可達99%以上液/氣比為3-5L/m3， 僅相當于鈣基脫硫的1/3-1/6系統(tǒng)運行

10、不易沉積、不堵塞，維護更容易造價比石灰石/石膏法低約20%，運行耗電量僅為發(fā)電量的0.6-0.8%,比石灰石法省一半以上副產(chǎn)品亞硫酸鎂和硫酸鎂的再利用經(jīng)濟效益高，實現(xiàn)“循環(huán)經(jīng)濟”模式工程實例：中國廣東深圳南玻集團玻璃窯爐,24,雙堿法-簡介,雙堿法是先用堿金屬鹽類如NaOH、Na2CO3、NaHCO3等的水溶液吸收SO2，然后在另一石灰石反應器中用石灰或石灰石對吸收SO2后的溶液再生，再生后的吸收液送回吸收塔循環(huán)使用，而SO2則以

11、石膏的形式析出，生成亞硫酸鈣和石膏。,25,雙堿法-簡介,雙堿法是先用堿金屬鹽類如NaOH、Na2CO3、NaHCO3等的水溶液吸收SO2，然后在另一石灰石反應器中用石灰或石灰石對吸收SO2后的溶液再生，再生后的吸收液送回吸收塔循環(huán)使用，而SO2則以石膏的形式析出，生成亞硫酸鈣和石膏。,26,雙堿法-原理,（1）在吸收塔內(nèi)吸收SO2 ： （2）將吸收了的吸收液送至石灰反應器，

12、進行吸收液的再生和固體副產(chǎn)物的析出。（3）再生的NaOH和Na2SO3等脫硫劑可以循環(huán)使用，由于存在一定的氧氣，因此同時會發(fā)生下面的副反應：,27,雙堿法-工藝流程,28,雙堿法-工藝特點,雙堿法煙氣脫硫技術為先用可溶性的鈉堿吸收液在吸收塔內(nèi)進行脫硫，由于鈉基脫硫劑堿性強，吸收二氧化硫后反應產(chǎn)物溶解度大，不會造成過飽和結晶，造成結垢堵塞問題。然后在塔外再用石灰乳或石灰石粉末對吸收液進行再生和分離，再生出的鈉基脫硫劑再被打回脫硫塔

13、循環(huán)使用。降低了投資及運行費用，比較適用于中小型鍋爐進行脫硫改造。,29,半干法煙氣脫硫技術,噴霧干燥法（LSD）爐內(nèi)噴鈣－尾部增濕活化法（LIFAC）氣固再循環(huán)半干法(GSA)煙氣循環(huán)流化床（CFB）新型一體化脫硫工藝（NID）,30,噴霧干燥法－工藝原理,SO2(g）+H2O=H2SO3(aq) Ca(OH)2(aq)+H2SO3 (aq)=CaSO3(aq)+H2O CaSO 3 (aq)= CaSO 3(s) Ca

14、SO 3 (aq)+1/2O2 (aq)= CaSO4 (aq) CaSO4 (aq)= CaSO4 (s) Ca(OH)2(s)= Ca(OH)2(aq),31,噴霧干燥法－工藝流程,32,噴霧干燥－主要工藝設備,噴霧塔霧化器除塵器吸收劑制備系統(tǒng)灰渣再循環(huán),33,噴霧干燥,技術特點 工業(yè)應用，適用機組<200MW 適用中、低硫煤（S <2%) 投資較低 80％－90％（Ca/S=1.6）缺點

15、 以石灰作吸收劑、漿液處置困難、霧化裝置易磨損、脫硫產(chǎn)物綜合利用有難度技術掌握方 美國Joy，丹麥Niro Atomizer工程應用：山東黃島熱電廠（25萬Nm3／h）,34,爐內(nèi)噴鈣－尾部增濕活化法LIFAC工藝原理,在爐膛的反應 CaCO3=CaO+CO2 CaO+SO2+1/2O2=CaSO4 CaO+SO3=CaSO4在活化器的反應 CaO+H2O＝Ca(OH)2 Ca(OH)2+ SO2

16、＝CaSO3＋H2O CaSO3 +1/2O2=CaSO4,35,LIFAC－工藝流程,36,LIFAC－工藝流程,向高溫爐膛噴射石灰石粉 脫硫率25％－35％，該步占系統(tǒng)總投資的10％左右在爐后活化器中用水或灰漿增濕活化 系統(tǒng)總的脫硫率為75％以上，該步占系統(tǒng)總投資的85％左右灰漿或干灰再循環(huán) 系統(tǒng)總的脫硫率為85％以上，該步占系統(tǒng)總投資的5％左右,37,LIFAC,技術特點 適用于小機組，含硫低的煤（S

17、<1%） Ca/S比較高，一般為1.8 投資較低 脫硫效率不高：總效率75％左右工業(yè)應用 ：南京下關電廠兩臺125MW機組技術掌握方：芬蘭IVO公司,38,氣固再循環(huán)半干法(GSA)-工藝流程,39,氣固再循環(huán)半干法(GSA),工藝特點 脫硫效率 >90%鈣硫比1.1-1.5:1最大單臺處理煙氣量 80萬m3/h煙氣出口溫度 >70℃煙氣壓降1,500-2,500Pa脫硫劑：石灰副產(chǎn)物：硫酸鈣

18、、亞硫酸鈣及粉塵工程業(yè)績：小龍?zhí)栋l(fā)電廠125 MW鍋爐 技術擁有：丹麥smith muller公司,40,煙氣循環(huán)流化床CFB －工藝流程,41,CFB,吸收劑：石灰、消石灰脫硫效率：80％－95％（Ca/S=1.1-1.2）脫硫原理：吸收劑在吸收塔中呈流化態(tài)，因此與煙氣有很長時間的接觸，吸收劑之間的碰撞和摩擦使吸收劑顆粒表面不斷更新，加之吸收塔內(nèi)噴水增濕使這個系統(tǒng)的脫硫效率達到很高脫硫產(chǎn)物：未反應的吸收劑＋CaSO3＋CaS

19、O4優(yōu)點：系統(tǒng)簡單，投資低、占地少、節(jié)能、操作簡便缺點：用石灰作吸收劑、脫硫產(chǎn)物利用有難度、系統(tǒng)壓降大技術商：德國Wulff、Lurgi,42,新型一體化脫硫工藝（NID） 增濕灰循環(huán)脫硫技術－工藝流程,43,NID,吸收劑：石灰、消石灰粉脫硫率：90％（Ca/S=1.2）脫硫原理：與噴霧干燥相似。吸收劑先增濕然后噴入到除塵器前的垂直煙道中，吸收SO2，生成CaCO3。反應后的吸收劑被除塵器收集，

20、進行再循環(huán)脫硫產(chǎn)物：未反應的吸收劑＋CaSO3＋CaSO4優(yōu)點：系統(tǒng)簡單、投資低、占地少、脫硫效率高缺點：以石灰作為吸收劑，處置困難、脫硫產(chǎn)物綜合利用有難度技術擁有：ABB公司,44,干法煙氣脫硫工藝,電子束法（EBA或EA－FGD）脈沖電暈等離子體法（PPCP）荷電干吸收劑噴射脫硫法（CDSI）超高壓窄脈沖電暈分解有害氣體技術,45,EBA－反應原理,EBA為加速器產(chǎn)生的高能電子被煙氣中的分子所吸收，受到激發(fā)，生成大量的

21、反應活性極強的自由基或自由原子。PPCP為脈沖電暈放電形成的非平衡等離子體中的高能電子（2－20ev）撞擊煙氣中的H2O、O2等分子形成強氧化性的自由基（O、OH、HO2、O3）。,46,EBA－工藝流程,47,PPCP,主要設備 高壓窄脈沖電壓發(fā)生器 反應器技術成熟度 中試裝置 20000Nm3/h優(yōu)點 省掉了昂貴的電子加速器及X射線屏蔽 只提高電子溫度而不是離子溫度，能量利用效率高。,48,Mars

22、elex石灰石-石膏濕法脫硫技術特點,49,噴淋吸收塔自下而上可分為三個主要的功能區(qū)：（1）氧化結晶區(qū)，該區(qū)即為吸收塔漿液池，主要功能是石灰石溶解、亞硫酸鈣的氧化和石膏結晶；（2）吸收區(qū)，該區(qū)包括吸收塔入口及其以上的噴淋層，其主要功能是用于吸收煙氣中的酸性污染物及飛灰等物質(zhì)；（3）除霧區(qū)，該區(qū)包括兩級除霧器，用于分離煙氣中夾帶的霧滴，降低對下游設備的腐蝕、減少結垢和降低吸收劑的損耗。,MET濕法工藝特點一：采用噴淋空塔,50,ME

23、T濕法工藝特點二：ALRD,在吸收塔壁上設液相再分布器（Absorber Liquid Redistribution Device ），讓液膜重新返回，使氣液最大程度接觸，提高有效的面積和吸收塔的SO2去除率。,51,壁效應SO2 的去除率在塔壁處最低。壁效應是因為： 壁附近較低的噴淋密度。 水/漿液順壁流下使傳質(zhì)效率降低。試驗結果表明： SO2在靠近塔壁濃度最高。 SO2濃

24、度隨離壁的距離降低很快。 離壁4feet處， SO2濃度達到煙囪處的平均濃度。 離壁10feet處， SO2濃度接近為零。,52,壁效應 – 測試結果,53,ALRD－設計,ALRD裝置的實質(zhì)是安裝在吸收塔塔壁上的一個或幾個圓環(huán)，此圓環(huán)由合金鋼制作，通常安裝在每層噴淋聯(lián)管的下方，且與吸收塔壁成一定的夾角。整個圓環(huán)的面積大約占整個吸收塔截面積的1/5左右。,54,機組名稱： 華能福州電廠 機組容量：

25、 2×660MW每臺機組煙氣量： 2161520Nm3/h煙氣溫度： 120℃SO2濃度： 3100mg/Nm3SO2脫除率： ≥95％,55,機組名稱： 四川瀘州電廠 機組容量： 2×600MW每臺機組煙氣量： 2291770Nm3/h煙氣溫度： 118℃ SO2濃度： 2480mg/Nm3SO2脫除率： ≥95

26、％,56,機組名稱： 越南海防電廠 機組容量： 2×300MW每臺機組煙氣量： 1083195Nm3/h煙氣溫度： 117℃ SO2濃度： 2505mg/Nm3SO2脫除率： ≥90％,57,簡易濕法,? 新疆眾和股份有限公司自備熱電廠 規(guī)模：4×139t/h燃煤鍋爐 煙氣量：3×14.5萬Nm3/h SO2濃度：15

27、00mg/Nm3 脫硫率：≥90%? 云南曲靖卷煙廠自備熱電廠 規(guī)模：2×260t/h燃煤鍋爐 煙氣量：2×25萬Nm3/h SO2濃度：2000mg/Nm3 脫硫率：≥90%,58,Marselex濕式氨法脫硫技術特點,59,成功解決了氨逃逸問題,氨逃逸原因 ： 吸收劑氨的加入濃度過高，形成短路，氨和二氧化硫直接反應 ；系統(tǒng)流程設計不合理，吸收劑氨的加入方

28、式不合理； 吸收塔結構設計不合理；液氣比的選擇不合適； 設計和運行中 pH 值取值或控制值不合理。,60,解決方法,MET氨法專利的精髓保證了反應過程中pH值處于最佳范圍，完全氧化及最佳的氨注入方法,在吸收過程中通過離子態(tài)的氨吸收 SO2，而不是通過游離的氨吸收 SO2； 完善的系統(tǒng)設計，合理的氨/氨水的注入方式； 防止氨逃逸的特殊吸收塔結構設計； 合適的液氣比； 合適的PH 值及其控制措施。,61,特殊吸收塔結構設計,

29、考慮到氨具有極易溶于水這一特性，因此在進行工藝設計時，在漿液噴淋層的上方及除霧器的下方設置了一層工藝水噴淋層及吸收格珊，用大量工藝水連續(xù)對凈煙氣進行封鎖式噴淋、洗滌，通過上述措施，利用清水置換凈煙氣中所含的亞硫酸銨/亞硫酸氫銨溶液，溶解脫硫過程中可能產(chǎn)生的亞硫酸氫銨氣溶膠，進一步降低了凈煙氣中夾帶的亞硫酸銨/亞硫酸氫銨。 設計中將煙氣的降溫與洗滌分開，有效抑制氣溶膠的產(chǎn)生，并通過控制pH值、濃度、溫度、加氨點及水幕裝置等因素來確

30、保氨逃逸最低。,62,CFB半干法煙氣脫硫技術,63,簡介,半干法煙氣脫硫技術是除了濕式石灰石-石膏法之外應用最多的一種脫硫技術,開發(fā)和應用的時間也較早,而且在運用的過程中得到了不斷的完善和發(fā)展。由于半干法煙氣脫硫技術脫硫劑用的是生石灰,而濕式石灰石-石膏法使用的是石灰石,石灰由于是由石灰石經(jīng)鍛燒而得,因而價格較石灰石貴許多,這是半干法不及濕法應用得多的原因之一;另一影響半干法應用的原因是,濕法的副產(chǎn)品脫硫石膏可以再利用(在中國不一定能

31、利用),而半干法的脫硫副產(chǎn)品一般只能拋棄。,64,工藝流程,65,安裝位置,66,典型的文丘里脫硫塔,67,CFB-FGD工藝的主要特點,(1)脫硫效率較高:在鈣硫比為1.1～1.5時，脫硫效率可達90%以上，是目前各種干法、半干法煙氣脫硫工藝中最高的；(2)工程投資費用、運行費用和脫硫成本較低，為濕法工藝的50%～70%。(3)工藝流程簡單，系統(tǒng)設備少，為濕法工藝的40%～50%，且轉(zhuǎn)動部件少，降低了維護和檢修費用；(4)占地面

32、積小，且系統(tǒng)布置靈活，非常適合現(xiàn)有機組的改造和場地緊缺的新建機組。(5)能源消耗較低，如電耗、水耗等。,68,(6)能有效脫除SO3、氯化物和氟化物等有害氣體，腐蝕性較小，直接使用干煙囪排放脫硫煙氣。(7)對鍋爐負荷變化的適用性強，負荷跟蹤特性好，啟停方便，可在30%負荷時投用，對基本負荷和調(diào)峰機組均有很好的適用性。(8)對燃煤硫分的適應性強，可用于0.3%～6.5%的燃煤硫分。且應用于中低硫煤時(<2%)，其經(jīng)濟性優(yōu)于濕法