潔凈煤技術(shù)-3課件

第三章燃煤脫硫技術(shù)§3.1前言中國城市的大氣污染的特征煤煙型大氣污染，主要是硫排放，其中90%來自煤炭煤中硫的存在形式：無機(jī)硫(黃鐵礦和硫酸鹽）有機(jī)硫（硫醇和硫醚）潔凈煤技術(shù)-3課件中國的動(dòng)力煤資源全硫的加權(quán)平均含量為1.15%含硫量為小于0.5%的超低硫煤占39.35%含硫量在0.5~1.0%的低硫煤占16.46%含硫量在1.0~1.5%的中低硫煤占16.68%含硫量在1.5~2.0%的中硫煤占9.49%含硫量為2.0~3.0%的中高硫煤占7.85%含硫量分別為3.0~5.0%的高硫煤和大于5.0%的特高硫煤占7.05%中國的動(dòng)力煤資源我國二氧化硫的排放量以每年（3~4）%的速度不斷增長有55%的城市二氧化硫超過標(biāo)準(zhǔn)二氧化硫的排放會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境問題：(1)酸雨會(huì)造成森林、水生物生態(tài)平衡破壞，土壤酸性貧瘠，腐蝕金屬材料，破壞建筑、文物古跡，影響人體健康。我國的酸性降雨為硫酸型的。(2)二氧化硫?qū)θ梭w健康有極大的危害。SO2對人體的呼吸器官有很強(qiáng)的毒害作用，會(huì)造成鼻炎、支氣管炎、哮喘、肺氣腫、肺癌等。我國二氧化硫的排放量以每年（3~4）%的速度不斷增長(3)SO2會(huì)給植物帶來嚴(yán)重的危害。(1~2)×10-6容積濃度的SO2在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)即可引起葉片組織的局部損壞0.3×10-6容積濃度以上的濃度能使某些最敏感的植物發(fā)生慢性中毒一些城市燃用1噸煤所產(chǎn)生的二氧化硫和酸雨造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)(50~70)元。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國在“七五”期間僅兩廣、四川、貴州四省因酸雨造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失就達(dá)每年160億元。(3)SO2會(huì)給植物帶來嚴(yán)重的危害。我國政府制定的政策和法規(guī)1990年12月，國務(wù)院環(huán)委會(huì)決定著手對酸沉降污染控制問題采取控制措施1991年10月29日國家環(huán)保局于發(fā)布了《燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》在1991~1992年國家環(huán)保局組織有關(guān)單位進(jìn)行了工業(yè)燃煤二氧化硫收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)施方案的研究，并于1992年2月21日由國務(wù)院發(fā)出通知，在廣東、貴州兩省和柳州、南寧、桂林、杭州、青島、重慶、長沙、宜昌和宜賓等九個(gè)城市進(jìn)行征收工業(yè)燃煤二氧化硫排污費(fèi)和酸雨的綜合防治工作。我國政府制定的政策和法規(guī)1995年8月29日經(jīng)全國人代會(huì)批準(zhǔn)頒布了《中華人民共和國污染防治法》修正案，首次對燃煤二氧化硫控制作出了明確的規(guī)定“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)目不能用低硫煤的，必須建設(shè)配套的脫硫、除塵裝置或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)采取控制二氧化硫排放、除塵的措施；國家鼓勵(lì)企業(yè)采用先進(jìn)的脫硫、除塵技術(shù)?！?995年8月29日經(jīng)全國人代會(huì)批準(zhǔn)頒布了《中華人民共和國污《火電廠煙氣脫硫關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備國產(chǎn)化規(guī)劃要點(diǎn)》國家經(jīng)貿(mào)委制定（1999）國產(chǎn)化目標(biāo)分為四步：．至2001年，初步掌握火電廠濕法脫硫設(shè)計(jì)技術(shù)，啟動(dòng)火電廠脫硫國產(chǎn)化示范工程，濕法煙氣脫硫設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)80%左右。同時(shí)，選擇若干種其它煙氣脫硫工藝作為國產(chǎn)化的示范工程，編制國產(chǎn)化實(shí)施方案。．至2003末，具備獨(dú)立完成火電廠濕法煙氣脫硫工藝設(shè)計(jì)的能力，開發(fā)適合我國國情的火電廠煙氣脫硫工藝，濕法煙氣脫硫設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)90%以上。組織實(shí)施其它若干種煙氣脫硫國產(chǎn)化示范工程，并具有相應(yīng)的設(shè)計(jì)能力?！痘痣姀S煙氣脫硫關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備國產(chǎn)化規(guī)劃要點(diǎn)》《火電廠煙氣脫硫關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備國產(chǎn)化規(guī)劃要點(diǎn)》國家經(jīng)貿(mào)委制定（1999）國產(chǎn)化目標(biāo)分為四步：．至2005年末，濕法煙氣脫硫設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)95%以上。其它若干種煙氣脫硫工藝也要基本實(shí)現(xiàn)脫硫設(shè)備國產(chǎn)化。．至2010年，濕法煙氣脫硫設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)100%。掌握其它若干種煙氣脫硫工藝的設(shè)計(jì)，設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到95%以上。《火電廠煙氣脫硫關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備國產(chǎn)化規(guī)劃要點(diǎn)》《火電廠煙氣脫硫關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備國產(chǎn)化規(guī)劃要點(diǎn)》國家經(jīng)貿(mào)委制定（1999）實(shí)施火電廠煙氣脫硫國產(chǎn)化的措施是：．加強(qiáng)火電廠煙氣脫硫國產(chǎn)化的組織領(lǐng)導(dǎo)；．組織實(shí)施煙氣脫硫國產(chǎn)化示范工程；．積極扶植脫硫設(shè)備的生產(chǎn)和供應(yīng)；實(shí)行招投標(biāo)制度，加強(qiáng)規(guī)范化管理；．培育和扶持有實(shí)力的脫硫工程公司；．研究制定促進(jìn)火電廠脫硫國產(chǎn)化的配套政策?！痘痣姀S煙氣脫硫關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備國產(chǎn)化規(guī)劃要點(diǎn)》脫硫技術(shù)可劃分為：燃燒前脫硫原煤在投入使用前，用物理、物理化學(xué)、化學(xué)及微生物等方法，將煤中的硫份脫除掉。爐前脫硫還能除去灰份，減輕運(yùn)輸量，減輕鍋爐的粘污和磨損，減少灰渣處理量，還可回收部分硫資源。物理選煤：利用黃鐵礦硫和煤的密度不同而通過重力分選和水選將黃鐵礦硫和部分礦物質(zhì)除去。這樣可使煤的含硫量降低40%，灰份降低70%左右。化學(xué)選煤技術(shù)：加氫脫硫、加氧脫硫、用堿液浸煤后用微波照射等，適合于含硫量很高的洗中煤微生物方法：細(xì)菌脫硫脫硫技術(shù)可劃分為：爐內(nèi)脫硫在燃燒過程中，在爐內(nèi)加入固硫劑，使煤中硫份轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，隨爐渣排除。爐內(nèi)脫硫煙氣脫硫(FGD)技術(shù)：從生成物的狀態(tài)劃分干法脫硫濕法脫硫從生成物的利用與否劃分拋棄法回收法美國環(huán)保局和聯(lián)邦動(dòng)力委員會(huì)通過三年的研究，得出的結(jié)論“FGD是目前世界上最有效的、最可行、最佳SO2排放控制技術(shù)”煙氣脫硫(FGD)技術(shù)：§3.2爐內(nèi)噴鈣脫硫爐內(nèi)噴鈣脫硫：在煤的燃燒過程中加入鈣基固硫劑而達(dá)到脫除煙氣中二氧化硫的目的特點(diǎn)：投資小工藝簡單易操作占地省§3.2爐內(nèi)噴鈣脫硫1.爐內(nèi)噴鈣技術(shù)原理鈣基脫硫劑：主要為石灰石(CaCO3)、熟石灰(Ca(OH)2)、白云石(CaCO3-MgCO3)煅燒反應(yīng)為：CaCO3→CaO+CO2↑Ca(OH)2→CaO+H2O↑CaCO3-MgCO3→CaO+MgO+2CO2↑1.爐內(nèi)噴鈣技術(shù)原理影響煅燒反應(yīng)和脫硫率的主要因素-微孔結(jié)構(gòu)孔性質(zhì)：比表面積、孔容積、空隙率、孔徑分布比表面積及空隙率：白云石最大，Ca(OH)2次之，CaCO3為最小。煅燒產(chǎn)物CaO與SO2可發(fā)生如下的反應(yīng)：CaO+SO2→CaSO3CaSO3+1/2CaO2→CaSO4影響煅燒反應(yīng)和脫硫率的主要因素-微孔結(jié)構(gòu)CaO對SO2的吸收包括如下幾個(gè)過程：（1）SO2從主氣流向顆粒外表面轉(zhuǎn)移的氣相傳質(zhì)；（2）SO2在多孔介質(zhì)內(nèi)的擴(kuò)散；（3）SO2在孔壁上的吸附；（4）SO2與CaO的化學(xué)反應(yīng)以及產(chǎn)物層的形成；（5）SO2通過產(chǎn)物層向未反應(yīng)CaO表面的擴(kuò)散。CaO對SO2的吸收包括如下幾個(gè)過程：2.爐內(nèi)噴鈣脫硫技術(shù)的現(xiàn)狀爐內(nèi)噴鈣脫硫在煤粉爐未廣泛應(yīng)用的原因：爐內(nèi)溫度太高煙氣中含有較多的CO2和H2O——爐內(nèi)噴入的脫硫劑容易發(fā)生燒結(jié)表面積快速減少反應(yīng)活性和反應(yīng)速率降低當(dāng)溫度超過1300℃時(shí)，所產(chǎn)生的產(chǎn)物CaSO4會(huì)，易于分解成CaO和SO2。脫硫率較低((10~30)%)2.爐內(nèi)噴鈣脫硫技術(shù)的現(xiàn)狀新的研究進(jìn)展提高吸收劑的活性，改善SO2的擴(kuò)散過程以有機(jī)鈣鹽代替石灰石以有機(jī)固體廢棄物和石灰為燃料制備的有機(jī)鈣混合物

優(yōu)點(diǎn)：方便地用于現(xiàn)有鍋爐的脫硫脫硝，使鍋爐達(dá)到環(huán)保要求有效地回收和利用城市固體廢棄物，進(jìn)一步改善環(huán)境有機(jī)鈣具有一定的熱值，使用后能降低鍋爐的煤耗改變吸收劑的噴入位置，避免吸收劑的燒結(jié)失活新的研究進(jìn)展3.LIFAC煙氣脫硫技術(shù)LIFAC煙氣脫硫工藝在燃煤鍋爐爐內(nèi)噴鈣的基礎(chǔ)上再配合在鍋爐空氣預(yù)熱器后增加活化反應(yīng)器進(jìn)行煙氣進(jìn)一步脫硫LimestoneInjectionintotheFurnaceandActivationCalciumOxide1986年由芬蘭的Tampella和IVO公司開發(fā)投入運(yùn)行3.LIFAC煙氣脫硫技術(shù)圖LIFAC工藝的工藝流程圖LIFAC工藝的工藝流程活化器內(nèi)的脫硫原理：CaO+H2O→Ca(OH)2（水合反應(yīng)）Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2OCaSO3→1/2CaSO4影響活化器內(nèi)脫硫效率的因素霧化水量液滴粒徑水霧分布出口煙溫等活化器內(nèi)的脫硫原理：活化器脫硫效率通常在40%~60%之間。整個(gè)LIFAC工藝系統(tǒng)的脫硫效率h：h=h1+(1-h1)h2通常整個(gè)LIFAC工藝系統(tǒng)的脫硫率為60%~85%脫硫灰再循環(huán)工藝將從電除塵下來的粉塵返回一部分到活化器中再次利用原因：活化器的出口煙氣中含有一部分可加于利用的鈣化物活化器脫硫效率通常在40%~60%之間。煙氣再加熱目的：將煙氣溫度提高到比露點(diǎn)高10~15℃原因：霧化水的蒸發(fā)導(dǎo)致活化水出口煙溫的降低加熱工質(zhì)：蒸氣，空氣或未經(jīng)活化器的煙氣

特點(diǎn)：系統(tǒng)簡單投資低中等脫硫效率對機(jī)組影響不大運(yùn)行維護(hù)方便適用于中、小容量機(jī)組和老電廠的改造。煙氣再加熱LIFAC的應(yīng)用對鍋爐運(yùn)行的影響：（1）爐膛內(nèi)在噴射石灰石后不會(huì)造成受熱面的結(jié)焦、腐蝕和嚴(yán)重積灰，對受熱面有時(shí)會(huì)出現(xiàn)輕微的積灰，采用常規(guī)吹灰器就可以消除；（2）由于煙氣量、煙氣溫度、粉塵濃度和粉塵特性的改變，電除塵器的除塵效率將略有下降；（3）增加活化器后煙道阻力將增加；（4）石灰石粉和載氣、混合空氣吹入爐膛后的化學(xué)反應(yīng)對鍋爐效率的影響將隨鈣硫比和脫硫效率而異，在一般情況下熱量損失不超過總?cè)剂狭康?.3%；（5）由于增加了脫硫裝置會(huì)導(dǎo)致廠用電的增加，其增加量約為總發(fā)電量的0.5~0.7%，其中以石灰石粉制備系統(tǒng)耗能最多LIFAC的應(yīng)用對鍋爐運(yùn)行的影響：§10.3干法煙氣脫硫技術(shù)干法煙氣脫硫所得到得脫硫產(chǎn)物是干態(tài)形式特點(diǎn)：投資較濕法低無需裝設(shè)除霧器及煙氣再熱器適合于含硫量中等、有高品位石灰石來源的電廠應(yīng)用§10.3干法煙氣脫硫技術(shù)1.噴霧干法煙氣脫硫工藝圖典型的干法脫硫工藝流程1.噴霧干法煙氣脫硫工藝主要系統(tǒng)（1）石灰漿制備系統(tǒng)將生石灰制成粒度為50mm、具有較高活性的石灰乳漿（2）脫硫系統(tǒng)石灰乳漿在吸收塔內(nèi)被霧化成<100mm的霧粒，與煙氣接觸混合，完成煙氣脫硫的化學(xué)反應(yīng)主要系統(tǒng)該工藝化學(xué)物理原理為：CaO+H2O→Ca(OH)2SO2+H2O→H2SO3Ca(OH)2+H2SO3→CaSO3+H2OCaSO3(液)+1/2O2→CaSO4(液)CaSO3(液)→CaSO3(固)CaSO4(液)→CaSO4(固)該工藝化學(xué)物理原理為：該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)投資和占地面積相對較小無廢水排放技術(shù)較為成熟

缺點(diǎn)對吸收劑的質(zhì)量要求較高脫硫副產(chǎn)品大部分是CaSO3,難于進(jìn)行綜合利用。該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)吸收塔的溫度要求足夠地低，以滿足脫硫化學(xué)反應(yīng)的要求；要求保證高于露點(diǎn)，以防止設(shè)備和煙道的腐蝕。在鈣硫比不變的情況下，通過水量的變化來控制吸收塔的出口溫度。影響噴霧干燥干法煙氣脫硫效率的主要因素：（1）鈣硫比隨著鈣硫比的增加，脫硫率也增大，但其增大的幅度由大到小，最后趨于平穩(wěn)。（2）吸收塔出口煙溫溫度越低，脫硫率越高。SO2脫除反應(yīng)的基本條件是吸收劑霧滴必須含有水分。（3）灰渣再利用提高鈣的利用率，改善傳熱傳質(zhì)條件，改善吸收塔塔壁結(jié)垢的趨勢。吸收塔的溫度2.粉煤灰干式煙氣脫硫技術(shù)將煤灰、石灰和石膏以一定比例混合，經(jīng)蒸汽熟化增加活性后干燥成直徑約為6mm、長約為3~10mm的圓柱形顆粒組成日本北海道電力公司1985年開始進(jìn)行研究1988年底完成工業(yè)實(shí)用化研究（處理煙氣量為50000Nm3/h）1991年首臺煤灰脫硫裝置（1/2容量，處理煙氣量644000Nm3/h）年投入運(yùn)行2.粉煤灰干式煙氣脫硫技術(shù)該項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)：（1）脫硫率可以達(dá)到90%以上，且性能穩(wěn)定，達(dá)到了一般濕法脫硫的水平；（2）脫硫劑成本低，有益于環(huán)境保護(hù)；（3）用水量少，無需排水處理和排氣再加熱，設(shè)備總費(fèi)用比濕法低1/4；（4）煤灰脫硫劑可以重復(fù)利用，或可另作它用；（5）沒有料漿系統(tǒng)，維護(hù)比較容易，設(shè)備簡單可靠。粉煤灰煙氣脫硫的基本反應(yīng)式為：粉煤灰+石灰+石膏+SO2→煤灰+石膏該項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)：特殊的效果：（1）煤灰和石膏能加速脫硫化學(xué)反應(yīng)，使反應(yīng)完全（2）脫硫效率超過活性炭，同時(shí)還具有脫硝的能力（3）反應(yīng)溫度低，對脫硫有利，但會(huì)使水分的不利影響增大。特殊的效果：圖煤灰干式煙氣脫硫基本原理及工藝流程圖煤灰干式煙氣脫硫基本原理及工藝流程第一臺大型實(shí)用的設(shè)備地點(diǎn)：日本的占東厚真電廠。運(yùn)行參數(shù)為：處理煙氣量644000Nm3/h入口SO2濃度2288mg/m3入口煙氣含塵濃度200mg/Nm3,脫硫率大于90%，Ca利用率大于80%，占地面積為5000m2。第一臺大型實(shí)用的設(shè)備§10.4濕法煙氣脫硫濕法煙氣脫硫工藝使用石灰石、石灰或碳酸鈉等漿液作為洗滌劑，在吸收塔內(nèi)對煙氣進(jìn)行洗滌，從而除去煙氣中的SO2濕法煙氣脫硫的優(yōu)點(diǎn)為：（1）脫硫效率高，有的裝置在Ca/S約等于1時(shí)，脫硫效率大于90%；（2）吸收劑利用率高，可超過90%；（3）煤種適應(yīng)性強(qiáng)，副產(chǎn)品易于回收；（4）設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率高，已達(dá)90%以上缺點(diǎn)：（1）但是該工藝裝置的基建投資大(約占電廠投資的11~18%)（2）運(yùn)行費(fèi)用高（約占電廠總運(yùn)行費(fèi)用的8~18%）。§10.4濕法煙氣脫硫1.石灰或石灰石法從除塵器出來的煙氣在吸收塔內(nèi)經(jīng)過洗滌，脫去SO2。反應(yīng)機(jī)理：石灰法：SO2+CaO+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O

石灰石法：SO2+CaCO3+1/3H2O→CaSO3·1/2H2O+CO21.石灰或石灰石法圖美國燃燒工程公司濕法石灰/石灰石工藝流程1QA、圖美國燃燒工程公司濕法石灰/石灰石工藝流程1QA、該工藝的特點(diǎn)工藝簡單經(jīng)濟(jì)性較好運(yùn)行維護(hù)工作量小可用率在90%以上廢渣既可拋棄，也可作為商品石膏回收是世界上應(yīng)用最多的一種煙氣脫硫技術(shù)。在美國，采用該工藝的電廠占電廠煙氣脫硫裝機(jī)總?cè)萘康?0%以上。單機(jī)容量在20~920MW范圍內(nèi)。對高硫煤，脫硫率可達(dá)90%以上，對低硫煤，脫硫率可在95%以上。傳統(tǒng)的石灰/石灰石工藝潛在的缺陷設(shè)備的積垢、堵塞、腐蝕與磨損1QA、該工藝的特點(diǎn)工藝改進(jìn)主要有：在吸收漿液中加入少量的甲酸等添加劑，以使吸收劑的可溶性增加幾個(gè)數(shù)量級（1）在吸收塔的氣液界面、出口煙道、閘板門、擋板及消霧裝置等處，選用適當(dāng)?shù)牟牧希苑乐垢g。（2）采用雙循環(huán)回路吸收系統(tǒng)。它將吸收塔內(nèi)部分為兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)為低pH值區(qū)，另一個(gè)為高pH值區(qū)低pH值(4.5~5.0)回路主要目的：為了最大限度地利用石灰石，并除去煙氣中的氯離子Cl-1，以減少它對塔身的腐蝕，同時(shí)可脫除煙氣中35~40%的SO2。高pH值（6.0~7.0）的回路的目的：獲得較高的SO2脫除率。

特點(diǎn)：100%地利用了吸收劑避免由于過飽和而產(chǎn)生的結(jié)垢和堵塞問題工藝改進(jìn)主要有：2.氨法煙氣脫硫工藝氨法脫硫就是以氨水作為SO2的吸收劑，所產(chǎn)生的副產(chǎn)品為亞硫酸氨圖氨法煙氣脫硫工藝流程2.氨法煙氣脫硫工藝（1）吸收過程：煙氣依次經(jīng)過三個(gè)吸收塔，其中的SO3被吸收液吸收，并生成亞硫酸氨和硫酸氫氨；（2）中和結(jié)晶：由吸收反應(yīng)產(chǎn)生的高濃度亞硫酸氨與硫酸氫氨吸收液，先經(jīng)過灰渣過濾器除去煙塵，再在結(jié)晶反應(yīng)器內(nèi)與氨起中和反應(yīng)，同時(shí)用水間接冷卻，使亞硫酸氨結(jié)晶析出；（3）結(jié)晶分離：由結(jié)晶分離器底部出來的含亞硫酸氨結(jié)晶懸浮物進(jìn)入離心機(jī)，分離出固體結(jié)晶體作為副產(chǎn)品，剩下的濾液再回到吸收塔內(nèi)重復(fù)使用。該脫硫工藝的優(yōu)點(diǎn)脫硫效率可達(dá)到99%可得到副產(chǎn)品作化肥無廢水和廢棄物排放（1）吸收過程：煙氣依次經(jīng)過三個(gè)吸收塔，其中的SO3被吸收3.海水脫硫基本原理——自然界海水呈堿性，pH值