第一天第1節(jié) 硫氧化物的排放與污染控制

1、 使用燃料對環(huán)境的影響v早期早期局地環(huán)境中二氧化硫的濃度升高v近近100年來年來二氧化硫等酸性氣體導(dǎo)致的酸沉降v最近最近二氧化硫等氣態(tài)污染物形成的二次微細粒子v人類使用的有機燃料都含有一定量的硫人類使用的有機燃料都含有一定量的硫v燃料燃燒時，其中的硫大部分轉(zhuǎn)化為燃料燃燒時，其中的硫大部分轉(zhuǎn)化為SO2v人為活動是造成人為活動是造成SO2大量排放的主要原因大量排放的主要原因v大部分大部分SO2的控制方法都可以用以下反應(yīng)表示的控制方法都可以用以下反應(yīng)表示22SOSO 322420.5CaCOSOOCaSOCO v煤中硫的形態(tài)v 有機硫（有機硫（CxHySz）v v 硫化物（硫化物（FeS2）v煤中含

2、硫煤中含硫 v 無機硫無機硫 ：元素硫：元素硫 （S）v v 硫酸鹽硫（硫酸鹽硫（MeSO4）中國的動力煤資源動力煤資源: 全硫的加權(quán)平均含量為1.15%含硫量為小于0.5%的超低硫煤 占39.35%含硫量在0.51.0% 的低硫煤 占16.46% 含硫量在1.01.5%的中低硫煤 占16.68%含硫量在1.52.0% 的中硫煤 占9.49%含硫量為2.03.0% 的中高硫煤 占7.85%含硫量分別為3.05.0% 的高硫煤和大于5.0%的特高硫煤 占7.05%v九十年代末我國酸雨區(qū)域分布v2010年我國能源消費總量為32.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中煤炭消耗占了70.0%，非化石能源消耗只占了8.3%

3、。由于煤炭消耗比重過大，我國污染物排放數(shù)量巨大。v2010年電力行業(yè)發(fā)電生產(chǎn)耗用原煤量約16億噸，占全國煤炭消費總量的50.24%。v2010年我國二氧化硫排放量為2185.1萬噸，其中火電行業(yè)排放二氧化硫948萬噸； 電力行業(yè)二氧化硫排放占全國的43%.v2010年全國安裝脫硫設(shè)備的煤電機組已經(jīng)達到86%。 2010年相比2005年電力行業(yè)二氧化硫排放下降374萬噸，減排貢獻率達到102.75%。v19921992年兩省九市開始工業(yè)燃煤二氧化硫排污收費試點。年兩省九市開始工業(yè)燃煤二氧化硫排污收費試點。v19951995年全國人大常委會第一次修訂年全國人大常委會第一次修訂大氣污染防治法大氣污染

4、防治法。v19961996年修訂的年修訂的大氣污染防治法大氣污染防治法第一次提出二氧化硫排放濃度限第一次提出二氧化硫排放濃度限度。度。v19981998年兩控區(qū)二氧化硫排污收費，年兩控區(qū)二氧化硫排污收費，0.20.2元元/ /公斤。公斤。 v20002000年修訂年修訂大氣污染防治法大氣污染防治法。v20032003年年9 9月國家環(huán)保局和國家發(fā)改委聯(lián)合印發(fā)月國家環(huán)保局和國家發(fā)改委聯(lián)合印發(fā)關(guān)于加強燃煤電廠關(guān)于加強燃煤電廠二氧化硫防治工作的通知二氧化硫防治工作的通知。v20032003年年1212月國家環(huán)?？偩职l(fā)布新修訂的月國家環(huán)保總局發(fā)布新修訂的火電廠大氣污染物排放標(biāo)火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)

5、GB13223-2003GB13223-2003。v2 0 1 2 年年 1 月 開 始 實 行 號 稱 史 上 最 嚴(yán) 的 新 標(biāo) 準(zhǔn) ，月 開 始 實 行 號 稱 史 上 最 嚴(yán) 的 新 標(biāo) 準(zhǔn) ， S O2定 為定 為100mg/m3 v環(huán)保部發(fā)布環(huán)保部發(fā)布“火電廠煙氣治理設(shè)施運行管理技術(shù)規(guī)范火電廠煙氣治理設(shè)施運行管理技術(shù)規(guī)范”（HJ 2040-2014），），2014年年9月月1日實行，日實行，規(guī)范火電廠煙氣治理工程規(guī)范火電廠煙氣治理工程的運行管理的運行管理。v總體要求總體要求v煙氣治理設(shè)施的技術(shù)選擇和工程建設(shè)應(yīng)滿足國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定要煙氣治理設(shè)施的技術(shù)選擇和工程建設(shè)應(yīng)滿足國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

6、和規(guī)定要求，并通過建設(shè)項目竣工環(huán)境保護驗收。煙氣治理設(shè)施投運后，火求，并通過建設(shè)項目竣工環(huán)境保護驗收。煙氣治理設(shè)施投運后，火電廠排放煙氣中的大氣污染物濃度應(yīng)滿足國家及地方排放標(biāo)準(zhǔn)，電廠排放煙氣中的大氣污染物濃度應(yīng)滿足國家及地方排放標(biāo)準(zhǔn)，SO2 和和 NOx 排放量還應(yīng)滿足國家及地方的總量控制要求。排放量還應(yīng)滿足國家及地方的總量控制要求。v煙氣治理設(shè)施是火電廠生產(chǎn)系統(tǒng)的組成部分，應(yīng)按主設(shè)備要求進行煙氣治理設(shè)施是火電廠生產(chǎn)系統(tǒng)的組成部分，應(yīng)按主設(shè)備要求進行運行、檢修和維護管運行、檢修和維護管理。理。火電廠應(yīng)在確保煙氣治理設(shè)施可靠運行和火電廠應(yīng)在確保煙氣治理設(shè)施可靠運行和污染物排放濃度穩(wěn)定達標(biāo)的前提

7、下，持續(xù)優(yōu)化運行方式，實現(xiàn)節(jié)能污染物排放濃度穩(wěn)定達標(biāo)的前提下，持續(xù)優(yōu)化運行方式，實現(xiàn)節(jié)能經(jīng)濟運行經(jīng)濟運行。煙氣治理設(shè)施在高效脫除單一污染物的同時，應(yīng)加強協(xié)煙氣治理設(shè)施在高效脫除單一污染物的同時，應(yīng)加強協(xié)同控制，提高多污染物聯(lián)合脫除、協(xié)同減排的功能同控制，提高多污染物聯(lián)合脫除、協(xié)同減排的功能。v采用低硫燃料采用低硫燃料 v燃燒前脫硫燃燒前脫硫v燃燒中脫硫燃燒中脫硫v煙氣脫硫煙氣脫硫 v高煙囪排放高煙囪排放 v1.煤炭的固態(tài)加工煤炭的固態(tài)加工煤炭洗選n物理洗煤物理洗煤n化學(xué)洗煤化學(xué)洗煤n微生物洗煤微生物洗煤我國以物理選煤為主。跳汰占59%、重介質(zhì)選煤占23%、浮選占14%1995年我國煤炭洗選能力

8、3.8億噸，入洗量2.8億噸，入洗率22%。v2.煤炭的轉(zhuǎn)化煤炭的轉(zhuǎn)化煤的氣化n采用空氣、氧氣、采用空氣、氧氣、CO2和水蒸氣作為氣化劑，在氣化爐內(nèi)和水蒸氣作為氣化劑，在氣化爐內(nèi)反應(yīng)生成不同組分不同熱值的煤氣反應(yīng)生成不同組分不同熱值的煤氣n移動床、流化床和氣流床三種方法移動床、流化床和氣流床三種方法煤的液化n通過化學(xué)加工轉(zhuǎn)化為液態(tài)烴燃料或化工原料等液體產(chǎn)品通過化學(xué)加工轉(zhuǎn)化為液態(tài)烴燃料或化工原料等液體產(chǎn)品n直接液化和間接液化直接液化和間接液化v流化床燃燒技術(shù)流化床燃燒技術(shù)氣流速度介于臨界速度和輸送速度之間，煤粒保持流化狀態(tài)流化床利于燃料的充分燃燒分類n按流態(tài)：鼓泡流化床和循環(huán)流化床按流態(tài)：鼓泡流

9、化床和循環(huán)流化床n按運行壓力：常壓流化床和增壓流化床按運行壓力：常壓流化床和增壓流化床v流化床脫硫的化學(xué)過程流化床脫硫的化學(xué)過程脫硫劑：石灰石（CaCO3）、白云石（CaCO3MgCO3）爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)流化床燃燒方式為脫硫提供了理想的環(huán)境CaSO4的摩爾體積大于CaCO3，由于孔隙堵塞，CaO不可能完全轉(zhuǎn)化為CaSO43222412CaCOCaOCOCaOSOOCaSO v1.鈣硫比鈣硫比表示脫硫劑用量的指標(biāo)，影響最大的性能參數(shù)脫硫率（）可以用Ca/S（R）近似表達v2.煅燒溫度煅燒溫度存在最佳脫硫溫度范圍溫度低時，孔隙量少、孔徑小，反應(yīng)被限制在顆粒外表面溫度過高，CaCO3的燒結(jié)作用變得嚴(yán)重1

10、 exp()mR m綜合影響參數(shù)v3.脫硫劑的顆粒尺寸和孔隙結(jié)構(gòu)脫硫劑的顆粒尺寸和孔隙結(jié)構(gòu)顆粒尺寸小于臨界尺寸時發(fā)生揚析，并非越小越好顆粒孔隙結(jié)構(gòu)應(yīng)有適當(dāng)?shù)目讖酱笮?，既保證一定孔隙容積，又保證孔道不易堵塞v4.脫硫劑的種類脫硫劑的種類白云石的孔徑分布和低溫煅燒性能好，但易發(fā)生爆裂揚析，且用量大近兩倍v要達到要達到90%的脫硫效率，常壓鼓泡流化床、常壓循的脫硫效率，常壓鼓泡流化床、常壓循環(huán)流化床、增壓流化床的環(huán)流化床、增壓流化床的Ca/S分別為分別為33.5、1.82.5、1.52.0；v對常壓流化床，燃燒溫度最佳范圍為對常壓流化床，燃燒溫度最佳范圍為800850；v一般鼓泡流化床氣體平均停留時

11、間為一般鼓泡流化床氣體平均停留時間為12s,循環(huán)流化循環(huán)流化床為床為34s;v循環(huán)流化床的物料循環(huán)特性使它可以使用的脫硫劑循環(huán)流化床的物料循環(huán)特性使它可以使用的脫硫劑顆粒尺寸為顆粒尺寸為100m,而鼓泡流化床為了防止夾帶不得而鼓泡流化床為了防止夾帶不得不采用不采用1000m左右左右的顆粒。的顆粒。v石灰石石灰石/石膏法（石膏法（WFGD)v噴霧干燥法噴霧干燥法(SDA)v煙氣循環(huán)流化床煙氣循環(huán)流化床(CFB FGD)v爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化法爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化法(LIFAC)v海水脫硫海水脫硫(SW FGD)v氨法氨法v電子束法電子束法(EBA)氣氣加熱器凈煙氣原煙氣除霧器氧化空氣廢水吸收塔循

12、環(huán)泵旋流站工藝水真空皮帶機石膏工藝水石灰石吸收劑制備系統(tǒng)吸收劑漿輸送泵石膏抽出泵畫下來典型濕式石灰石石膏法煙氣脫硫工藝典型濕式石灰石石膏法煙氣脫硫工藝Conical OutletPatented Interspatial Spray Level(s)Patented Tray Promotes Gas/Liquid Contact & Distribution影響脫硫的主要因素：pH、液氣比、鈣硫比、氣流速度、漿液固體含量、煙氣SO2濃度、吸收塔結(jié)構(gòu)等高井電廠煙氣脫硫裝置CT-121工藝流程工藝流程v優(yōu)點是脫硫效率可高達95%以上，鈣利用率高在93%以上，系統(tǒng)可靠性達99%，自動化程度

13、高，技術(shù)成熟度和可靠性高。v缺點是投資大，一般要占到電廠總投資的10%左右；吸收塔和管道需要防腐處理；脫硫產(chǎn)品石膏產(chǎn)生量大，目前開發(fā)利用率低，大都直接堆放或填埋；占地面積大；脫硫動力消耗較大，占總發(fā)電量的1.52%。p 設(shè)備腐蝕設(shè)備腐蝕p 結(jié)垢和堵塞結(jié)垢和堵塞p 除霧器阻塞除霧器阻塞p 脫硫劑的利用率脫硫劑的利用率p 液固分離液固分離p 固體廢物的處理處置固體廢物的處理處置v 加入己二酸的石灰石法加入己二酸的石灰石法n己二酸抑制氣液界面上己二酸抑制氣液界面上SO2溶解造成的溶解造成的pH值降低，加速液值降低，加速液相傳質(zhì)相傳質(zhì)n己二酸鈣的存在增加了液相與己二酸鈣的存在增加了液相與SO2的反應(yīng)能

14、力的反應(yīng)能力n降低鈣硫比降低鈣硫比添加硫酸鎂nSO2以可溶性鹽的形式吸收，解決結(jié)垢問題以可溶性鹽的形式吸收，解決結(jié)垢問題是一種濕干法脫硫工藝，也稱為半干法，市場份額僅次于濕式鈣法脫硫脫硫過程nSO2被霧化的被霧化的Ca(OH)2漿液或漿液或Na2CO3溶液吸收溶液吸收n溫度較高的的煙氣干燥液滴形成干固體廢物溫度較高的的煙氣干燥液滴形成干固體廢物n干廢物由袋式或電除塵器捕集干廢物由袋式或電除塵器捕集設(shè)備和操作簡單，廢物量小，能耗低（占濕法的1/21/3)v噴霧干燥法煙氣脫硫噴霧干燥法煙氣脫硫主要過程n吸收劑制備吸收劑制備n吸收和干燥吸收和干燥n固體捕集固體捕集n固體廢物處置固體廢物處置22232

15、32242() ( )( )( )2( )2( )0.5( )2( )Ca OHsSO gH O lCaSOH O sCaSOH O sO gCaSOH O s p霧化器是核心設(shè)備，分噴嘴型和旋轉(zhuǎn)離心霧化器兩種，目前國內(nèi)尚需依賴進口。p噴嘴霧化器的優(yōu)點是可平行安裝，切換方便，各噴嘴可獨立運行，可以在線維護；缺點是要求表面耐磨性高。p旋轉(zhuǎn)離心霧化器由旋轉(zhuǎn)盤或霧化輪使?jié){液分碎，所產(chǎn)生的液滴大小與漿液流量關(guān)系不大，因而具有較好的調(diào)節(jié)能力；缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修困難。v優(yōu)點：脫硫原料為石灰，在鈣硫比為1.5時，其脫硫效率可達到7590%；投資費用較低，約占電廠投資的510%；脫硫產(chǎn)物呈干態(tài)，并和飛灰相混

16、，無需裝設(shè)除霧器及煙氣再熱器；設(shè)備不易腐蝕。v缺點：吸收劑采用石灰漿，費用較高；吸收劑利用率低于濕法，特別是用于高硫煤時經(jīng)濟性差；飛灰和脫硫產(chǎn)物相混可能影響綜合利用；對干燥過程控制要求較苛刻；產(chǎn)生的脫硫副產(chǎn)品目前尚不能大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。v噴霧干燥法較適用于燃中、低硫煤(含S2%)的鍋爐脫硫，一般機組容量不大于200MW。用于高硫煤時脫硫劑制備費用提高、設(shè)備磨損加劇，除塵負荷提高，在技術(shù)和經(jīng)濟上都不適用。 海水脫硫分兩類海水脫硫分兩類: v用純海水作為吸收劑用純海水作為吸收劑, 以挪威以挪威ABB公司開發(fā)的公司開發(fā)的Flakt-Hydro工藝為代表，已商業(yè)應(yīng)用；工藝為代表，已商業(yè)應(yīng)用；v在海水中添

17、加石灰調(diào)節(jié)堿度在海水中添加石灰調(diào)節(jié)堿度, 以美國以美國Bechtel公司工公司工藝為代表，已有示范工程。藝為代表，已有示范工程。深圳西部電廠海水脫硫系統(tǒng)l特點：用天然海水作吸收劑, 不添加任何其它化物質(zhì), 無需吸收劑制備系統(tǒng), 工藝比較簡單；吸收系統(tǒng)不會產(chǎn)生結(jié)垢, 堵塞等問題, 系統(tǒng)利用率高；脫硫效率較高, 對于低硫煤可達70-90%；投資和運行費用較低, 通常比石灰石-石膏法低三分之一。l比較適合于沿海地區(qū)電廠煙氣脫硫。但由于海水的天然堿度較低，一般只能用于含硫低于1%的燃煤煙氣脫硫。目前還缺少脫硫排放液對海洋長期生態(tài)系統(tǒng)影響的研究評價。海水脫硫優(yōu)缺點海水脫硫優(yōu)缺點后石電廠海水脫硫氨法n氨水做吸收劑氨水做吸收劑3224234232243()()2NHSOH ONHSONHSOSOH ONH HSO v屬干法脫硫技術(shù)屬干法脫硫技術(shù)v優(yōu)點：系統(tǒng)簡單，改造容易；噴鈣對爐膛燃燒影響不大，熱量損失不超過總?cè)剂狭康?.3%；投資約為電廠投資58%；脫硫費用較低。v缺點：脫硫率不高，一般在鈣硫比為2時，爐膛內(nèi)的脫硫率為1530%，活化器的內(nèi)脫硫效率達到6070%。按照計算公式：1