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[学术论文] 烟气脱硫技术介绍

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naturesu 发表于 2012-12-21 13:38:41 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
1 烟气脱硫技术
      烟气脱硫技术在世界不同类型的电厂中都有应用,目前全世界燃煤电厂已有近万台烟气脱硫装置,总装机容量约1亿kW,单机最大容量为100kW以上。世界上成熟应用于燃煤电厂的烟气脱硫技术有钙法脱硫、海水烟气脱硫和氨法脱硫等三种。
      我国电厂烟气脱硫技术起步于20世纪70年代,相对于发达国家起步较晚、起点很低。烟气脱硫技术变化因素较多、系统要求较高、投资和运行消耗很大,长期以来脱硫市场未形成规模,至最近几年,我国电厂脱硫装置基本上都是引进国外技术和设备并以钙法为主。通过几十年来积极的探索、攻关,我国在电厂烟气脱硫技术方面取得了快速进展,在某些领域已具有自行研发能力和独立知识产权。
  1.1 海水烟气脱硫
      海水烟气脱硫是近几十年来发展成熟的新技术,与发电厂通常的钙法脱硫法相比,海水脱硫有多种优点:
  1)以海水作为吸收剂,不用淡水、药品,不需要处理副产品,所以不需要药品溶解系统、药品贮槽和脱水系统等附属设备;
  2)被吸收的SO2转化成海水中的硫酸盐,不存在废弃物处理等问题;
  3)可以实现脱硫脱氮同步进行,脱硫效率达 95%以上,脱氮效率达60%以上;
  4)不存在设备结垢堵塞的问题;
  5)建设、运行、维护费用较低,运行操作比较简单。对于采用海水冷却的发电厂,可直接将凝汽器循环水引入脱硫装置,无须专门建设取水设施,建设投资大大降低。总脱硫系统相对简单,运行操作比较简单,设备费、运行费和维护费比较低。
      海水脱硫工艺一般适用于靠海边、扩散条件较好、可用海水作为冷却水、燃用低硫煤的电厂。在燃用低硫煤的沿海城市具有良好的应用前景,比较适合福建省沿海地区燃煤电厂使用。福建省海岸线较长,沿海地区经济发达,人口稠密,燃煤电厂较多,环保要求严格,海水脱硫具有明显优势和良好前景。
  1.1.1 海水烟气脱硫原理与工艺
      海水烟气脱硫属于湿法脱硫,是利用海水的天然弱碱性吸收SO2。海水中含有大量的碳酸盐类物质,呈弱后避免了固体副产物的产生。脱硫后的海水经曝气工序处理后直接排入大海。
      锅炉烟气经由高效除尘器>静电除尘器除尘,除尘效率可以达到99%,可以有效去除烟气中的飞灰和重金属,脱硫海水中的悬浮颗粒、重金属含量对海洋生物影响甚微。在脱硫的曝气过程中,海水被鼓入大量空气,这将减少海水中的COD含量,增加海水中的溶解氧含量,对海水生态恢复是有益的。
      每套脱硫机组配备2台脱硫泵和3台曝气泵,单套脱硫装置年耗电1000kW·h,脱硫成本0.015/kW·h。脱硫塔每年进行定期检修,因采用烟气单烟道进入脱硫塔的设计,所以维修期间的发电机组需停机。
  3)海水脱硫环境影响评价
      深圳西部电厂4号机组是我国首套海水烟气脱硫装置,是国家环保总局和国家电力公司的示范项目。在该工程建设的同时,国家电力公司和国家环保总局联合开展的脱硫工艺排水对附近海域水质、海洋生物及海底沉积物影响进行跟踪监测与研究。19999 6日由国家环保总局主持,国家电力公司等单位对西部电厂海水脱硫工程进行验收。验收结论为:各项性能指标均达到或优于设计值,满足国家对该项目的审查要求,符合环保标准;平均脱硫率在95%左右;曝气过程中没有明显的SO2溢出情况,对周围环境没有造成不良影响;工艺排水对海域水质和海洋生物的影响很小。在有条件的海边电厂可以作为一种比选脱硫工艺推广应用。
      在环保指标方面,厦门嵩屿电厂和漳州后石电厂的海水烟气脱硫项目均由厦大和海洋三所对排放海域进行连续监测。环境监测表明:在整个烟气吸收系统及海水恢复系统中,除海水和空气外,没有添加其他任何物质,海水烟气脱硫能够有效处置脱硫副产物,脱硫后海水的pH值为6.88.8,经过脱硫及海水恢复的海水排水pH值达到6.8以上,对海水系统来说可以完全掩盖,脱硫副产物曝气后排入大海,未发现周边海域有异常情况发生。
  1.2 钙法脱硫工艺
      钙法脱硫以石灰石(石灰)为脱硫剂,分为湿法、干法和半干法,是目前世界上应用最广泛的一种脱硫技术。钙法脱硫技术具有原材料资源丰富、价格便宜、在国外相当成熟且公开、获取容易的特点;该工艺脱硫吸收剂利用率高;吸收浆液可循环利用;适用于任何含硫煤种的烟气脱硫,对燃煤电厂规模适应性广;脱硫效率达到95%以上,采用先进的工艺技术可以兼具脱氮功能;脱硫副产物可进一步回收利用作为建筑材料。目前应用的单机容量已达100kW以上。
  1.2.1 钙法脱硫工艺原理
      钙法脱硫工艺采用石灰石或石灰作脱硫吸收剂,石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌制成吸收浆液。当采用石灰为吸收剂时,石灰粉经消化处理后加水搅拌制成吸收浆液。在吸收塔内,吸收浆液通过循环泵打入喷淋层,高覆盖率喷淋可实现与烟气的充分接触混合,从而使烟气中的SO2与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应从而被脱除,最终反应产物为石膏混合物。脱硫后的烟气经除雾器除去其携带的细小液滴,然后通过GGH换热升温后排入烟囱。终产物脱硫石膏浆经脱水装置脱水后回收利用。目前,从美国、日本、德国三国大规模应用的钙法脱硫工艺装置来看,湿式钙法脱硫占主导地位,在美国约占80%、日本约占75%、德国约占90%,应用的单机容量已达100kW以上。我国燃煤电厂也大部分采用了该种脱硫方法,使用比例约占90%以上。
  1.2.2 存在的问题
      由于钙法脱硫具有设施占地面积较大、初始投资成本较高,设备易结垢阻塞、腐蚀及磨损,附产物石膏混合物回收成本高,销路不畅,会产生二次污染,系统复杂、运行费用高等问题,因此这项技术在中国的推广前景不容乐观。
  1.3 氨法烟气脱硫
      氨法烟气脱硫技术工艺成熟,近年来氨法烟气脱硫技术倍受业界众多企业、研究单位的关注。认为氨法是回收法,烟气脱硫利用我国广泛的氨资源生产硫酸铵化肥,可以获得一定的经济效益,达到既治理大气二氧化硫的污染,又变废为宝的目的;同时可以实现同步脱硫、脱硝,利用一台设备可同时清除95%的二氧化硫和 40%的氮氧化物,脱硫副产物可以转化为化肥硫酸铵,避免废渣的二次污染。对减少温室气体起到非常重要的作用,是一项较适应我国国情的、完全资源化的、符合循环经济理念的脱硫技术。
  1.3.1 氨法烟气脱硫工艺
      氨法烟气脱硫工艺根据氨与SO2、水反应生成脱硫产物的基本机理,主要有湿式氨法、电子束氨法、脉冲电晕氨法、简易氨法等。电子束氨法与脉冲电晕氨法分别是用电子束和脉冲电晕照射喷入水和氨的已降温至70左右的烟气,在强电场的作用下,部分烟气分子电离成为高能电子,高能电子激活、裂解、电离其他烟气分子,产生OHOHO2等多种活性粒子和自由基。在反应器里,烟气中的SO2NO被活性粒子和自由基氧化为高价氧化物SO3NO2,与烟气中的H2O相遇后形成H2SO4HNO3,在有NH3或其它中和物的情况下生成(NH4)2SO4/NH4NO3的气溶胶,再由收尘器收集。脉冲电晕放电烟气脱硫脱硝反应器的电场本身同时具有除尘功能。
  1.3.2 氨法烟气脱硫技术的使用
       世界各国都有成功使用氨法烟气脱硫技术的燃煤企业20世纪70年代初,日本与意大利等国开始研制氨法脱硫工艺并相继获得成功。不同工艺的氨法烟气脱硫自20世纪80-90年代开始应用,国外研究氨法烟气脱硫技术的企业主要有:美国GE(通用环境系统公司)、MarsulexPirconBabcock & Wilcox;德国 Lentjes BischoffKruppKoppers(克虏伯公司);日本NKK(日本钢管公司)、IHI、千代田、住友、三菱、荏原等。装置规模从5kW30kW。据统计,全世界目前使用氨法脱硫的机组约为1000kW
      目前,氨法烟气脱硫技术在我国还没有l0kW以上机组的运行业绩,在福建省同类企业中也尚未得到应用。国内氨法烟气脱硫最大的业绩是在天津碱厂建设的 6kW机组氨回收法烟气脱硫装置。1995年,国家计委和科技部将氨法烟气脱硫技术作为国家重点科技攻关项目并列入十五”863项目,经过一些科研机构和企业的多年研究和工业试验,逐渐形成了适合我国国情的氨回收法脱硫技术并树立了工程业绩。
  1.3.3 存在的主要问题
      氨法烟气脱硫技术存在的主要问题是受原料氨的资源和脱硫副产物化肥使用的制约,工程造价与运行费用较高,对设备的防腐要求高,维护费用高。脱硫副产品化肥硫酸铵属于低档次的化肥,在农业上使用可能导致土壤板结,使用此方法的副产品应与农业部门取得联系。同时由于氨法起步较晚、业绩少,也制约了氨法在烟气脱硫上的推广。
  2 结论
      钙法脱硫、海水脱硫和氨法脱硫等三种脱硫技术各有优缺点,适用于不同的地区和企业。三种脱硫技术都可以达到国家对脱硫效率的要求,都可以达到同时脱氮的目的。
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