2014-09-01 16:53:20

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烟气脱硫 指从烟道气或其他工业废气中除去硫氧化物(SO2和SO3)。

基本信息

  • 中文名

    烟气脱硫

  • 外文名

    Flue gas desulfurization

折叠 编辑本段 工艺简介

烟气脱硫(Flue gas desulfurization,简称FGD),在FGD技术中,按脱硫剂的种类划分,可分为以下五种方法:以CaCO3(石灰石)为基础的钙法,以MgO为基础的镁法,以Na2SO3为基础的钠法,以NH3为基础的氨法,以有机碱为基础的有机碱法。

折叠 编辑本段 基本原理

化学原理:烟气中的SO2 实质上是酸性的,可以通过与适当的碱性物质反应从烟气中脱除SO2。烟道气脱最常用的碱性物质是石灰石(碳酸钙)、生石灰(氧化钙,Cao)和熟石灰(氢氧化钙)。石灰石产量丰富,因而相对便宜,生石灰和熟石灰都是由石灰石通过加热来制取。有时也用碳酸纳(纯碱)、碳酸镁和氨等其它碱性物质。所用的碱性物质与烟道气中的SO2发生反应,产生了一种亚硫酸盐和硫酸盐的混合物(根据所用的碱性物质不同,这些盐可能是钙盐、钠盐、镁盐或铵盐)。亚硫酸盐和硫酸盐间的比率取决于工艺条件,在某些工艺中,所有亚硫酸盐都转化成了硫酸盐。SO2与碱性物质间的反应或在碱溶液中发生(湿法烟道气脱硫技术),或在固体碱性物质的湿润表面发生(干法或半干法烟道气脱硫技术)。

在湿法烟气脱硫系统中,碱性物质(通常是碱溶液,更多情况是碱的浆液)与烟道气在喷雾塔中相遇。烟道气中SO2溶解在水中,形成一种稀酸溶液,然后与溶解在水中的碱性物质发生中和反应。反应生成的亚硫酸盐和硫酸盐从水溶液中析出,析出情况取决于溶液中存在的不同盐的相对溶解性。例如,硫酸钙的溶解性相对较差,因而易于析出。硫酸纳和硫酸铵的溶解性则好得多。SO2在干法和半干法烟道气脱硫系统中,固体碱性吸收剂或使烟气穿过碱性吸收剂床喷入烟道气流中,使其与烟道气相接触。无论哪种情况,SO2都是与固体碱性物质直接反应,生成相应的亚硫酸盐和硫酸盐。为了使这种反应能够进行,固体碱性物质必须是十分疏松或相当细碎。在半干法烟道气脱硫系统中,水被加入到烟道气中,以在碱性物质颗粒物表面形成一层液膜,SO2溶入液膜,加速了与固体碱性物质的反应。

折叠 编辑本段 工艺历史

1927年英国为了保护伦敦高层建筑的需要,在泰吾士河岸的巴特富安和班支赛德两电厂(共120MW),首先采用石灰石脱硫工艺。

据统计,1984年有SO2控制工艺189种,目前已超过200种。主要可分为四类:(1)燃烧前控制-原煤净化(2)燃烧中控制-硫化床燃烧(CFB)和炉内喷吸收剂(3)燃烧后控制-烟气脱硫(4)新工艺(如煤气化/联合循环系统、液态排渣燃烧器)其中大多数国家采用燃烧后烟气脱硫工艺。烟气脱硫则以湿式石灰石/石膏法脱硫工艺作为主流。

自本世纪30年代起已经进行过大量的湿式石灰石/石膏法研究开发,60年代末已有装置投入商业运行。ABB公司的第一套实用规模的湿法烟气脱硫系统于1968年在美国投入使用。1977年比晓夫公司制造了欧洲第一台石灰/石灰石石膏法示范装置。IHI(石川岛播磨)的首台大型脱硫装置1976年在矶子火电厂1、2号机组应用,采用文丘里管2塔的石灰石石膏法混合脱硫法。三菱重工于1964年完成第一套设备,根据其运转实绩,进行烟气脱硫装置的开发。

第一代FGD系统:在美国和日本从70年代开始安装。早期的FGD系统包括以下一些流程:石灰基流质;钠基溶液;石灰石基流质;碱性飞灰基流质;双碱(石灰和钠);镁基流质;Wellman-Lord流程。采用了广泛的吸收类型,包括通风型、垂直逆流喷射塔、水平喷射塔,并采用了一些内部结构如托盘、填料、玻璃球等来增进反应。

第一代FGD的效率一般为70%~85%。除少数外,副产品无任何商用价值只能作为废料排放,只有镁基法和Wellman-Lord法产出有商用价值的硫和硫酸。特征是初投资不高,但运行维护费高而系统可靠性低。结垢和材料失效是最大的问题。随着经验的增长,对流程做了改进,降低了运行维护费提高可靠性。

第二代FGD系统:在80年代早期开始安装。为了克服第一代系统中的结垢和材料问题,出现了干喷射吸收器,炉膛和烟道喷射石灰和石灰石也接近了商业运行。然而占主流的FGD技术还是石灰基、石灰石基的湿清洗法,利用填料和玻璃球等的通风清洗法消失了。改进的喷射塔和淋盘塔是最常见的。

流程不同其效率也不同。最初的干喷射FGD可达到70%~80%,在某些改进情形下可达到90%,炉膛和烟道喷射法可达到30%~50%,但反应剂消耗量大。随着对流程的改进和运行经验的提高,可达到90%的效率。美国所有第二代FGD系统的副产物都作为废物排走了。然而在日本和德国,在石灰石基湿清洗法中把固态副产品强制氧化,得到在某些工农业领域中有商业价值的石膏。第二代FGD系统在运行维护费用和系统可靠性方面都有所进步。

第三代FGD系统:炉膛和烟道喷射流程得到了改进,而LIFAC和流化床技术也发展起来了。通过广泛采用强制氧化和钝化技术,影响石灰、石灰石基系统可靠性的结垢问题基本解决了。随着对化学过程的进一步了解和使用二基酸(DBA)这样的添加剂,这些系统的可靠性可以达到95%以上。钝化技术和DBA都应用于第二代FGD系统以解决存在的问题。许多这些系统的脱硫效率达到了95%或更高。有些系统的固态副产品可以应用于农业和工业。在德国和日本,生产石膏已是电厂的一个常规项目。随着设备可靠性的提高,设置冗余设备的必要性减小了,单台反应器的烟气处理量越来越大。

在70年代因投资大、运行费用高和存在腐蚀、结垢、堵塞等问题,在火电厂中声誉不佳。经过15年实践和改进,工作性能与可靠性有很大提高,投资和运行费用大幅度降低,使它的下列优点较为突出:(1)有在火电厂长期应用的经验;(2)脱硫效率和吸收利用率高(有的机组在Ca/S接近于1时,脱硫率超过90%);(3)可用性好(最近安装的机组,可用性已超过90%)。人们对湿法的观念,从而发生转变。

烟气脱硫烟气脱硫

目前它是应用最广,技术最成熟的工艺,运行可靠、检修周期长,采用经济实用、廉价的石灰石细粉作为吸收剂,与烟气中的SO2反应,经过几个反应步骤,生成副产品石膏。椐统计,全世界现有烟气脱硫装置中,湿法约占85%(其中石灰石/石膏系统为36.7%,其它湿法48.3%),喷雾干燥系统8.4%,吸收剂再生系统3.4%,烟道内喷吸收剂1.9%。

折叠 编辑本段 烟气脱硫工艺

1.1干式烟气脱硫工艺

该工艺用于电厂烟气脱硫始于80年代初,与常规的湿式洗涤工艺相比有以下优点:投资费用较低;脱硫产物呈干态,并和飞灰相混;无需装设除雾器及再热器;设备不易腐蚀,不易发生结垢及堵塞。其缺点是:吸收剂的利用率低于湿式烟气脱硫工艺;用于高硫煤时经济性差;飞灰与脱硫产物相混可能影响综合利用;对干燥过程控制要求很高。

(1)喷雾干式烟气脱硫工艺:喷雾干式烟气脱硫(简称干法FGD),最先由美国JOY公司和丹麦NiroAtomier公司共同开发的脱硫工艺,70年代中期得到发展,并在电力工业迅速推广应用。该工艺用雾化的石灰浆液在喷雾干燥塔中与烟气接触,石灰浆液与SO2反应后生成一种干燥的固体反应物,最后连同飞灰一起被除尘器收集。我国曾在四川省白马电厂进行了旋转喷雾干法烟气脱硫的中间试验,取得了一些经验,为在200~300MW机组上采用旋转喷雾干法烟气脱硫优化参数的设计提供了依据。

(2)粉煤灰干式烟气脱硫技术:日本从1985年起,研究利用粉煤灰作为脱硫剂的干式烟气脱硫技术,到1988年底完成工业实用化试验,1991年初投运了首台粉煤灰干式脱硫设备,处理烟气量644000Nm3/h。其特点:脱硫率高达60%以上,性能稳定,达到了一般湿式法脱硫性能水平;脱硫剂成本低;用水量少,无需排水处理和排烟再加热,设备总费用比湿式法脱硫低1/4;煤灰脱硫剂可以复用;没有浆料,维护容易,设备系统简单可靠。

1.2湿法FGD工艺

世界各国的湿法烟气脱硫工艺流程、形式和机理大同小异,主要是使用石灰石(CaCO3)、石灰(CaO)或碳酸钠(Na2CO3)等浆液作洗涤剂,在反应塔中对烟气进行洗涤,从而除去烟气中的SO2。这种工艺已有50年的历史,经过不断地改进和完善后,技术比较成熟,而且具有脱硫效率高(90%~98%),机组容量大,煤种适应性强,运行费用较低和副产品易回收等优点。据美国环保局(EPA)的统计资料,全美火电厂采用湿式脱硫装置中,湿式石灰法占39.6%,石灰石法占47.4%,两法共占87%;双碱法占4.1%,碳酸钠法占3.1%。世界各国(如德国、日本等),在大型火电厂中,90%以上采用湿式石灰/石灰石-石膏法烟气脱硫工艺流程。

石灰或石灰石法主要的化学反应机理为:

石灰法:SO2+CaO+1/2H2O→CaSO3•1/2H2O

石灰石法:SO2+CaCO3+1/2H2O→CaSO3•1/2H2O+CO2

其主要优点是能广泛地进行商品化开发,且其吸收剂的资源丰富,成本低廉,废渣既可抛弃,也可作为商品石膏回收。目前,石灰/石灰石法是世界上应用最多的一种FGD工艺,对高硫煤,脱硫率可在90%以上,对低硫煤,脱硫率可在95%以上。

传统的石灰/石灰石工艺有其潜在的缺陷,主要表现为设备的积垢、堵塞、腐蚀与磨损。为了解决这些问题,各设备制造厂商采用了各种不同的方法,开发出第二代、第三代石灰/石灰石脱硫工艺系统。

湿法FGD工艺较为成熟的还有:氢氧化镁法;氢氧化钠法;美国DavyMckee公司Wellman-LordFGD工艺;氨法等。

在湿法工艺中,烟气的再热问题直接影响整个FGD工艺的投资。因为经过湿法工艺脱硫后的烟气一般温度较低(45℃),大都在露点以下,若不经过再加热而直接排入烟囱,则容易形成酸雾,腐蚀烟囱,也不利于烟气的扩散。所以湿法FGD装置一般都配有烟气再热系统。目前,应用较多的是技术上成熟的再生(回转)式烟气热交换器(GGH)。GGH价格较贵,占整个FGD工艺投资的比例较高。近年来,日本三菱公司开发出一种可省去无泄漏型的GGH,较好地解决了烟气泄漏问题,但价格仍然较高。前德国SHU公司开发出一种可省去GGH和烟囱的新工艺,它将整个FGD装置安装在电厂的冷却塔内,利用电厂循环水余热来加热烟气,运行情况良好,是一种十分有前途的方法。

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