火電廠脫硫系統(tǒng)及脫硝技術(shù)介紹【優(yōu)質(zhì)材料】

1、脫 硫 的 必 要 性,我國目前的能源主要是煤炭，每年排入大氣的二氧化硫 高達三千萬噸，大氣中的二氧化硫和氮氧化物與降水溶 合成酸雨，全國酸雨面積已占國土資源的30%，每年因 酸雨和二氧化硫污染造成的損失高達1000多億元，現(xiàn)在 中國是僅次于歐洲和北美的第三大酸雨區(qū)。,大氣污染嚴重破壞生態(tài)環(huán)境和嚴重危害人體呼吸系統(tǒng)， 危害心血管健康，加大癌癥發(fā)病率，甚至影響人類基因 造成遺傳疾病。,1998年1月，國務(wù)院正式批準酸雨控制區(qū)和二氧化硫 控制區(qū)劃分方案，具體規(guī)定：新建燃煤電廠，必須同步 建設(shè)脫硫設(shè)施。,1,參考課件,脫 硫 的 基 本 方 法 與 種 類,采用洗煤等技術(shù)對煤進行洗選，將煤中大部分的

2、可燃無機硫洗去，降低燃煤的含硫量，從而達到減少污染的目的。,燃燒前脫硫,燃燒中脫硫,燃燒后脫硫,在煤粉燃燒的過程中同時投入一定量的脫硫劑，在燃燒時脫硫劑將二氧化硫脫除。典型的技術(shù)是循環(huán)流化床技術(shù)。,在煙道處加裝脫硫設(shè)備，對煙氣進行脫硫的方法。典型的技術(shù)有石灰石-石膏法，噴霧干燥法，電子束法，氨法等。,2,參考課件,石灰石石膏濕法煙氣 脫硫的優(yōu)點,脫硫效率高，一般可達95以上，鈣的利用率高可達90%以上； 單機煙氣處理量大，可與大型鍋爐單元匹配； 對煤種的適應性好，煙氣脫硫的過程在鍋爐尾部煙道以后，是獨立的島不會干擾鍋爐的燃燒，不會對鍋爐機組的熱效率、利用率產(chǎn)生任何影響； 石灰石作為脫硫吸收劑其

3、來源廣泛且價格低廉，便于就地取材； 副產(chǎn)品石膏經(jīng)脫水后即可回收，具有較高的綜合利用價值。,目前常見的 濕法煙氣脫硫有：石灰石/石灰石膏法、鈉洗法、及氧化鎂法等。,3,參考課件,濕式脫硫系統(tǒng)簡介,從鍋爐出來的原煙氣流經(jīng)煙氣換熱器(降溫)，進入FGD(即Flue Gas Desulfuration煙氣脫硫裝置）吸收塔，在吸收塔里面與磨細的石灰石常溶液接觸進行復雜的物理化學過程將SO2的脫除，生成以石膏為主的產(chǎn)物，凈化的煙氣再經(jīng)煙氣換熱器(升溫)后排大氣。石灰石漿液持續(xù)送入吸收塔，經(jīng)反應后的漿液達到一定的密度后經(jīng)脫水系統(tǒng)持續(xù)排出石膏晶體。脫水處理后的低濃度漿液進行回收利用。,4,參考課件,脫硫工藝流

4、程圖,5,參考課件,煙氣系統(tǒng),吸收系統(tǒng),石灰石漿液制備系統(tǒng),電氣與監(jiān)測控制系統(tǒng),事故漿液及排放系統(tǒng),廢水處理系統(tǒng),石膏脫水及儲存系統(tǒng),公用系統(tǒng),脫硫系統(tǒng)構(gòu)成,6,參考課件,石灰石漿液制備系統(tǒng),制備并為吸收塔提供滿足要求的石灰石漿液。石灰石漿液制備系統(tǒng)的主要設(shè)備包括石灰石儲倉、球磨機、石灰石漿液罐、漿液泵等。,返回,7,參考課件,煙氣系統(tǒng),為脫硫運行提供煙氣通道，進行煙氣脫硫裝置的投入和切除，降低吸收塔人口的煙溫和提升凈化煙氣的排煙溫度。煙氣系統(tǒng)的主要設(shè)備包括煙道擋板、煙氣換熱器、脫硫(增壓)風機等。,返回,8,參考課件,SO2吸收系統(tǒng),通過石灰石漿液吸收煙氣中的SO2，生成亞硫酸產(chǎn)物，氧化空氣

5、將其氧化，并以石膏的形式結(jié)晶析出。同時，由除霧器將煙氣中的液滴除去。SO2吸收系統(tǒng)的主要設(shè)備包括吸收塔、石灰石漿液循環(huán)泵、氧化風機、除霧器等。 反應總方程式： CaCO3 + SO2 + 1/2O2 + 2H2O CaSO42H2O + CO2,返回,吸收塔結(jié)構(gòu)圖,9,參考課件,石膏脫水及儲存系統(tǒng),將來自吸收塔的石膏漿液濃縮、脫水，生產(chǎn)副產(chǎn)品石膏，儲存和外運。石膏脫水及儲存系統(tǒng)的主要設(shè)備包括石膏漿液排出泵、石膏漿液箱、石膏漿液泵、水力旋流器、真空皮帶脫水機、石膏儲倉等。,返回,10,參考課件,廢水處理系統(tǒng),處理脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水(正常情況下主要是石膏脫水系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水)，以滿足排放要求。系統(tǒng)的

6、主要設(shè)備包括氫氧化鈣制備和加藥設(shè)備、澄清池、絮凝劑加藥設(shè)備、過濾水箱、廢水中和箱、絮凝箱、沉降箱、澄清器等。,返回,11,參考課件,公用系統(tǒng),為脫硫系統(tǒng)提供各類用水和控制用氣。公用系統(tǒng)的主要設(shè)備包括工藝水箱、工藝水泵、壓縮空氣系統(tǒng)等。,返回,12,參考課件,事故漿液排放系統(tǒng),包括事故儲罐系統(tǒng)和地坑系統(tǒng)，用于儲存FGD裝置大修或發(fā)生故障時由FGD裝置排出的漿液。事故漿液排放系統(tǒng)主要設(shè)備包括事故漿液儲罐、地坑、攪拌器和漿液泵。,返回,13,參考課件,電氣與監(jiān)測控制系統(tǒng),主要由電氣系統(tǒng)、監(jiān)控與調(diào)節(jié)系統(tǒng)和聯(lián)鎖環(huán)節(jié)等構(gòu)成，其主要功能是為系統(tǒng)提供動力和控制用電；通過DCS系統(tǒng)控制全系統(tǒng)的啟停、運行工況調(diào)整

7、、聯(lián)鎖保護、異常情況報警和緊急事故處理；通過在線儀表監(jiān)測和采集各項運行數(shù)據(jù)，還可以完成經(jīng)濟分析和生產(chǎn)報表。電氣與監(jiān)測系統(tǒng)的主要設(shè)備包括和各類電氣設(shè)備、控制設(shè)備及在線儀表等。,返回,14,參考課件,脫硫區(qū)域的設(shè)備布置,15,參考課件,設(shè)計原則說明,FGD工藝系統(tǒng)主要由石灰石漿液制備系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、SO2吸收系統(tǒng)、排空及漿液拋棄系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、石膏儲存系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、雜用壓縮空氣系統(tǒng)等組成。工藝系統(tǒng)設(shè)計原則包括: （1）脫硫工藝采用濕式石灰石石膏濕法。 （2）脫硫裝置采用一爐一塔， 每套脫硫裝置的煙氣處理能力為一臺鍋爐100%BMCR工況時的煙氣量，石灰石漿液制備和石膏脫水為兩套脫硫裝置公用

8、。脫硫效率按不小于96%設(shè)計。 （3）吸收劑制漿方式采用廠外來石灰石塊，在電廠脫硫島內(nèi)吸收劑制備車間采用濕式磨機制成漿液。,16,參考課件,（4）脫硫副產(chǎn)品石膏脫水后含濕量10%，為綜合利用提供條件。當真空皮帶脫水機故障或脫硫石膏綜合利用有困難時，石膏漿液可部分或全部拋棄至灰場。 （5）脫硫系統(tǒng)排放的煙氣不會對煙囪造成腐蝕、積水等不利影響。 （6）脫硫設(shè)備年利用小時按5500小時考慮。 （7）FGD裝置可用率不小于95%。 （8）FGD裝置服務(wù)壽命為30年。,17,參考課件,吸收塔結(jié)構(gòu)圖,返回,18,參考課件,思考題目,1.說出脫硫系統(tǒng)的構(gòu)成。 2.寫出石灰石及石膏的分子式。 3.說出石灰石漿

9、液制備系統(tǒng)的作用。,19,參考課件,煙氣脫硝（氮）技術(shù),20,參考課件,煙氣脫硝（氮）技術(shù),1、干法煙氣脫氮技術(shù) （1）選擇性催化還原法(SCR法) （2）非選擇性催化還原法(NSCR法) （3）選擇性非催化還原法(SNCR法) 2、濕法煙氣脫氮技術(shù),21,參考課件,煙氣脫氮是用反應吸收劑與煙氣接觸，以除去或減少煙氣中的NOx的工藝過程，亦稱為煙氣脫硝。 無論從技術(shù)的難度、系統(tǒng)的復雜程度，還是投資和運行維護費用等方面，煙氣脫氮均遠遠高于煙氣脫硫，使煙氣脫氮技術(shù)在燃煤電站鍋護煙氣凈化上的應用和推廣受到很大的影響和限制，加之世界各國對NOx的排放限制尚不如對SO2的排放限制得那么嚴格，因此，目前煙

10、氣脫氮裝置在火電廠的應用也少得多，技術(shù)和裝置也欠成熟，設(shè)備投資和運行費用居高不下。 目前，已經(jīng)研制和開發(fā)的煙氣脫氮工藝有50余種，大致可歸納為干法煙氣脫氮和濕法煙氣脫氮兩大類,煙氣脫硝（氮）技術(shù),22,參考課件,特征：用氣態(tài)反應劑使煙氣中的NOx還原為N2和H2O。 主要有選擇性催化還原法、非選擇性催化還原法和選擇性無催化還原法，其中選擇性催化還原法被采用的較多。其他干法脫氮技術(shù)還有氧化銅法、活性炭法等。 特點：反應物質(zhì)是干態(tài)，多數(shù)工藝需要采用催化劑，并要求在較高溫度下進行。該類煙氣處理工藝不會引起煙氣溫度的顯著下降，無須煙氣再加熱系統(tǒng)。,干法煙氣脫氮技術(shù),23,參考課件,（1）選擇性催化還原

11、法(SCR法),用氨(NH3)作為還原劑，在催化劑的存在下將煙氣中的NOx還原成N2，脫氮率可達90以上 根據(jù)所采用的催化劑的不同，其適宜的反應溫度范圍也不同，一般為300340。由于所采用的還原劑NH3只與煙氣中的NOx發(fā)生反應，而一般不與煙氣中的氧發(fā)生反應，所以，將這類有選擇性的化學反應稱為選擇性催化還原法。,24,參考課件,基本原理 又稱噴氨法，向爐膛噴氨基還原劑（氨或尿素等），在一定條件下將NOx轉(zhuǎn)化為N2和H2O，降低NOx的排放。,氨法,尿素法,25,參考課件,用甲烷CH4、CO或H2等作為還原劑，在煙溫550800范圍內(nèi)及催化劑的作用下，將NOx還原成N2。 但是這類還原劑除了與

12、煙氣中的NOx反應以外，還與煙氣中的殘余氧反應，生成水或二氧化碳，因此，還原劑的消耗量比選樣性催化還原法高出45倍。另外，該反應要放出熱量使煙氣溫度上升。 這兩種還原NOx的方法均以催化反應為主要特征，因此，都需要在煙道的合適位置設(shè)置催化反應器，系統(tǒng)比較復雜。,（2）非選擇性催化還原法(NSCR法),26,參考課件,在不采用催化劑的條件下，將氨作為還原劑還原NOx的反應只能在9501100這一溫度范圍內(nèi)進行，因此，需將氨氣噴射注入爐膛出口區(qū)域相應溫度范圍內(nèi)的煙氣中，將NOx還原為N2利H2O。也稱為高溫非催化還原法或爐膛噴氨脫氮法。 如果加入添加劑(比如氫)，可以擴大其反應溫度的范圍。當以尿素

13、(H4N2CO)為還原劑時，脫氮效果與氨相當，但其運輸和使用比NH3安全方便。 但是采用尿素作還原劑時，可能會有N2O生成。,（3）選擇性非催化還原法(SNCR法),27,參考課件,這類脫氮方法的脫氮效率為4060，而且對反應所處的溫度范圍很敏感，高于1100時，NH3會與O2反應生成NO，反而造成NOx的排放量增加；低于700，則反應速率下降，會造成未反應的氨氣隨煙氣進入下游煙道，這部分氨氣會與煙氣中的SO2發(fā)生反應生成硫酸銨。在較高溫度下，硫酸銨呈酸性，很容易造成空氣預熱器的堵塞并存在腐蝕現(xiàn)象，另外，也使排入大氣中的氨量顯著增加，造成環(huán)境污染。 為了適應電站鍋爐的負荷變化而造成爐膛內(nèi)煙氣溫

14、度的變化，需要在爐膛上部沿高度開設(shè)多層氨氣噴射口，以使氨氣在不同的負荷工況下均能噴入所要求的溫度范圍的煙氣中。 該法的主要特點是無需采用催化反應器，系統(tǒng)簡單。,28,參考課件,催化劑一般使用TiO2為載體的V2O5/WO3及MoO3等金屬氧化物。 載體：TiO2 、活性炭或沸石等多孔介質(zhì)。 布置位置：除塵器前、除塵器后 發(fā)展方向 改善反應器的反應條件：控制NH3濃度與泄漏 完善催化劑性能 尋找中低溫工況下具有高活性的催化劑,29,參考課件,選擇性催化還原NOx工藝,目前，已經(jīng)在火力發(fā)電廠采用的煙氣脫氮技術(shù)主要是前述的三種干法脫氮技術(shù)，其中采用最多的主流工藝是選擇性催化還原法。該法脫氮效率高，無

15、需排水處理，無副產(chǎn)品，但脫氮裝置的運行成本很高，系統(tǒng)復雜，煙氣側(cè)的阻力會增加。,30,參考課件,化學反應原理,以上各個反應均需在催化條件下才能達到所要求的反應速度,31,參考課件,（2）選擇性催化還原法的系統(tǒng)組成和布置,主要由催化反應器、催化組件和氨儲存及噴射系統(tǒng)組成。 當采用不同的催化劑來催化NH3和NOx的還原反應時，其適應的反應溫度范圍也不同。在應用于電站鍋爐時，為了適應化學反應的最佳煙溫范圍，催化反應器需布置在鍋爐尾部的不同位置。,32,參考課件,NOx選擇性催化還原反應器,33,參考課件,A、 350的溫度區(qū)間（省煤器出口和空氣預熱器進口之間),這一布置方案的溫度范圍適合于多數(shù)催化劑

16、的反應溫度，因此，被采用得較為廣泛。 主要問題：存在煙氣中的飛灰對催比劑的污染、腐蝕、磨損和堵塞，需要選擇高活性的催化劑，合理布置催化元件，減輕腐蝕和磨損。 另一個問題是煙氣中SO2的存在對脫氮設(shè)備的運行所產(chǎn)生的不利影響。 省煤器出口煙氣中的SO2的濃度，對選擇性催化還原工藝的運行存在一個溫度下限，在這一溫度以下，氨與煙氣中的SO2將形成酸性硫酸銨、這一反應產(chǎn)物會對催化劑造成堵塞，使其失效。 這一溫度下限隨采用的催化劑的不同而不同，采用鉑作為催化劑時，溫度下限為225250，采用銅、鉻等催化劑時為350以下。,34,參考課件,在這種布置方式下，脫氮裝置的催化劑基本是在無塵、無SO2的干凈煙氣條

17、件下工作，可以防止催化劑的中毒和避免催化反應器的堵塞、腐蝕，基本不存在催化劑的污染和失效，催化劑的工作壽命可以大大增加。 但是，由于脫硫后的煙氣溫度僅為50左右，因此，在煙氣進入脫氮催化反應器之的必須采取利用外來熱源加熱煙氣的方法，將煙溫提升到所需的反應溫度。顯然，這將使系統(tǒng)更加復雜，并影響系統(tǒng)的綜合效率。,B、布置在煙氣脫硫裝置后,35,參考課件,(3)催化劑和催化反應器的形式,選擇性催化還原法使用的催化劑是用Al2O3，或鈦作為載體，通常制成板狀、蜂窩狀的催化元件，在其表面上沉積鉑、鈀、銠等貴重金屬(約占催化元件總質(zhì)量的0.5)，再將催化元件制成催化劑組件，組件排列在催化反應器的框架內(nèi)，構(gòu)

18、成催化劑層。 銅、釩、鉻、錳、鋅、鐵、鈰等金屬氧化物也可作為催化劑，這類催化劑的反應溫度為300400，但活性比鉑、鈀、銠等貴重金屬低。 催化劑還可以制成顆粒狀等，以顆粒固定床形式充填在催化反應容器中使用。 活性炭也可作為催化劑，其所需的反應溫度為100150。采用活性炭時，需預失對煙氣進行嚴格的除塵和脫硫。 如上所述，當煙氣中存在飛灰、二氧化硫等物質(zhì)時，會使催化劑受到污染而失效，導致脫氮效率下降。在干凈煙氣的條件下，催化劑的工作壽命可達35年。,36,參考課件,由于鍋爐排煙中的NOx主要是NO，而NO極難溶干水，所以，采用濕法脫除煙氣中的NOx時，不能像脫除SO2那樣采用簡單的直接洗滌方法進行吸收，必須先將NO氧化為NO2，然后再用水或其他吸收劑進行吸收脫除，因此，濕法脫氮的工藝過程要比濕法脫硫復雜得多。 濕法脫氮的工藝過程包括氧化和吸收，并反應生成可以利用或無害的物質(zhì)，因此，必須設(shè)置煙氣氧化、洗滌和吸收裝置，工藝系統(tǒng)比較復雜。濕法脫氮大多具有同時脫硫的效果。 濕法的主要特點是，脫氮反應的局部或全部過程在濕態(tài)下進行，需使煙氣增濕、降溫，因此，一般需將脫氮后的煙氣除濕和再加熱后經(jīng)煙囪排放至大氣。主要有氣相氧化液相吸收法、液相氧化吸收法等。,濕法煙氣脫氮技術(shù),