燃煤电厂脱碳技术.ppt

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1、燃煤电厂脱碳技术,在电厂主要有3种不同的捕集技术路线，即：燃烧前脱碳 整体煤气化联合循环(Integrated GasificationCombined Cycle，IGCC)发电技术富氧燃烧技术(燃烧中捕集)燃烧后脱碳,一、IGCC技术,是将煤气化技术与高效的联合循环有机结合的先进动力系统。如图所示，它由两大部分组成，即煤的气化与煤气净化系统部分和燃气蒸汽联合循环发电系统部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气冷却净化系统；第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、汽轮机发电系统。,一、IGCC技术,IGCC的工艺流程如下：煤经过气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化

2、物、氮化物、粉尘等污染物，成为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室中燃烧，加热燃气工质以驱动燃气透平做功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动汽轮机做功。IGCC联合循环动力岛较常规的联合循环系统工质和能量的交换与转换利用更为复杂。,气化炉气化炉是IGCC系统的关键设备之一，在煤气化过程中，部分碳在燃烧区的氧化气氛下燃烧，产生的高温用来切断煤中高分子化学键，使其与气化剂反应，生成含有CO、H2、CH4等可燃气体的合成煤气。当气化剂是氧气时生成中热值煤气；当气化剂是空气时，因其含有大N2，生成低热值煤气。目前，普遍看好的气化炉主要是以氧气为气化剂的喷流床气化炉。,煤炭气化包含一

3、系列物理、化学变化。一般包括干燥、热解(挥发份析出)、气化燃烧三个阶段。干燥属于物理变化，随着温度的升高，煤中的水分受热蒸发；其他属于化学变化，煤在气化炉中干燥以后，随着温度的进一步升高，煤分子发生热分解反应，生成大量挥发性物质（CO2+CO+H2+CH4+NH3+H2S+焦油+焦等），同时煤粘结成半焦；煤热解后形成的半焦在更高的温度下与通入气化炉的气化剂发生化学反应，生成以一氧化碳、氢气、甲烷及二氧化碳、氮气、硫化氢、水等为主要成分的气态产物，即粗煤气。气化反应包括很多的化学反应，主要是碳、水、氧、氢、一氧化碳、二氧化碳相互间的反应，其中碳与氧的反应又称燃烧反应，提供气化过程的热量。,煤气化

4、主要反应,碳与水蒸汽的反应：C+H2OCO+H2；C+2H2OCO2+2H2碳与二氧化碳的反应：C+ CO22CO甲烷生成反应：C+2H2CH4；CO+3H2CH4+H2O；CO2+4H2CH4+2H2O；变换反应：CO+H2OCO2+H2完全燃烧反应： C+O2CO2此外气化过程中还会发生一些微量成份的化学反应，生成H2S、COS、NH3等有害物质。,煤气的净化设备原煤中所含的相当一部分灰分、硫分、氮分以及碱金属盐和卤化物等都转移到粗煤气中，这些有害物质若未除尽，不仅会导致燃气透平的腐蚀、磨蚀和结垢，影响其使用寿命和工作可靠性，还会影响周围环境，同样会造成因烧煤而带来的污染问题。目前，在IG

5、CC中使用的粗煤气净化系统有“常温湿法的净化系统”和“高温干法的净化系统”。当前所应用的气体净化系统以湿法除尘常温脱硫的净化技术较为成熟。,一般氧气浓度小于40%、富氧空气流量小时膜法更为经济；而变压吸附法在中等氧浓度(60%93% )和中小规模范围内较经济；深冷法则在高氧浓度和较大规模情况下使用。,IGCC控制污染物排放的特点和优势：IGCC通过煤炭气化和煤气净化，使炭变为洁净煤气，再到燃气轮机中燃烧做功，相当于常规锅炉的燃烧前处理。一般来说，燃烧前处理要比燃烧中、燃烧后处理更合理、更经济；IGCC中处理的对象主要是粗煤气。在相同条件下,煤气的流量只是烟气的1/10量级，而且煤气在更高压力下

6、污染物的浓度高，因而可以用更小的代价脱除更多的污染；煤炭气化与燃烧有很大不同，特别是在气化的还原性气氛下，煤中的硫分主要变成H2S，它比SO2的脱除要容易得多；由于采用联合循环，高效节水，热污染少，同时由于效率高，污染物排放相应减少；由于采用气化工艺，可以同化工技术相结合，不仅可以实现多联产，而且对分离利用CO2也提供了一个比较现实的途径。,二、富氧燃烧技术,用比通常空气(含氧21% ) 含氧浓度高的富氧空气进行燃烧，称为富氧燃烧。燃料在氧气和二氧化碳混合气体中的燃烧，能大幅度地提高燃烧产物中的CO2浓度，将会使分离和捕集CO2的工艺相对简单且成本降低，同时可以大幅度减少甚至消除燃煤产生的其他

7、污染物的排放。,研究表明，O2/CO2燃烧介质和温度对SO2的排放没有明显的影响，O2/CO2气氛下SO2排放量较空气气氛有所减小。实验已证明，在富氧燃烧方式下，NOx的生成量显著减少，是常规空气燃烧的1/51/7。,三、燃烧后脱碳-烟气脱碳,吸收法吸附法低温蒸馏法膜分离法等,吸附法,吸附法可分为变压吸附法（PSA法）和变温吸附法（TSA法）。PSA法是基于固态吸附剂对原料气中的CO2有选择性吸附作用，高压时吸附量较大，降压后被解吸出来而进行的。TSA法则是通过改变吸附剂的温度来吸附和解吸CO2。通常工业上较多采用变压吸附法。,低温蒸馏法,低温蒸馏法是利用CO2与其它气体组分沸点的差异，通过低

8、温液化，然后蒸馏来实现CO2与其它气体的分离。该方法设备庞大、能耗较高、分离效果较差，因而成本较高，目前尚处于理论研究阶段。,膜分离法,膜分离法是基于混合气体中CO2与其它组分透过膜材料的速度不同而实现CO2与其它组分的分离。该方法投资低、能耗低、操作方便，是发展迅速的节能型气体分离技术。其缺点是提取的CO2纯度不高，为了得到纯度较高的CO2气体，可与溶剂吸附法结合起来应用，前者作粗分离，后者作精分离。,化学吸收法,化学吸收法分离脱除烟气中的CO2时，常有的吸收剂有醇胺溶液、强碱溶液、热苛性钾溶液等。目前应用广泛的是醇胺吸收剂，即一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、甲基二乙醇胺(MDEA)

9、和2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)一、胺化学吸收法分离回收烟气中CO2工艺,脱碳抽气点选在FGD和冷却塔之间管道上,典型的化学吸收法分离脱除烟气CO2的工艺流程：(1) 吸收在一般情况下，从除尘、脱硫后引来的烟气温度约为4050，正好处于MEA理想吸收温度，烟气通过鼓风机加压后直接进入CO2的吸收塔；在吸收塔中，烟气自下向上流动，与由塔顶喷射的吸收液形成逆流接触，烟气中的CO2与吸收剂发生化学反应而形成弱联结化合物，脱除了CO2的烟气从塔顶排出；富含CO2的吸收液(简称富液)经富液泵抽离吸收塔，在贫/富液热交换器中与贫CO2吸收液(简称贫液)进行热交换，回收热量后送入再生塔的顶部。,(2

10、) 再生富液从再生塔顶部喷头喷淋而向下流动，经塔下部上升的热蒸汽加热，汽提解吸出部分CO2(因此也常将再生塔称为汽提塔)，此时吸收液可称为半贫液；半贫液进入煮沸器内进一步解吸，残余的CO2分离出来，吸收液变为贫液；贫液由再生塔底流出，经贫/富液换热器、贫液冷却器冷却，冷却后的贫液进入吸收塔循环吸收。吸收剂往返循环构成连续吸收和解吸CO2的工艺过程。系统正常运行时，从再生塔解吸出的CO2连同水蒸汽(称再生气或产品气)经再生气冷却器和分离器分离，水通过回流补液泵打回再生塔上部，产品气至精制工序。,(3) 精制生产食品级CO2精制工艺流程为： 原料气缓冲罐冷却除湿器压缩机活性炭过滤器脱硫塔分子筛干燥

11、塔冷凝器提纯塔过冷器CO2低温储槽充装。,火电厂脱汞技术,一、燃煤电厂汞排放特征烟气中主要存在3种形态的汞：气态单质汞(Hg0)、气态二价汞(Hg2+)以及颗粒态汞(Hg(p)。不同形态汞的物理、化学性质差异较大，一般Hg2+易溶于水，并且易被烟气中的颗粒物吸附，因此易被湿法脱硫或除尘设备分离；颗粒态汞也易被除尘器分离；相反，气态单质汞不溶于水，除尘或脱硫设备很难捕获，几乎全部释放到大气中。因此目前研究的重点是如何将单质汞有效地转化为二价汞，以便于捕捉和控制。,二、燃煤电站汞排放控制技术(一) 燃烧前脱汞燃烧前脱汞主要包括洗煤技术及煤的热处理技术。(二) 燃烧中脱汞燃烧中脱汞主要是通过改变燃烧

12、工况或向炉膛中喷入固体吸附剂达到目的。如流化床燃烧 ，低氮燃烧 (三) 燃烧后脱汞燃烧后脱汞(烟气脱汞)将是燃煤电厂汞污染控制的主要方式。燃烧后脱汞技术的主要工艺包括两种：一种是通过在烟气中喷入吸附剂脱汞，这需加强各种吸附剂的研究；另一种是通过改进现有的烟气净化设备，使其具有脱汞的性能，从而实现脱硫脱硝脱汞一体化。利用现有的烟气净化设备脱汞可提高设备利用率，降低控制成本，给电厂带来经济效益，其应用前景广阔。,脱硫装置Hg2+易溶于水，易被WFGD的吸收液吸收，无论是石灰石或石灰作为吸收剂均可将烟气中80%95%的Hg2+吸收。但由于Hg0不溶于水，使得WFGD对Hg0的脱除效果不明显。研究表明，在WFGD系统中有捕集的Hg2+被还原成Hg0的现象发生。通过改进WFGD的方法，如在烟气进入脱硫塔前，加入某种催化剂以促使Hg0氧化形成Hg2+，能提高汞脱除率；在脱硫过程中，使用H2S和加入少量乙二胺四乙酸(EDTA)试剂，并控制各运行参数，烟气中的汞成为HgS沉淀后将大部分汞隔离成不可溶的固体物质，可显著增加WFGD系统的汞脱除率。,