常規(guī)脫硫技術(shù)概述

1、常規(guī)脫硫技術(shù)概述第一章 常規(guī)脫硫技術(shù)概述中國(guó)能源資源以煤炭為主。 在能源結(jié)構(gòu)方面， 煤炭仍然是我國(guó)的主要一次能源， 因此今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，火力發(fā)電廠仍以燃煤發(fā)電機(jī)組為主， 由此造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染， 特別是由于燃煤后SO2 的排放所造成的酸雨污染?；痣姀S的 SO2 排放量在全國(guó)SO2 總排放量中占有相當(dāng)?shù)谋壤?1995 年全國(guó)工業(yè)燃煤排放的SO2超過(guò)2000萬(wàn)t,排在世界第一位，其中電力行業(yè)排放SO2為630萬(wàn)t,到2000年電力行業(yè)的SO2年排放量約占到全國(guó) SO2 總排放量的 44% ，是 SO2 污染大戶。近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，我國(guó)開(kāi)始加速對(duì)環(huán)境污染的治理。

2、 SO2 是大氣的重要污染物之一，已對(duì)農(nóng)作物、森林、建筑物和人體健康等方面造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，排放的控制十分重要。目前我國(guó)二氧化硫的排放量以每年（ 34 ） % 的速度不斷增長(zhǎng)有55% 的城市二氧化硫超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。因此，采取必要的措施， 控制燃煤電廠的 SO2 排放， 對(duì)于推行電力潔凈生產(chǎn)和改善我國(guó)的大氣環(huán)境質(zhì)量有著十分重要的意義。1 脫硫技術(shù)的分類及基本原理通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外脫硫技術(shù)以及國(guó)內(nèi)電力行業(yè)引進(jìn)脫硫工藝試點(diǎn)廠情況的分析研究，目前脫硫方法一般可劃分為燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫等3 類。其中燃燒后脫硫，又稱煙氣脫硫（ Flue gas desulfurization ，簡(jiǎn)稱 FGD ）

3、,在 FGD 技術(shù)中 ,按脫硫劑的種類劃分, 可分為以下五種方法：以CaCO3 （石灰石）為基礎(chǔ)的鈣法，以 MgO 為基礎(chǔ)的鎂法，以Na2SO3 為基礎(chǔ)的鈉法，以 NH3 為基礎(chǔ)的氨法，以有機(jī)堿為基礎(chǔ)的有機(jī)堿法。世界上普遍使用的商業(yè)化技術(shù)是鈣法，所占比例在 90% 以上。按吸收劑及脫硫產(chǎn)物在脫硫過(guò)程中的干濕狀態(tài)又可將脫硫技術(shù)分為濕法、干法和半干（半濕） 法。 濕法 FGD 技術(shù)是用含有吸收劑的溶液或漿液在濕狀態(tài)下脫硫和處理脫硫產(chǎn)物，該法具有脫硫反應(yīng)速度快、設(shè)備簡(jiǎn)單、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)，但普遍存在腐蝕嚴(yán)重、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高及易造成二次污染等問(wèn)題。 干法 FGD 技術(shù)的脫硫吸收和產(chǎn)物處理均在干狀態(tài)下進(jìn)

4、行， 該法具有無(wú)污水廢酸排出、 設(shè)備腐蝕程度較輕，煙氣在凈化過(guò)程中無(wú)明顯降溫、凈化后煙溫高、利于煙囪排氣擴(kuò)散、二次污染少等優(yōu)點(diǎn)，但存在脫硫效率低， 反應(yīng)速度較慢、設(shè)備龐大等問(wèn)題。 半干法 FGD 技術(shù)是指脫硫劑在干燥狀態(tài)下脫硫、在濕狀態(tài)下再生（如水洗活性炭再生流程），或者在濕狀態(tài)下脫硫、在干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物（如噴霧干燥法）的煙氣脫硫技術(shù)。特別是在濕狀態(tài)下脫硫、在干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物的半干法，以其既有濕法脫硫反應(yīng)速度快、脫硫效率高的優(yōu)點(diǎn)，又有干法無(wú)污水廢酸排出、脫硫后產(chǎn)物易于處理的優(yōu)勢(shì)而受到人們廣泛的關(guān)注。按脫硫產(chǎn)物的用途，可分為拋棄法和回收法兩種。1 1 燃燒前脫硫燃燒前脫硫就是在煤燃燒前把

5、煤中的硫分脫除掉，燃燒前脫硫技術(shù)主要有物理洗選煤法、化學(xué)洗選煤法、煤的氣化和液化、水煤漿技術(shù)等。洗選煤是采用物理、化學(xué)或生物方式對(duì)鍋爐使用的原煤進(jìn)行清洗，將煤中的硫部分除掉，使煤得以凈化并生產(chǎn)出不同質(zhì)量、規(guī)格的產(chǎn)品。微生物脫硫技術(shù)從本質(zhì)上講也是一種化學(xué)法， 它是把煤粉懸浮在含細(xì)菌的氣泡液中， 細(xì)菌產(chǎn)生的酶能促進(jìn)硫氧化成硫酸鹽， 從而達(dá)到脫硫的目的；微生物脫硫技術(shù)目前常用的脫硫細(xì)菌有：屬硫桿菌的氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫桿菌、古細(xì)菌、熱硫化葉菌等。煤的氣化，是指用水蒸汽、氧氣或空氣作氧化劑，在高溫下與煤發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成H2 、 CO 、 CH4等可燃混合氣體（稱作煤氣）的過(guò)程。煤炭液化是將煤轉(zhuǎn)化為

6、清潔的液體燃料（汽油、柴油、航空煤油等）或化工原料的一種先進(jìn)的潔凈煤技術(shù)。水煤漿（ Coal Water Mixture ，簡(jiǎn)稱 CWM ）是將灰份小于10% ，硫份小于0.5%、揮發(fā)份高的原料煤，研磨成25030Ogm的細(xì)煤粉，按 65%70%的煤、30%35%的水和約 1% 的添加劑的比例配制而成，水煤漿可以像燃料油一樣運(yùn)輸、儲(chǔ)存和燃燒，燃燒時(shí)水煤漿從噴嘴高速噴出，霧化成5070Mm的霧滴，在預(yù)熱到600700 c的爐膛內(nèi)迅速蒸發(fā)，并拌有微爆，煤中揮發(fā)分析出而著火，其著火溫度比干煤粉還低。燃燒前脫硫技術(shù)中物理洗選煤技術(shù)已成熟，應(yīng)用最廣泛、最經(jīng)濟(jì)，但只能脫無(wú)機(jī)硫；生物、化學(xué)法脫硫不僅能脫無(wú)機(jī)

7、硫，也能脫除有機(jī)硫，但生產(chǎn)成本昂貴，距工業(yè)應(yīng)用尚有較大距離；煤的氣化和液化還有待于進(jìn)一步研究完善；微生物脫硫技術(shù)正在開(kāi)發(fā)；水煤漿是一種新型低污染代油燃料，它既保持了煤炭原有的物理特性，又具有石油一樣的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，被稱為液態(tài)煤炭產(chǎn)品，市場(chǎng)潛力巨大，目前已具備商業(yè)化條件。煤的燃燒前的脫硫技術(shù)盡管還存在著種種問(wèn)題，但其優(yōu)點(diǎn)是能同時(shí)除去灰分，減輕運(yùn)輸量，減輕鍋爐的沾污和磨損，減少電廠灰渣處理量，還可回收部分硫資源。1 2 燃燒中脫硫，又稱爐內(nèi)脫硫爐內(nèi)脫硫是在燃燒過(guò)程中，向爐內(nèi)加入固硫劑如 CaCO3 等，使煤中硫分轉(zhuǎn)化成硫酸鹽，隨爐渣排除。其基本原理是：CaCO3CaO + CO2tCaO + S

8、O2CaSO3CaSO3 + 1 /2X O2CaSO4（ 1 ） LIMB 爐內(nèi)噴鈣技術(shù)早在本世紀(jì)60 年代末 70 年代初，爐內(nèi)噴固硫劑脫硫技術(shù)的研究工作已開(kāi)展，但由于脫硫效率低于10%30 %,既不能與濕法 FGD相比，也難以滿足高達(dá)90%的脫除率要求。一度被冷落。但在 1981年美國(guó)國(guó)家環(huán)保局 EPA 研究了爐內(nèi)噴鈣多段燃燒降低氮氧化物的脫硫技術(shù)， 簡(jiǎn)稱 LIMB ， 并取得了一些經(jīng)驗(yàn)。Ca S 在 2 以上時(shí)，用石灰石或消石灰作吸收劑，脫硫率分別可達(dá)40% 和 60% 。對(duì)燃用中、低含硫量的煤的脫硫來(lái)說(shuō)，只要能滿足環(huán)保要求，不一定非要求用投資費(fèi)用很高的煙氣脫硫技術(shù)。爐內(nèi)噴鈣脫硫工藝簡(jiǎn)

9、單，投資費(fèi)用低，特別適用于老廠的改造。LIFAC 煙氣脫硫工藝LIFAC 工藝即在燃煤鍋爐內(nèi)適當(dāng)溫度區(qū)噴射石灰石粉，并在鍋爐空氣預(yù)熱器后增設(shè)活化反應(yīng)器，用以脫除煙氣中的 SO2 。芬蘭 Tampella 和 IVO 公司開(kāi)發(fā)的這種脫硫工藝， 于 1986 年首先投入商業(yè)運(yùn)行。 LIFAC工藝的脫硫效率一般為60%85 %。加拿大最先進(jìn)的燃煤電廠Shand 電站采用 LIFAC 煙氣脫硫工藝， 8 個(gè)月的運(yùn)行結(jié)果表明， 其脫硫工藝性能良好， 脫硫率和設(shè)備可用率都達(dá)到了一些成熟的 SO2 控制技術(shù)相當(dāng)?shù)乃健?我國(guó)下關(guān)電廠引進(jìn) LIFAC 脫硫工藝，其工藝投資少、占地面積小、沒(méi)有廢水排放，有利于老

10、電廠改造。 3 燃燒后脫硫，又稱煙氣脫硫（ Flue gas desulfurization ，簡(jiǎn)稱 FGD ）燃煤的煙氣脫硫技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用最廣、效率最高的脫硫技術(shù)。對(duì)燃煤電廠而言，在今后一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)， FGD 將是控制 SO2 排放的主要方法。目前國(guó)內(nèi)外火電廠煙氣脫硫技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)為：脫硫效率高、裝機(jī)容量大、技術(shù)水平先進(jìn)、投資省、占地少、運(yùn)行費(fèi)用低、自動(dòng)化程度高、可靠性好等。 3 1 干式煙氣脫硫工藝該工藝用于電廠煙氣脫硫始于 80 年代初， 與常規(guī)的濕式洗滌工藝相比有以下優(yōu)點(diǎn)： 投資費(fèi)用較低； 脫 硫產(chǎn)物呈干態(tài)，并和飛灰相混；無(wú)需裝設(shè)除霧器及再熱器；設(shè)備不易腐蝕，不易發(fā)生結(jié)垢及堵

11、塞。其缺點(diǎn)是：吸收劑的利用率低于濕式煙氣脫硫工藝；用于高硫煤時(shí)經(jīng)濟(jì)性差；飛灰與脫硫產(chǎn)物相混可能影響綜合利用；對(duì)干燥過(guò)程控制要求很高。（ 1 ） 噴霧干式煙氣脫硫工藝： 噴霧干式煙氣脫硫（簡(jiǎn)稱干法 FGD） ， 最先由美國(guó) JOY 公司和丹麥NiroAtomier 公司共同開(kāi)發(fā)的脫硫工藝， 70 年代中期得到發(fā)展，并在電力工業(yè)迅速推廣應(yīng)用。該工藝用霧化的石灰漿液在噴霧干燥塔中與煙氣接觸， 石灰漿液與 SO2 反應(yīng)后生成一種干燥的固體反應(yīng)物， 最后連同飛灰一起被除塵器收集。 我國(guó)曾在四川省白馬電廠進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)噴霧干法煙氣脫硫的中間試驗(yàn)， 取得了一些經(jīng)驗(yàn)，為在200300MW機(jī)組上采用旋轉(zhuǎn)噴霧干法煙氣

12、脫硫優(yōu)化參數(shù)的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。（ 2 ） 粉煤灰干式煙氣脫硫技術(shù)：日本從1985 年起，研究利用粉煤灰作為脫硫劑的干式煙氣脫硫技術(shù)， 到 1988 年底完成工業(yè)實(shí)用化試驗(yàn)， 1991 年初投運(yùn)了首臺(tái)粉煤灰干式脫硫設(shè)備， 處理煙氣量 644000Nm3/ho其特點(diǎn)：脫硫率高達(dá)60%以上，性能穩(wěn)定，達(dá)到了一般濕式法脫硫性能水平；脫硫劑成本低；用水量少，無(wú)需排水處理和排煙再加熱，設(shè)備總費(fèi)用比濕式法脫硫低1 4 ；煤灰脫硫劑可以復(fù)用；沒(méi)有漿料，維護(hù)容易，設(shè)備系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠。1 3 2 濕法 FGD 工藝世界各國(guó)的濕法煙氣脫硫工藝流程、形式和機(jī)理大同小異，主要是使用石灰石(CaCO3) 、石灰( CaO

13、)或碳酸鈉 (Na2CO3) 等漿液作洗滌劑，在反應(yīng)塔中對(duì)煙氣進(jìn)行洗滌，從而除去煙氣中的 SO2 。這種工藝已有50年的歷史，經(jīng)過(guò)不斷地改進(jìn)和完善后，技術(shù)比較成熟，而且具有脫硫效率高(90%98%),機(jī)組容量大，煤種適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行費(fèi)用較低和副產(chǎn)品易回收等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)美國(guó)環(huán)保局(EPA) 的統(tǒng)計(jì)資料，全美火電廠采用濕式脫硫裝置中，濕式石灰法占 39.6 ，石灰石法占47.4 ，兩法共占 87% ；雙堿法占4.1 ，碳酸鈉法占 3.1 。 世界各國(guó) (如德國(guó)、 日本等 )， 在大型火電廠中， 90% 以上采用濕式石灰石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝流程。石灰或石灰石法主要的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理為：石灰法：SO2 +

14、CaO +1 /2H2OCaSO3?1 /2H2O石灰石法：SO2 + CaCO3 + 1 /2H2OCaSO3?1/ 2H2O + CO2其主要優(yōu)點(diǎn)是能廣泛地進(jìn)行商品化開(kāi)發(fā)，且其吸收劑的資源豐富，成本低廉，廢渣既可拋棄，也可作為商品石膏回收。 目前， 石灰石灰石法是世界上應(yīng)用最多的一種FGD 工藝， 對(duì)高硫煤， 脫硫率可在 90%以上，對(duì)低硫煤，脫硫率可在 95% 以上。傳統(tǒng)的石灰石灰石工藝有其潛在的缺陷，主要表現(xiàn)為設(shè)備的積垢、堵塞、腐蝕與磨損。為了解決這些問(wèn)題，各設(shè)備制造廠商采用了各種不同的方法，開(kāi)發(fā)出第二代、第三代石灰石灰石脫硫工藝系統(tǒng)。濕法 FGD 工藝較為成熟的還有： 氫氧化鎂法；

15、氫氧化鈉法； 美國(guó) Davy Mckee 公司 Wellman-Lord FGD 工藝；氨法等。在濕法工藝中， 煙氣的再熱問(wèn)題直接影響整個(gè)FGD 工藝的投資。 因?yàn)榻?jīng)過(guò)濕法工藝脫硫后的煙氣一般溫度較低 (45 )，大都在露點(diǎn)以下，若不經(jīng)過(guò)再加熱而直接排入煙囪，則容易形成酸霧，腐蝕煙囪，也不利于煙氣的擴(kuò)散。 所以濕法 FGD 裝置一般都配有煙氣再熱系統(tǒng)。 目前， 應(yīng)用較多的是技術(shù)上成熟的再生( 回轉(zhuǎn)) 式煙氣熱交換器(GGH) 。 GGH 價(jià)格較貴，占整個(gè)FGD 工藝投資的比例較高。近年來(lái)，日本三菱公司開(kāi)發(fā)出一種可省去無(wú)泄漏型的 GGH ，較好地解決了煙氣泄漏問(wèn)題，但價(jià)格仍然較高。前德國(guó) SHU

16、 公司開(kāi)發(fā)出一種可省去GGH 和煙囪的新工藝， 它將整個(gè) FGD 裝置安裝在電廠的冷卻塔內(nèi)，利用電廠循環(huán)水余熱來(lái)加熱煙氣，運(yùn)行情況良好，是一種十分有前途的方法。1 4 等離子體煙氣脫硫技術(shù)等離子體煙氣脫硫技術(shù)研究始于70 年代，目前世界上已較大規(guī)模開(kāi)展研究的方法有2 類：( 1 ) 電子束輻照法(EB)電子束輻照含有水蒸氣的煙氣時(shí)，會(huì)使煙氣中的分子如 O2 、 H2O 等處于激發(fā)態(tài)、離子或裂解，產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的自由基O 、 OH 、 HO2 和 O3 等。這些自由基對(duì)煙氣中的 SO2 和 NO 進(jìn)行氧化，分別變成SO3和 NO2 或相應(yīng)的酸。 在有氨存在的情況下， 生成較穩(wěn)定的硫銨和硫硝銨固體， 它們被除塵器捕集下來(lái)而達(dá)到脫硫脫硝的目