脫硫

脫硫技術(shù)

幾種工藝

⑴石膏法煙氣脫硫工藝

系統(tǒng)組成 ：

（1）石灰石儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)

（2）石灰石漿液制備及供給系統(tǒng)

（3）煙氣系統(tǒng)

（4）SO2 吸收系統(tǒng)

（5）石膏脫水系統(tǒng)

（6）石膏儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)

（7）漿液排放系統(tǒng)

（8）工藝水系統(tǒng)

（9）壓縮空氣系統(tǒng)

（10）廢水處理系統(tǒng)

（11）氧化空氣系統(tǒng)

（12）電控制系統(tǒng)

技術(shù)特點(diǎn)

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(yīng)性強(qiáng)：可以處理燃料含硫量高達(dá)8%的煙氣；

⑷、機(jī)組負(fù)荷變化適應(yīng)性強(qiáng)：可以滿足機(jī)組在15～100%負(fù)荷變化范圍內(nèi)的穩(wěn)定運(yùn)行；

⑸、脫硫效率高：一般大于95%，最高達(dá)到98%；

⑹、專利托盤技術(shù)：有效降低液/氣比，有利于塔內(nèi)氣流均布，節(jié)省物耗及能耗，方便吸收塔內(nèi)件檢修；

⑺、吸收劑利用率高：鈣硫比低至1.02～1.03；

⑻、副產(chǎn)品純度高：可生產(chǎn)純度達(dá)95%以上的商品級(jí)石膏；

⑼、燃煤鍋爐煙氣的除塵效率高：達(dá)到80%～90%；

⑽、交叉噴淋管布置技術(shù)：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(jī)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(qū)

⑵旋轉(zhuǎn)噴霧干燥工藝

⑶ 磷銨肥法煙氣脫硫工藝

⑷爐內(nèi)噴鈣尾部增濕煙氣脫硫工藝

⑸煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝

由鍋爐排出的未經(jīng)處理的煙氣從吸收塔（即流化床）底部進(jìn)入。吸收塔底部為一個(gè)文丘里裝置，煙氣流經(jīng)文丘里管后速度加快，并在此與很細(xì)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(yīng)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(jìn)入再循環(huán)除塵器，被分離出來(lái)的顆粒經(jīng)中間灰倉(cāng)返回吸收塔，由于固體顆粒反復(fù)循環(huán)達(dá)百次之多，故吸收劑利用率較高。

此工藝所產(chǎn)生的副產(chǎn)物呈干粉狀，其化學(xué)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(yīng)完的吸收劑Ca(OH)2等組成，適合作廢礦井回填、道路基礎(chǔ)等。

典型的煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝，當(dāng)燃煤含硫量為2%左右，鈣硫比不大于1.3時(shí)，脫硫率可達(dá)90%以上，排煙溫度約70℃。此工藝在國(guó)外目前應(yīng)用在10~20萬(wàn)千瓦等級(jí)機(jī)組。由于其占地面積少，投資較省，尤其適合于老機(jī)組煙氣脫硫。

⑹海水脫硫工藝

⑺ 電子束法脫硫工藝

⑻氨水洗滌法脫硫工藝

燃燒前脫硫

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(shù)主要有物理洗選煤法、化學(xué)洗選煤法、添加固硫劑、煤的氣化和液化、水煤漿技術(shù)等。洗選煤是采用物理、化學(xué)或生物方式對(duì)鍋爐使用的原煤進(jìn)行清洗，將煤中的硫部分除掉，使煤得以凈化并生產(chǎn)出不同質(zhì)量、規(guī)格的產(chǎn)品。微生物脫硫技術(shù)從本質(zhì)上講也是一種化學(xué)法，它是把煤粉懸浮在含細(xì)菌的氣泡液中，細(xì)菌產(chǎn)生的酶能促進(jìn)硫氧化成硫酸鹽，從而達(dá)到脫硫的目的；微生物脫硫技術(shù)目前常用的脫硫細(xì)菌有：屬硫桿菌的氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫桿菌、古細(xì)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(zhì)，并將其制成各種規(guī)格的型煤，在燃燒過程中，煤中的含硫化合物與固硫劑反應(yīng)生成硫酸鹽等物質(zhì)而留在渣中，不會(huì)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)，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(zhuǎn)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(jìn)的潔凈煤技術(shù)。水煤漿（Coal Water Mixture，簡(jiǎn)稱CWM）是將灰份小于10%，硫份小于0.5%、揮發(fā)份高的原料煤，研磨成250~300μm的細(xì)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(yùn)輸、儲(chǔ)存和燃燒，燃燒時(shí)水煤漿從噴嘴高速噴出，霧化成50~70μm的霧滴，在預(yù)熱到600~700℃的爐膛內(nèi)迅速蒸發(fā)，并拌有微爆，煤中揮發(fā)分析出而著火，其著火溫度比干煤粉還低。

燃燒前脫硫技術(shù)中物理洗選煤技術(shù)已成熟，應(yīng)用最廣泛、最經(jīng)濟(jì)，但只能脫無(wú)機(jī)硫；生物、化學(xué)法脫硫不僅能脫無(wú)機(jī)硫，也能脫除有機(jī)硫，但生產(chǎn)成本昂貴，距工業(yè)應(yīng)用尚有較大距離；煤的氣化和液化還有待于進(jìn)一步研究完善；微生物脫硫技術(shù)正在開發(fā)；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(dòng)性和穩(wěn)定性，被稱為液態(tài)煤炭產(chǎn)品，市場(chǎng)潛力巨大，目前已具備商業(yè)化條件。

煤的燃燒前的脫硫技術(shù)盡管還存在著種種問題，但其優(yōu)點(diǎn)是能同時(shí)除去灰分，減輕運(yùn)輸量，減輕鍋爐的沾污和磨損，減少電廠灰渣處理量，還可回收部分硫資源。

爐內(nèi)脫硫

爐內(nèi)脫硫是在燃燒過程中，向爐內(nèi)加入固硫劑如CaCO3等，使煤中硫分轉(zhuǎn)化成硫酸鹽，隨爐渣排除。其基本原理是：

CaCO3==高溫==CaO+CO2↑

CaO+SO2====CaSO3

2CaSO3+O2====2CaSO4

⑴　LIMB爐內(nèi)噴鈣技術(shù)

早在本世紀(jì)60年代末70年代初，爐內(nèi)噴固硫劑脫硫技術(shù)的研究工作已開展，但由于脫硫效率低于10%～30%，既不能與濕法FGD相比，也難以滿足高達(dá)90%的脫除率要求。一度被冷落。但在1981年美國(guó)國(guó)家環(huán)保局EPA研究了爐內(nèi)噴鈣多段燃燒降低氮氧化物的脫硫技術(shù)，簡(jiǎn)稱LIMB，并取得了一些經(jīng)驗(yàn)。Ca/S在2以上時(shí)，用石灰石或消石灰作吸收劑，脫硫率分別可達(dá)40%和60%。對(duì)燃用中、低含硫量的煤的脫硫來(lái)說，只要能滿足環(huán)保要求，不一定非要求用投資費(fèi)用很高的煙氣脫硫技術(shù)。爐內(nèi)噴鈣脫硫工藝簡(jiǎn)單，投資費(fèi)用低，特別適用于老廠的改造。

⑵　LIFAC煙氣脫硫工藝

LIFAC工藝即在燃煤鍋爐內(nèi)適當(dāng)溫度區(qū)噴射石灰石粉，并在鍋爐空氣預(yù)熱器后增設(shè)活化反應(yīng)器，用以脫除煙氣中的SO2。芬蘭Tampella和ⅣO公司開發(fā)的這種脫硫工藝，于1986年首先投入商業(yè)運(yùn)行。LIFAC工藝的脫硫效率一般為60%～85%。

加拿大最先進(jìn)的燃煤電廠Shand電站采用LIFAC煙氣脫硫工藝，8個(gè)月的運(yùn)行結(jié)果表明，其脫硫工藝性能良好，脫硫率和設(shè)備可用率都達(dá)到了一些成熟的SO2控制技術(shù)相當(dāng)?shù)乃?。中?guó)下關(guān)電廠引進(jìn)LIFAC脫硫工藝，其工藝投資少、占地面積小、沒有廢水排放，有利于老電廠改造。

煙氣脫硫

簡(jiǎn)介

（Flue gas desulfurization，簡(jiǎn)稱FGD）

燃煤的煙氣脫硫技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用最廣、效率最高的脫硫技術(shù)。對(duì)燃煤電廠而言，在今后一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，F(xiàn)GD將是控制SO2排放的主要方法。目前國(guó)內(nèi)外火電廠煙氣脫硫技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)為：脫硫效率高、裝機(jī)容量大、技術(shù)水平先進(jìn)、投資省、占地少、運(yùn)行費(fèi)用低、自動(dòng)化程度高、可靠性好等。

干式煙氣脫硫工藝

該工藝用于電廠煙氣脫硫始于80年代初，與常規(guī)的濕式洗滌工藝相比有以下優(yōu)點(diǎn)：投資費(fèi)用較低；脫硫產(chǎn)物呈干態(tài)，并和飛灰相混；無(wú)需裝設(shè)除霧器及再熱器；設(shè)備不易腐蝕，不易發(fā)生結(jié)垢及堵塞。其缺點(diǎn)是：吸收劑的利用率低于濕式煙氣脫硫工藝；用于高硫煤時(shí)經(jīng)濟(jì)性差；飛灰與脫硫產(chǎn)物相混可能影響綜合利用；對(duì)干燥過程控制要求很高。

⑴　噴霧干式煙氣脫硫工藝：噴霧干式煙氣脫硫（簡(jiǎn)稱干法FGD)，最先由美國(guó)JOY公司和丹麥Niro Atomier公司共同開發(fā)的脫硫工藝，70年代中期得到發(fā)展，并在電力工業(yè)迅速推廣應(yīng)用。該工藝用霧化的石灰漿液在噴霧干燥塔中與煙氣接觸，石灰漿液與SO2反應(yīng)后生成一種干燥的固體反應(yīng)物，最后連同飛灰一起被除塵器收集。中國(guó)曾在四川省白馬電廠進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)噴霧干法煙氣脫硫的中間試驗(yàn)，取得了一些經(jīng)驗(yàn)，為在200～300MW機(jī)組上采用旋轉(zhuǎn)噴霧干法煙氣脫硫優(yōu)化參數(shù)的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

⑵　粉煤灰干式煙氣脫硫技術(shù)：日本從1985年起，研究利用粉煤灰作為脫硫劑的干式煙氣脫硫技術(shù)，到1988年底完成工業(yè)實(shí)用化試驗(yàn)，1991年初投運(yùn)了首臺(tái)粉煤灰干式脫硫設(shè)備，處理煙氣量644000Nm3/h。其特點(diǎn)：脫硫率高達(dá)60%以上，性能穩(wěn)定，達(dá)到了一般濕式法脫硫性能水平；脫硫劑成本低；用水量少，無(wú)需排水處理和排煙再加熱，設(shè)備總費(fèi)用比濕式法脫硫低1/4；煤灰脫硫劑可以復(fù)用；沒有漿料，維護(hù)容易，設(shè)備系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠。

濕法FGD工藝

世界各國(guó)的濕法煙氣脫硫工藝流程、形式和機(jī)理大同小異，主要是使用石灰石（CaCO3）、石灰（CaO）或碳酸鈉（Na2CO3）等漿液作洗滌劑，在反應(yīng)塔中對(duì)煙氣進(jìn)行洗滌，從而除去煙氣中的SO2。這種工藝已有50年的歷史，經(jīng)過不斷地改進(jìn)和完善后，技術(shù)比較成熟，而且具有脫硫效率高（90%～98%），機(jī)組容量大，煤種適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行費(fèi)用較低和副產(chǎn)品易回收等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)美國(guó)環(huán)保局（EPA）的統(tǒng)計(jì)資料，全美火電廠采用濕式脫硫裝置中，濕式石灰法占39.6%，石灰石法占47.4%，兩法共占87%；雙堿法占4.1%，碳酸鈉法占3.1%。世界各國(guó)（如德國(guó)、日本等），在大型火電廠中，90%以上采用濕式石灰/石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝流程。

石灰或石灰石法主要的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理為：

石灰法：SO2+CaO+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O

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

其主要優(yōu)點(diǎn)是能廣泛地進(jìn)行商品化開發(fā)，且其吸收劑的資源豐富，成本低廉，廢渣既可拋棄，也可作為商品石膏回收。目前，石灰/石灰石法是世界上應(yīng)用最多的一種FGD工藝，對(duì)高硫煤，脫硫率可在90%以上，對(duì)低硫煤，脫硫率可在95%以上。

傳統(tǒng)的石灰/石灰石工藝有其潛在的缺陷，主要表現(xiàn)為設(shè)備的積垢、堵塞、腐蝕與磨損。為了解決這些問題，各設(shè)備制造廠商采用了各種不同的方法，開發(fā)出第二代、第三代石灰/石灰石脫硫工藝系統(tǒng)。

濕法FGD工藝較為成熟的還有：氫氧化鎂法；氫氧化鈉法；美國(guó)Davy Mckee公司W(wǎng)ellman-Lord FGD工藝；氨法等。

在濕法工藝中，煙氣的再熱問題直接影響整個(gè)FGD工藝的投資。因?yàn)榻?jīng)過濕法工藝脫硫后的煙氣一般溫度較低（45℃），大都在露點(diǎn)以下，若不經(jīng)過再加熱而直接排入煙囪，則容易形成酸霧，腐蝕煙囪，也不利于煙氣的擴(kuò)散。所以濕法FGD裝置一般都配有煙氣再熱系統(tǒng)。目前，應(yīng)用較多的是技術(shù)上成熟的再生（回轉(zhuǎn)）式煙氣熱交換器（GGH）。GGH價(jià)格較貴，占整個(gè)FGD工藝投資的比例較高。近年來(lái)，日本三菱公司開發(fā)出一種可省去無(wú)泄漏型的GGH，較好地解決了煙氣泄漏問題，但價(jià)格仍然較高。前德國(guó)SHU公司開發(fā)出一種可省去GGH和煙囪的新工藝，它將整個(gè)FGD裝置安裝在電廠的冷卻塔內(nèi)，利用電廠循環(huán)水余熱來(lái)加熱煙氣，運(yùn)行情況良好，是一種十分有前途的方法。

等離子體技術(shù)

等離子體煙氣脫硫技術(shù)研究始于70年代，目前世界上已較大規(guī)模開展研究的方法有2類：

⑴　電子束輻照法（EB)

電子束輻照含有水蒸氣的煙氣時(shí)，會(huì)使煙氣中的分子如O2、H2O等處于激發(fā)態(tài)、離子或裂解，產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的自由基O、OH、HO2和O3等。這些自由基對(duì)煙氣中的SO2和NO進(jìn)行氧化，分別變成SO3和NO2或相應(yīng)的酸。在有氨存在的情況下，生成較穩(wěn)定的硫銨和硫硝銨固體，它們被除塵器捕集下來(lái)而達(dá)到脫硫脫硝的目的。

⑵　脈沖電暈法（PPCP)

脈沖電暈放電脫硫脫硝的基本原理和電子束輻照脫硫脫硝的基本原理基本一致，世界上許多國(guó)家進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，并且進(jìn)行了較大規(guī)模的中間試驗(yàn)，但仍然有許多問題有待研究解決。

編輯本段海水脫硫

海水通常呈堿性，自然堿度大約為1．2～2．5mmol/L，這使得海水具有天然的酸堿緩沖能力及吸收SO2的能力。國(guó)外一些脫硫公司利用海水的這種特性，開發(fā)并成功地應(yīng)用海水洗滌煙氣中的SO2，達(dá)到煙氣凈化的目的。

海水脫硫工藝主要由煙氣系統(tǒng)、供排海水系統(tǒng)、海水恢復(fù)系統(tǒng)等組成。

脫硫法的方程式

⑴ SO2被液滴吸收；

SO2（氣）+H2O→H2SO3（液）

⑵ 吸收的SO2同溶液的吸收劑反應(yīng)生成亞硫酸鈣；

Ca(OH)2（液）+H2SO3（液）→CaSO3（液）+2H2O

Ca(OH)2 （固） +H2SO3（液）→CaSO3（液）+2H2O

⑶ 液滴中CaSO3達(dá)到飽和后，即開始結(jié)晶析出；

CaSO3（液）→CaSO3（固）

⑷ 部分溶液中的CaSO3與溶于液滴中的氧反應(yīng)，

氧化成硫酸鈣；

CaSO3（液）+1/2O2（液）→CaSO4（液）

⑸ CaSO4（液）溶解度低，從而結(jié)晶析出

CaSO4（液）→CaSO4（固）

SO2與剩余的Ca(OH)2 及循環(huán)灰的反應(yīng)

Ca(OH)2 （固） →Ca(OH)2 （液）

SO2（氣）+H2O→H2SO3（液）

Ca(OH)2 （液）+H2SO3（液）→CaSO3（液）+2H2O

CaSO3（液）→CaSO3（固）

CaSO3（液）+1/2O2（液）→CaSO4（液）

CaSO4（液）CaSO4（固）

雙堿法

2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O

Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3

Ca(OH)2 + Na2SO3 → 2 NaOH + CaSO3

4NaHSO3+2Ca(OH)2→2Na2SO3+2CaSO3·H2O+H2O

2Na2SO3+O2 +2Ca(OH)2+4H2O→4NaOH+2CaSO4·2H2O