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  技术交流
关于烟气脱硫技术的探讨
发布日期:[2008-7-2]    共阅[447]次
    

西安市热力公司  姚文育    西安仪表厂  于天崇

    我国能源资源以煤炭为主,每年因燃煤产生的S02排放量居世界第一位,S02形成的酸雨污染给国民经济造成巨大的损失,大气环境污染严重制约着国民经济健康的发展。随着我国国民经济的快速发展和人民对生存环境质量要求的提高,采取一系列措施减少燃煤锅炉S02大气污染物排放,是达到经济与环境的双赢实现可持续发展的必然之路。因此燃煤锅炉的烟气脱硫是目前面临的一个重要技术问题。

    烟气脱硫技术及装备是十五期间国家环保产业计划重点发展领域之一。最近我们有机会对国内脱硫技术及生产厂家进行了考察,从中学习了许多新的知识,在此和大家共同探讨烟气脱硫技术问题。常规的脱硫技术有以下几种:

1.干式烟气脱硫技术

    该工艺常用于电厂烟气脱硫。与常规的湿式洗涤工艺相比有以下优点:投资费用较低,脱硫产物呈干态,并和飞灰相混;无需装设除雾器及再热器;设备不易腐蚀,不易发生结垢及堵塞。其缺点是:吸收剂的利用率低于湿式烟气脱硫工艺;用于高硫煤时经济性差;飞灰与脱硫产物相混可能影响综合利用,对干燥过程控制要求很高。

①喷雾干式烟气脱硫技术(简称干法FGD)

    该工艺用雾化的石灰浆液在喷雾干燥塔中与烟气接触,石灰浆与SO2反应后生成一种干燥的固体反应物,最后连同飞灰一起被除尘器收集。

    粉煤灰干式烟气脱硫技术

    该工艺为完全的干法脱硫过程,干加料、干循环、干出灰。

    其特点:脱硫率高,性能稳定,达到了一般湿式法脱硫性能水乎;脱碗剂成本羝,用水量少,无需排水处理和排烟再加热,设备总费用比湿式法脱硫低14,煤灰脱硫剂可以复用,没有浆料,维护容易,设备系统简单可靠。

  2.湿法FGD工艺

    目前国内外的湿法烟气脱硫工艺流程、形式和机理大同小异,主要是用石灰石(Ca CO3)、石灰(CaO)或碳酸钠(Na2C03)等浆液作洗涤剂。在反应塔中对烟气进行洗涤,从而除去烟气中的SO2。这种工艺已有50年的历史,经过不断的改进和完善后技术比较成熟,而且具有脱硫效率高(90-98).机组容量大,煤种适应性强,运行费用较低和副产品易回收等优点。

    石灰或石灰石法主要的化学反应机理为:

    石灰法:2 SO2+2CaO+H20CaS03·H20

    石灰石法:2 SO2+2CaCO3+ H20--+CaS03H20+CO2

    其主要优点是能广泛地进行商品化开发,且其吸收剂的资源丰富,成本低廉,废渣既可抛弃,也可作为商品石膏回收。目前石灰/石灰石法是应用最多的FGD工艺,对高硫煤脱硫率可在90%以上,对低硫煤脱硫率可在95%以上,但传统的石灰/石灰石工艺有其潜在的缺陷,主要表现为设备积垢、堵塞、腐蚀与磨损。

    湿法FGD工艺较为成熟的还有:氨法、氢氧化镁法、氢氧化钠法。

  3.等离子体烟气脱硫技术

  等离子体烟气脱硫技术目前开展研究的方法有两类

  电子束辐照法(EB)

  电子束辐照含有水蒸汽的烟气时,会使烟气中的分子如02H20等处于激发态、离子或裂解,产生强氧化性的自由基0OHH02,和03,等。这些自由基对烟气中的SO3NO进行氧化,分别变成SO3NO2.或相应的酸。在有氨存在的情况下,生成较稳定的硫铵和硫硝氨固体,它们被除尘器捕集下来,而达到脱硫脱硝的目的。

  脉冲电晕法(PPCP)

  脉冲电晕放电脱硫脱硝的基本原理和电子束辐照脱硫脱硝的原理基本一致,世界上许多国家进行了大量的实验研究及较大规模的中间实验,但仍然有许多问题有待研究解决。

  4.海水脱硫

  海水通常呈碱性,这使得海水具有天然的酸碱缓冲能力及吸收SO2的能力。国外一些脱硫公司利用海水的这种特性,开发并成功地应用海水洗涤烟气中的SO2,达到烟气净化的目的。海水脱硫工艺主要由烟气系统、供排海水系统、海水恢复系统等组成。

    目前,国内外燃煤电厂及大型燃煤工业锅炉烟气脱硫的主要发展趋势为:脱硫效率高、装机:量大、技术水平先进、投资省、占地少、运行费用低、自动化程度高、可靠性好等。下面详细介绍,几种目前国内较为成熟的脱硫工艺:

  一、循环流化床(CFB)干法烟气脱硫

  CFB-FGD工艺是八十年代未发展成熟的一种新颖的干法烟气脱硫工艺,它以循环流化床原理,基础,使吸收剂在反应器内多次循环,延长吸收剂与烟气的接触时间,从而大大提高吸收剂的利用率。来自锅炉的烟气,经过FGD吸收塔与脱硫剂熟石灰在吸收塔内充分反应,  以达到烟气脱硫的效果,该方法从加料、循环、出灰完全干法状态,:艺流程简单,实用可靠性好,脱硫效率可达到95%吸收塔为碳钢结构,静电除尘器和布袋除尘器均可选用,其副产品可用作土壤改良剂,该技术设备;结构紧凑,占地面积小、安装及操作费用较低。该产品浙江天洁集团公司等可生产制造。

    干燥吸收塔内的化学反应如下:

    Ca(0H)2+S02          CaSO312 H20+l2 H20

    Ca(0H) 2 +S03+H20     CaS042 H20

    Ca(0H) 2+HClCaCl2+2 H20

    二、湿式石灰/石膏法烟气脱硫技术

    锅炉烟气在吸收塔内与石灰()粉形成的浆液进行逆流接触反应。吸收塔下段,低PH值有利于氧化和石灰石分解,上段较高PH值有利于吸收反应,提高脱硫效率。

  该工艺特点如下:

  吸收剂价廉易得,副产品石膏有较高的商业利用价值,能够适用机组容量大、S02浓度高的烟气条件。缺点是设备积垢、堵塞、腐蚀与磨损。

  三、钠钙双碱法脱硫工艺

  双碱法脱硫是为了克服石灰/石灰石法烟气脱硫容易结垢的缺点发展起来的。

    钠钙双碱法(Na2CO3——Ca(OH)2)采用纯碱吸收S02、石灰还原再生。再生后吸收液循环使用。与石灰/石灰石法相比,具有以下优点:

    ·吸收速度快,可降低液气比LG,从而降低运行费用。

    ·塔内钠碱清液吸收,可大大降低结垢机会。

    ·纯碱循环利用,提高脱硫剂的利用率。

    其基本化学原理分为脱硫过程和再生过程两部分:

    1.脱硫过程:

    Na 2C03+S02    Na2+C02   

    2NaOH+ S02    Na2S0+H20   

    Na 2S03+ S02+ H20     2 Na 2HS03 

    以上三式视吸收液酸碱度不同而异,式为启动反应,碱性较高时(PH>9)式为主要反应;碱性到中性甚至酸性时(5<PH<9),则按式反应。

  2.再生过程(石灰乳再生)

  2NaH S03+ Ca(OH)2    Na 2S03+CaS03+2H20  

  Na2S03+Ca(OH)2    2NaOH+CaSO3   

  在石灰浆液(石灰达到过饱和状态)中,NaHSO3很快跟ca(0H)2,反应从而释放出Na+SO32-Ca2+反应生成的CaS03,以半水化合物形式慢慢沉淀下来从而使Na+得到再生。Na2SO3,只是作为一种启动碱,实际消耗的是石灰,理论上不消耗纯碱。

    该脱硫技术由浙江天蓝脱硫除尘有限公司生产,亦称旋流板塔湿法脱硫除尘技术。

    四、湿式氧化镁烟气脱硫技术

    氧化镁湿法脱硫工艺(简称镁法脱硫)是以氧化镁(MgO)为原料,经熟化生产氢氧化镁[Mg(OH)2]作为脱硫剂的一种先进、经济、高效的脱硫系统。

    氧化镁的脱硫工艺如下:

    MgO+H20=Mg(0H)2

    Mg(0H)2+S02=MgS03+H20

    MgSO 3+1202=MgS04

    脱硫工艺的副产物是硫酸镁(MgS04)和亚硫酸镁(Mg S04)。经过处理,可以出售镁肥,可以生产硫酸,回收氧化镁。

    该工艺有以下优点:

    ·氧化镁与SO2反应活性强,吸收速度快,脱硫效率高。

    ·系统运行可靠,设备无堵塞、结垢等问题。

    ·氧化镁耗用量少,系统占地面积小,电耗少,运行费用低。

    ·副产物可利用价值多。

    ·适应范围广,适用于处理高、中、低硫煤。

    缺点:由于湿法脱硫排烟温度低(5 l左右)须采用烟气/烟气换热器,使排烟温度达到75~C以上,可排放入烟囱。

    该工艺技术及配套设备由清华紫光吉利达环保工程有限公司和无锡锅炉厂生产。

  五、半干式循环流化床烟气脱硫技术

  该脱硫工艺是以ca(0H)2作为脱硫剂,锅炉烟气从循环流化床底部进入反应塔,在反应塔内与浆液进行脱硫反应,除去烟气中的S02.气体,然后烟气携带部分脱硫剂颗粒(大部分脱硫剂颗粒在反应塔内循环)进入旋风分离器,进行气固分离。经脱硫后的纯净烟气从分离器顶部出去,经电除尘装置后排人大气,脱硫剂颗粒由分离器下来后经料斗返回反应塔再次反应,反应完全的脱硫剂颗粒从反应塔底部排走,该工艺特点如下:

    ·以锅炉飞灰作循环物料,反应器内固体颗粒浓度均匀,固体内循环强烈,气固混合,接触良好,气固间传热、传质理想。

    ·反应器内喷人脱硫剂浆液,由于大量固体颗粒存在,浆液附着其表面,造成气液两相间极大的反应表面积。

   ·固体物料被高效旋风分离器收集,再回送至反应器,使脱硫剂反复循环,在反应器内预留时间延长,从而提高脱硫剂利用率,降低运行成本。

    ·通过向反应器内喷水,使烟气温度降至接近水蒸汽分压下的饱和温度,提高脱硫效率。

    ·半干态脱硫,副产物排放少、易处理。

    ·反应器不腐蚀,内部无运动部件,磨损小,维护量少,减少投资。

    该产品浙江菲达脱硫工程有限公司及吉利达环保工程有限公司均有生产。

    六、氨法脱硫工艺:

    该技术工艺脱硫机理是运用氨法喷液滴:吸收法,以氨液为脱硫剂,经除尘后的烟气由脱硫塔与氨液混合进行洗涤后被氨液吸收,产生亚硫酸氨,从而达到脱除烟气中S02的目的。

    其化学反应原理如下:

    2NH3+H20+S02—+  (NH4)2S03

    2(NH4)2S03+02—(NH4)2S04

    利用此工艺,所产生的副产物可为硫酸氨化肥,这样可化害为利,综合利用。

    采用氨法脱硫工艺,脱硫效率可根据用户要求调整。

    该脱硫技术设备由镇江远东环保机械设备厂生产。该工艺存在的不足之处是氨液的运输、存放较困难,氨液的挥发将造成大气环境的污染。

    综上所述,尽管目前有诸多的脱硫工艺技术,但由于我国脱硫技术研发起步较晚,国内尚未有定型的产品和工艺要求,因此企业在选用脱硫工艺时应考虑以下原则:

    1.脱硫后烟气中的S02应符合国家排放标准和建设机组环境评价要求。

    2.脱硫系统的经济性要好。燃煤电厂及区域供热锅炉建设脱硫设施,这是经济和社会 发展的必然趋势,建设脱硫设施所增加的投资和运行费用将影响企业的成本。

    3.脱硫系统运行稳定并须达到下列要求:

    脱硫系统的运行不影响机组的正常运行。

    脱硫设施的脱硫率稳定,主要是指客观条件或环境发生变化,可通过调整脱硫系统运行参数,保持脱硫后排烟S02含量在环保允许范围内或保持设计的脱硫率。

    脱硫设施的维修工作量小,脱硫设施是一套比较复杂的系统,能尽量使各个子系统稳定运行,减少维修工作量。

    4.耗水量低,随着工业经济的发展,水源将成为工业建设的一项制约因素,应优先选用耗水量低的脱硫工艺。

    5  脱硫剂供应问题,要因地制宜,选用本地区可采购到的合适的脱硫剂来决定脱硫形式。要严格按规定要求控制脱硫剂的质量,保证脱硫设施正常运行。

    6.脱硫灰的处理,应尽量考虑综合利用或进行适当的处理措施,防止造成新的环境污染。

 
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