常用氣脫硫技術(shù)優(yōu)缺點分析論文

時間:2022-10-15 09:23:00

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常用氣脫硫技術(shù)優(yōu)缺點分析論文

摘要:本文闡述了煙氣脫硫當(dāng)中的幾中脫硫技術(shù)之間的優(yōu)缺點

關(guān)鍵詞:煙氣脫硫高脫硫率工藝中脫硫率工藝低脫硫率工藝

前言

我國的能源以燃煤為主,占煤炭產(chǎn)量75%的原煤用于直接燃燒,煤燃燒過程中產(chǎn)生嚴(yán)重污染,如煙氣中CO2是溫室氣體,SOx可導(dǎo)致酸雨形成,NOX也是引起酸雨元兇之一,同時在一定條件下還可破壞臭氧層以及產(chǎn)生光化學(xué)煙霧等,倫敦正是由于光化學(xué)煙霧的原因,整天被霧所籠罩著,所以才會有霧都之稱。總之燃煤產(chǎn)生的煙氣是造成中國生態(tài)環(huán)境破壞的最大污染源之一。

中國的能源消費占世界的8%~9%,SO2的排放量占到世界的15.1%,燃煤所排放的SO2又占全國總排放量的87%。中國煤炭一年的產(chǎn)量和消費高達(dá)12億噸,SO2的年排放量為2000多噸,預(yù)計到2010年中國煤炭量將達(dá)18億噸,如果不采用控制措施,SO2的排放量將達(dá)到3300萬噸。據(jù)估算,每削減1萬噸SO2的費用大約在1億元左右,到2010年,要保持中國目前的SO2排放量,投資接近1千億元,如果想進一步降低排放量,投資將更大。為此1995年國家頒布了新的《大氣污染防治法》,并劃定了SO2污染控制區(qū)及酸雨控制區(qū)。各地對SO2的排放控制越來越嚴(yán)格,并且開始實行SO2排放收費制度。

隨著人們環(huán)境意識的不斷增強,減少污染源、凈化大氣、保護人類生存環(huán)境的問題正在被億萬人們所關(guān)心和重視,尋求解決這一污染措施,已成為當(dāng)代科技研究的重要課題之一。因此控制SO2的排放量,既需要國家的合理規(guī)劃,更需要適合中國國情的低費用、低耗本的脫硫技術(shù)。

正文

煙氣脫硫經(jīng)過了近30年的發(fā)展已經(jīng)成為一種成熟穩(wěn)定的技術(shù),在世界各國的燃煤電廠中各種類型的煙氣脫硫裝置已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。從煙氣脫硫技術(shù)的種類來看,除了濕式洗滌工藝得到了進一步的發(fā)展和完善外,其他許多脫硫工藝也進行了研究,并有一部分工藝在燃煤電廠得到了使用。煙氣脫硫技術(shù)是控制SO2和酸雨的有效手段之一,根據(jù)脫硫工藝脫硫率的高低,可以分為高脫硫率工藝、中等脫硫率工藝和低脫硫率工藝;最常用是按照吸收劑和脫硫產(chǎn)物的狀態(tài)進行分類可以分為三種:濕法煙氣脫硫、半干法煙氣脫硫和干法煙氣脫硫。

濕法煙氣脫硫工藝是采用液體吸收劑洗滌SO2煙氣以脫除SO2。常用方法為石灰/石灰石吸收法、鈉堿法、鋁法、催化氧化還原法等,濕法煙氣脫硫技術(shù)以其脫硫效率高、適應(yīng)范圍廣、鈣硫比低、技術(shù)成熟、副產(chǎn)物石膏可做商品出售等優(yōu)點成為世界上占統(tǒng)治地位的煙氣脫硫方法。但由于濕法煙氣脫硫技術(shù)具有投資大、動力消耗大、占地面積大、設(shè)備復(fù)雜、運行費用和技術(shù)要求高等缺點,所以限制了它的發(fā)展速度。

半干法煙氣脫硫工藝是采用吸收劑以漿液狀態(tài)進入吸收塔(洗滌塔),脫硫后所產(chǎn)生的脫硫副產(chǎn)品是干態(tài)的工藝流程。

干法煙氣脫硫工藝是采用吸收劑進入吸收塔,脫硫后所產(chǎn)生的脫硫副產(chǎn)品是干態(tài)的工藝流程,干法脫硫技術(shù)與濕法相比具有投資少、占地面積小、運行費用低、設(shè)備簡單、維修方便、煙氣無需再熱等優(yōu)點,但存在著鈣硫比高、脫硫效率低、副產(chǎn)物不能商品化等缺點。

自20世紀(jì)80年代末,經(jīng)過對干法脫硫技術(shù)中存在的主要問題的大量研究和不斷的改進,現(xiàn)在已取得突破性進展。有代表性的噴霧干燥法、活性炭法、電子射線輻射法、填充電暈法、荷電干式吸收劑噴射脫硫技術(shù)、爐內(nèi)噴鈣尾部增濕法、煙氣循環(huán)流化床技術(shù)、爐內(nèi)噴鈣循環(huán)流化床技術(shù)等一批新的煙氣脫硫技術(shù)已成功地開始了商業(yè)化運行,其脫硫副產(chǎn)物脫硫灰已成功地用在鋪路和制水泥混合材料方面。這一些技術(shù)的進步,迎來了干法、半干法煙氣脫硫技術(shù)的新的快速發(fā)展時期。

傳統(tǒng)的石灰石/石膏法脫硫與新的干法、半干法煙氣脫硫技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的比較見表1。表1說明在脫硫效率相同的條件下,干法、半干法脫硫技術(shù)與濕法相比,在單位投資、運行費用和占地面積的方面具有明顯優(yōu)勢,將成為具有產(chǎn)業(yè)化前景的煙氣脫硫技術(shù)。

本文主要論述了高脫硫率工藝——濕式洗滌工藝,主要是石灰石—石膏工藝;中脫硫率工藝——噴霧干燥工藝、爐內(nèi)噴鈣加濕活化工藝、煙氣循環(huán)流化床和電子束照工藝;低脫硫率工藝——爐內(nèi)噴射工藝和管道噴射工藝。

1.低脫硫率工藝脫硫率≤70%

低脫硫率工藝主要包括爐內(nèi)噴射工藝和管道噴射工藝。這些工藝的特點是投資費用低,但運行成本高,在煤中含硫量高。此工藝適用于剩余壽命短或現(xiàn)場安裝空間有限的調(diào)峰機組的改造。

低脫硫率的煙氣脫硫工藝的特征

特性脫硫工藝

爐內(nèi)噴鈣管道噴射

SO2脫除率(%)35%~50%50%~70%

使用的吸收劑石灰

石灰石石灰

脫硫副產(chǎn)品的處置與利用灰場堆放

土地回填灰場堆放

土地回填

對電廠現(xiàn)有設(shè)備的影響由于灰量增加,除塵器效率應(yīng)提高

對煙氣壓降影響最小由于灰量增加,除塵器效率應(yīng)提高

對煙氣壓降影響最小

對電廠的發(fā)電機組和設(shè)備運行的影響鍋爐水冷壁管有結(jié)焦的可能

空預(yù)器堵塞

粉塵排放增加

電耗增加很少

無廢水排放

飛灰綜合利用困難煙道中可能會積灰

電耗增加很少

水耗增加很少

飛灰綜合利用困難

運行經(jīng)驗已經(jīng)有商業(yè)化運行

供應(yīng)廠商不多示范運行

供應(yīng)廠商不多

費用約為機組投資3%

運行費用高約為機組投資3%

運行費用高

以上表格內(nèi)容是低脫率工藝的二種工藝的特性總結(jié)。

2.中脫硫率工藝脫硫率70%~90%

中等脫硫技術(shù)包括三種工藝:爐內(nèi)噴鈣加增濕活化工藝(LIFAC),煙氣循環(huán)流化床(CFB,包括噴鈣和常規(guī))和噴霧干燥工藝。與低脫硫效率的工藝相比,脫硫效率有所提高,運行費用相對減少,設(shè)備較復(fù)雜,因而投資費用增加。與高效率的濕法工藝相比具有啟停方便,負(fù)荷跟蹤能力強的特點。適用于燃用中低含硫量的現(xiàn)有機組的脫硫改造。

(1)LIFAC脫硫技術(shù)是由芬蘭的Tampella公司和IVO公司首先開發(fā)成功并投入商業(yè)應(yīng)用的該技術(shù)是將石灰石于鍋爐的800℃~1150℃部位噴入,起到部分固硫作用,在尾部煙道的適當(dāng)部位(一般在空氣預(yù)熱器與除塵器之間)裝設(shè)增濕活化反應(yīng)器,使?fàn)t內(nèi)未反應(yīng)的CaO和水反應(yīng)生成Ca(OH)2,進一步吸收SO2,提高脫硫率。

LIFAC技術(shù)是將循環(huán)流化床技術(shù)引入到煙氣脫硫中來,是其開創(chuàng)性工作,目前該技術(shù)脫硫率可達(dá)90%以上,這已在德國和奧地利電廠的商業(yè)運行中得到實現(xiàn)。

LIFAC技術(shù)具有占地小、系統(tǒng)簡單、投資和運行費用相對較、無廢水排放等優(yōu)點,脫硫率為60%~80%;但該技術(shù)需要改動鍋爐,會對鍋爐的運行產(chǎn)生一定影響。我國南京下關(guān)電廠和紹興錢清電廠從芬蘭引進的LIFAC脫硫技術(shù)和設(shè)備目前已投入運行。

(2)爐內(nèi)噴鈣循環(huán)流化床反應(yīng)器脫硫技術(shù)是由德國Sim-meringGrazPauker/LurgiGmbH公司開發(fā)的。該技術(shù)的基本原理是:在鍋爐爐膛適當(dāng)部位噴入石灰石,起到部分固硫作用,在尾部煙道電除塵器前裝設(shè)循環(huán)流化床反應(yīng)器,爐內(nèi)未反應(yīng)的CaO隨著飛灰輸送到循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi),在循環(huán)硫化床反應(yīng)器中大顆粒CaO被其中湍流破碎,為SO2反應(yīng)提供更大的表面積,從而提高了整個系統(tǒng)的脫硫率。

該技術(shù)將循環(huán)流化床技術(shù)引入到煙氣脫硫中來,是其開創(chuàng)性工作,目前該技術(shù)脫硫率可達(dá)90%以上,這已在德國和奧地利電廠的商業(yè)運行中得到證實。在此基礎(chǔ)上,美國EEC(EnviromentalElementsCorporation)和德國Lurgi公司進一步合作開發(fā)了一種新型煙氣的脫硫裝置。在該工藝中粉狀的Ca(OH)2和水分別被噴入循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi),以此代替了爐內(nèi)噴鈣。在循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi),吸收劑被增濕活化,并且能充分的循環(huán)利用,而大顆粒吸收劑被其余粒子碰撞破碎,為脫硫反應(yīng)提供更大反應(yīng)表面積。

本工藝流程的脫硫效率可達(dá)95%以上,造價較低,運行費用相對不高,是一種較有前途的脫硫工藝。

(3)噴霧干燥法煙氣脫硫技術(shù)是一項發(fā)展最成熟的煙道氣脫硫技術(shù)之一。該技術(shù)采用了旋轉(zhuǎn)噴霧器,投資低于濕法工藝,在全世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用,在西歐的德國、意大利等國家利用較多。對中高硫燃料的SO2脫硫率能達(dá)到80-90%。

該技術(shù)的基本原理是由空氣加熱器出來的煙道氣進入噴霧式干燥器中,與高速旋轉(zhuǎn)噴嘴噴出的充分霧化的石灰、副產(chǎn)品泥漿液相接觸,并與其中SOX反應(yīng),生成粉狀鈣化合物的混合物,再經(jīng)過除塵器和吸風(fēng)機,然后再將干凈的煙氣通過煙囪排出,其反應(yīng)方程式為:

SO2+Ca(OH)2CaSO3+H2O

SO3+Ca(OH)2CaSO4+H2O

該技術(shù)一般可分為吸收劑霧化、混合流動、反應(yīng)吸收、水汽蒸發(fā)、固性物的分離五個階段,與其它干燥技術(shù)相比其獨特之處就在于吸收劑與高溫?zé)煔饨佑|前首先被霧化成了細(xì)小的霧滴,這樣便極大增加了吸收劑的比表面積,使得反應(yīng)吸收及傳熱得以快速進行。其工藝流程如圖1所示【3】。該技術(shù)安裝費用相對較低,一般是同等規(guī)模的石膏法煙氣脫硫系統(tǒng)的70%左右。但存在著石灰石用量大、吸收劑利用率低及脫硫后的副產(chǎn)品不能夠再利用的難題,故該技術(shù)意味著要承擔(dān)雙倍的額外費用,即必須購買更多的石灰石和處理脫硫后的副產(chǎn)品,然后還要將其中的一部分花錢倒掉。

3.高脫硫率工藝脫硫率>90%

濕法煙氣脫硫工藝是目前碚硫率最高的FGD技術(shù),一般在Ca/S為1.05左右,脫硫效率達(dá)到90%以上。濕法工藝包括了許多不同類型的工藝流程,但是使用最多的還是以石灰石作為吸收劑的石灰石/石灰——石膏煙氣碚硫工藝。根據(jù)吸收塔的型式不同,石灰石/石灰——石膏工藝又可分為三類:逆流噴淋塔,順流填料塔和噴射流泡反應(yīng)器。

高脫硫率煙所脫硫工藝的特征

特性

FGD工藝

逆流噴淋塔

順流填料塔

噴射流泡反應(yīng)器

脫硫效率(%)

90~95%以上

90~95%以上

90~95%以上

使用的吸收劑

石灰或石灰石

石灰或石灰石

石灰或石灰石

脫硫副產(chǎn)品的處置和利用

商業(yè)化石膏、堆入灰場、回填

商業(yè)化石膏、堆入灰場、回填

商業(yè)化石膏、堆入灰場、回填

對電廠現(xiàn)有設(shè)備的影響

對除塵器沒有影響、吸收塔煙氣壓降為1.2-1.4kPa、煙氣對煙道和煙囪有腐蝕

對除塵器沒有影響、吸收塔煙氣壓降為1.2-1.4kPa、煙氣對煙道和煙囪有腐蝕

對除塵器沒有影響、吸收塔煙氣壓降為2.4-3.6kPa、煙氣對煙道和煙囪有腐蝕

對發(fā)電機組的影響

電耗大、水耗增加

電耗大、水耗增加

電耗大、水耗增加

運行經(jīng)驗

許多全尺寸電廠應(yīng)用實例、多年運行經(jīng)驗

若干全尺寸電廠應(yīng)用實例、若干運行經(jīng)驗

全尺寸電廠應(yīng)用實例較少、若干運行經(jīng)驗

費用

約投資占電廠10%運行費用較少

約投資占電廠10%運行費用較少

約投資占電廠10%運行費用較高

除上述所說的幾種脫硫技術(shù)外還有:電子射線輻射法煙氣脫硫技術(shù)、填充式電暈法煙氣脫硫技術(shù)、荷電干式吸收劑噴射脫硫系統(tǒng)(CDSI)、干式循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)等在煙氣脫硫中都有各自不同的優(yōu)劣。

目前對現(xiàn)有的機組進行煙氣脫硫技術(shù)改造方面投入了大量的精力,正在多個領(lǐng)域展開研究工作,其中在干法煙氣脫硫方面研究較多的是循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)及電子射線輻射法煙氣脫硫技術(shù),電暈法煙氣脫硫技術(shù)目前研究的也較多。煙道氣脫硫技術(shù)最顯著改造之一是吸收器規(guī)格的增大,采用單個吸收器,據(jù)報道安裝一臺脫硫裝置可服務(wù)于兩臺大型鍋爐的煙氣脫硫裝置,以這種方式增大設(shè)備規(guī)格,大大降低了投資成本。研究與開發(fā)出一種新的煙氣脫硫裝置是煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。其研發(fā)方向為SO2脫硫率高、可靠性強、輔助耗電低、采用單個吸收器、副產(chǎn)品可售或可利用,為保障這些技術(shù)要求,應(yīng)該在脫硫技術(shù)的工藝、設(shè)備和材料方面進行進一步研究。

參考文獻:

[1]胡金榜,王風(fēng)東等.噴霧干燥法煙氣脫硫的實驗研究.環(huán)境科學(xué).2001(8)23~26

[2]李廣超.大氣污染控制技術(shù).第一版,北京,化學(xué)工業(yè)出版社.2001.5,142~144

[3]馬廣大等.大氣污染控制工程,第一版.北京.中國環(huán)境科學(xué)出版社.1985

[4]馬果駿.燃煤電廠煙氣脫硫技術(shù)概況.中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會.2004.1