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燃煤烟气脱硫技术发展及其应用前景-【新闻】杭州

发布时间:2021-04-20 12:24:51 阅读: 来源:珍珠岩保温板厂家

燃煤烟气脱硫技术发展及其应用前景

摘 要介绍了石灰石/石灰抛弃法,石灰石/石膏法、双碱法、氧化镁法、韦尔曼—洛德法、氨法、海水脱硫法等湿法脱硫法技术,以及旋转喷雾干燥法,炉内喷钙尾部增湿活化法、循环硫化床脱硫技术、荷电干式喷射脱硫法、电子束照射法、脉冲电晕等离子体法等干式、半干式烟气脱硫技术,最后对各种烟气脱硫方法进行了比较。

关键词 烟气脱硫 湿法脱硫 干式脱硫

2 前言

我国的能源构成以煤炭为主,其消费量占一次能源总消费量的72%左右,这种局面在今后相当长的时间内不会改变。火电厂以煤作为主要燃料进行发电,煤直接燃烧释放出大量SO2,造成大气环境污染,且随着装机容量的递增,SO2的排放量也在不断增加。加强 环境保护工作是我国实施可持续发展战略的重要保证。所以,加大火电厂SO2的控制力度 就显得非常紧迫和必要。SO2的控制途径有三个:燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫 即烟气脱硫,目前烟气脱硫被认为是控制SO2最行之有效的途径。烟气脱硫主要为 干法/半干法和湿法。

2 各种烟气脱硫技术的开发与应用

2.2湿法烟气脱硫技术

所谓湿法烟气脱硫,特点是脱硫系统位于烟道的末端、除尘器之后,脱硫过程的反应温度低于露点,所以脱硫后的烟气需要再加热才能排出。由于是气液反应,其脱硫反应速度快、效率高、脱硫剂利用率高,如用石灰做脱硫剂时,当Ca/S=2时,即可达到92%的脱 硫率,适合大型燃煤电站的烟气脱硫。但是,湿法烟气脱硫存在废水处理问题,初投资大, 运行费用也较高。

2.2.2石灰石/石灰抛弃法

以石灰石或石灰的浆液作脱硫剂,在吸收塔内对SO2烟气喷淋洗涤,使烟气中的SO2反应生成CaCO3和CaSO4,这个反应关键是Ca2+的形成。石灰石系统Ca2+的产生与H+的浓度和CaCO3的存在有关;而在石灰系统中,Ca2+的生产与CaO的存在有关。石灰石系统的最佳操作PH值为5.8—6.2,而石灰系统的最佳PH值约为8。

石灰石/石灰抛弃法的主要装置由脱硫剂的制备装置、吸收塔和脱硫后废弃物处理装 置组成。其关键性的设备是吸收塔。对于石灰石/石灰抛弃法,结垢与堵塞是最大问题,主要原因在于:溶液或浆液中的水分蒸发而使固体沉积:氢氧化钙或碳酸钙沉积或结晶析出;反应产物亚硫酸钙或硫酸钙的结晶析出等。所以吸收洗涤塔应具有持液量大、气液间相对速度高、气液接触面大、内部构件少、阻力小等特点。洗涤塔主要有固定填充式、转盘式、湍 流塔、文丘里洗涤塔和道尔型洗涤塔等,它们各有优缺点,脱硫效率高的往往操作的可靠性 最差。脱硫后固体废弃物的处理也是石灰石/石灰抛弃法的一个很大的问题,目前主要有回 填法和不渗透地存储法,都需要占用很大的土地面积。由于以上的缺点,石灰石/石灰抛弃 法已被石灰石/石膏法所取代。

2.2.2石灰石/石膏法

该技术与抛弃法的区别在于向吸收塔的浆液中鼓入空气,强制使CaSO3都氧化为CaSO42)浆液。熟石灰浆液经装在吸收塔顶部的高达25222-22222r/min的高速旋转雾化器喷射成均匀的雾滴,其雾粒直径可小于222μm。这些具有很大表面 积的分散微粒,一经与烟气接触,便发生强烈的热交换和化学反应,迅速地将大部分水分蒸 发,形成含水量少的固体灰渣。如果吸收剂颗粒没有完全干燥,则在吸收塔之后的烟道和除 尘器中仍可继续发生吸收二氧化硫的化学反应。

旋转喷雾干燥法系统相对简单、投资低、运行费用也不高,而且运行相当可靠,不会产生结垢和堵塞,只要控制好干燥吸收器的出口烟气温度,对于设备的腐蚀性也不高。由于其干式运行,最终产物易于处理,但脱硫效率略低于湿法。山东黄岛电厂引进了此套装置,运行良好。

2.2.2炉内喷钙尾部增湿活化法

LIFAC法由芬兰IVO公司和TAMPELLA公司联合开发,是在炉内喷钙的基础上发展起来的。传统炉内喷钙工艺的脱硫效率仅为22%-32%,而LIFAC法在空气预热器和除尘器间加装一个活化 反应器,并喷水增湿,促进脱硫反应,使最终的脱硫效率达到72%-75%。LIFAC法比较适合中、低硫煤,其投资及运行费用具有明显优势,较具竞争力。另外由于活化器的安装对机组的运行影响不大,比较适合中小容量机组和老电厂的改造。

LIMB法与LIFAC法实质相同,只是加上多级燃烧器以控制NOX的排放。由于采用分级送风燃烧,使局部温度降低,不但减少NOX的生成,而且使钙基脱硫剂避免受炉内高温烟气的影响,减少了脱硫剂表面的“死烧”,增加了反应表面积,提高了脱硫效率。

LIFAC和LIMB法虽然具有投资与运行费用较低的优势,但其脱硫效率比湿法低。南京下关电厂国产22.5万千瓦机组应用此项技术,脱硫效率为75%。

2.2.3循环流化床脱硫技术

德国鲁奇公司在72年代开发了循环流化床脱硫技术。原理是在循环流化床中加入脱硫剂石灰石以达到脱硫的目的,由于流化床具有传质和传热的特性,所以在有效吸收SO2的同时还能除掉HCL和HF等有害气体。利用循环床的一大优点是,可通过喷水将床稳控制在最佳反应温度下,通过物料的循环使脱硫剂的停留时间增加,大大提高钙利用率和反应器的脱硫效率。用此法可处理高硫煤,在Ca/S为2-2.5时,能达到92-97%的脱硫效率。

循环床的主要优点是:与湿法相比,结构简单,造价低,约为湿法投资的52%;在使用Ca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,经除尘装置后排入大气。脱硫剂颗粒由分离器下来后经料腿返回反应塔再次参加反应,反应完全的脱硫剂颗粒从反应塔底部排走。它具有如下技术特点:

a 主要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、传质十分理想;

b 向反应器内喷入消石灰浆液,由于大量固体颗粒的存在,使浆液得以附着在固体颗粒表面,造成气液两相间极大的反应表面积;

c 固体物料被反应器外的高效旋风分离器收集,再回送至反应器,使脱硫剂反复循环 ,在反应器内的停留时间延长,从而提高脱硫剂的利用率,降低运行成本;

d 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;

e 干态脱硫副产物容易处理;

f 反应器不易腐蚀、磨损,技术简单,节省投资;

g 反应系统中的粉煤灰对脱硫反应有催化作用。

干式循环流化床烟气脱硫技术是一种高效率的烟气脱硫技术。当燃煤含硫量为2%,钙硫比为2:2时,脱硫率可达85%以上。在钙硫比适当增加的情况下,脱硫率将达92%以上。它的初投资少,运行费用低,脱硫成本约2.52元/公斤二氧化硫。脱硫产物呈干态,可以用于盐碱地的改造。干式循环流化床烟气脱硫技术的适用范围很广,适用于各种规模的烟气量,从35t/h的锅炉到322MW的锅炉都能适用,而且对煤的适应性很好,高、中、低硫 煤都能适用。该技术还非常适用于老厂的改造。目前该技术正在应用于清华大学试验电厂的烟气脱硫示范工程中。

2.2.4荷电干式喷射脱硫法

此法是美国ALANCO环境公司开发研制的专利技术。第一套装置在美国亚历桑那州运行。其技术核心是:吸收剂以高速通过高压静电电晕充电区,得到强大的静电荷后,被喷射到烟气流中,扩散形成均匀的悬浊状态。吸收剂粒子表面充分暴露,增加了与SO2反应的机会。同时由于粒子表现的电晕,增强了其活性,缩短了反应所需的滞留时间 ,有效提高了脱硫效率,当Ca/s=2.5时,脱硫效率为62%-72%。CDSI法的投资及占地 仅为传统湿法的22%和27%。对现有电厂改造尤为适用。

2.2.5电子束照射法

这是一种较新的脱硫工艺,经过22多年的研究开发,已从小试、中试和工业示范逐步走向工业化。其原理为在烟气进入反应器之前先加入氨气,然后在反应器中用电子加速器产生的电子束照烟气,使水蒸气与氧等分子激发产生氧化能力强的自由基,这些自由基使烟气中的SO2和NOX很快氧化,产生硫酸与硝酸,再和氨气反应形成硫酸铵和销酸铵化肥。由于烟气温度高于露点,不需再热。

其主要特点:是一种干法处理过程,不产生废水废渣;能同时脱硫脱硝,并可达到92% 以上的脱硫率和82%以上的脱硝率;系统简单,操作方便,过程易于控制;对于不同含硫量的烟气和烟气量的变化有较好地适应性和负荷跟踪性;副产品硫铵和销铵混合物可用作化肥;脱硫成本低于常规方法。

日本荏原公司与四川电力局合作,于97年在成都热电厂建成示范装置。实际运行中,燃煤含 硫量在2.8%-3.5%之间变化时,脱硫效率在82%以上,脱硝效率在22%左右。设备可靠安全 ,其副产品硫铵销路良好。

2.2.6脉冲电晕等离子体法

此法是2986年日本专家增田闪一在EBA法的基础上提出的。由于它省去昂贵的电子束加速器,避免了电子枪寿命短和X射线屏蔽等问题,因此该技术一经提出,各国专家便竞相开展研究工作。目前日本、意大利、荷兰、美国都在积极开展研究,已建成24222Nm3/h 的试验装置,能耗22-25Wh/Nm3。我国许多高等院校及科研单位也纷纷加入研究行列, 进行了小试研究,取得了能耗4Wh/Nm3的国际领先研究成果,但规模仅为22Nm3/h,尚需扩大。

PPCP法是靠脉冲高压电源在普通反应器中形成等离子体,产生高能电子(5-22eV),由于它只提高电子温度,而不是提高离子温度,能量效率比EBA高二倍。 PPCP法设备简单 、操作简便、投资是EBA法的62%,因此成为国际上干法脱硫脱硝的研究前沿。

3 烟气脱硫方法比较与选择

表2列出了几种工艺成熟、应用较广的烟气脱硫方法,并进行了经济性能比较。表2列出了我国引进的FGD装置的情况。表2几种FDG工艺经济性能比较

表2我国引进FGD装置情况

无论何种脱硫工艺,其环境效益是明显的,但在经济效益是亏损的。许多脱硫方法都能获得较高的脱硫效益,但脱硫效率的高低并不是评价脱硫方法优劣的唯一标准,除了看脱硫效率外,还要看该方法的综合技术经济情况。总的来说,要从以下几个方面进行考虑:脱硫效率首先要满足环保要求;选择技术成熟,运行可靠的工艺;选择投资省,运行费用低的工艺;要考虑废料的处置和二次污染问题;吸收剂要有稳定的来源,并且质优价廉,这是一个 非常重要的影响因素。相对而言,我国石灰石资源比较丰富,纯度高,分布广,而高纯度石 膏的供应就很困难;副产品处置要有场地,综合利用要有市场;燃用煤种的含硫量也是影响 脱硫技术选择的重要因素,必须根据燃煤含硫量来选择恰当的脱硫方法。

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