附加2火电厂烟气脱硫工艺.ppt

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1、火电厂烟气脱硫技术工艺介绍天津大学环境科学与工程学院马德刚我国SO2的排放l2003年我国煤炭消费量：15.8亿吨，其中火电厂燃煤量：8.5亿吨，比2000年增长了44%，占全国煤炭消费增长量的80%。l2003年全国SO2排放量：2167万吨，比2002年增长12%，其中火电厂：1200万吨，增长了460万吨，占全国排放总增长量的88%。l如不加以治理，预计到2020年，全国SO2排放量：4780万吨左右，火电厂：3100多万吨，与2000年相比增加2倍。l我国基本消除酸雨污染所允许的SO2最大排放量为1200-1400万吨。现有燃煤电厂二氧化硫治理“十一五”规划l“十一五”期间，现有燃煤电

2、厂需安装烟气脱硫设施1.37亿千瓦，共221个项目，可形成二氧化硫减排能力约490万吨。加上淘汰落后、燃用低硫煤、节能降耗等措施，到2010年，现有燃煤电厂二氧化硫排放总量由2005年的1300万吨下降到502万吨，下降61.4%。规划的实施，对实现“十一五”时期全国二氧化硫排放总量削减10%的约束性目标和改善全国大气环境质量将起决定性作用。我国火电厂脱硫现状我国火电厂脱硫发展史 我国火电厂脱硫始于20世纪70年代，但发展缓慢。当时对国际上出现的不少好的工艺都进行了不同规模的半工业化试验，包括湿法、干法和半干法等，我国自己还开发了磷铵肥法。“八五”期间，国家决定，引进几套示范装置，消化吸收，为

3、“九五”大上做好准备。全国引进了6套示范装置：重庆珞璜电厂的湿式石灰石石膏法 太原第一热电厂的简易湿式石灰石石膏法 山东黄岛电厂的旋转喷雾干燥法 南京下关电厂的LIFAC法 深圳西部电厂的海水脱硫 成都热电厂的电子束脱硫。引进的火电厂6大示范工程简况 项目重庆珞璜电厂太原一热电厂山东黄岛电厂南京下关电厂深圳西部电厂成都热电厂机组/MW43602001002125200200烟气量/Nm3/h11700003000003000005500001100000300000FGD工艺石灰石石膏法简易石灰石法旋转喷雾干燥LIFAC海水脱硫电子束法副产物石膏淤渣灰渣灰渣废水硫铵硝铵外商三菱重工（日）EPD

4、C（日）EPDC（日）IVO（芬兰）ABB（挪威）荏原（日）建成年份1992、199919961996199919991998投资/万元55830131009520106009730占电厂投资/%152081010157左右78运行费/万元/a83196251634875钙硫比1.011.021.011.021.52.02.03.0吸收剂利用率/%9090405035403540脱硫效率/%9080708060859080除此之外，还引进：德国斯坦米勒的湿式石灰石石膏法，另外还有浙江钱清电厂、云南小龙潭电厂、福建后石电厂、四川内江电厂、宜宾黄梅电厂等，都引进了不同的脱硫工艺。我国火电厂脱硫的技

5、术政策 以烟气脱硫为主。规定：燃 用 含 硫 量 2%煤 的 机 组 或 大 容 量 机 组（200MW）的电厂建设烟气脱硫设施时，宜优先考虑采用湿式石灰石石膏工艺，脱硫率应保证在90%以上，投运率应保证在电厂正常发电时间的95%以上。燃用含硫量2%煤的中小电厂锅炉（200MW），或是剩余寿命低于10年的老机组，建设烟气脱硫设施时，在保证达标排放，并满足SO2排放总量控制要求的前提下，宜优先采用半干法、干法或其它费用较低的成熟技术，脱硫率应保证在75%以上，投运率应保证在电厂正常发电时间的95%以上。我国火电厂脱硫发展趋势 目前，大型机组烟气脱硫，核心关键技术和设备仍然依赖于国外。投资和运行费

6、用仍然降不下来，不适合我国国情。烟气脱硫国产化是必然趋势。这里提出了两大任务：要实现烟气脱硫技术的国产化和烟气脱硫设备的国产化。2000年原国家经贸委就发布了火电厂烟气脱硫关键技术与设备国产化规划要点规划要点的指导思想总体规划、突出重点、依据市场、依托项目、技贸结合、引进技术、立足创新、重点攻关、提高质量、形成能力，逐步提高国产化水平。利用国内科研、设计和制造部门现有技术力量和生产能力，在引进、消化吸收国外先进的烟气脱硫技术的基础上，加强技术创新、开发适合我国国情的火电厂烟气脱硫工艺，逐步实现火电厂烟气脱硫关键技术和设备的国产化。规划要点：规划要点：烟气脱硫国产化目标烟气脱硫国产化目标 分四步

7、考虑：第一步:至2001年末，初步掌握火电厂湿法脱硫设计技术，启动火电厂烟气脱硫国产化示范工程，湿法烟气脱硫设备国产化率达80%左右。同时，选择若干种其它烟气脱硫工艺作为国产化的示范工程，编制国产化实施方案。第二步:至2003年末，具备独立完成火电厂湿法烟气脱硫工艺设计的能力，开发适合我国国情的火电厂烟气脱硫工艺，湿法烟气脱硫设备国产化率达90%以上。组织实施其它烟气脱硫国产化示范工程，并具备相应的设计能力。第三步:至2005年末，湿法烟气脱硫设备国产化率达95%以上。其它烟气脱硫工艺也要基本实现脱硫设备国产化。第四步:至2010年，湿法烟气脱硫设备国产化率达100%。掌握其它若干种烟气脱硫工

8、艺的设计，设备国产化率达到95%以上。规划要点：规划要点：国产化具体内容：首先设计技术 国产化，其次设备国产化。设计技术国产化：引进国外设备的同时引进设计技术，并要消化吸收和创新。设备国产化分三类：已实现国产化的设备，可以实现国产化的设备，短期内需要引进的设备。烟气脱硫国产化的内容设计技术国产化：l*设计参数的选取l*工艺计算l*吸收塔结构设计l*工艺设备选型和配套l*设备布置l*控制系统设计l*调试技术l*施工安装标准和技术规范l*工程管理和验收l*运行和检修规程等。设备国产化（以湿式石灰石-石膏法工艺为例）：目前可以国产化的设备有：l*风机类l*泵类l*吸收塔箱罐及钢结构类l*物料输送设备

9、类l*除尘设备l*定量给料类l*制粉设备类l*翅管式和热管式烟气换热器l*防腐内衬l*DCS控制系统等。目前已具备条件开发的设备有：l*水力旋流分离器l*真空皮带脱水机及附属设备l*压力雾化喷嘴l*除雾器l*回转式和强制热媒水循环式烟气换热器l*搅拌设备l*特大容量的脱硫干风机l*强制氧化用大流量高压离心风机l*脱硫DCS系统控制软件等。目前仍需进口的设备有：l*大容量脱硫湿风机l*重要的检测采样一次元器件（包括进、出口SO2检测仪、烟尘检测仪、浆液浓度计、浆液流量计等）及其控制系统l*关键部位阀门l*喷淋系统l*除雾器l*大容量循环浆泵l*烟气换热器l*真空皮带脱水机等。烟气脱硫工艺分类.按

10、吸收剂的状态划分：a.干法：利用固态吸收剂、吸附剂或催化剂脱硫的方法。烟气循环流化床脱硫工艺，是目前我国在中小型发电锅炉上重点推广的工艺。b.半干法：采用液态吸收剂，利用烟气的热量，在脱硫反应的同时，蒸发吸收剂中的水分，使脱硫产物成为固态。c.湿法：采用液态吸收剂吸收烟气中的SO2。如湿式石灰石-石膏法等。在国内外，湿式石灰石-石膏法占湿法的80%，我国已将湿式石灰石-石膏法作为大容量机组（200MW）的电厂烟气脱硫优先考虑的方法。.按脱硫产物划分：主要是根据对吸收产物的处理划分的。a.抛弃法：在采用碱性浆液如石灰、石灰石等碱性浆液作吸收剂时，生成的是亚硫酸盐和硫酸盐，将这些产物抛弃。b.回收

11、法：将脱硫产物以可利用资源进行回收的方法。如回收石膏、SO2、稀硫酸、硫酸铵和硝酸铵。.按脱硫原理划分：a.吸收法b.吸附法c.催化转化法1.湿式石灰石-石膏法烟气脱硫 湿式石灰石-石膏法是将石灰石粉制成浆液，在吸收装置中将烟气中的SO2脱除而副产石膏的方法。该方法是目前应用最广的一种烟气脱硫（FGD）方法。脱硫率可达95%以上，运行可靠，技术最为成熟，可适用于高、中、低硫煤。最大缺点是设备庞大，占地面积大，投资和运行费用高。工艺系统简介 系统包括：气-气换热器、吸收塔、石灰石粉和石灰石浆液制备、浆液循环槽、石膏脱水系统 除雾器 石膏制备系统 净化后烟气 气吸旋气 流换收器 除尘后烟气 热喷淋

12、层 器塔 真空皮带脱水机 浆液制备 浆液循环槽 氧化空气 石膏2.烟气循环流化床脱硫技术 烟气循环流化床脱硫技术是把固体流态化技术引入到烟气脱硫工艺中的一项新技术，在20世纪80年代以后有了很大发展。烟气循环流化床是采用含湿量为3%5%的石灰粉作为脱硫剂，在流化床中与高速流动的烟气接触完成脱硫。在流化床尾部除下来的吸收剂经增湿后循环使用。在钙硫比为1.11.5的情况下，脱硫率可达80%90%。烟气循环流化床工艺系统简单，运行可靠，占地面积 烟气循环流化床工艺系统简单，运行可靠，占地面积小，投资和运行费用低，无废水排放，是一种较好的干 小，投资和运行费用低，无废水排放，是一种较好的干法脱硫工艺。

13、法脱硫工艺。循环流化床反应器排烟消石灰干粉仓分静电除尘器离器干灰再循环干灰排放锅炉烟气喷水加湿飞灰烟气循环流化床工艺系统简单，运行可靠，占地面积小，投资和运行费用低，无废水排放，是一种较好的干法脱硫工艺。Ca(OH)2+SO2 CaSO3+H2O C a(OH)2+SO2+1/2O2 CaSO4+H2O主要反应式3.旋转喷雾干燥法烟气脱硫 称半干法工艺，基本工艺路线是将石灰制成一定浓度的浆液供给脱硫塔，在脱硫塔中由高速旋转（约10000转/min左右）的喷雾装置将浆液雾化成100m以下的雾滴，同时与含SO2的热烟气接触；在雾滴干燥的同时，完成对SO2的吸收。经除尘分离后烟气排放，脱硫渣循环使用

14、。旋转喷雾干燥法脱硫，工艺过程简单，设备少，占地小，旋转喷雾干燥法脱硫，工艺过程简单，设备少，占地小，不需对脱硫产品进行二次处理，没有废水排放，脱硫后的 不需对脱硫产品进行二次处理，没有废水排放，脱硫后的烟气不需二次加热。该法适用于燃用中、低硫煤锅炉的烟 烟气不需二次加热。该法适用于燃用中、低硫煤锅炉的烟气脱硫。气脱硫。l 浆液槽消石灰浆液l ll 旋转喷雾除尘器去烟囱l 锅炉烟气干燥塔（静电或布袋式）l l l l l脱硫渣再循环脱硫渣再循环排入灰场l l l旋转喷雾干燥法工艺流程示意图 Ca(OH)2+SO2 CaSO3+H2O C a(OH)2+SO2+1/2O2 CaSO4+H2O主要

15、反应式4.炉内喷钙尾部增湿脱硫（LIFAC）技术 LIFAC脱硫工艺是在炉内喷钙脱硫技术的基础上，在尾部烟道加装了增湿活化器，在活化器中，喷入的水雾与烟气中的未反应的氧化钙颗粒反应，生成活性更高的氢氧化钙，对SO2进一步吸收，总脱硫率可达70%80%。目前，芬兰公司对装置作了改进，采用吸收剂再循环，可使脱硫率接近90%。LIFAC工艺适用于燃用中、低硫煤锅炉，投资少，占地小，特别适用于老厂改造。没有废水排放，烟气不需二次加热，运行费用低。但脱硫率较低，钙硫比高，吸收剂利用率低。水石灰石粉 烟气 活煤 粉 锅炉 化 静电除尘器 去烟囱空 气 器 灰渣再循环 去灰场 LIFAC法工艺流程示意图 石

16、灰石粉喷入9501050的温度区，以生成多孔的、比表面积大、反应活性高的CaO。炉内反应：脱硫率30%左右 CaCO3 CaO+CO2 CaO+SO2 CaSO3 CaO+SO2+1/2O2 CaSO4 尾部增湿活化反应器中的反应，：CaO+H2O Ca(OH)2 Ca(OH)2+SO2 CaSO3+H2O C a(OH)2+SO2+1/2O2 CaSO4+H2O 总的脱硫率达到70%80%.5.电子束法烟气脱硫（EBA）技术利用电子加速器产生的等离子体，氧化烟气利用电子加速器产生的等离子体，氧化烟气中的中的SOSO22和和NONOXX，同时与喷入的水和氨反应，生成，同时与喷入的水和氨反应，生

17、成 硫酸铵和硝酸铵，达到同时脱硫、脱氮的目的。硫酸铵和硝酸铵，达到同时脱硫、脱氮的目的。水 液 软 空 氨 水 气 除尘器 冷 除尘器 去烟囱 锅炉烟气 锅炉烟气 1 2 1 2 却 却 反应器 反应器 塔 塔 肥料 肥料在反应器中经过以下四步主要反应：第一步，生成活性基团O2、H2O+e*OH、HO2、H、O2+、eO+O2+MO3+M（M为N2等分子）第二步，活性基团将SO2和NOX氧化成它们的高价氧化物 NO+O NO2 SO2+O SO3第三步，生成的SO3和NO2立即和喷入的软水反应，生成H2SO4和HNO3：SO3+H2O H2SO4 NO2+H2O HNO3第四步，生成H2SO4

18、和HNO3与液氨反应，生成硫酸铵和硝酸铵：H2SO4+NH3（NH4）2SO4 HNO3+NH3 NH4NO3电子束脱硫技术的优点是反应速率快，在一个装置内同时脱硫、脱氮，副产肥料，实现了废物资源化，没有废水排放。该工艺适应性强。缺点是控制系统复杂，要求严格，能耗高。6.海水烟气脱硫技术 海水烟气脱硫是利用海水中固有的碱度(pH=8.28.3)吸收中和烟气中的SO2，吸收过SO2的海水，经海水恢复系统处理后排入大海。国际上海水脱硫技术分为两类，一类是用纯海水作脱硫剂的技术，脱硫率一般在85%90%，在世界上应用较多。另一类在海水中加入一定量的消石灰，脱硫率较高，但应用较少。升温后烟气排向烟囱吸

19、收用海水气除尘器气吸海空锅炉烟气换收水气热塔器海水恢复系统排入大海 海水脱硫投资省、运行费用低。缺点是占地面积大，系统存在腐蚀问题。烟气脱硫工艺流程的确定原则 l 选择合适的脱硫工艺确定工艺的基础参数:烟气流量，温度，二氧化硫的含量，粉尘含量，脱硫效率，排烟温度等 选择脱硫工艺方案：设备投资，环保要求，对环境的影响、废水的排放，灰场的占用、周围生态环境，系统占地面积及布置条件，吸收剂的来源、利用率，水源问题，脱硫系统的电耗，燃煤含硫量，脱硫渣的处理与利用，原有设备的情况，锅炉、灰收集及处理系统、风机、烟囱等、对机组运行方式的适应性和影响，工艺的成熟程度等。烟气脱硫工艺流程的确定原则 l 设备投

20、资：2000年时段，国内大型火电机组的脱硫工程由国外承建，造价大约每千瓦8001200元。现阶段通过技术引进、消化和设备国产化，湿式脱硫项目的造价大约每千瓦300400元。l 环保要求l 系统占地面积 l 脱硫剂的选择 l 燃煤含硫量 l 钙硫比 湿式石灰石石膏法烟气脱硫工艺 工艺特点 根据吸收法的原理，利用石灰石浆液做吸收剂，在吸收塔内吸收脱除烟气中的SO2，最终生成石膏。具有以下优点：*技术最成熟、应用范围广（适应高、中、低硫煤）、脱硫效率高（可达95%以上）；*原料来源广泛、价廉易得；*系统运行可靠，变负荷运行特性优良；*副产品可充分利用，是良好的建筑材料。主要缺点：初投资较大，系统复杂

21、。但有大幅度降低投资的可能。工艺系统简介 系统包括：气-气换热器、吸收塔、石灰石粉和石灰石浆液制备、浆液循环槽、石膏脱水系统 除雾器 石膏制备系统 净化后烟气 气吸旋气 流换收器 除尘后烟气 热喷淋层 器塔 真空皮带脱水机 浆液制备 浆液循环槽 氧化空气 石膏湿式石灰石石膏法工艺过程 吸收塔自下而上分为三个区：循环槽：浆液储存器和反应器，主要反应：石灰石溶解、亚硫酸盐氧化生成石膏。洗涤区（喷淋层）：布置有多层喷嘴，根据处理烟气量决定开启层数。气体区在喷淋层上部至吸收塔出口，中间装有除雾器。系统包括以下4个主要工艺过程：*向循环槽中加入新鲜浆液；*吸收SO2并进行反应生成亚硫酸钙；*亚硫酸钙氧化

22、生成石膏（二水硫酸钙）；*从循环槽中分离出石膏。吸收塔中总的反应式如下：CaCO3+2SO2+H2O=Ca(HSO3)2+CO2 含CaCO3的浆液从吸收塔上部喷入，吸收烟气中的SO2，生成Ca(HSO3)2 并落入循环槽中，然后通过鼓入的空气使Ca（HSO3）2氧化成CaSO4,结晶生成石膏：Ca(HSO3)2+O2+CaCO3+3 H2O=2CaSO4.2H2O+CO2 当循环槽浆液中的石膏达到一定过饱和度时（约130%），抽出一部分送往石膏处理站，制成工业石膏。同时向循环槽中加入新鲜浆液，以保持吸收剂浆液的pH值。石膏浆液 一级脱水（含水量达到40%）并用新鲜水冲洗 真空皮带脱水（含水率

23、达到10%以下），以便进一步利用。吸收后烟气 除雾器 气-气换热器升温 排入大气。定期冲洗除雾器。冲洗水落入槽中，保持系统水平衡。湿式石灰石石膏法工艺控制原理 SO2的吸收过程在湿式石灰石石膏脱硫工艺中，浆液吸收SO2是一个气液传质过程，分为4个阶段：*气态反应物质从气相主体向气-液界面的传递；*气态反应物穿过气-液界面进入液相并发生反应；*液相中的CaCO3由液相主体向相界面附近的反应区迁移；*反应生成物从反应区向液相主体的迁移。用水吸收一般被认为是物理吸收过程，过程的机理可用双膜理论来分析。气液界面 SO2扩散方向 气相主体 液相主体 气膜 液膜 双膜理论示意图l 根据双膜理论，SO2以分子扩散的方式通过气膜和液膜，其传递阻力为两膜阻力之和。研究发现，SO2在气相中的扩散常数远远大于液相扩散常数，所以SO2传递的阻力主要集中在液膜。l 为了克服液膜阻力，使吸收过程能快速进行，工程上采用了两项措施：1.增加液气比，并使之高度湍动，同时使液滴的颗粒尽可能小，以增大气-液传质面积；2.在吸收液中加入化学活性物质，本工艺是加入了CaCO3。