煙氣脫硫基本理論

1、煙氣脫硫基本理論目 錄一、煙氣脫硫的必要性和重要性1二、煙氣脫硫工藝簡介3三、石灰石（石灰）石膏濕法脫硫主要特點5四、國內(nèi)煙氣脫硫簡介6五、脫硫反應原理7一、煙氣脫硫的必要性和重要性我國是以燃煤為主的能源結構的國家，煤產(chǎn)量已據(jù)世界第一位，年產(chǎn)量達到12億噸以上，2000年將達15億噸，2010年將達到18億噸。煤炭占一次能源消費總量的75%。燃煤造成的大氣污染有粉塵、SO2、NOX和CO2等，隨著煤炭消費的不斷增長，燃煤排放的二氧化硫也不斷增加，連續(xù)多年超過2000萬噸，已居世界首位，致使我國酸雨和二氧化硫污染日趨嚴重。按污染的工業(yè)部門來分，其順序是火電廠、化工廠和冶煉廠。其中燃煤電廠污染物的

2、排放量占全部工業(yè)排放總量的50%左右（個別地區(qū)可能達到90%以上）。1998年全國發(fā)電裝機容量達到27700萬千瓦，比上年增長9.07%，發(fā)電量達到11577億千瓦時，比1997年增長2.07%。其中火電裝機容量為20988萬千瓦，占75.7%,火電發(fā)電量為9388億千瓦時，占81%。據(jù)初步推算，1998年全國火電廠排放的二氧化硫約為780萬噸，占全國二氧化硫排放量的37.3%。根據(jù)我國電力遠景規(guī)劃：到2000年和2010年，我國電力裝機容量分別將達到2.89億千瓦。其中19902000年增加燃煤機組1.3億千瓦,2000年2010年再增加燃煤機組2.2億千瓦.預測我國燃煤電廠用煤將分別達到2

3、000年的5.1億噸和2010年的9.0億噸.電力行業(yè)將是用煤大戶。如果如此大量的燃煤,未經(jīng)處理即排入大氣,將使我國SO2的排放總量步入世界第一位。以2000年我國煤產(chǎn)量15億噸計算（煤含硫量按平均1.2%計算）SO2排放總量達到1800萬噸。大氣污染將引起嚴重的環(huán)境問題。其中最主要的問題之一就是“環(huán)境酸化”。“環(huán)境酸化”是SO2、NOX排入大氣中有密切的關系。它們以兩種方式進入地面： 濕沉降大氣中的SO2、NOX被雨水冼脫到地面；干沉降大氣中的SO2、NOX直接落到植物或潮濕的地表面。目前我國酸雨已從八十年代西南少數(shù)地區(qū)發(fā)展到長江以南、青藏高原以東和四川盆地的大部分地區(qū)，降水pH值小于5.6

4、的面積（國際評價酸雨的標準）已經(jīng)占國土面積的30%。華中地區(qū)酸雨污染程度已經(jīng)超過八十年代污染最重的西南地區(qū)，酸性降水頻率超過90%。我國很多城市空氣二氧化硫污染十分嚴重，目前已有62%的城市環(huán)境空氣二氧化硫平均濃度超過國家環(huán)境空氣質(zhì)量標準二級標準。日平均濃度超過國家環(huán)境空氣質(zhì)量標準三級標準。根據(jù)1998年中國環(huán)境狀況公報：“我國的大氣環(huán)境污染仍然以煤煙型為主，主要污染物是二氧化硫和煙塵。酸雨問題依然嚴重。1998年二氧化硫排放總量為2090萬噸，其中工業(yè)來源的排放量為1593萬噸，占76.2%；生活來源的排放量497萬噸。在工業(yè)排放的二氧化硫中，縣及縣以上工業(yè)企業(yè)排放1172萬噸，占73.6%

5、;鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)排放421萬噸?！币虼丝刂贫趸蚺欧乓殉缮鐣徒?jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的迫切要求，勢在必行。1、法律的要求 1995年修訂的中華人民共和國大氣污染防治法提出：“在酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)內(nèi)排放二氧化硫的火電廠和其它大中型企業(yè)，屬于新建項目不能采用低硫煤的，必須建設配套脫硫、除塵裝置或者采取其它控制二氧化硫排放、除塵的措施，屬于已建企業(yè)不用低硫煤的應當采用控制二氧化硫排放、除塵措施，國家鼓勵企業(yè)采用先進的脫硫、除塵技術?！?2、國家污染物排放標準的要求 火電廠大氣污染物排放標準（GB132231996），根據(jù)不同時段對火電廠二氧化硫提出不同的控制要求。對1997年1月1日起環(huán)境影響報告待

6、審查批準的新、擴、改建火電廠（第三時段），在實行全廠排放總量控制的基礎上，增加了煙囪二氧化硫排放濃度限制，并與“兩控區(qū)” 和煤的含硫量掛鉤。煤的含硫量大于10%的，最高允許排放濃度為1200mg/m3N，小于或等于1%的，2100mg/m3N，即要求位于“兩控區(qū)”的電廠當燃煤的含硫量大于1%必須脫硫，否則無法達標排放。對于煤的含硫量在1%時以下的電廠，要根據(jù)電廠的允許排放總量和區(qū)域控制總量及當?shù)氐丨h(huán)境質(zhì)量的要求，通過環(huán)境影響評價后確定是否脫硫。 3、國務院對“兩控區(qū)”內(nèi)火電廠二氧化硫控制的要求 根據(jù)國務院關于酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)有關問題的批復（國函19985號），對火電廠二氧化硫排放

7、提出了明確要求，即要求“兩控區(qū)”的火電廠做到：到2000年底達標排放；除以熱定電的熱電廠外，禁止在大中城市城區(qū)及近效區(qū)新建燃煤火電廠；新建、改造燃煤含硫量大于1%的電廠，必須建設脫硫設施；現(xiàn)在燃煤含硫量大于1%的電廠，要在2000年前采取減排措施；在2010年前分期分批建成脫硫設施或采取其它具有相應效果的減排二氧化硫措施。小節(jié)：從污染物的污染情況來看： 灰渣污染是“點”污染； 廢水污染是“流域”污染； 廢氣污染是“全球”污染。 大氣污染是全球性的，將飄越國界，引起國與國之間的糾紛?！八嵊辍焙蚐O2污染已越來越為人類重點關注的問題。二、煙氣脫硫工藝簡介1927年英國為了保護倫敦高層建筑的需要，在

8、泰吾士河岸的巴特富安和班支賽德兩電廠（共120MW），首先采用石灰石脫硫工藝。據(jù)統(tǒng)計，1984年有SO2控制工藝189種，目前已超過200種。主要可分為四類：（1）燃燒前控制-原煤凈化（2）燃燒中控制-硫化床燃燒（CFB）和爐內(nèi)噴吸收劑（3）燃燒后控制-煙氣脫硫（4）新工藝（如煤氣化/聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)、液態(tài)排渣燃燒器）其中大多數(shù)國家采用燃燒后煙氣脫硫工藝。煙氣脫硫則以濕式石灰石/石膏法脫硫工藝作為主流。名 稱濕法半干法干法1石灰/石灰石-石膏循環(huán)流化床（CFB）2海水脫硫噴霧干燥法3堿式硫酸鋁法爐內(nèi)噴鈣增濕活化法電子束照射法（EBA）4水和稀酸吸收法5雙堿法6氨酸法7鈉鹽循環(huán)法、氧化鎂法、海水法自

9、本世紀30年代起已經(jīng)進行過大量的濕式石灰石/石膏法研究開發(fā)，60年代末已有裝置投入商業(yè)運行。ABB公司的第一套實用規(guī)模的濕法煙氣脫硫系統(tǒng)于1968年在美國投入使用。1977年比曉夫公司制造了歐洲第一臺石灰/石灰石石膏法示范裝置。IHI（石川島播磨）的首臺大型脫硫裝置1976年在磯子火電廠1、2號機組應用，采用文丘里管2塔的石灰石石膏法混合脫硫法。三菱重工于1964年完成第一套設備，根據(jù)其運轉(zhuǎn)實績，進行煙氣脫硫裝置的開發(fā)。 第一代FGD系統(tǒng)：在美國和日本從70年代開始安裝。早期的FGD系統(tǒng)包括以下一些流程：石灰基流質(zhì)；鈉基溶液；石灰石基流質(zhì)；堿性飛灰基流質(zhì)；雙堿（石灰和鈉）；鎂基流質(zhì)；Wellm

10、an-Lord流程。采用了廣泛的吸收類型，包括通風型、垂直逆流噴射塔、水平噴射塔，并采用了一些內(nèi)部結構如托盤、填料、玻璃球等來增進反應。 第一代FGD的效率一般為70%85%。除少數(shù)外，副產(chǎn)品無任何商用價值只能作為廢料排放，只有鎂基法和Wellman-Lord法產(chǎn)出有商用價值的硫和硫酸。特征是初投資不高，但運行維護費高而系統(tǒng)可靠性低。結垢和材料失效是最大的問題。隨著經(jīng)驗的增長，對流程做了改進，降低了運行維護費提高可靠性。 第二代FGD系統(tǒng)：在80年代早期開始安裝。為了克服第一代系統(tǒng)中的結垢和材料問題，出現(xiàn)了干噴射吸收器，爐膛和煙道噴射石灰和石灰石也接近了商業(yè)運行。然而占主流的FGD 技術還是石

11、灰基、石灰石基的濕清洗法，利用填料和玻璃球等的通風清洗法消失了。改進的噴射塔和淋盤塔是最常見的。 流程不同其效率也不同。最初的干噴射FGD可達到70%80%，在某些改進情形下可達到90%，爐膛和煙道噴射法可達到30%50%，但反應劑消耗量大。隨著對流程的改進和運行經(jīng)驗的提高，可達到90%的效率。美國所有第二代FGD系統(tǒng)的副產(chǎn)物都作為廢物排走了。然而在日本和德國，在石灰石基濕清洗法中把固態(tài)副產(chǎn)品強制氧化，得到在某些工農(nóng)業(yè)領域中有商業(yè)價值的石膏。第二代FGD系統(tǒng)在運行維護費用和系統(tǒng)可靠性方面都有所進步。 第三代FGD系統(tǒng)：爐膛和煙道噴射流程得到了改進，而LIFAC和流化床技術也發(fā)展起來了。通過廣泛

12、采用強制氧化和鈍化技術，影響石灰、石灰石基系統(tǒng)可靠性的結垢問題基本解決了。隨著對化學過程的進一步了解和使用二基酸（DBA）這樣的添加劑，這些系統(tǒng)的可靠性可以達到95%以上。鈍化技術和DBA都應用于第二代FGD系統(tǒng)以解決存在的問題。許多這些系統(tǒng)的脫硫效率達到了95%或更高。有些系統(tǒng)的固態(tài)副產(chǎn)品可以應用于農(nóng)業(yè)和工業(yè)。在德國和日本，生產(chǎn)石膏已是電廠的一個常規(guī)項目。隨著設備可靠性的提高，設置冗余設備的必要性減小了，單臺反應器的煙氣處理量越來越大。在70年代因投資大、運行費用高和存在腐蝕、結垢、堵塞等問題，在火電廠中聲譽不佳。經(jīng)過15年實踐和改進，工作性能與可靠性有很大提高，投資和運行費用大幅度降低，使

13、它的下列優(yōu)點較為突出：（1）有在火電廠長期應用的經(jīng)驗；（2）脫硫效率和吸收利用率高（有的機組在Ca/S接近于1時，脫硫率超過90%）；（3）可用性好（最近安裝的機組，可用性已超過90%）。人們對濕法的觀念，從而發(fā)生轉(zhuǎn)變。目前它是應用最廣，技術最成熟的工藝，運行可靠、檢修周期長，采用經(jīng)濟實用、廉價的石灰石細粉作為吸收劑，與煙氣中的SO2反應，經(jīng)過幾個反應步驟，生成副產(chǎn)品石膏。椐統(tǒng)計，全世界現(xiàn)有煙氣脫硫裝置中，濕法約占85%（其中石灰石/石膏系統(tǒng)為36.7%，其它濕法48.3%），噴霧干燥系統(tǒng)8.4%，吸收劑再生系統(tǒng)3.4%，煙道內(nèi)噴吸收劑1.9%。三、石灰石（石灰）石膏濕法脫硫主要特點 （1）脫

14、硫效率高。石灰石（石灰）石膏濕法脫硫工藝脫硫率高達95%以上，脫硫后的煙氣不但二氧化硫濃度很低，而且煙氣含塵量也大大減少。大機組采用濕法脫硫工藝，二氧化硫脫除量大，有利于地區(qū)和電廠實行總量控制。 （2）技術成熟，運行可靠性好。國外火電廠石灰石(石灰)一石膏濕法脫硫裝置投運率一般可達98%以上，由于其發(fā)展歷史長，技術成熟，運行經(jīng)驗多，因此不會因脫硫設備而影響鍋爐的正常運行。特別是新建的大機組采用濕法脫硫工藝，使用壽命長，可取得良好的投資效益。 (3)對煤種變化的適應性強。該工藝適用于任何含 硫量的煤種的煙氣脫硫，無論是含硫量大于3%的高硫煤，還是含硫量低于1%的低硫煤，石灰石(石灰)一石膏濕法脫

15、硫工藝都能適應。 (4)占地面積大，一次性建設投資相對較大。石灰石(石灰) 一石膏濕法脫硫工藝比其它工藝的占地面積要大，所以現(xiàn)有電廠在沒有預留脫硫場地的情況下采用該工藝有一定的難度，其一次性建設投資比其它工藝也要高一些。 (5)吸收劑資源豐富，價格便宜。作為石灰石(石灰) 一石膏濕法脫硫工藝吸收劑的石灰石，在我國分布很廣，資源豐富，許多地區(qū)石灰石品位也很好，碳酸鈣含量在90%以上，優(yōu)者可達95%以上。在脫硫工藝的各種吸收劑中，石灰石價格最便宜，破碎磨細較簡單，鈣利用率較高。 (6)脫硫副產(chǎn)物便于綜合利用。石灰石(石灰) 一石膏濕法脫硫工藝的脫硫副產(chǎn)物為二水石膏。在日本、德國脫硫石膏年產(chǎn)量分別為

16、250萬噸和350萬噸左右，基本上都能綜合利用，主要用途是用于生產(chǎn)建材產(chǎn)品和水泥緩凝劑。脫硫副產(chǎn)物綜合利用，不僅可以增加電廠效益、降低運行費用，而且可以減少脫硫副產(chǎn)物處置費用，延長灰場使用年限。 (7)技術進步快。近年來國外對石灰石(石灰) 一石膏濕法工藝進行了深入的研究與不斷的改進，如吸收裝置由原來的冷卻、吸收、氧化三塔合為一塔，塔內(nèi)流速大幅度提高，噴嘴性能進一步改善等。通過技術進步和創(chuàng)新，可望使該工藝占地面積較大、造價較高的問題逐步得到妥善解決。項 目石灰石/石膏濕法脫硫工藝雙堿法脫硫工藝海水脫硫工藝噴霧干燥法脫硫工藝氨法脫硫工藝循環(huán)流化床脫硫工藝電子束法脫硫工藝工 藝型 式濕 法濕 法濕

17、法半干法干法干法干法脫硫劑石 灰 石鎂基和鈉基石灰海水石灰氨石灰石氨副產(chǎn)品狀 態(tài)濕 態(tài)濕 態(tài)濕態(tài)干態(tài)干態(tài)干態(tài)干態(tài)燃 煤含硫量無 限 制可適用高硫煤1%左右低硫煤中、低硫煤高硫煤中、低硫煤中、低硫煤脫硫率高高一般一般高一般適 用范 圍大容量最大裝機容量1000MW中等容量試驗中等容量最大200MW機組中、小容量小型工業(yè)試驗階段投 資中中低中低中中運行費中低低高低中高四、國內(nèi)煙氣脫硫簡介七十年代以來我國煙氣脫硫試驗、研究、開發(fā)情況：1）1974年1976年，上海閘北電廠進行石灰石石膏法煙氣脫硫的工程試驗，試驗規(guī)模為2500米3/時。2）1977年，上海市南市電廠進行稀酸催化氧化法試驗，規(guī)模為500

18、米3/時。3）1978年，湖南300電廠進行亞硫酸鈉法試驗，規(guī)模為5000米3/時。4）1979年，湖北松木坪電廠含碘銨肥法小試，規(guī)模為5000米3/時。5）1982年，四川成都電廠進行磷活性碳法試驗，規(guī)模為1359米3/時。1988年，四川豆壩電廠中試，規(guī)模為5000米3/時。1994年1996年四川豆壩電廠工程試驗，規(guī)模為810萬米3/時，國家重點項目，投資810890萬元。6）1984年，四川內(nèi)江白馬電廠旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法試驗，規(guī)模為5000米3/時。1988年進行中試，規(guī)模為70000米3/時，投資1100萬元，已經(jīng)國家鑒定。原決定“八五”進行示范工程，后因故未安排。7）四川重慶天原化工廠

19、自備電廠2*35噸/時鍋爐進行亞硫酸鈉法試驗，投資23千萬元，運行18天，因系統(tǒng)堵塞被迫停運。8）四川重慶珞璜電廠2*36萬千瓦機組，進口日本三菱公司石灰石石膏法技術。設備費3600萬美元，已投運。9）利用日本贈款試驗電廠：山東青島黃島電廠進行旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法中試，已試運行。由日本電源開發(fā)公司投資36。5億日元（其中設備費7000萬日元），規(guī)模30萬米3/時。設備由三菱公司負責制造、安裝。陜西太原第一熱電廠日本投資36億日元進行簡易濕式石灰石工藝工程試驗。規(guī)模30萬米3/時。四川成都電廠日本投資1100萬美元進行電子束氨法工程試驗，規(guī)模也是30萬米3/時。10）利用德國政府的軟貸款都是石灰石石膏法工藝，參與電廠有北京東郊2410T/H熱電廠、杭州半山212.5KW電廠、重慶220萬KW電廠。11）深圳瑪灣電廠二期工程西部電廠用AB公司的海水脫硫技術。規(guī)模是30萬千瓦機組，投資1570萬美元（不包括土建安裝）。12）貴州貴陽電廠8#爐5萬千瓦機組用石灰石拋棄法進行工程試驗。投資約500萬元。是“八五”的任務。13）武漢水力電力大學開發(fā)的濕式石灰石三相流化床除塵脫硫工藝。14）南京下