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        煤氣脫硫的幾種方式方法
        發布人:admin 發布時間:2015-04-15 瀏覽次數:1310次

        將煤中的硫元素用鈣基等方法固定成為固體防止燃燒時生成SO2,通過對國內外脫硫技術以及國內電力行業引進脫硫工藝試點廠情況的分析研究,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,簡稱FGD),在FGD技術中,按脫硫劑的種類劃分,可分為以下五種方法:以CaCO3(石灰石)為基礎的鈣法,以MgO為基礎的鎂法,以Na2SO3為基礎的鈉法,以NH3為基礎的氨法,以有機堿為基礎的有機堿法。世界上普遍使用的商業化技術是鈣法,所占比例在90%以上。按吸收劑脫硫產物在脫硫過程中的干濕狀態又可將脫硫技術分為濕法、干法和半干(半濕)法。濕法FGD技術是用含有吸收劑的溶液或漿液在濕狀態下脫硫和處理脫硫產物,該法具有脫硫反應速度快、設備簡單、脫硫效率高等優點,但普遍存在腐蝕嚴重、運行維護費用高及易造成二次污染等問題。干法FGD技術的脫硫吸收和產物處理均在干狀態下進行,該法具有無污水廢酸排出、設備腐蝕程度較輕,煙氣在凈化過程中無明顯降溫、凈化后煙溫高、利于煙囪排氣擴散、二次污染少等優點,但存在脫硫效率低,反應速度較慢、設備龐大等問題。半干法FGD技術是指脫硫劑在干燥狀態下脫硫、在濕狀態下再生(如水洗活性炭再生流程),或者在濕狀態下脫硫、在干狀態下處理脫硫產物(如噴霧干燥法)的煙氣脫硫技術。特別是在濕狀態下脫硫、在干狀態下處理脫硫產物的半干法,以其既有濕法脫硫反應速度快、脫硫效率高的優點,又有干法無污水廢酸排出、脫硫后產物易于處理的優勢而受到人們廣泛的關注。按脫硫產物的用途,可分為拋棄法和回收法兩種。

        2工藝種類

        石膏法

        石灰石——石膏法脫硫工藝是世界上應用最廣泛的一種脫硫技 術,日本、德國、美國的火力發電廠采用的煙氣脫硫裝置約90%采用此工藝。
        它的工作原理是:將石灰石粉加水制成漿液作為吸收劑泵入吸收塔與煙氣充分接觸混合,煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及從塔下部鼓入的空氣進行氧化反應生成硫酸鈣,硫酸鈣達到一定飽和度后,結晶形成二水石膏。經吸收塔排出的石膏漿液經濃縮、脫水,使其含水量小于10%,然后用輸送機送至石膏貯倉堆放,脫硫后的煙氣經過除霧器除去霧滴,再經過換熱器加熱升溫后,由煙囪排入大氣。由于吸收塔內吸收劑漿液通過循環泵反復循環與煙氣接觸,吸收劑利用率很高,鈣硫比較低,脫硫效率可大于95%。
        系統組成:
        (1)石灰石儲運系統
        (2)石灰石漿液制備及供給系統
        (3)煙氣系統
        (4)SO2 吸收系統
        (5)石膏脫水系統
        (6)石膏儲運系統
        (7)漿液排放系統
        (8)工藝水系統
        (9)壓縮空氣系統
        (10)廢水處理系統
        (11)氧化空氣系統
        (12)電控制系統
        技術特點:
        ⑴、吸收劑適用范圍廣:在FGD裝置中可采用各種吸收劑,包括石灰石、石灰、鎂石、廢蘇打溶液等;
        ⑵、燃料適用范圍廣:適用于燃燒煤、重油、奧里油,以及石油焦等燃料的鍋爐的尾氣處理;
        ⑶、燃料含硫變化范圍適應性強:可以處理燃料含硫量高達8%的煙氣;
        ⑷、機組負荷變化適應性強:可以滿足機組在15~100%負荷變化范圍內的穩定運行;
        ⑸、脫硫效率高:一般大于95%,最高達到98%;
        ⑹、專利托盤技術:有效降低液/氣比,有利于塔內氣流均布,節省物耗及能耗,方便吸收塔內件檢修;
        ⑺、吸收劑利用率高:鈣硫比低至1.02~1.03;
        ⑻、副產品純度高:可生產純度達95%以上的商品級石膏;
        ⑼、燃煤鍋爐煙氣的除塵效率高:達到80%~90%;
        ⑽、交叉噴淋管布置技術:有利于降低吸收塔高度。
        推薦的適用范圍:
        ⑴、200MW及以上的中大型新建或改造機組;
        ⑵、燃煤含硫量在0.5~5%及以上;
        ⑶、要求的脫硫效率在95%以上;
        ⑷、石灰石較豐富且石膏綜合利用較廣泛的地區

        噴霧干燥法

        噴霧干燥法脫硫工藝以石灰為脫硫吸收劑,石灰經消化并加水制成消石灰乳,消 石灰乳由泵打入位于吸收塔內的霧化裝置,在吸收塔內,被霧化成細小液滴的吸收劑與煙氣混合接觸,與煙氣中的SO2發生化學反應生成CaSO3,煙氣中的SO2被脫除。與此同時,吸收劑帶入的水分迅速被蒸發而干燥,煙氣溫度隨之降低。脫硫反應產物及未被利用的吸收劑以干燥的顆粒物形式隨煙氣帶出吸收塔,進入除塵器被收集下來。脫硫后的煙氣經除塵器除塵后排放。為了提高脫硫吸收劑的利用率,一般將部分除塵器收集物加入制漿系統進行循環利用。該工藝有兩種不同的霧化形式可供選擇,一種為旋轉噴霧輪霧化,另一種為氣液兩相流。
        噴霧干燥法脫硫工藝具有技術成熟、工藝流程較為簡單、系統可靠性高等特點,脫硫率可達到85%以上。該工藝在美國及西歐一些國家有一定應用范圍(8%)。脫硫灰渣可用作制磚、筑路,但多為拋棄至灰場或回填廢舊礦坑。

        磷銨肥法

        磷銨肥法煙氣脫硫技術屬于回收法,以其副產品為磷銨而命名。該工藝 過程主要由吸附(活性炭脫硫制酸)、萃?。ㄏ×蛩岱纸饬椎V萃取磷酸)、中和(磷銨中和液制備)、吸收(磷銨液脫硫制肥)、氧化(亞硫酸銨氧化)、濃縮干燥(固體肥料制備)等單元組成。它分為兩個系統:
        煙氣脫硫系統——煙氣經高效除塵器后使含塵量小于200mg/Nm3,用風機將煙壓升高到7000Pa,先經文氏管噴水降溫調濕,然后進入四塔并列的活性炭脫硫塔組(其中一只塔周期性切換再生),控制一級脫硫率大于或等于70%,并制得30%左右濃度的硫酸,一級脫硫后的煙氣進入二級脫硫塔用磷銨漿液洗滌脫硫,凈化后的煙氣經分離霧沫后排放。
        肥料制備系統——在常規單槽多漿萃取槽中,同一級脫硫制得的稀硫酸分解磷礦粉(P2O5 含量大于26%),過濾后獲得稀磷酸(其濃度大于10%),加氨中和后制得磷氨,作為二級脫硫劑,二級脫硫后的料漿經濃縮干燥制成磷銨復合肥料。

        爐內噴鈣尾部增濕法

        爐內噴鈣加尾部煙氣增濕活化脫硫工藝是在爐內噴鈣脫硫工藝的基礎上在鍋爐尾部增設了增濕段,以提高脫硫效率。該工藝多以石灰石粉為吸收劑,石灰石粉由氣力噴入爐膛850~1150℃ 溫度區,石灰石受熱分解為氧化鈣和二氧化碳,氧化鈣與煙氣中的二氧化硫反應生成亞硫酸鈣。由于反應在氣固兩相之間進行,受到傳質過程的影響,反應速度較慢,吸收劑利用率較低。在尾部增濕活化反應器內,增濕水以霧狀噴入,與未反應的氧化鈣接觸生成氫氧化鈣進而與煙氣中的二氧化硫反應。當鈣硫比控制在2.0~2.5時,系統脫硫率可達到65~80%。由于增濕水的加入使煙氣溫度下降,一般控制出口煙氣溫度高于露點溫度10~15℃,增濕水由于煙溫加熱被迅速蒸發,未反應的吸收劑、反應產物呈干燥態隨煙氣排出,被除塵器收集下來。
        該脫硫工藝在芬蘭、美國、加拿大、法國等國家得到應用,采用這一脫硫技術的最大單機容量已達30萬千瓦。

        煙氣循環流化床法

        煙氣循環流化床脫硫工藝由吸收劑制備、吸收塔、脫硫灰再循環、除塵 器及控制系統等部分組成。該工藝一般采用干態的消石灰粉作為吸收劑,也可采用其它對二氧化硫吸收反應能力的干粉或漿液作為吸收劑。
        由鍋爐排出的未經處理的煙氣從吸收塔(即流化床)底部進入。吸收塔底部為一個文丘里裝置,煙氣流經文丘里管后速度加快,并在此與很細的吸收劑粉末互相混合,顆粒之間、氣體與顆粒之間劇烈摩擦,形成流化床,在噴入均勻水霧降低煙溫的條件下,吸收劑與煙氣中的二氧化硫反應生成CaSO3 和CaSO4。脫硫后攜帶大量固體顆粒的煙氣從吸收塔頂部排出,進入再循環除塵器,被分離出來的顆粒經中間灰倉返回吸收塔,由于固體顆粒反復循環達百次之多,故吸收劑利用率較高。
        此工藝所產生的副產物呈干粉狀,其化學成分與噴霧干燥法脫硫工藝類似,主要由飛灰、CaSO3、CaSO4和未反應完的吸收劑Ca(OH)2等組成,適合作廢礦井回填、道路基礎等。
        典型的煙氣循環流化床脫硫工藝,當燃煤含硫量為2%左右,鈣硫比不大于1.3時,脫硫率可達90%以上,排煙溫度約70℃。此工藝在國外目前應用在10~20萬千瓦等級機組。由于其占地面積少,投資較省,尤其適合于老機組煙氣脫硫。

        海水脫硫

        海水脫硫工藝是利用海水的堿度達到脫除煙氣中二氧化硫的一種脫硫方法 。在脫硫吸收塔內,大量海水噴淋洗滌進入吸收塔內的燃煤煙氣,煙氣中的二氧化硫被海水吸收而除去,凈化后的煙氣經除霧器除霧、經煙氣換熱器加熱后排放。吸收二氧化硫后的海水與大量未脫硫的海水混合后,經曝氣池曝氣處理,使其中的SO32-被氧化成為穩定的SO42-,并使海水的PH值與COD調整達到排放標準后排放大海。海水脫硫工藝一般適用于靠海邊、擴散條件較好、用海水作為冷卻水、燃用低硫煤的電廠。海水脫硫工藝在挪威比較廣泛用于煉鋁廠、煉油廠等工業爐窯的煙氣脫硫,先后有20多套脫硫裝置投入運行。近幾年,海水脫硫工藝在電廠的應用取得了較快的進展。此種工藝最大問題是煙氣脫硫后可能產生的重金屬沉積和對海洋環境的影響需要長時間的觀察才能得出結論,因此在環境質量比較敏感和環保要求較高的區域需慎重考慮。

        電子束法

        該工藝流程有排煙預除塵、煙氣冷卻、氨的充入、電子束照射和副產品捕 集等工序所組成。鍋爐所排出的煙氣,經過除塵器的粗濾處理之后進入冷卻塔,在冷卻塔內噴射冷卻水,將煙氣冷卻到適合于脫硫、脫硝處理的溫度(約70℃)。煙氣的露點通常約為50℃,被噴射呈霧狀的冷卻水在冷卻塔內完全得到蒸發,因此,不產生廢水。通過冷卻塔后的煙氣流進反應器,在反應器進口處將一定的氨水、壓縮空氣和軟水混合噴入,加入氨的量取決于SOx濃度和NOx濃度,經過電子束照射后,SOx和NOx在自由基作用下生成中間生成物硫酸(H2SO4)和硝酸(HNO3)。然后硫酸和硝酸與共存的氨進行中和反應,生成粉狀微粒(硫酸氨(NH4)2SO4與硝酸氨NH4NO3的混合粉體)。這些粉狀微粒一部分沉淀到反應器底部,通過輸送機排出,其余被副產品除塵器所分離和捕集,經過造粒處理后被送到副產品倉庫儲藏。凈化后的煙氣經脫硫風機由煙囪向大氣排放。

        氨水洗滌法

        該脫硫工藝以氨水為吸收劑,副產硫酸銨化肥。鍋爐排出的煙氣經煙氣換 熱器冷卻至90~100℃,進入預洗滌器經洗滌后除去HCI和HF,洗滌后的煙氣經過液滴分離器除去水滴進入前置洗滌器中。在前置洗滌器中,氨水自塔頂噴淋洗滌煙氣,煙氣中的SO2被洗滌吸收除去,經洗滌的煙氣排出后經液滴分離器除去攜帶的水滴,進入脫硫洗滌器。在該洗滌器中煙氣進一步被洗滌,經洗滌塔頂的除霧器除去霧滴,進入脫硫洗滌器。再經煙氣換熱器加熱后經煙囪排放。洗滌工藝中產生的濃度約30%的硫酸銨溶液排出洗滌塔,可以送到化肥廠進一步處理或直接作為液體氮肥出售,也可以把這種溶液進一步濃縮蒸發干燥加工成顆粒、晶體或塊狀化肥出售。

        燃燒前脫硫法

        燃燒前脫硫就是在煤燃燒前把煤中的硫分脫除掉,燃燒前脫硫技術主要有物理洗選煤法、化學洗選煤法、添加固硫劑、煤的氣化和液化、水煤漿技術等。洗選煤是采用物理、化學或生物方式對鍋爐使用的原煤進行清洗,將煤中的硫部分除掉,使煤得以凈化并生產出不同質量、規格的產品。微生物脫硫技術從本質上講也是一種化學法,它是把煤粉懸浮在含細菌的氣泡液中,細菌產生的酶能促進硫氧化成硫酸鹽,從而達到脫硫的目的;微生物脫硫技術目前常用的脫硫細菌有:屬硫桿菌的氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫桿菌、古細菌、熱硫化葉菌等。添加固硫劑是指在煤中添加具有固硫作用的物質,并將其制成各種規格的型煤,在燃燒過程中,煤中的含硫化合物與固硫劑反應生成硫酸鹽等物質而留在渣中,不會形成SO2。煤的氣化,是指用水蒸汽、氧氣或空氣作氧化劑,在高溫下與煤發生化學反應,生成H2、CO、CH4等可燃混合氣體(稱作煤氣)的過程。煤炭液化是將煤轉化為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的潔凈煤技術。水煤漿(Coal Water Mixture,簡稱CWM)是將灰份小于10%,硫份小于0.5%、揮發份高的原料煤,研磨成250~300μm的細煤粉,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輸、儲存和燃燒,燃燒時水煤漿從噴嘴高速噴出,霧化成50~70μm的霧滴,在預熱到600~700℃的爐膛內迅速蒸發,并拌有微爆,煤中揮發分析出而著火,其著火溫度比干煤粉還低。
        燃燒前脫硫技術中物理洗選煤技術已成熟,應用最廣泛、最經濟,但只能脫無機硫;生物、化學法脫硫不僅能脫無機硫,也能脫除有機硫,但生產成本昂貴,距工業應用尚有較大距離;煤的氣化和液化還有待于進一步研究完善;微生物脫硫技術正在開發;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性和穩定性,被稱為液態煤炭產品,市場潛力巨大,目前已具備商業化條件。
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