大氣污染控制工程

1、【課前回顧】5分鐘氣態(tài)污染物處理主要方法及各自適用范圍【新課導入】1-2分鐘燃煤（如火力發(fā)電）產(chǎn)生的硫氧化物的危害【新課講授】160分鐘5.2煙氣脫硫技術一、煙氣脫硫方法概述煤炭和石油燃燒排放的煙氣通常含有較低濃度的二氧化硫。由于燃料硫含量的不同，燃燒設施直接排放的煙氣中二氧化硫濃度范圍大約為10-4io-3數(shù)量級。由于二氧化硫濃度低，煙氣流量大，煙氣脫硫通常是十分昂貴的。煙氣脫硫方法可分為兩大類：拋棄法和再生法。拋棄法紀在脫硫過程中形成的固體產(chǎn)物被廢棄，必須連續(xù)不斷地加入新鮮的化學吸收劑。回收法，顧名思義，與二氧化硫反應后的吸收劑可連續(xù)的在一個閉環(huán)系統(tǒng)中再生，再生后的脫硫劑和由于損耗需補充的

2、新鮮吸收劑再回到脫硫系統(tǒng)循環(huán)使用。拋棄法脫硫系統(tǒng)也常同時用于除塵，只要系統(tǒng)可有效的捕集飛灰并有足夠的容量。再生法脫硫系統(tǒng)通常需要在脫硫前配套高效的除塵系統(tǒng)，因為飛灰的存在影響回收過程的操作。煙氣脫硫也可按脫硫劑是否以溶液狀態(tài)進行脫硫而分為濕法或干法脫硫。濕法系統(tǒng)指利用堿性吸收液或含觸媒粒子的溶液，吸收煙氣中的二氧化硫。干法系指利用固體吸收劑和催化劑在不降低煙氣溫度和不增加濕度的條件下除去煙氣中的二氧化硫。噴霧干燥法工藝采用霧化的脫硫劑漿液進行脫硫，但在脫硫過程中霧滴被蒸發(fā)干燥，最后的脫硫產(chǎn)物也呈干態(tài)，因此常稱為濕干法或半干法。二、主要的煙氣脫硫工藝（一）石灰石/石灰法洗滌石灰石/石灰濕法脫硫最

3、早由英國皇家化學工業(yè)公司在20世紀30年代提出，目前是應用最廣泛的脫硫技術。在現(xiàn)代的煙氣脫硫工藝中，煙氣用含亞硫酸鈣和硫酸鈣的石灰石/石灰漿液洗滌，二氧化硫與漿液中物質(zhì)發(fā)生化學反應生成亞硫酸鹽和硫酸鹽，新鮮石灰石或石灰漿液不斷加入脫硫液的循環(huán)回路。漿液中的固體（包括燃煤飛灰）連續(xù)的從漿液中分離出來并排往沉淀池。見圖。1 .石灰石/石膏法分系統(tǒng)及主要裝置a.石灰石制粉及制漿系統(tǒng)石灰石脫硫制粉系統(tǒng)的任務是為脫硫系統(tǒng)提供足夠數(shù)量和符合質(zhì)量要求的石灰石粉，然后由制漿系統(tǒng)將石灰石粉與水配制成30%濃度的漿液，通過石灰石漿泵和管道送入脫硫島的吸收系統(tǒng)。b.煙氣系統(tǒng)典型石灰石/石膏濕法煙氣脫硫的煙氣系統(tǒng)，采

4、用將升壓風機布置在吸收塔上游煙氣側運行的方案，使整個FGD系統(tǒng)均為正壓操作，同時避免升壓風機可能受到的低溫煙氣的腐蝕，從而保證了升壓風機以及整個FGD系統(tǒng)安全長壽命運行，但此方案的煙氣有效體積流量最大，升壓風機的功耗最大。C.SO2吸收系統(tǒng)SO2吸收系統(tǒng)是煙氣脫硫系統(tǒng)的核心。SO2吸收系統(tǒng)主要由五大部分組成：吸收區(qū)域、循環(huán)漿液泵、漿液槽、除霧器和氧化系統(tǒng)。d.石膏脫水系統(tǒng)石膏脫水系統(tǒng)的主要子系統(tǒng)有：吸收塔排出泵系統(tǒng)、旋流器站（一級脫水系統(tǒng)）、真空皮帶過濾機（二級脫水系統(tǒng)）和廢水處理站。e.FGD公用系統(tǒng)FGD公用系統(tǒng)主要由工藝水和壓縮空氣系統(tǒng)構成。f.控制系統(tǒng)為使脫硫控制系統(tǒng)達到與單元機組水平

5、相適應，以及提高整套FGD系統(tǒng)的安全性和可靠性，濕法石灰石/石膏FGD系統(tǒng)一般采用分散控制系統(tǒng)（DCS）進行監(jiān)視和控制。g.電氣系統(tǒng)脫硫用電系統(tǒng)分為兩部分，即脫硫區(qū)域廠用電和制粉區(qū)域廠用電。2 .影響二氧化硫吸收的因素pH,液/氣比、鈣/硫比、氣流速度、漿液的固體含量、氣體中二氧化硫的濃度以及吸收塔結構吸收塔是煙氣脫硫系統(tǒng)的核心裝置，要求有持液量大、氣液相間的相對速度高、氣液接觸面積大、內(nèi)部構件少、壓力降小等特點。目前較常用的吸收塔主要有：噴淋塔、填料塔、噴射鼓泡塔和道爾頓型塔四類。其中噴淋塔是濕法脫硫工藝的主流塔型。3 .濕法煙氣脫硫存在的問題(1) 設備腐蝕：化石燃料燃燒的排煙中含有多種微

6、量的化學成分，如氯化物。在酸性環(huán)境中，他們對金屬的腐蝕性相當強。目前廣泛應用的吸收塔材料是合金。為延長設備的使用壽命，溶液中氯離子的濃度不能太高。(2) 結垢和堵塞：固體沉積主要以三種方式出現(xiàn)：濕干結垢，即因溶液或料漿中的水分蒸發(fā)而使固體沉積；氫氧化鈣或碳酸鈣沉積或結晶析出；亞硫酸鈣或硫酸鈣從溶液中結晶析出。其中后者是導致脫硫塔發(fā)生結垢的主要原因。(3) 除霧氣堵塞：在吸收塔中，霧化噴嘴并不能產(chǎn)生尺寸完全均一的霧滴，霧滴的大小存在尺寸分布。較小的霧滴會被氣流所夾帶，如果不進行除霧，霧滴將進入煙道，造成煙道腐蝕和堵塞。因此，除霧器必須易于保持清潔。目前使用的除霧器有多種形式(如折流板型等)，通常

7、用高速噴嘴每小時數(shù)次噴清水進行沖洗。(4) 脫硫劑的利用率：脫硫產(chǎn)物亞硫酸鹽和硫酸鹽可沉積在脫硫劑顆粒表面，從而堵塞了這些顆粒的溶解通道。這會造成石灰石或石灰脫硫劑來不及溶解和反應就隨產(chǎn)物排除，增加了脫硫劑和脫硫產(chǎn)物的處理費用。(5) 液固分離：半水亞硫酸鈣是大的圓形晶體，這種固體產(chǎn)物難以分離，也不符合填埋要求。而二水硫酸鈣是大的圓形晶體，易于析出和過濾。(二)改進的石灰石/石灰濕法煙氣脫硫為了提高二氧化硫的去除率，改進石灰石法的可能性和經(jīng)濟性，發(fā)展了加入己二酸的石灰石法。己二酸是含有六個碳的二竣基有機酸，在洗滌漿液中他能起緩沖pH的作用。己二酸的緩沖作用抑制了氣液界面上由于二氧化硫溶解而導致

8、的pH降低，從而使液面處二氧化硫的濃度提高，大大地加速了液相傳質(zhì)。己二酸緩沖反應的機理較簡單。在洗滌液儲罐中，己二酸與石灰石或石灰反應，形成己二酸該。在吸收器內(nèi)，己二酸與已被吸收的二氧化硫反應生成亞硫酸鈣，同時己二酸得以再生，并返回洗滌液儲罐，重新與石灰或石灰是反應。(三)噴霧干燥法煙氣脫硫噴霧干燥法是20世紀80年代迅速發(fā)展起來的一種濕-干法脫硫工藝。其脫硫過程是，二氧化硫被霧化的氫氧化鈣漿液或碳酸鈉溶液吸收。同時，溫度較高的煙氣干燥了液滴，形成干固體廢物。噴霧干燥法是目前市場份額僅次于濕鈣法的煙氣脫硫技術，其設備和操作簡單，可使用碳鋼作為結構材料，不存在由微量金屬元素污染的廢水。噴霧干燥法

9、脫硫系統(tǒng)的工藝是意圖，包括吸收劑制備、吸收和干燥、固體捕集以及固體廢物處置四個主要過程。1 .吸收劑制備吸收劑溶液或漿液在現(xiàn)場制備。雖然石灰是常見的吸收劑，但也有多種其他吸收劑可供選用。吸收劑選擇將取決于當?shù)厥欠衲軌蛉菀椎玫郊皟r格因素。2 .吸收和干燥含二氧化硫煙氣進入噴霧干燥器后，立即與物化的漿液混合，氣相中二氧化硫迅速溶解，并與吸收劑發(fā)生化學反應。同時，煙氣預熱使液相水分蒸發(fā)，并將水分蒸發(fā)后的殘留固體顆粒干燥。為了有效去除二氧化硫，噴霧干燥室、煙氣氣流分布裝置和霧化器是最主要的。氣流分布裝置和霧化器要能夠使煙氣和物化的液滴充分混合，以有助于煙氣與液滴間質(zhì)量和熱量傳遞。要求液滴要充分小，以便

10、有足夠的表面積，以利于二氧化硫吸收。同時，也不及過小，防止未充分吸收之前，液滴完全干化。經(jīng)常采用的霧化器有旋轉(zhuǎn)離心霧化器和兩相流噴嘴兩種。前者利用高速旋轉(zhuǎn)盤或霧化輪產(chǎn)生細小霧滴，液滴大小隨旋轉(zhuǎn)盤直徑和轉(zhuǎn)速而變。旋轉(zhuǎn)霧化器的結構是相當復雜的，物化器輪的耐磨性好，另外噴霧孔堵塞也是問題之一。兩相流噴嘴利用高壓空氣把吸收液破碎成霧滴，其主要優(yōu)點是沒有運動部件，為避免堵塞可以采用大流量。缺點是液滴大小隨供料速率而變，因而導致二氧化硫去除率改變。影響二氧化硫去除效率的工藝變量包括：煙氣出口溫度接近絕熱飽和溫度的程度、吸收劑當量比以及二氧化硫入口濃度。煙氣出口溫度由漿液中的水含量和漿液供應速率決定。3 .

11、固體捕集從噴霧干燥系統(tǒng)出來的最后產(chǎn)物是一種干燥粉末，除了由煤燃燒產(chǎn)生的飛灰以外，還含有硫酸鈣、亞硫酸鈣以及過剩的氧化鈣。研究表明，袋式除塵器中取出的二氧化硫可占到二氧化硫去除總率白110%。4 .固體廢物處置處置方法因吸收劑類型而異。對于石灰系統(tǒng)，當固體廢物中未反應的吸收劑量小于5%時，固體廢物是無害的，可采用與飛灰相同的處置辦法；但對于鈉系統(tǒng)，應采取謹慎措施減小廢物的浸出率。（四）其他濕法脫硫技術1 .氧化鎂法氧化鎂法具有脫硫效率高、可回收硫、可避免產(chǎn)生固體廢物等特點，在有鎂礦資源的地區(qū)，是一種有競爭力的脫硫技術。其基本原理是用氧化鎂的漿液吸收二氧化硫，生成含水亞硫酸鎂和少量硫酸鎂，然后送流

12、化床加熱，當溫度在約為700950c時釋放出氧化鎂和高濃度二氧化硫。在生的氧化鎂可循環(huán)利用，二氧化硫可回收制酸。2 .海水脫硫法用于燃煤電廠的海水煙氣脫硫工藝是近幾年發(fā)展起來的新型煙氣脫硫工藝。根據(jù)是否添加其他化學吸收劑，海水脫硫工藝可分為兩類：（1）用純海水作為吸收劑的工藝（2）在海水中添加一定量石灰以調(diào)節(jié)吸收液的堿度。3 .氨法濕式氨法脫硫工藝采用一定濃度的氨水做吸收劑，最終的脫硫副產(chǎn)物是可做農(nóng)用肥的硫酸鏤，脫硫率在90%99%。但相對于低廉的石灰石等吸收劑，氨的價格要高得多，高運行成本及復雜的工藝流程影響了氨法脫硫工藝的推廣應用。（五）干法煙氣脫硫技術1 .干法噴鈣脫硫干法噴鈣脫硫工藝早

13、在20世紀70年代就在美國進行了開發(fā)研究，但由于當時其脫硫效率較低，一直未得到推廣應用。由于噴鈣脫硫系統(tǒng)設備簡單，投資低、脫硫費用小，占地面積少，適合老電廠脫硫阿改造，脫硫產(chǎn)物呈干態(tài)易于處理等特點，近年來又重新受到了人們的重視。干法噴鈣類脫硫工藝的核心是鍋爐爐膛內(nèi)噴石灰石粉部分和爐后的活化反應器。2 .循環(huán)流化床煙氣脫硫循環(huán)流化床煙氣脫硫技術是20世紀80年代后期首先研究開發(fā)的。整個循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)由石灰制備系統(tǒng)、脫硫反應系統(tǒng)和收塵引風系統(tǒng)三個部分組成。三、同時脫硫脫氮工藝（1） 電子束輻射法一種脫硫新工藝。主要特點是：過程為干法，不產(chǎn)生廢水廢渣；能同時脫硫脫硝，可達到90%以上的脫硫率和8

14、0%以上的脫氮率；系統(tǒng)簡單，操作方便，過程易于控制：對于不同含硫量的煙氣和煙氣量的變化有較好的適應性和負荷跟蹤性；副產(chǎn)品為硫鏤和硝氨混合物，可用作化肥。影響硫氮脫出率的主要因素是電子輻射劑量和溫度。（2） 濕法同時脫硫脫氮工藝1 .氯酸氧化法2 .WSA-SNOX法3 .濕法FGD添加金屬螯合劑（3） 干法同時脫硫脫氮工藝1 .NOXSO法2 .SNRB法3 .CuO同時脫硫脫氮工藝四、煙氣脫硫工藝的綜合比較煙氣脫硫工藝性能的綜合比較涉及到如下主要因素：4 .脫硫效率脫硫率是由很多因素決定的，除了工藝本身的脫硫性能外，還取決于煙氣狀況，如二氧化硫濃度，煙氣量，煙溫，煙氣含水量等。通常濕法工藝的效率最高，可達到95%以上。5 .鈣硫比濕法工藝的反應條件較為理想，因此實用中的鈣硫比接近于1,一般為1.01.2。干法和濕干法的脫硫反應為氣固反應，反應速率較在液相慢，通常為達到達標要求的脫硫效率。6 .脫硫劑利用率利用率指與二氧化硫反應消耗掉的脫硫劑與加入系統(tǒng)的脫硫劑總量之比。7 .脫硫劑的來源8 .脫硫副產(chǎn)品的處理處