石灰法煙氣脫硫原理.doc

石灰法煙氣脫硫原理我國(guó)是以燃煤為主的能源結(jié)構(gòu)的國(guó)家，煤產(chǎn)量已據(jù)世界第一位，年產(chǎn)量達(dá)到12億噸以上，2000年將達(dá)15億噸，2010年將達(dá)到18億噸。煤炭占一次能源消費(fèi)總量的75%。燃煤造成的大氣污染有粉塵、SO2、NOX和CO2等，隨著煤炭消費(fèi)的不斷增長(zhǎng)，燃煤排放的二氧化硫也不斷增加，連續(xù)多年超過2000萬噸，已居世界首位，致使我國(guó)酸雨和二氧化硫污染日趨嚴(yán)重。按污染的工業(yè)部門來分，其順序是火電廠、化工廠和冶煉廠。其中燃煤電廠污染物的排放量占全部工業(yè)排放總量的50%左右（個(gè)別地區(qū)可能達(dá)到90%以上）。1998年全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到27700萬千瓦，比上年增長(zhǎng)9.07%，發(fā)電量達(dá)到11577億千瓦時(shí)，比1997年增長(zhǎng)2.07%。其中火電裝機(jī)容量為20988萬千瓦，占75.7%,火電發(fā)電量為9388億千瓦時(shí)，占81%。據(jù)初步推算，1998年全國(guó)火電廠排放的二氧化硫約為780萬噸，占全國(guó)二氧化硫排放量的37.3%。根據(jù)我國(guó)電力遠(yuǎn)景規(guī)劃：到2000年和2010年，我國(guó)電力裝機(jī)容量分別將達(dá)到2.89億千瓦。其中19902000年增加燃煤機(jī)組1.3億千瓦,2000年2010年再增加燃煤機(jī)組2.2億千瓦.預(yù)測(cè)我國(guó)燃煤電廠用煤將分別達(dá)到2000年的5.1億噸和2010年的9.0億噸.電力行業(yè)將是用煤大戶。如果如此大量的燃煤,未經(jīng)處理即排入大氣,將使我國(guó)SO2的排放總量步入世界第一位。以2000年我國(guó)煤產(chǎn)量15億噸計(jì)算（煤含硫量按平均1.2%計(jì)算）SO2排放總量達(dá)到1800萬噸。大氣污染將引起嚴(yán)重的環(huán)境問題。其中最主要的問題之一就是“環(huán)境酸化”?！碍h(huán)境酸化”是SO2、NOX排入大氣中有密切的關(guān)系。它們以兩種方式進(jìn)入地面： 濕沉降大氣中的SO2、NOX被雨水冼脫到地面；干沉降大氣中的SO2、NOX直接落到植物或潮濕的地表面。目前我國(guó)酸雨已從八十年代西南少數(shù)地區(qū)發(fā)展到長(zhǎng)江以南、青藏高原以東和四川盆地的大部分地區(qū)，降水pH值小于5.6的面積（國(guó)際評(píng)價(jià)酸雨的標(biāo)準(zhǔn)）已經(jīng)占國(guó)土面積的30%。華中地區(qū)酸雨污染程度已經(jīng)超過八十年代污染最重的西南地區(qū)，酸性降水頻率超過90%。我國(guó)很多城市空氣二氧化硫污染十分嚴(yán)重，目前已有62%的城市環(huán)境空氣二氧化硫平均濃度超過國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。日平均濃度超過國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)1998年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)：“我國(guó)的大氣環(huán)境污染仍然以煤煙型為主，主要污染物是二氧化硫和煙塵。酸雨問題依然嚴(yán)重。1998年二氧化硫排放總量為2090萬噸，其中工業(yè)來源的排放量為1593萬噸，占76.2%；生活來源的排放量497萬噸。在工業(yè)排放的二氧化硫中，縣及縣以上工業(yè)企業(yè)排放1172萬噸，占73.6%;鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)排放421萬噸?！币虼丝刂贫趸蚺欧乓殉缮鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的迫切要求，勢(shì)在必行。1、法律的要求 1995年修訂的中華人民共和國(guó)大氣污染防治法提出：“在酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)內(nèi)排放二氧化硫的火電廠和其它大中型企業(yè)，屬于新建項(xiàng)目不能采用低硫煤的，必須建設(shè)配套脫硫、除塵裝置或者采取其它控制二氧化硫排放、除塵的措施，屬于已建企業(yè)不用低硫煤的應(yīng)當(dāng)采用控制二氧化硫排放、除塵措施，國(guó)家鼓勵(lì)企業(yè)采用先進(jìn)的脫硫、除塵技術(shù)。” 2、國(guó)家污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求 火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB132231996），根據(jù)不同時(shí)段對(duì)火電廠二氧化硫提出不同的控制要求。對(duì)1997年1月1日起環(huán)境影響報(bào)告待審查批準(zhǔn)的新、擴(kuò)、改建火電廠（第三時(shí)段），在實(shí)行全廠排放總量控制的基礎(chǔ)上，增加了煙囪二氧化硫排放濃度限制，并與“兩控區(qū)” 和煤的含硫量掛鉤。煤的含硫量大于10%的，最高允許排放濃度為1200mg/m3N，小于或等于1%的，2100mg/m3N，即要求位于“兩控區(qū)”的電廠當(dāng)燃煤的含硫量大于1%必須脫硫，否則無法達(dá)標(biāo)排放。對(duì)于煤的含硫量在1%時(shí)以下的電廠，要根據(jù)電廠的允許排放總量和區(qū)域控制總量及當(dāng)?shù)氐丨h(huán)境質(zhì)量的要求，通過環(huán)境影響評(píng)價(jià)后確定是否脫硫。 3、國(guó)務(wù)院對(duì)“兩控區(qū)”內(nèi)火電廠二氧化硫控制的要求 根據(jù)國(guó)務(wù)院關(guān)于酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)有關(guān)問題的批復(fù)（國(guó)函19985號(hào)），對(duì)火電廠二氧化硫排放提出了明確要求，即要求“兩控區(qū)”的火電廠做到：到2000年底達(dá)標(biāo)排放；除以熱定電的熱電廠外，禁止在大中城市城區(qū)及近效區(qū)新建燃煤火電廠；新建、改造燃煤含硫量大于1%的電廠，必須建設(shè)脫硫設(shè)施；現(xiàn)在燃煤含硫量大于1%的電廠，要在2000年前采取減排措施；在2010年前分期分批建成脫硫設(shè)施或采取其它具有相應(yīng)效果的減排二氧化硫措施。小節(jié)：從污染物的污染情況來看： 灰渣污染是“點(diǎn)”污染； 廢水污染是“流域”污染； 廢氣污染是“全球”污染。 大氣污染是全球性的，將飄越國(guó)界，引起國(guó)與國(guó)之間的糾紛?！八嵊辍焙蚐O2污染已越來越為人類重點(diǎn)關(guān)注的問題。二、煙氣脫硫工藝簡(jiǎn)介1927年英國(guó)為了保護(hù)倫敦高層建筑的需要，在泰吾士河岸的巴特富安和班支賽德兩電廠（共120MW），首先采用石灰石脫硫工藝。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1984年有SO2控制工藝189種，目前已超過200種。主要可分為四類：（1）燃燒前控制-原煤凈化（2）燃燒中控制-硫化床燃燒（CFB）和爐內(nèi)噴吸收劑（3）燃燒后控制-煙氣脫硫（4）新工藝（如煤氣化/聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)、液態(tài)排渣燃燒器）其中大多數(shù)國(guó)家采用燃燒后煙氣脫硫工藝。煙氣脫硫則以濕式石灰石/石膏法脫硫工藝作為主流。名 稱濕法半干法干法1石灰/石灰石-石膏循環(huán)流化床（CFB）2海水脫硫噴霧干燥法3堿式硫酸鋁法爐內(nèi)噴鈣增濕活化法電子束照射法（EBA）4水和稀酸吸收法5雙堿法6氨酸法7鈉鹽循環(huán)法、氧化鎂法、海水法自本世紀(jì)30年代起已經(jīng)進(jìn)行過大量的濕式石灰石/石膏法研究開發(fā)，60年代末已有裝置投入商業(yè)運(yùn)行。ABB公司的第一套實(shí)用規(guī)模的濕法煙氣脫硫系統(tǒng)于1968年在美國(guó)投入使用。1977年比曉夫公司制造了歐洲第一臺(tái)石灰/石灰石石膏法示范裝置。IHI（石川島播磨）的首臺(tái)大型脫硫裝置1976年在磯子火電廠1、2號(hào)機(jī)組應(yīng)用，采用文丘里管2塔的石灰石石膏法混合脫硫法。三菱重工于1964年完成第一套設(shè)備，根據(jù)其運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)績(jī)，進(jìn)行煙氣脫硫裝置的開發(fā)。 第一代FGD系統(tǒng)：在美國(guó)和日本從70年代開始安裝。早期的FGD系統(tǒng)包括以下一些流程：石灰基流質(zhì)；鈉基溶液；石灰石基流質(zhì)；堿性飛灰基流質(zhì)；雙堿（石灰和鈉）；鎂基流質(zhì)；Wellman-Lord流程。采用了廣泛的吸收類型，包括通風(fēng)型、垂直逆流噴射塔、水平噴射塔，并采用了一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)如托盤、填料、玻璃球等來增進(jìn)反應(yīng)。 第一代FGD的效率一般為70%85%。除少數(shù)外，副產(chǎn)品無任何商用價(jià)值只能作為廢料排放，只有鎂基法和Wellman-Lord法產(chǎn)出有商用價(jià)值的硫和硫酸。特征是初投資不高，但運(yùn)行維護(hù)費(fèi)高而系統(tǒng)可靠性低。結(jié)垢和材料失效是最大的問題。隨著經(jīng)驗(yàn)的增長(zhǎng)，對(duì)流程做了改進(jìn)，降低了運(yùn)行維護(hù)費(fèi)提高可靠性。 第二代FGD系統(tǒng)：在80年代早期開始安裝。為了克服第一代系統(tǒng)中的結(jié)垢和材料問題，出現(xiàn)了干噴射吸收器，爐膛和煙道噴射石灰和石灰石也接近了商業(yè)運(yùn)行。然而占主流的FGD 技術(shù)還是石灰基、石灰石基的濕清洗法，利用填料和玻璃球等的通風(fēng)清洗法消失了。改進(jìn)的噴射塔和淋盤塔是最常見的。 流程不同其效率也不同。最初的干噴射FGD可達(dá)到70%80%，在某些改進(jìn)情形下可達(dá)到90%，爐膛和煙道噴射法可達(dá)到30%50%，但反應(yīng)劑消耗量大。隨著對(duì)流程的改進(jìn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的提高，可達(dá)到90%的效率。美國(guó)所有第二代FGD系統(tǒng)的副產(chǎn)物都作為廢物排走了。然而在日本和德國(guó)，在石灰石基濕清洗法中把固態(tài)副產(chǎn)品強(qiáng)制氧化，得到在某些工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中有商業(yè)價(jià)值的石膏。第二代FGD系統(tǒng)在運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用和系統(tǒng)可靠性方面都有所進(jìn)步。 第三代FGD系統(tǒng)：爐膛和煙道噴射流程得到了改進(jìn)，而LIFAC和流化床技術(shù)也發(fā)展起來了。通過廣泛采用強(qiáng)制氧化和鈍化技術(shù)，影響石灰、石灰石基系統(tǒng)可靠性的結(jié)垢問題基本解決了。隨著對(duì)化學(xué)過程的進(jìn)一步了解和使用二基酸（DBA）這樣的添加劑，這些系統(tǒng)的可靠性可以達(dá)到95%以上。鈍化技術(shù)和DBA都應(yīng)用于第二代FGD系統(tǒng)以解決存在的問題。許多這些系統(tǒng)的脫硫效率達(dá)到了95%或更高。有些系統(tǒng)的固態(tài)副產(chǎn)品可以應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和工業(yè)。在德國(guó)和日本，生產(chǎn)石膏已是電廠的一個(gè)常規(guī)項(xiàng)目。隨著設(shè)備可靠性的提高，設(shè)置冗余設(shè)備的必要性減小了，單臺(tái)反應(yīng)器的煙氣處理量越來越大。在70年代因投資大、運(yùn)行費(fèi)用高和存在腐蝕、結(jié)垢、堵塞等問題，在火電廠中聲譽(yù)不佳。經(jīng)過15年實(shí)踐和改進(jìn)，工作性能與可靠性有很大提高，投資和運(yùn)行費(fèi)用大幅度降低，使它的下列優(yōu)點(diǎn)較為突出：（1）有在火電廠長(zhǎng)期應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)；（2）脫硫效率和吸收利用率高（有的機(jī)組在Ca/S接近于1時(shí)，脫硫率超過90%）；（3）可用性好（最近安裝的機(jī)組，可用性已超過90%）。人們對(duì)濕法的觀念，從而發(fā)生轉(zhuǎn)變。目前它是應(yīng)用最廣，技術(shù)最成熟的工藝，運(yùn)行可靠、檢修周期長(zhǎng)，采用經(jīng)濟(jì)實(shí)用、廉價(jià)的石灰石細(xì)粉作為吸收劑，與煙氣中的SO2反應(yīng)，經(jīng)過幾個(gè)反應(yīng)步驟，生成副產(chǎn)品石膏。椐統(tǒng)計(jì)，全世界現(xiàn)有煙氣脫硫裝置中，濕法約占85%（其中石灰石/石膏系統(tǒng)為36.7%，其它濕法48.3%），噴霧干燥系統(tǒng)8.4%，吸收劑再生系統(tǒng)3.4%，煙道內(nèi)噴吸收劑1.9%。三、石灰石（石灰）石膏濕法脫硫主要特點(diǎn) （1）脫硫效率高。石灰石（石灰）石膏濕法脫硫工藝脫硫率高達(dá)95%以上，脫硫后的煙氣不但二氧化硫濃度很低，而且煙氣含塵量也大大減少。大機(jī)組采用濕法脫硫工藝，二氧化硫脫除量大，有利于地區(qū)和電廠實(shí)行總量控制。 （2）技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠性好。國(guó)外火電廠石灰石(石灰)一石膏濕法脫硫裝置投運(yùn)率一般可達(dá)98%以上，由于其發(fā)展歷史長(zhǎng)，技術(shù)成熟，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)多，因此不會(huì)因脫硫設(shè)備而影響鍋爐的正常運(yùn)行。特別是新建的大機(jī)組采用濕法脫硫工藝，使用壽命長(zhǎng)，可取得良好的投資效益。 (3)對(duì)煤種變化的適應(yīng)性強(qiáng)。該工藝適用于任何含 硫量的煤種的煙氣脫硫，無論是含硫量大于3%的高硫煤，還是含硫量低于1%的低硫煤，石灰石(石灰)一石膏濕法脫硫工藝都能適應(yīng)。 (4)占地面積大，一次性建設(shè)投資相對(duì)較大。石灰石(石灰) 一石膏濕法脫硫工藝比其它工藝的占地面積要大，所以現(xiàn)有電廠在沒有預(yù)留脫硫場(chǎng)地的情況下采用該工藝有一定的難度，其一次性建設(shè)投資比其它工藝也要高一些。 (5)吸收劑資源豐富，價(jià)格便宜。作為石灰石(石灰) 一石膏濕法脫硫工藝吸收劑的石灰石，在我國(guó)分布很廣，資源豐富，許多地區(qū)石灰石品位也很好，碳酸鈣含量在90%以上，優(yōu)者可達(dá)95%以上。在脫硫工藝的各種吸收劑中，石灰石價(jià)格最便宜，破碎磨細(xì)較簡(jiǎn)單，鈣利用率較高。 (6)脫硫副產(chǎn)物便于綜合利用。石灰石(石灰) 一石膏濕法脫硫工藝的脫硫副產(chǎn)物為二水石膏。在日本、德國(guó)脫硫石膏年產(chǎn)量分別為250萬噸和350萬噸左右，基本上都能綜合利用，主要用途是用于生產(chǎn)建材產(chǎn)品和水泥緩凝劑。脫硫副產(chǎn)物綜合利用，不僅可以增加電廠效益、降低運(yùn)行費(fèi)用，而且可以減少脫硫副產(chǎn)物處置費(fèi)用，延長(zhǎng)灰場(chǎng)使用年限。 (7)技術(shù)進(jìn)步快。近年來國(guó)外對(duì)石灰石(石灰) 一石膏濕法工藝進(jìn)行了深入的研究與不斷的改進(jìn)，如吸收裝置由原來的冷卻、吸收、氧化三塔合為一塔，塔內(nèi)流速大幅度提高，噴嘴性能進(jìn)一步改善等。通過技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新，可望使該工藝占地面積較大、造價(jià)較高的問題逐步得到妥善解決。項(xiàng) 目石灰石/石膏濕法脫硫工藝雙堿法脫硫工藝海水脫硫工藝噴霧干燥法脫硫工藝氨法脫硫工藝循環(huán)流化床脫硫工藝電子束法脫硫工藝工 藝型 式濕 法濕 法濕法半干法干法干法干法脫硫劑石 灰 石鎂基和鈉基石灰海水石灰氨石灰石氨副產(chǎn)品狀 態(tài)濕 態(tài)濕 態(tài)濕態(tài)干態(tài)干態(tài)干態(tài)干態(tài)燃 煤含硫量無 限 制可適用高硫煤1%左右低硫煤中、低硫煤高硫煤中、低硫煤中、低硫煤脫硫率高高一般一般高一般適 用范 圍大容量最大裝機(jī)容量1000MW中等容量試驗(yàn)中等容量最大200MW機(jī)組中、小容量小型工業(yè)試驗(yàn)階段投 資中中低中低中中運(yùn)行費(fèi)中低低高低中高四、煙氣脫硫原理七十年代以來我國(guó)煙氣脫硫試驗(yàn)、研究、開發(fā)情況：1）1974年1976年，上海閘北電廠進(jìn)行石灰石石膏法煙氣脫硫的工程試驗(yàn)，試驗(yàn)規(guī)模為2500米3/時(shí)。2）1977年，上海市南市電廠進(jìn)行稀酸催化氧化法試驗(yàn)，規(guī)模為500米3/時(shí)。3）1978年，湖南300電廠進(jìn)行亞硫酸鈉法試驗(yàn)，規(guī)模為5000米3/時(shí)。4）1979年，湖北松木坪電廠含碘銨肥法小試，規(guī)模為5000米3/時(shí)。5）1982年，四川成都電廠進(jìn)行磷活性碳法試驗(yàn)，規(guī)模為1359米3/時(shí)。1988年，四川豆壩電廠中試，規(guī)模為5000米3/時(shí)。1994年1996年四川豆壩電廠工程試驗(yàn)，規(guī)模為810萬米3/時(shí)，國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目，投資810890萬元。6）1984年，四川內(nèi)江白馬電廠旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法試驗(yàn)，規(guī)模為5000米3/時(shí)。1988年進(jìn)行中試，規(guī)模為70000米3/時(shí)，投資1100萬元，已經(jīng)國(guó)家鑒定。原決定“八五”進(jìn)行示范工程，后因故未安排。7）四川重慶天原化工廠自備電廠2*35噸/時(shí)鍋爐進(jìn)行亞硫酸鈉法試驗(yàn)，投資23千萬元，運(yùn)行18天，因系統(tǒng)堵塞被迫停運(yùn)。8）四川重慶珞璜電廠2*36萬千瓦機(jī)組，進(jìn)口日本三菱公司石灰石石膏法技術(shù)。設(shè)備費(fèi)3600萬美元，已投運(yùn)。9）利用日本贈(zèng)款試驗(yàn)電廠：山東青島黃島電廠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法中試，已試運(yùn)行。由日本電源開發(fā)公司投資36。5億日元（其中設(shè)備費(fèi)7000萬日元），規(guī)模30萬米3/時(shí)。設(shè)備由三菱公司負(fù)責(zé)制造、安裝。陜西太原第一熱電廠日本投資36億日元進(jìn)行簡(jiǎn)易濕式石灰石工藝工程試驗(yàn)。規(guī)模30萬米3/時(shí)。四川成都電廠日本投資1100萬美元進(jìn)行電子束氨法工程試驗(yàn)，規(guī)模也是30萬米3/時(shí)。10）利用德國(guó)政府的軟貸款都是石灰石石膏法工藝，參與電廠有北京東郊2410T/H熱電廠、杭州半山212.5KW電廠、重慶220萬KW電廠。11）深圳瑪灣電廠二期工程西部電廠用AB公司的海水脫硫技術(shù)。規(guī)模是30萬千瓦機(jī)組，投資1570萬美元（不包括土建安裝）。12）貴州貴陽電廠8#爐5萬千瓦機(jī)組用石灰石拋棄法進(jìn)行工程試驗(yàn)。投資約500萬元。是“八五”的任務(wù)。13）武漢水力電力大學(xué)開發(fā)的濕式石灰石三相流化床除塵脫硫工藝。14）南京下關(guān)電廠以及紹興錢清