煙氣脫硫脫硝除塵一體化技術(shù).doc

1、煙氣脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)煙氣脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)一、提出背景目前，世界各國(guó)對(duì)煙氣脫硫都非常重視，已開(kāi)發(fā)了數(shù)十種行之有效的脫硫技術(shù)，其中廣泛采用的煙氣脫硫技術(shù)有 :(1) 石灰 / 石灰石濕法。(2) 旋轉(zhuǎn)噴霧半干法（ LSD）。(3) 爐內(nèi)噴鈣增濕活化法 (LIFAC) 。(4) 海水煙氣脫硫法。(5) 氨法煙氣脫硫。(6) 簡(jiǎn)易濕式脫硫除塵一體化技術(shù)。石灰 / 石灰石石膏濕法， 具有適用煤種寬、 原料廉價(jià)易得、 脫硫率高（可達(dá) 90% 以上）等諸多優(yōu)點(diǎn)，占據(jù)最大的市場(chǎng)份額，但投資和運(yùn)行費(fèi)用大，運(yùn)行維護(hù)量大。旋轉(zhuǎn)噴霧法脫硫率較濕法低（能達(dá)到 80%85%），投資和運(yùn)行費(fèi)用也略低于濕法。產(chǎn)物

2、為亞硫酸鈣（ CaSO3）。爐內(nèi)噴鈣尾部增濕法，脫硫率可達(dá)70% 80%，工程造價(jià)較低。產(chǎn)物為亞硫酸鈣（ CaSO3）, 易造成爐內(nèi)結(jié)渣。海水煙氣脫硫技術(shù)，工藝簡(jiǎn)單，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，脫硫率高（可達(dá)90%以上）運(yùn)行費(fèi)用低。脫硫系統(tǒng)需要設(shè)置在海邊且海水溫度較低，溶解氧（OC）較高。氨法除硫通常以合成氨為原料， 產(chǎn)物為硫氨等。需要鄰近合成氨工廠及化肥廠。簡(jiǎn)易濕式脫硫除塵一體化技術(shù)，脫硫率低（ 60%左右），造價(jià)較低原料為工業(yè)廢堿及燒堿，需要臨近有廢堿液排放的工廠，中和后，廢水需排入污水廠進(jìn)行處理。煙氣脫硫的技術(shù)及裝置雖然日臻完善，但在大多數(shù)國(guó)家，尤其是在能源結(jié)構(gòu)中煤炭占較大比例的國(guó)家中，其推廣和普及卻

3、舉步唯艱，拿我國(guó)來(lái)說(shuō)，近 20 年來(lái)花巨資引進(jìn)的技術(shù)和裝置難以推廣，巨額的投資和高昂的運(yùn)行費(fèi)用使企業(yè)背上了沉重的負(fù)擔(dān)，難以承受。所以說(shuō)具有真正推廣普及意義的技術(shù)和裝置還有待于繼續(xù)研究和開(kāi)發(fā)。在現(xiàn)在國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈的條件下，要研究開(kāi)發(fā)一種新的技術(shù)和設(shè)備裝置，使其能大規(guī)模普及應(yīng)用，應(yīng)具備以下幾個(gè)特征：（ 1）原料（中和劑）廉價(jià)易得，脫硫率高。（ 2）工程投資和運(yùn)行費(fèi)用要低到應(yīng)用企業(yè)能承擔(dān)得了。（ 3）工藝流程簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，易于調(diào)控且對(duì)鍋爐正常運(yùn)行無(wú)不良影響。（ 4）對(duì)各種含硫煤（油）具有較好的適應(yīng)性。（ 5）不造成二次污染，諸如水污染、粉塵、噪聲等。二、推理分析（ 1）原料（中和劑）隨著

4、市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，原來(lái)意義上的百年老店越來(lái)越少，每年都有大量的新興產(chǎn)業(yè)掘起，每年都有大量的老產(chǎn)業(yè)退出市場(chǎng)。煙氣脫硫項(xiàng)目一般都需要投入大量資金， 如果原料和工藝依賴(lài)于臨近的工廠 （如合成氨、化肥、廢堿排放等），那么這個(gè)項(xiàng)目很可能由于這些工廠的關(guān)停并轉(zhuǎn)而中途停止運(yùn)轉(zhuǎn)，使該項(xiàng)目投資得不到應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。所以以石灰石、石灰為中和劑的煙氣脫硫技術(shù)為大多數(shù)業(yè)內(nèi)專(zhuān)家所認(rèn)同。以石灰為中和劑成本高于石灰石，且需要設(shè)備、構(gòu)筑物及監(jiān)測(cè)設(shè)備較多；使用石灰石成本低且反應(yīng)易于控制，是最具實(shí)用性的中和劑。傳統(tǒng)的“石灰石石膏法煙氣脫硫”需要將石灰石粉磨至 200 300 目，這樣就需要建一座粉磨站，既增加投資

5、，又造成了一定程度的“噪聲”和“粉塵”污染，且其產(chǎn)物與反應(yīng)物混合在一起，造成鈣硫比的提高，增加了運(yùn)行費(fèi)用。如果采用脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)，即可實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝除塵同時(shí)在一個(gè)裝置內(nèi)完成，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、投資小、運(yùn)行費(fèi)用低，大幅度提高經(jīng)濟(jì)效益。（ 2）產(chǎn)物濕法脫硫，脫硫率最高（可達(dá) 90%以上），中和產(chǎn)物有兩種，硫酸鈣 CaSO4和亞硫酸鈣 CaSO3，通常是兩種物質(zhì)的混和物， 中和產(chǎn)物被完全再利用的可能性不大，如果亞硫酸鈣（ CaSO3）一但進(jìn)入水體，由于它具有很強(qiáng)的還原性，會(huì)迅速耗盡水中的溶解氧，使水中魚(yú)類(lèi)大量死亡，甚至滅絕，因?yàn)樗芙馑俣群苈湮廴疚飼?huì)在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存在，嚴(yán)重破壞水體生態(tài)環(huán)境，所以

6、中和產(chǎn)物中不含亞硫酸鈣（ CaSO3）最為安全，既可再利用創(chuàng)造價(jià)值也可安全排放。（ 3）鈣硫比鈣硫比（ Ca/S）是決定運(yùn)行費(fèi)用的重要因素，Ca/S=1 是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的極限狀態(tài)，也就是說(shuō)哪種脫硫工藝Ca/S 實(shí)現(xiàn)或接近 1，那么它就可能實(shí)現(xiàn)真正意義的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。目前的濕法脫硫，剩余反應(yīng)物與脫硫產(chǎn)物混合在一起被排除掉無(wú)法分離，所以很難實(shí)現(xiàn)理想的Ca/S, 如果反應(yīng)物以顆粒狀態(tài)存在，解決這個(gè)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)理想的 Ca/S 較為容易，而且設(shè)備和資金投入也隨之減少，有利于實(shí)現(xiàn)真正意義的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。三、理想模型綜上所述，最理想的煙氣脫硫工藝應(yīng)該是：（ 1）濕法脫硫（脫硫率可達(dá) 90%以上）。（ 2）中和劑為石灰石

7、。（ 3）鈣硫比（ Ca/S）為 1。（ 4）產(chǎn)物為硫酸鈣且不含亞硫酸鈣雜質(zhì)。（ 5）投資少，工藝簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用低廉，無(wú)二次污染。（ 6）控制參數(shù)少，測(cè)控設(shè)備成熟，可實(shí)現(xiàn)全線(xiàn)自動(dòng)控制。（ 7）運(yùn)行中的中間循環(huán)物質(zhì)由鍋爐及電廠廢液補(bǔ)充，對(duì)周邊企業(yè)無(wú)依賴(lài)性。（ 8）充分吸收與利用煙氣余熱。這個(gè)理想的模型如果能夠?qū)崿F(xiàn)，很可能成為煙氣脫硫技術(shù)中最為理想的運(yùn)行模式，它的推廣和應(yīng)用可以創(chuàng)造巨大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)和社會(huì)價(jià)值，但要真正實(shí)現(xiàn)這種理想模式卻很難，主要原因是：(1) 石灰石顆粒要迅速溶解， PH值必須小于 4，但 PH值小于 4 時(shí) CaCO3的溶解物對(duì) SO2幾乎不吸收。(2)SO2 溶于水生成的 H2S

8、O3及被氧化生成的H2SO4，與石灰石顆粒反應(yīng)后生成的 CaSO3和 CaSO4會(huì)附著在石灰石顆粒的表面，而且越反應(yīng)堆積越多，使反應(yīng)很難繼續(xù)進(jìn)行下去。（ 3） CaSO4與 CaSO3同為吸收產(chǎn)物，使 CaSO4析出且不產(chǎn)生 CaSO3是比較困難的。可以說(shuō)這 3 個(gè)問(wèn)題是“石灰石法”脫硫的真正的難以愈越的天險(xiǎn)，能否解決這 3個(gè)問(wèn)題是這個(gè)工藝能否達(dá)到預(yù)定目標(biāo)及其裝置能否穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。四、循環(huán)架橋理論既然是天險(xiǎn)就應(yīng)該架起一座橋梁把它愈越過(guò)去，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)具有架橋作用。脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)，系環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域煙氣凈化技術(shù)。它是通過(guò)煙水混合器利用二次噴射原理把煙吸入水中，在均勻溶解

9、器中將煙氣和水進(jìn)行充分地均勻地混合和溶解，從而使煙氣中的飛灰和顆粒被水吸濕而沉淀，有害氣體溶于水中，利用化學(xué)方法清除煙氣中的SO2、 NOX和粉塵。 這種方法是通過(guò)附圖所示的工作原理圖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它的除塵效率100%；脫硫效率 98%；脫銷(xiāo)效率 90%以上。它的煙氣混合器同時(shí)又是一臺(tái)引風(fēng)機(jī)。它適用于燃煤 ( 汽、油 ) 鍋爐及各種工業(yè)窯爐等的煙氣凈化技術(shù)工程。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，性能價(jià)格比高，節(jié)能，耐高溫，壽命長(zhǎng)。圖 1工作原理圖系統(tǒng)的技術(shù)特征簡(jiǎn)介1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單設(shè)備少（如圖 1）煙水混合器：由水噴管和拉法爾噴管組成，構(gòu)成二級(jí)噴射機(jī)構(gòu)。用于把煙氣吸入水中。均勻溶解器：是一種洗煙設(shè)備，用于把煙全部

10、溶于弱堿水中，灰塵被水弄濕而變重，有害氣體和堿起化學(xué)反應(yīng)生成鹽。水泵：動(dòng)力設(shè)備。水池：上水池，沉淀池和下水放氣池。2) 適合于多種工藝流程（詳細(xì)見(jiàn)附件）廢物丟棄法：適用于各種規(guī)格的燃煤（油、氣）鍋爐；燃煤中含硫量??；采用脫硫脫硝除塵一體化工藝流程。石灰、石灰石作脫硫劑。回收石膏法：適用于各種規(guī)格的燃煤（油、氣）鍋爐，燃煤中含硫量大；采用脫硫脫硝除塵一體化工藝流程。石灰作脫硫劑?；厥栈史ǎ哼m用于各種規(guī)格的燃煤（油、氣）鍋爐，燃煤中含硫量大；采用脫硫脫硝除塵一體化工藝流程。氣氨、氨水或固體碳酸氫銨作吸收劑。3）防腐措施溶液配置：溶液配置成呈堿性，避免酸存在于溶液中。如圖1 所示，稀堿溶液連續(xù)均勻

11、地加入到上水池循環(huán)液中，使其PH值保持在8-9之間，在均勻溶解器中堿溶液中的堿和煙氣中的SO2等酸性氧化物反應(yīng)生成鹽。在沉淀池中溶液的PH值保持在 7-8 之間。溶液保持弱堿性，腐蝕性最小。選擇耐酸耐堿材料：不銹鋼、陶瓷、耐火材料等耐磨耐酸堿材料。對(duì)溶液的 PH值自動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控監(jiān)測(cè)。4）廢物排除系統(tǒng)沉淀池設(shè)計(jì)成圓形，底部成漏斗形，安裝沉淀物收集器使?jié)舛却蟮臐{液集中在漏斗中，用泥漿泵抽出。泥漿中的廢水澄清后循環(huán)使用。丟棄物用于建筑材料，石膏用于工業(yè)，肥料用于農(nóng)業(yè)。五、石膏法工作原理圖前級(jí)用于干法除塵器（如電除塵器等）除去90%的粉塵，便于回收再用，后級(jí)采用脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)（本方案），除塵效率

12、100%；脫硫效率 97%,脫硝效率 90%以上，并將 SO2轉(zhuǎn)化為石膏。1、石膏法的工藝流程圖2、化學(xué)反應(yīng)方程式如下Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O2CaSO3+O2=2CaSO4CaSO3+1/2H2O=CaSO3?1/2H20CaSO4+2H2O=CaSO4?2H2OCaSO3?1/2H20+O2+2H2O=2CaSO4?2H2ONO+NO2+H2O+O2=2HNO3Ca(OH)2+2HNO3=Ca(NO3)2+H2O六、回收化肥法 ( 氨- 亞硫酸銨法 ) 適用范圍適用于各種規(guī)格的燃煤（油、氣）鍋爐；燃煤中含硫量大；采用脫硫脫硝除塵一體化，除塵器效率100%；脫硫效率 98%

13、；脫銷(xiāo)效率 90%工藝流程。氣氨、氨水或固體碳酸氫銨作吸收劑。工藝流程圖1、固體碳酸氫銨作為氨源的工藝流程圖如下：2、氨水作為氨源的工藝流程圖如下：3、脫硫工藝流程說(shuō)明化學(xué)反應(yīng)方程式如下：2NH4HCO3+SO2=(NH4)2SO3+H2O+2CO2 (A)(NH4)2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3(B)吸收過(guò)程以（ B）式為主，而 2NH4HSO3在產(chǎn)生過(guò)程中只是補(bǔ)入吸收系統(tǒng)使部分2NH4HSO3再生為 (NH4)2SO3，以保持循環(huán)吸收液堿度（ SO2/NH3）基本不變。若煙氣中有氧，則(NH4)2SO3+O2/2=(NH4)2SO4。通常煙氣中含有少量SO3，則有：NH4HCO

14、3+SO2+H2O=(NH4)2SO4+NH4HSO3。 NH4HSO3呈酸性。需加固體碳酸氫銨中和后，使 NH4HSO3轉(zhuǎn)變?yōu)?(NH4)2SO4；NH4HSO3+ NH4HCO3= NH4HSO3?H2O+CO2（ C）（ C）式為吸熱反應(yīng)，溶液不經(jīng)冷卻即可降到0左右。由于 (NH4)2SO3比 NH4HSO3在水中的溶解度大，則溶液中NH4HSO3?H2O過(guò)飽和結(jié)晶析出，將此溶液經(jīng)離心分離可制得固體亞鐵。七、脫銷(xiāo)工藝流程說(shuō)明1、何為脫硝？所謂脫硝， 指的是除去煙氣中的NOX，NOX主要是 NO和 NO2組成，而 NO含量占 90%以上。要除去煙氣中的 NO和 NO2，就必須研究 NO和

15、NO2的性質(zhì)。NO是一種惰性氧化物，它雖然溶于水，但不能生成氮的含氧酸。在0時(shí)，一體積水可溶解0.07 體積的 NO。NO最特殊的化學(xué)性質(zhì)是加合作用，在常溫下能與空氣中的氧化合，生成紅棕色的NO2。 NO是不穩(wěn)定的，和O2相遇，能使 O2分裂成氧原子，并和其中的一個(gè)氧原子結(jié)合成NO2。NO2是紅棕色有特殊臭味的氣體， 在 - 10左右聚合成 N2O4，在 120時(shí) N2O4全部分解成 NO2，溫度再高 NO2開(kāi)始分解成 NO和 O2。NO2是一種強(qiáng)氧化劑，它能把 SO2氧化成 SO3。NO2溶于水生成硝酸和亞硝酸。 NO2的毒性是 NO的 5 倍。NO和 NO2是怎樣產(chǎn)生的呢？一般情況下 N2

16、 和 O2不發(fā)生化合反應(yīng)。氮氧化合物是在空氣中放電時(shí)或在高溫燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的，首先生成NO，然后由 NO氧化成NO2。在高溫燃燒過(guò)程中空氣中的氮和燃料中的氮化物等不可能燃燒的物質(zhì)與氧起化學(xué)反應(yīng)，首先形成NO，隨后它的一部分在煙道內(nèi)與氧化合形成NO2,大部分的 NO從煙囪中排入大氣，并與大氣中的氧結(jié)合成NO2。而未被氧化成 NO2的 NO就在大氣中與NO2共存下來(lái)。在燃燒過(guò)程中燃燒氣體溫度越高，過(guò)?？諝庠蕉啵纬?NO量就越多。即在燃燒效率越高的情況下， NO越容易生成。這種燃燒方式生成的 NOX中 NO占 90%以上，NO2較少。按照常用的燃燒方式。煤的燃燒物中NOX的含量為 500-1500

17、ppm。2、濕法脫硝脫硝方法分為干法和濕法兩種。干法脫硝效率在80%左右，且成本較高。這里采用濕法脫硝。NO2溶于水生成硝酸和NO：3NO2+H2O=2HNO3+NO當(dāng)氧氣足夠時(shí)：4NO2+O2+2H2O=4HNO3NO雖然溶于水，但不能生成氮的含氧酸。在0時(shí)，一體積水可溶解0.07 體積的 NO。 NO難溶于水成為脫硝的難點(diǎn)。但在“脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)”中有足夠的水使 NO溶于水中，有關(guān)研究表明當(dāng)水溶液中硝酸含量 12%時(shí)，NO的溶解度比在純水中大 100 倍，即一體積水能溶解 7 體積的 NO。設(shè)煙氣開(kāi)始溶于水中時(shí)水是純凈，首先是 NO2溶于水中生成 HNO3，如果 NO2在水中不被還原

18、， 按照“脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)”中煙水的比例計(jì)算，2 小時(shí) 44 分鐘后，水溶液中硝酸的含量將為 12%左右。因此可以說(shuō)NO溶于水中是不成問(wèn)題的。NO和 NO2既然都已溶于水中。 采用還原法將它們還原成N2 氣。還原法使用的還原劑為 (NH4)2SO3和 NH4HSO3，它們正是氨法脫硫工藝中的產(chǎn)物。還原劑就已在溶液中，脫硝就已經(jīng)在均勻溶解器中悄悄地進(jìn)行著。因?yàn)镹OX在煙氣中的數(shù)量都很小，還原劑 (NH4)2SO3和 NH4HSO3的數(shù)量是足夠的。 如果 NOX的數(shù)量不能全部被還原，剩余的部分將變成NH4NO3被留在溶液中和 (NH4)2SO4一起被從溶液中分離出來(lái)做為化肥。它們化學(xué)反應(yīng)方程

19、式為：2NO+O2=2NO2+27千卡NO+NO2+H2O=4HNO2NO2+2H2O=HNO2+HNO34NO2+O2+2H2O=4HNO3NH3+HNO3=NH4NO3NH3+HNO2=N2+2H2ONH4OH+HNO3=NH4NO3+H2ONH4OH+HNO2=N2+3H2ONO+NO2+3(NH4) 2 SO3=N2+3(NH4 ) 2 SO4NO+NO2+3NH4HSO3=N2+3NH4HSO44NO2+H2O+3(NH4) 2SO3=N2+3（ NH4） 2SO4+2HNO34NO2+H2O+3NH4HSO3=N2+3NH4HSO4+2HNO3NH4OH+NH4HSO4=(NH4)

20、2SO4?H2O3、脫硫脫硝除塵效果1）脫硫率： 98%2）脫硝率： 90%3）除塵效率： 100%八、技術(shù)工藝特點(diǎn)（ 1）造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用極低，運(yùn)行管理工作量極少。（ 2）工藝簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化控制。（ 3）測(cè)控參數(shù)少（ PH值、溫度、液位），測(cè)控技術(shù)成熟。（ 4）各流程均有成熟技術(shù)可借鑒。（ 5）適合各種規(guī)模的電站及工業(yè)鍋爐。（ 6）對(duì)各種含硫煤（油）具有較好的適應(yīng)性。（ 7）對(duì)燃燒裝置無(wú)不良影響，生產(chǎn)工藝、原料來(lái)源及產(chǎn)物應(yīng)用對(duì)周邊企業(yè)無(wú)依賴(lài)性。（ 8）有利于煙氣余熱的吸收和利用。（ 9）不造成（水體、噪聲、粉塵等）二次污染。(10) 脫硫脫硝除塵在同一個(gè)裝置內(nèi)完成。一次性投資，脫硫率9

21、8%，脫硝率 90%以上，除塵率100%，均可進(jìn)行達(dá)標(biāo)排放。（ 11）運(yùn)行費(fèi)用低。比傳統(tǒng)脫硫方法降低運(yùn)行費(fèi)用50%-80%左右。九、煙氣脫硫降低費(fèi)用目前的煙氣脫硫技術(shù)存在最大的問(wèn)題是技術(shù)復(fù)雜，造價(jià)高，運(yùn)行費(fèi)用大。一臺(tái)300MW（ 30 萬(wàn)千瓦）發(fā)電機(jī)組煙氣脫硫，一般采用比較成熟的石灰石- 石膏濕法煙氣脫硫，脫硫效率95%左右，每年減少二氧化硫排放量約1 萬(wàn)噸，每脫除 1 萬(wàn)噸二氧化硫的能力建設(shè)投資約1 1.5 億元，電廠煙氣脫硫設(shè)施的運(yùn)行耗電量較大，一年的脫硫劑、用電和人工等運(yùn)行費(fèi)在1600 萬(wàn)元左右，攤到每度電的脫硫費(fèi)用約 0.03 元，而上網(wǎng)電價(jià)的脫硫補(bǔ)貼只有0.015 元。現(xiàn)時(shí)幾十噸的鍋爐多數(shù)用雙堿法，近年燒堿（用作煙氣脫硫劑）的銷(xiāo)售價(jià)成倍提高，脫硫運(yùn)行費(fèi)用隨之大幅度升高。 在煤價(jià)升幅 50%多和競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的雙重壓力下