電子束脫硫技術

關于電子束脫硫技術第1頁，共15頁，2022年，5月20日，11點40分，星期五1前言電子束煙氣脫硫脫氮技術是一項物理與化學緊密結合的高新技術，國外70年代初期就開始了探索研究。日本荏原制作所在1970年即開始研究電子束法脫除煙氣中的SO2與NOx，1973年建成模擬氣體和重油燃燒煙氣的小試裝置；隨后研究證明了電子束照射法可同時脫硫和脫氮；經中試研究進一步掌握了實際設備所需的各項定量參數，長期運轉中試設備的可靠性，并能適應嚴格的環(huán)保標準規(guī)定。對副產品的硫酸銨(含極少量硝酸銨)進行的植物裁培試驗表明：脫硫副產品具有與銷售氮肥相同的質量，對植物的發(fā)育無不良影響。至此，電廠煙氣電子束脫硫工業(yè)性試驗的條件已完全具備。第2頁，共15頁，2022年，5月20日，11點40分，星期五在我國，該技術作為“七五”期間國家重點科技攻關項目，以上海原子能研究所為主曾作過小型試驗，至今仍有一些院校在不斷深入研究。鑒于合作建設SO2脫除裝置在我國很有必要性，同時開發(fā)新的脫硫工藝技術又是電力工業(yè)發(fā)展所必需，在國家計委和原電力工業(yè)部的推進和領導下，1995年初決定由四川省電力局與荏原制作所合作建設電子束脫硫示范裝置。1998年5月，中日合作成都電廠EBA示范項目通過了驗收與技術鑒定。該裝置煙氣處理量30×104m3/h，為目前世界上建成并投運的最大規(guī)模的工業(yè)裝置。第3頁，共15頁，2022年，5月20日，11點40分，星期五2電子束脫硫工藝原理脫硫、脫硝主要機理：（1）游離基的生成：燃煤排煙由氮、氧、水蒸汽、CO2等主要成分及SO2、NOx等微量有害成分構成。當電子束照射煙氣時，電子束能量大部分被煙氣中的氮、氧、水蒸汽所吸收，從而生成富有反應活性的游離基(OH基、O原子、HO2基、N基)：

N2、O2、H2O→OH、O、HO2、N

第4頁，共15頁，2022年，5月20日，11點40分，星期五（2）SO2與NOx的氧化：煙氣中的SO2與NOx,，與因電子束照射而生成的游離基進行反應，分別氧化成硫酸（H2SO4）與硝酸（HNO3）：

SO2HSO3HSO4

SO2SO3HSO4

NOHNO2HNO3

NONO2+OH

NONO2HNO3OHOHOOHH2OOOHOHO2第5頁，共15頁，2022年，5月20日，11點40分，星期五（3）硫酸銨與硝酸銨的生成：已生成的硫酸和硝酸再與電子束照射以前噴入的氨(NH3)進行中和反應，分別生成硫酸銨[(NH4)2SO4)和硝酸銨(NH4NO3))的粉狀微粒，若有尚未反應的剩余的SO2和NH3時，可分別在上述微粒表面進一步進行熱化學反應，從而SO2和NH3的一部分會生成硫酸銨、硝酸銨：

H2SO4+2NH3→(NH4)2SO4

HNO3+NH3→NH4NO3

SO2+2NH3+H2O+1/2O2→(NH4)2SO4

從電子束照射到硫酸銨、硝酸銨生成所需的時間極短，僅約1秒。

第6頁，共15頁，2022年，5月20日，11點40分，星期五3電子束脫硫工藝流程該項技術的工藝流程（見圖1）由排煙冷卻、氨的噴入，電子束照射與副產品收集等工序組成。第7頁，共15頁，2022年，5月20日，11點40分，星期五圖1電子束脫硫工藝流程第8頁，共15頁，2022年，5月20日，11點40分，星期五4電子束脫硫工藝特點

(1)電子束透過力、貫穿力強，經屏蔽后可在反應室內集中供給高能量輻照煙氣。反應速度快、時間短；

(2)在同一反應室內同時脫硫與脫硝；

(3)為干法過程，無廢水排放；

(4)生成的副產品可作農用氮肥，無固體廢棄物；

(5)對煙氣條件的變化適應性強；

(6)實現了自動控制，操作較簡便。第9頁，共15頁，2022年，5月20日，11點40分，星期五5EBA示范項目技術經濟指標（1）煙氣量：30×104m3/h，從華能成都電廠200MW機組670t／h鍋爐煙氣抽取。（2）主要技術參數(設計值)：入口煙氣SO2濃度（最大）5148mg/m3

入口煙氣NOx濃度680mg/m3

入口煙氣煙塵濃度390mg/m3

脫硫效率80％脫氮效率10％電耗量1900kWh／h

水耗量16t／h蒸汽耗量2t／h

出口煙氣氨濃度(即反應剩余濃度)<76mg／m3第10頁，共15頁，2022年，5月20日，11點40分，星期五（3）電子束發(fā)生裝置主要參數：直流高壓電源800kV×l000mA

電子加速器800kV×400mA×2（4）環(huán)境監(jiān)測主要數據：煙氣量29.6×104m3／h

入口煙氣SO2濃度3025mg/m3

入口煙氣NOx濃度464mg/m3

出口煙氣SO2濃度360mg/m3

出口煙氣NOx濃度382mg/m3

脫硫率86.8％脫氮率17.6％出口煙氣氨濃度7.0mg/m3

第11頁，共15頁，2022年，5月20日，11點40分，星期五（5）消耗量均在設計值以內。（6）副產品含氮量分析：N含量=19.34％。（7）反應屏蔽室周圍X射線強度：電子束發(fā)生裝置在800kV×400mA×2額定工況運行時，經由法定檢測單位測試為0.1～0.2μSV/h，低于國家標準中允許X線強度不大于0.6μSV/h(公眾標準)的規(guī)定。（8）建設費用(含脫硫界區(qū)范圍內原有建筑物拆遷費用)9,430萬元，低于國家計委批復的預算控制數10,400萬元。按煙氣處理量30×104m3/h，對應于90MW發(fā)電能力，則單位建設投資約1000元／kW（9）運行費用經測算約為900萬元，扣除副產品銷售收入后為630萬元。每kwh電的脫硫費用約為0.013元，每噸SO2除去的費用約為1000元。第12頁，共15頁，2022年，5月20日，11點40分，星期五6運行狀況與應用分析運行狀況：中日合作成都電廠EBA示范裝置投運以來，運行狀況達到預期效果。以1998年5月22日~5月24日平均值為例，煙氣量30.0833×104m3/h，煙氣入口SO2濃度4358mg/m3

，出口526mg/m3

，脫硫率88％。副產品養(yǎng)分(即含氮量)為18％~20％，經檢測副產品重金屬含量遠低于農用粉煤灰重金屬含量國家標準。植物盆裁與農田試驗的初步結果表明：該副產品對種子發(fā)芽和作物生長均無不良影響，其肥效與等氮量的尿素、硫酸銨相當。因其含有硫素營養(yǎng)，對缺硫土壤和需硫量高的作物更為適宜。副產品作為復合肥生產原料已投放市場，可全部農業(yè)應用。第13頁，共15頁，2022年，5月20日，11點40分，星期五應用分析：

(1)建設投資：如在300MW發(fā)電機組全規(guī)模煙氣量進行電子束脫硫脫氮，則單位造價可控制在800元／kW以內，投資規(guī)模適度。(2)脫除效率：可按脫硫率90％~95％與脫硝率≥60％設計。

(3)運行成本