（工程热物理专业论文）大型电站锅炉烟气脱硫方案设计.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 本文研究的主要内容是电站锅炉烟气脱硫的方案的比较选择以及对所选方 案进行设计。 在人型电站锅炉中，目前商业应用最为广泛的脱硫方法是进行烟气脱硫 而烟气脱硫又分为石灰石石膏湿法脱硫、喷雾干燥法脱硫、炉内喷钙加尾部增 湿法等多种。本文通过对各种脱硫方案进行技术经济比较，认为湿法脱硫费用 太高，只适合新建机组或烟气排放要求较高的地方。喷雾干燥法虽然能在一定 程度上降低脱硫费用，但仍然不适合大范围地推广应用。炉内喷钙加尾部增湿 法系统简单，投资相对较少，所以对于现有锅炉的烟气脱硫改造是比较适合的 方案。如果能将该工艺中的进口设备逐步实现国产化，则其脱硫费用还可以进 一步降低为了能够进一步降低脱硫费用，本文还研究了复合固硫剂炉内喷钙 的方案。 ， ( 对于我们选定的炉内喷钙加尾部增湿方案，我们进行了比较详细地设计计 算我们通过已知的一些参数运用一些现有的经验公式确定了脱硫系统各部 分一些重要的结构和设计参数。我们还讨论了增加脱硫设备后对锅炉运行等各 方面的影响，认为这种影畴因素是很小的夕 jj j， 关键诃：烟气脱硫电站锅炉、。l i f a c 复合同硫耐7 浙江大学硕士学位论文 脚r a c t b ym e a n so ft h ec o m p a r i s o na n ds e l e c t i o n ，t h eb e s tk i n do fp r o c e s sf o r t h ep o w e rp l a n tf l u eg a sd e s u l f u r a t i o ni sc h o s e ni nt h i sp a p e r s o m ed e t a i l c a l c u l a t o no nt h sp r o c e s si sd i s c u s s e d nt h i sp a p e r c u r r e n t l yt h em o s tw i d e l yu s e db u s i n e s su t i l i t yo fd e s u l f u r a t i o no n p o w e rp l a n ti st h ef l u eg a sd e s u l f u r a t i o n h a dt h ef g dc a nb ec l a s s f i e d i n t o c a c o c a s 0 4 w e td e s u l f u r a t i o n p r o c e s s ，a t o m i z i n g a n dd r y i n go u t p r o c e s sa n dl i m e s t o n ei n j e c t i o ni n t ot h ef u r n a c ea n dc a l i c i e m o x i d e a c t i v a t i o np r o c e s s b a s eo f ft h et e c h n i c a la n de c o n o m i c a lc o m p a r i s o no f d i f f e r e n tp r o c e s s ，w ec o n s i d e rt h a tt h ew e tp r o c e s sc o s tt o oh i g h ，i to n l y c a nb eu s e dt ot h en e wp o w e rp l a n t sa n dt h ep l a n t sw h i c hd e m a n dt h eh i g h e r a i rq u a l j t y t h es e m i d r yp r o c e s si sb e t t e r ，b u ti ti ss t i l lc o s tt o om u c h t ol a r g es c a l eu t i l i t y t h es y s t e mo fl i f a cp r o c e s si ss i m p l e t h ei n v e s t jsr e l a t i v l y1 0 w e r s o tisab e t t e rc b o i c ef o rt h em o d f c a t i o f fo ft h e e x i s t e du n i t i ft h em a i ne q u i p m e n to ft h el f i a cp r o c e s sc a nb ep r o d u c e d b yo u r s e l v e s t h ei n v e s to f t h ef g ds y s t e mc a nb er e d u c e da c o r d i n g l y i n o r d e rt oc u tt h ec o s tt oan e wd e g r e e ，w ea l s os t u d yak i n do fd e s u p h u r i z e r ( c o m p o u n da d d i t i v e ) w i t h t h e a d d i t i v e ，o n l yt h e l i m e s t u n e i n j e c t i o n s y s t e m sn e e d e di ns y s t e m tl a s tt h el i f a cp r o c e s si sc h o s e d a n dt h ed e t a i lc a l c u l a t ：i o no nt h e s y s t e md e s i g ni sp r o v i d e d b yt h eb a s i ci n f o r m a t i o no ft h eu n i t w eg e t t h ei m p o r t a n td e s i g np a r a m e t e r so f 陌ds y s t e ma n do p e r a t i o np a r a m e t e r s s o m ee x p e r i e n c ee q u a t i o ni si n v o l v e di nt h ec a l c u l a t i o n t h ei m p a c to ff g d s y s t e mt ot h eb o i l e ro p e r a t i o n sa l s od is c u s s e di nt h l sp a p e r w ec o n s i d e r t h ei n f l u f l c ec a nb en e g e c t e d k e yw o r d s ：f l u eg a sd e s u l f u r a t i o n ，b o i l e r ，l i f a c ，c o m p o u n dd e u l p h u r i z e r 2 浙江大学硕士学他论文 绪论 1 二氧化硫污染 s 嘎是重要的大6 t 污染物之。大气中的s o ；主要是人们使用化石燃料产生 的。煤和石油中含有i 3 9 6 的硫。硫以无机硫或有机硫的形式存在。这些硫在 燃烧后最终绝大部分生成气态的s o = ，- - 4 , 部分形成不可溶性的硫酸盐留在灰渣 中。烟气中一部分s 也会在高温和氧气的作用下生成s 嘎。s 0 2 排入大气之后。在 阳光的 乍用下也会有一鄢分继续披氧化成s 。 s 如是种严重的大气污染物，无色有刺激性气味。当s 吼的浓度达到0 3 i p p m 时人们就会感傲到它的存在 “。空气中s o ；含量为0 1 | p p m 时，植物及 建筑物结构材料遭受损害：l l o p p m 时s q 对人体有刺激作用；2 0 0 p p m 时受 引起人咳嗽、流酒；l o o p p m 时，就会引起胸痫且呼吸困难；4 0 05 0 0 p p m 时， 会使人立即严重中曝，窒息死亡“。 s n ，浓度过商也会对农作物、森林植被等产生不良影响。商浓度的s o s 会造 成急性危宙。使批物叶片震面产生死斑，或直接使植物叶片枯萎脱落。当s 吼 浓度为0 0 【o 0 8 p p m 时，许多植物开始受到不同程度的伤宙，浓度超过0 ，i p p m 将造成重大晌经济损失“。 空气中的s o ；和n o , 在大气平流层中经与臭氧反应阳光照射以及某些金属 粉尘( 如氧化铁等) 昭催化作用而形成硫酸和硝酸，进入云层形成酸性降雨扭1 。 酸雨对生态环境的影响十分严重，近年来已成为人们关注的热点问题。 酸雨可使土地酸化，使营养元素流失，使重金属元素转入水体，危害植物 生长或造成死亡。酸雨可以使湖泊和近海海域的水体酸化，以致大批鱼类和水 生动植物死产，给捕捞业带来巨大的损失。睃雨可以对暴露于大气中的建筑、 桥梁、雕塑、古迹等产生严重的腐蚀，使它们的实际寿命大大缩短，造成许多 潜在的危险和无法弥补的损失。 s o ；有时会在阳光、温度、湿度和灰尘中金属的催化作用下，形成二氧化巯 气溶胶。这种硫酸烟雾对人体的危害更大。世界上曾经发生过几次著名的硫酸 烟雾事件。如果1 9 5 2 年1 2 月英国伦敦事件，1 9 4 8 年l o 月美国多诺拉事件，1 9 3 5 年1 2 月比利时马斯河谷事件等。它们的硫酸烟雾浓度仅为1 3 8 2 p p m ，但造 成的人身伤亡和损失是巨大的“】。 2 燃煤电站s 0 2 污染的治理 我国人e l 众多，能源消耗督大。由于技术水平低，我国电力构成仍以火电 为主，火力发电容量约占总发电量的8 0 。1 9 9 5 年底，我国火电装机容量为l 6 亿千缸，二氧化硫排放量占全国总排放量的3 5 ；2 0 0 0 年火电装机容量预计达 浙江大学颈士学位论文 到2 2 亿千瓦，二氧化硫排放量将接近全国总排放量的一半；2 0 1 0 年火电装机 容量将达到3 7 亿千瓦，若不采取控制措施。二氧化硫排放量将占全国总排放 量的2 3 s 】。燃煤电站将成为我嗣大气s 氇污染的第一大污染源。搞好燃煤电站 的s o ，排放对于我国的环境保护有着重要的愆义。 目前，我国城市空气质量的情况并不乐观。1 9 9 8 年国际卫生组织公布的一 项报告表明，全球空气污染严重的城市依次为：太原、米兰、北京、鸟鲁木齐、 墨西哥城、兰州、重庆、济南、石家庄、德黑兰。十人污染严重的城市中，我 国占了7 个，北京名列第三兰州名列第六。1 9 9 8 年，在全国3 2 2 个环境统计 的城市中，8 9 个城市空气质量达到国家二级标准，占2 7 6 ：9 3 个城市空气 质量处于围家三级标准，占2 8 9 ；1 4 0 个城市空气质量超过国家三级标准， 占4 3 5 ，属于严重污染型城市婚1 。酸雨己频繁出现在我国许多城市，给我国 带来了臣大的的经济损失。 我国的空气污染仍以煤烟型为主，主要污染物是二氧化硫和烟尘。按9 8 年 统计，1 9 9 7 年二氧化硫排放总量为2 3 4 6 万吨，其中，工业来源的排放蟹为1 8 5 2 万吨，占7 8 9 ；生活来源的排放量为4 9 4 万吨。烟尘排放总量为1 8 7 3 万吨， 其中，工业烟尘排放齄为1 5 6 5 万吨，占8 ：；蹦，生活烟尘排放量为3 0 8 万吨。 为了保护环境，提高人民生活质地，促进国民经济的健康发展，我豳相继 制定了一系列丈气污染物摊放标准。标准中对大气污染扬的摊放要求越来越严 格，对超标排放的罚款也在逐年增加。但是要减少大气污染物的排放，根术的 出路还足在综合治理，要由实实在在的生产技术做为保障。我国的脱硫技术基 本上还处在起步阶段，还在消化吸收国外的技术，大部分电厂还没有上脱硫设 备。因此，尽快地使脱硫技术国产化，以便大面积推广应用是当时电力企业所 面临的紧遮问题。 国外对大气污染进行治理的工作开展得比较早，经过几十年来的发展，脱 硫技术基本成熟，已经进入商业运行阶段。目前，己脱硫的技术工艺种类繁多、 各具特点，应用于不同的炉型、场地、原料等条件，脱硫效果及经济费用也有 较大差别。一般可简单地分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和烟气脱硫三大类。其 中烟气脱硫是目前应用最广范的脱硫技术。烟气脱硫也包含许多种类，采用何 种工艺要根据具体情况确定删。 相对于国外丽言，我国环境治理工作开始得要晚一些，还没有成熟的能够 广泛地进行商业运营的脱硫技术。我们主要是走一条引进、消化吸收的路子。 通过已从目外引进技术，我们已经初步掌握了些电站脱硫技术。为了尽快地 研究、开发、推广、应用适合国情的脱硫技术设备，目前对电站锅炉脱硫发展 的重点是；石灰石石膏法烟气脱硫、旋转喷雾干燥法烟气脱硫、湿式除尘器脱 硫、炉内喷钙脱硫、循环流化床脱硫凸】。 3 本方案设计的任务 随着国家对环保的要求越来越高，为控制二氧化硫及酸雨污染的问题，除 4 浙江大学硕：t 学位论文 了以热定电的热电厂外，禁止在大中城市区及近郊区新建燃煤火电厂田1 。新建、 改建燃煤含硫量人于1 的电厂，必须建设脱硫设备。现有燃煤含硫量人于1 的 电厂，要在2 0 0 0 年前采取减摊二氧化硫的措施。镇海电厂燃用的煤种含硫量为 1 0 7 ，所以也在治理的范围内。 本论文就是为解决浙江镇海电厂的s 0 2 污染问题而从事的研究课题。镇海 电厂是大型电站锅炉，该厂的课题是委托进行方案选定。木论文涉及的工作是 以工程性方案设计为主要内容。 镇海电厂是一个老厂，其2 0 万千瓦机组的6 7 0 t h 锅炉在设计时没有设计 脱硫设备。现在为了满足环保的要求，打算对该锅炉进行改造，增加脱硫设备。 本方案设计就是针对这一需求根据该厂的具体情况进行技术经济分析，参照国 外成熟技术和国内示范项目的运行经验，选定脱硫方案，确定一些重要的运行 参数。探讨有关运行中可能遇到的问题，并提出解决办法。 浙江大学硕士学位论文 第一章脱硫技术的介绍 第一节国内外脱硫技术的发展 自从1 9 世纪工业革命开始，西方国家丌始大规模地在化工和动力行业中使 用化石燃料，石油和煤炭的消耗量逐年递增。石油和煤炭中的硫份也就随之大 量排入大气。m 于当时环保意识的淡薄和技术工艺的落后，大量排出的污染气 体，给生态环境造成了严重的影响。直到本世纪7 0 年代以后，各工业国家才相 继设立了管理机构，建立相关法律对大气污染进行综合治理。脱硫技术也逐渐 在各行各业中广泛应用起来。国外的脱硫技术经过几十年来的发展，已取得了 很大进步。各种脱硫上艺已达上百种。许多技术已成功应用于商业实践。由于 脱硫技术的广泛应用，大气的质量己得到了显著改善，国外许多城市大气污染 的主要来源已不再是工厂的锅炉烟气，丽是汽车尾气。 我国的废气脱硫技术最早于5 0 年代在硫酸工业和有色冶金工业中进行的。 我国燃煤电厂烟气脱硫技术起步于1 9 6 1 年，当时处理烟气的目的足为了防止锅 炉尾部受热丽的低温腐蚀。其方法是在过热器前喷自云石粉，以减少烟气中的 s 0 2 浓度，降低烟气的酸露点，保护低温段空气预热器在正常的工作温度下，不 受沉积的硫酸腐蚀。 1 9 7 3 年底，我图环保机构正式成立，烟气脱硫工作电得到正式的开展。经 过几十年来对国外先进技术的引进、消化、吸收，我们已掌握了一姥脱硫技术， 为我围大规模应用脱硫技术提供- 经验和一些必要的基础。虽然我凰的科技人 员一直在为脱硫技术的国产化丽努力，但是日前还没有达到预期的水平。脱硫 装置的建设和运行费用仍然很高。只有用国产设备取代进口设备，同时选择适 合中国国情的、投资少、占地面积小、运行费用低的脱硫方案，脱硫的费用才 会大幅度降下来，各个企业才有能力上脱硫项目，脱硫技术才会形成规模，才 能有真正的社会效益。 第二节燃烧前脱硫 按照燃煤脱硫与燃烧的关系，大致可分为燃烧莳脱硫，燃烧中脱硫和燃烧 后脱硫三种，即燃烧前脱硫、燃烧中脱硫技术和尾部烟气脱硫。 燃烧前脱硫就是通过各种方法在煤进入炉膛以前，把一部分硫分除去。设 立专门的洗煤厂可以集中处理原煤，为众多用户提供含硫量低的煤。由于是对 原煤进行处理，任何用煤单位都可以使用洗选过的煤。因此，洗煤厂不仅可以 减少燃煤电厂的s 0 2 排放量，而且对其他行业s 0 2 的排放也能起到一定的控制作 用。物理洗煤技术在世界上应用广泛，在美翻洗煤量约占燃煤电厂锅炉耗煤总 量的3 0 。德国电厂锅炉用煤大部分经过洗选，含硫量在0 3 1 2 ，燃用离硫 煤的电厂为数不多。 燃烧前脱硫的技术可分为以下几种n 1 】 1 “： 1 机械分选法 6 塑坚查兰堡圭兰丝堡一皇 利用煤质与荻中无机硫比霆不同，用浮选法浮选，用水作浮选剂，脱硫效 率一般为4 0 庄右，该法已在国外一些工业企业得到应用。我国采用跳汰机和 摇床联合作业，可以达到精选目的，能脱除3 0 左右的硫分。 2 强磁分离脱硫 精煤是抗磁性的，黄铁矿、灰分等是顺磁性的。因此可以在强磁场的作 用下将煤中的含硫物质分离出来，从而达到脱硫的目的。该技术对无机硫的脱 除率为8 0 9 0 ，总的脱硫率为3 0 - - 4 0 ，并且能同时脱除5 0 以上的灰分。 该技术用于湿煤浆脱硫已取得较成熟的经验，而用于干态煤粉处理的技术尚处 研究阶段。 3 微波脱硫 微波脱硫就是用微波在5 0 t 5 0 c 下照射原煤使煤中的f e s 和c _ s 键发 生共振而断裂。生成的游离硫可与氢、氧等结合生成l k s ，s 0 2 等气体从煤中脱 除。用心等惰性气体将产生的心s 气体带出，回收硫磺。该技术的突出优点是 能同时脱除煤中的无机硫和有机硫，脱硫率可高达7 0 。 4 微生物脱硫 微生物脱硫就是把煤粉悬浮在含菌的气泡液中，细赢产生的酶能促使硫氧 化为硫酸盐，从而达到脱硫的目的。该技术的优点：a 反应能在常温常压下进 行；b 不会降低煤的热值：c 能同时脱除煤中有机硫和无机硫。国外在微生物 脱硫技术方面已做了犬爱的工作，有些已达到半工业化水平，国内也在这方面 做了些研究工作。 5 微波一强磁分离脱硫 微波一强磁脱硫就是先用微波处理原煤，增大其中黄铁矿的磁化率，然后将 煤通过强磁分离器进行分离。该技术存脱硫效果的可靠性和牛产成本方面可与 目前的化学法媲美。 6 全氯乙烯脱硫 全氯乙烯脱硫新上艺是8 0 年代由美国的s t a r b i c k 发明并不断开发和完善 的一种既能脱除煤中无机硫和矿物质又能脱除有机硫的新型洁净煤工艺。 该工岂的优点：a 具有很高的脱硫率，可脱除煤中9 0 9 9 的黄铁矿硫， 4 0 7 0 的有机硫，热值回收率在位8 6 3 9 6 5 之间；b 全氯乙烯脱硫法对 脱除煤中有机硫有很高的选择性，而萃取液中萃取其他烃类化合物的量小于原 煤有机质的o 5 9 6 。还能实现硫磺的回收；c 煤在全氯乙烯中湿式破碎可降低能 耗；d 全氯乙烯脱硫反应温和，操作简单，易于工业化；e 能使物理重力浮选 脱除黄铁矿和矿物质与化学萃取脱除有机硫很方便地结合在一起，可一次性得 到低硫低灰的洁净煤；f 净煤中的全氯己烯能全部回收循环使用。 该技术己在美国的印第安纳州p l a n v i l l e 一座煤处理能力为1 2 0 吨天的大 型中试厂中得到应用。 7 浙江大学顽士学位论文 第三节燃烧中脱硫技术 燃烧中脱硫即在燃烧中加入脱硫剂，在燃烧过程中实现硫的脱除。一般锅 炉的燃烧方式为层燃燃烧，煤粉燃烧及流化床燃烧。对于层燃炉固硫洁净型煤 是燃烧巾脱硫的一种主要技术。电站锅炉目前一般采用煤粉炉和流化床，所以 其脱硫方式相应为炉内喷钙脱硫和流化床内加钙脱硫技术。 煤粉炉内喷钙脱硫技术是将脱硫剂制成粉末喷入炉内，脱硫剂在高温下迅 速分解产生c a o ，同时与烟气中的s 0 2 和s o ! 反应生成c a s 0 4 。该技术的特点是投 资少。运行费用低，不产生废水，特别适合于现有锅炉的改造。但该技术脱硫 效率低( 约2 0 9 6 ) ，脱硫剂利用率也较低。8 0 年代宋以来，发达国家在此技术基 础上采取r 些新技术，使脱硫率和脱硫剂利用率大为提高。该技术己在美国、 日本、加拿大和欧洲一些国家得到工业应用，是一种具有广阔发展前景的脱硫 技术。日前，典型的炉内喷钙脱硫技术有美国的炉内喷钙多级燃烧器( l i m b ) 技术，奥地利的灰循环活化( a r a ) 技术及德国的循环流化床反应器技术1 。 1 l i m b 技术 l l l b 脱硫技术就是将脱硫剂制成粉末于炉内适当位盈( 一般为8 5 01 1 5 0 ) 喷入，起到部分固硫作用，在省煤器区域适当位援( 一般为4 5 0 5 5 0 ) 喷入氢氧化钙，再吸收一部分s o ! 。在空气预热器和除尘器之问的烟道中，将烟 气增湿喷入c a ( o h ) 。，进一步提高脱硫率。一般认为增湿可使脱硫率提高l o 1 5 。该技术脱硫率为6 0 7 0 ，脱硝率为5 0 9 6 。 l i m b 脱硫技术在一些发达国家已有中问试验和商业应用。l i i b 的发展趋势 是：与a d v a c a t e 技术相结合提高脱硫率和脱硫剂的利用效率。 2 a r a 脱硫技术 a r a 脱硫技术是由奥地利g r a z 技术人学提出的，该技术先将石灰石于炉膛 适当部位喷入，起到部分固硫作用。电除尘器收集的灰通过一个漏斗送到一个 蒸汽容器内，灰中末反应的c a o 用干的低压蒸汽处理，然后再喷到除尘器前面 的烟道中。此、j 烟气温度应控制在7 5 ( 3 。该技术的脱硫率可达8 0 9 0 。这已 经在奥地利两个电厂的试验中得到证实。 3 循环流化床反应器脱硫技术 循环流化床反应器脱硫技术是由德国s i m m e r i n gg r a zp a u k e r l u r g ig m b h 公司开发的。该技术在锅炉炉膛适当位置喷入石灰石，起到部分固硫作用。在 尾部烟道静电除尘器前装设循环流化床反麻器，炉内未反廊的c a o 随着飞灰输 送到循环流化床反应器。在循环流化床反应器中大颗粒c a o 被其中湍流破碎， 为s o , 反应提供了更大的表面积，提高了整个系统的硫率。 该技术脱硫率可达9 0 以上，这已经在德国和奥地利电厂商业运行中得到 证实。 4 压力消化石灰喷入( p h l i ) 技术 浙江大学硕士学位论文 在压力为0 6 8 9 1 0 3 4 兆帕下进行石灰消化，可使消化达到屉佳状态，然 后将带压消化石灰喷入锅炉炉膛适当温度区( 最佳温度区为1 0 3 8 。c 左右) 。石 灰的钙利用率为普通石灰石喷入法的5 倍。 5 a d v a c a r e 脱硫技术 a d v a c a q i ( a d v a n c e ds i l i c a t e ) 脱硫技术是把炉内喷钙产生的一部分灰渣 磨碎，在一定温度下与c a ( o h ) 。按一定比例水合，通过加压制成高活性的硅酸 钙后，重新喷入尾部烟道脱硫，进一步提高脱硫率和脱硫剂的利用率。l i m b 技 术与a d v a c a t e 技术相结合，在c a s 摩尔比小于2 时，脱硫率可达9 0 。 6 流化床燃烧( c f b c ) 技术 循环流化床燃烧( c f b c ) 脱硫技术具有良好的脱硫效率( 高于9 ( ) 9 6 ) ，较高 的脱硝率以及可以与煤粉炉相媲美的燃烧效率。因此，该技术是一种具有广阔 发展前景的脱硫技术。 第四节烟气脱硫技术 脱硫技术发展到今天技术工艺种类繁多，仅烟气脱硫工艺就有2 0 0 多种以 上【”l 。烟气脱硫就是在锅炉尾部对烟气进行处理，用各种吸收剂将s 从烟气 中脱除f 来。脱硫剂一般是以钙基为主的碱性物质，可以生成有实用价值的副 产品，也可以把产物直接抛弃。烟气脱硫足目前应用最广泛的脱硫技术，发达 国家已进入丈规模实用阶段，技术已基本成熟。 常有的烟气脱硫技术有“i 【“】： 1 湿式石灰石石裔法脱硫技术 吸收荆以液体形式排放的这种上艺在7 0 年代因投资大、运行费用商和存在 腐蚀、结垢、堵褒等问题而影响了其在火电厂中的应用。经过1 0 余年的实践和 改造，工作性能与可靠性已大为提高，投资与运行费用也显著减少。现已成为 主要的电站锅炉烟气脱硫技术。其突出特点是：山脱硫效率高( 有的装置c a s 约为l ，脱硫率大于9 0 9 6 ) ；b 吸收剂利用率高，可超过9 0 ；c 设备运转率高。 我国珞璜电厂和杭州半山电厂都已应用湿式石灰石石膏法脱硫技术。 互湿式甄硫酸钠循环法( w _ l ) 利用3 慨左右的碱溶液( 如n a 2 0 吨溶液洗涤烟气，吸收s o 。产生n a h s o s ，在1 0 5 封闭系统中进行热分解，获得的s 0 2 气体可压缩成液体s ，也可制成心砜 或硫磺产品。这种方法的投资大、运行费用高，要有碱源。我国湖南三0 0 电 厂曾进行过试验，每吨s 0 2 碱耗为1 0 6 1 6 7 k g 。一般情况下当烟气中的s q 浓度 较低时，使用本工艺在经济上不合算。 它是一种直接副产氮磷复合肥料的烟气脱硫方法。它是利用活性碳的吸附 作用将烟气中的s 0 2 脱除下来，再和水蒸汽反应生成稀硫酸，然后用稀硫酸分 浙江大学硕士学位论文 解磷矿石萃取磷酸。用氨中和磷酸制得磷铵，以此作为二级脱硫剂，所得到的 肥料浆经过氧化，f ：在燕发设备中浓缩和干燥机中干燥，最后得到氮磷复合肥料。 这种j 。艺需要中低品位磷矿石( 含如0 5 为2 6 2 8 ) 和氨。我国四川豆霸电厂 进行过这种工艺的试验。 4 含碘活性碳法 先用活性碳吸收烟气中的s 0 2 ，再用碘催化氧化脱硫，最后把活性碳加热使 其再生循环利用。副产品既可以是高纯度的s 0 2 ，又可以制成硫酸。但是该工艺 设备庞大，操作复杂，耗电大。我国湖北松木坪电厂进行过试验研究。 5 稀酸催化氧化法 用稀硫酸加少量的铁做催化荆吸收s 0 2 可副产石膏，但经济性差一些，腐 蚀严重。我国上海南市电厂进行过试验。 6 喷雾t 燥脱硫技术( s d a ) 喷雾干燥脱硫技术是南美国j o y 公司和丹麦的n i r oa t o m i z e r 公司共同开 发的，是8 0 年代发展起束的脱硫新技术。 喷雾干燥脱硫技术是将吸收剂浆液雾化喷入吸收塔，吸收剂分散于烟气中。 一方面吸收剂与烟气中的s 也反应生成固体灰渣；另一方面烟气又将热量传递 给吸收剂，使之小断二f 燥。所以完成脱硫反应后的废渣将以干态形式排出。所 以该技术也称为半千法脱硫技术。 该技术脱硫率可达7 0 9 0 ，技术已成熟，已经广泛用于美国、欧洲等发 达国家主要用于燃用中低硫煤的电厂。我围四川白马电厂和山东黄岛电厂已 采用此方法进行烟气脱硫。 7 粉煤灰干式烟气脱硫技术 粉煤灰干式脱硫技术是由口本北海道电力公司首先开发成功并投入商业应 用的是一项世界首创的新技术。该技术是以粉煤灰、熟石灰、石膏为原料制成 脱硫荆，将该脱硫剂填充到吸收塔中，脱硫剂吸收锅炉排烟中的s 瓯，达到脱硫 目的， 日本芾东厚真电厂1 9 9 1 年安装调试成功了粉煤灰干式烟气脱硫装置，该装 置处理烟气量6 4 4 0 0 0 n m 3 h ，脱硫率大于9 0 ，脱硫剂利用率大于8 0 ，除尘率 大于8 5 。 8 电子束排烟处理法( e b a 法) 啪 ，蜘 e b a 法是日本3 家研究所存名古屋火力发电厂研制成功的。它采用高能量 电子束照射烟气，同时去除烟气中所含的硫氧化物和氮氧化物，还能回收氮肥 ( 硫酸氨和硝酸氨的混合物) 。e b a 是一种无排水式的烟气处理技术。名古屋火 电厂设计烟气处理量( 湿基) 为1 2 0 0 0 m 3 h ，3 s o 浓度h8 q o m g l 和n o , 浓z h 2 2 5 m g l 时，其脱硫脱硝率分别为9 4 和8 0 。 0 浙江大学硕士学位论文 目前，成都热电厂在建的e b a 工业试验项目系由日术荏原制作所( 前述日 本3 家研究所之一) 设计，处理烟气量为3 0 0 ，0 0 0 m 3 h ，当s o , 和n o , 浓度分别为 1 8 0 0 和4 0 0 9 l 时，脱硫脱硝萃分别为8 0 和5 0 。成都热电厂采用是两台 8 0 k v 4 0 0 m h 的电子加速器。 该法优点：干法，无废液处理和无腐蚀结垢河题，严物是高质化肥，易于 收集，可同时脱硫脱硝。缺点是：加速器造价昂贵，需要射线保护，电子枪寿 命及技术管理难度人等。 9 荷电二f 式除硫法“” 荷电干式除硫泫是美国阿兰柯环境资源公司研制日句一种专利产品。其工作 原理是：吸收剂( 常用c a ( o l t ) 。) 高速流过喷射单元，产生的高压静电电晕电压， 由此获得强大的静电电荷( 通常是负电荷) ，然后在除尘器前再通过喷管喷射到 排烟气流中。由于吸收剂带同极性的电，所以相互排斥，很快在烟气中扩散成 为均匀的悬浮状态。吸收剂与s 0 2 的反应机率大为增加。同时带电的吸收剂粒 子表面的电晕极大地提高了吸收剂的活性，缩短了与s o , 反应所需的时间，提 高了除硫效率。 1 9 8 7 年意大利e n e l 在m a r g h e r a 热电厂做了l o o h f n 3 h ，的工业试验，s o , 和 n o , 的初始浓度为5 3 0 p p m 和4 0 0 p p m ，s 0 2 脱除率为8 0 ，n o ，为5 0 6 0 ，能耗为 1 2 w h n m 3 i ”我困德州电厂7 5 t h 煤粉炉安装了此类脱硫装置，除硫效率大于 7 0 。 l o l i f a c 脱硫技术 l i f a c 脱硫技术是由芬兰的t a m p e l l a 公司和 v o 公司首先开发成功并投入 商业应用的。该技术是将石灰石于锅炉的8 5 01 1 5 0 部位喷入，起到部分周 硫作用二在尾部烟道的适当部位( 一般在空预器与除尘器之问) 装设增湿活化 反应器，使炉内未反应的c a o 和水合成c a ( o i ) 。进一步吸收s 0 2 ，提高脱硫率。 l i f a c 脱硫技术具有占地少，系统简单，投资和运行费用较低。无废水排 放等优点，脱硫率6 0 8 5 。我国南京下关电厂，浙江钱清电厂均采用此脱硫 技术。 1 1 海水脱硫法 海水脱硫法足利用海水吸收烟气中的s 0 2 。烟气中s 0 2 被海水吸收并与氧发 生反应生成硫酸根离子，以硫酸盐的形式存在于海水中。天然的海水呈碱性， 含有过量的碳酸钙和碳酸钠，能使海水有充足能力来吸收和中和s 0 2 。硫酸盐是 海洋中天然且必须的成份，不会对海水造成太大污染。 目前世界上已投入运行和存建的燃煤电厂采用f l a k t h y d r o a 工艺脱硫的有 印度t a t a 电厂( 5 0 0 m w ) 、西班牙c r a nc a n a r i a 电厂( 8 0 m w ) ，印尼电厂( 6 7 0 m w ) 及我国的深圳西部电厂“。我国深圳西部电厂2 号3 0 0 m w 机组选用的是挪威a b b 公司的海水烟气脱硫技术，全烟气量运行，系统设计脱硫率为9 0 。 浙江大学硕士学位论文 第二章常用烟气脱硫工艺的比较 第一节国内外烟气脱硫的现状 脱硫的方法固然不少，但是大多数脱硫工艺由于脱硫剂种来源、工艺特点、 场地资金等限制因素，并没有得到大规模的应用。因此真正商业推广的技术也就 屈指可数了。烟气脱硫( f g d ) 是目前控制燃煤电厂s 如摊放量最有效、应用最广 的技术，脱硫率高( 可达9 0 以上) ，脱硫剂利用率也商。但是脱硫设备昂贵， 只在美国、日本、德国等一些发达国家得到广泛应用。该技术研究时间最长，发 展也较成熟。烟气脱硫种类很多，其中湿式石灰石石膏法脱硫技术目前应用最 广，技术也最为成熟，吸收剂采用石灰或石灰石。在各种脱硫装置中，采用湿法 工艺的就占8 0 。湿法足用脱硫溶液洗涤烟气，气液传质过程较气同过程迅速。 干法脱硫荆则多属于气固反应。从脱硫后的生成物利用情况，又可分为回收法与 抛弃法两种。 目前，世界上在烟气脱硫装置的数量、容量和技术水平方面而言，美国、日 本和德国居领先地位“。 美国电厂烟气脱硫机组总容攒为5 6 0 0 0 m w ，其中抛弃法约占8 6 ，喷雾干燥 法占9 。在抛弃法中，主要是石灰石法、石灰法、双碱法、碳酸钠法、氧化镁 法及w l 法六种。脱硫剂为石灰石、石灰、碳酸钠、氧化镁等，其中以石灰石和 石灰为主，占9 4 1 。八十年代以来，为了降低基本投资和运行费用，美国积极 研究与开发了喷雾干燥法和炉内直接喷钙烟气脱硫技术。美国正在研究及开发的 烟气脱硫技术有电子束排烟处理法及同时脱硫脱氮技术。 日本大规模实施烟气脱硫技术始于1 9 7 0 年，发展速度相当迅速。目前，日 本大约有1 5 0 0 套湿法烟气脱硫装置在运行，机组总容量为3 9 0 0 0 b l w ，烟气脱硫 效率达9 0 9 8 。日本以燃油锅炉烟气为主要脱硫对象，近年来则偏重于开发燃 煤锅炉烟气脱硫。日本以湿法石灰石石膏法为主，偏重于回收商品石膏( 占 7 0 ) ，抛弃法仅占3 目前，日本多采用选择性催化剂还原( s c r ) 和烟气脱硫 ( f g d ) 相结合的同时脱硫脱硝联合法，并已工业化，主要用于电厂锅炉的n 仉 污染控制，n o ，脱硫效率可达6 0 8 5 。近年来，日本还建成了大约1 0 0 套可处理 1 0 0 0 0 - 2 0 0 0 0 m 3 h 烟气量的镁洗涤法烟气脱硫装置。在石灰石中添加海水，浓缩 后制成m g ( o h ) ：浆液( 浓度为3 0 5 0 ) 作为吸收剂，其成本仅为n a o h 的一半。 脱硫装置捧出口废料为液态m g s o 。 德国电厂烟气脱硫机组总容量为3 8 0 0 0 m w 。目前，德国应用最广的烟气脱硫 技术是副产石膏的石灰一石膏和石灰石一石膏法( 占8 7 ) ，抛弃法占8 。在副产 石膏的的烟气脱硫中，又以单回路、强制氧化、副产商品石膏的工艺过程为最多， 约占电厂烟气脱硫装机总容量的三分之一。喷雾干燥法烟气脱硫技术，在德国也 获得广泛运用。在1 9 9 3 年前，运行中装机容量为1l o h w 以下的发电厂，普遍采 用这项脱硫技术。德国烟气脱硫技术成熟，可用率高( 9 0 以上) ，已达到电厂一 般辅机的运行水平。德国采用回收石膏法的目的不在于回收石膏，而是为了保护 浙江犬学碗士学位论文 环境，以免灰渣任意抛弃而污染环境。 在欧洲，许多国家多采用回收商品石膏的烟气脱硫技术和喷雾干燥法烟气脱 硫技术。如荷兰拥有大约2 0 0 0 m w 能回收商品石膏的烟气脱硫技术；奥地利目前 拥有5 套装机容量为6 1 5 m w 的炉内喷射石灰石的烟气脱硫装疑：瑞典日前共有装 机容量为1 2 8 0 m w 的湿法烟气脱硫装置及4 7 0 m w 机组用喷雾干燥法烟气脱硫装 置i 芬兰现有2 5 0 m w 机组为炉内喷钙烟气脱硫装置；挪威所有的烟气脱硫工艺， 都是采用f l a c t - h ) r d r o 海水洗涤器，机组容最为1 4 3 0 m w 。此外，意大利、丹麦、 英国等国家，目前都肖烟气脱硫装置在运行。 从7 0 年代至今，我国燃煤电厂进行脱硫试验工作的有： ( 1 ) 1 9 7 4 1 9 7 6 年，上海闸北电厂湿式石灰石一石膏法2 5 0 0 n m 3 h 中间试验。 ( 2 ) 1 9 7 6 1 9 7 9 年，上海南市电厂铁离子液相催化脱硫回收石膏法 2 5 0 0 n 寸h 中间试验。 ( 3 ) 湖南三o o 电厂业钠循环法中问试验。 ( 4 ) 1 9 7 6 1 9 8 1 年，湖北松木坪电厂5 0 0 0 n m 3 h 水洗再生活性碳脱硫中问 试验。 ( 5 ) 8 0 年代以来，四川豆坝电厂建成5 0 0 0 n m h 磷铵肥法脱硫中试装置， 完成2 0 0 0 h 考核运行。该法除能获得大于9 5 的脱硫效率外，还可产出有广阔市 场和价格较高的氮磷复合肥料。不仅环境效益好，而且经济效益也很好。 ( 6 ) 1 9 9 0 年初，在四j i i 自马电厂建成了旋转喷雾千泫烟气脱硫中间试验装 霹。该装霞烟气处理量为7 0 0 0 0 n m 3 h ，脱硫率达到8 0 。 ( 7 ) 1 9 9 5 年，i “东黄岛电厂从日本引进了处理i o o m w 电厂锅炉烟气的“旋 转喷雾干燥法”脱硫装置。 ( 8 ) 1 9 9 7 年，成都热电厂从日本引进了处理i o o m w 电厂锅炉烟气的“电了 柬辐照法”装置，投资1 0 亿日元。 另外，北京第一热电厂( 2 4 1 0l h ) 、重庆电厂( 2 2 0 0 m w ) 、浙江半山电 厂( 2 1 2 5 删) 、重庆珞璜电厂二期( 2 x 3 6 0 胛) 、深圳西部电力公司( 3 0 0 m w ) 等烟气脱硫装置也己建成或正在建造中。 以上所提到的这些脱硫工程，各有各的特点。有些工程技术经过长期以来的 研究，其工程建设和运行的经验已经可以向其他企业推广，有些工程技术则由于 技术、资金、场地等到方面的原因，不可能作为样板推广，有些则没有能够正常 投运，还需要进一步的试验和改进。下面我们将详细地介绍与分析几个成熟的大 型示范项目，并以此作为镇海电厂选择脱硫方案的根据。我们将讨论的主要有石 灰石一石膏湿法脱硫、喷雾干燥法脱硫、l i f a c 法和海水脱硫法四种工艺。1 9 9 9 年6 月，国家计委批准了鞍山西玛公司开发成功的复合固硫剂喷钙脱硫为国家高 新技术产业化示范工程项目中实施的脱硫方案。该技术在9 8 年完成了在国家电 站燃烧工程技术中心，即东电燃烧技术研究中心的试验台架试验和鞍钢第一发电 浙江大学硕士学位论文 厂1 3 0 t h 锅炉上所做的中间性工业试验。9 9 年开始的示范工程项目将分别在 7 5 t h 、2 2 0 t l 、4 0 0 t h 的锅炉上实施。对此脱硫方法我们也将作简单介绍。 第二节石灰石石膏湿法脱硫 石灰石石膏湿法脱硫工艺在口、美、德等国得到了广泛的应用。口本湿法 脱硫占总容量的一半，而美国和德国的普及率达到9 0 左右。 石灰石石膏湿法脱硫工艺是采用c “或c a ( o i i ) ；作为脱硫荆，在吸收塔内 吸收s 侥，后经氧化形成石膏，最后将石膏分离出来。 以水溶液或悬浮液为基础的湿式烟气脱硫法主要利用s ( h 在水中良好的溶解 性和叫以引起连锁化学反应这一特点。气相的s 嘎分子接触到液滴便迅速进入液 相。为了防i 卜水相饱和，引起吸收过程终l ：，需将溶解的s 晚用化学反应固着 使气相和液相失去甲衡。为此有两种途径将p h 值提高，一是中和水中的氢氧根 离子，使溶于水的s 如转化为亚硫酸根。二是加氧气氧化，使亚硫酸根转化为硫 酸根离子。为达到以卜目的，需加入石灰或石灰石来中和生成的弧硫酸或硫酸。 由此而生成的盐可以是半水亚硫酸盐( c a s o ，1 2 1 k o ) 或二水硫酸盐 ( c a s o 2 | k 0 ) 。 烟气脱硫的反应如下m 1 ： ( 1 ) 吸收过程 s 0 2 ( g ) + 啦0 s o z ( 1 ) + 吨0 s 如( 1 ) + k m 哼 r + h s 谯一2 l - r + s o ，2 ( 2 ) 反应过程( 加c a c 0 0 c a c 0 3 划i 忙嘎 o 嘎”+ r 0 - + o h t - + h c o ，- - - 2 0 h - + c o , ( 1 ) c 嘎( 1 ) + o 寸c 如( g ) + 强0 h s ( h - + i 2 晚峥s o 2 一w s 酹- + 1 2 q + s o 2 一 c 矿+ + s o i 卜_ c a s 仇 总的脱硫反应为： s o , + 1 2 q + 2 l - h o + c a c 0 3 爿：a s o i 2 地o + c 0 2 氯化氢和氟化氢也会和c a c o t 反应而被除去。 2 h c i + c a c 0 3 c a c l 2 + 地。吒岛 2 h f + c a c 0 3 c a f 2 + 心c 嘎 整个脱硫系统如图2 - 1 所示： 1 4 浙江大学硕士学位论文 被粉碎过的石灰石粉与水混合形成浆液，由泵打到吸收塔底部的槽中。同时 氧化空气也被送入横中，使浆液的含氧量气太大增加。含氧丰富的浆液被抽到吸 收塔上部，通过喷嘴喷散下来，与由下而上的烟气形成逆向对流。形成雾状的浆 液其表面积大为增加，能够与烟气充分接触。烟气中的s o z 在浓度差的作用下不 断扩散到浆液雾滴的表面并被吸收到液滴里面。液滴中的c a c o s 就在氧气的作用 下与s o l 发生反应，形成c a s o , 。s o 的吸收基本上是在液滴下降的过程中完成的， 而形成c a s o , 的反应过程在液滴落入槽底后仍可进行。而且始终有一部分浆液是 在塔内循环的，因此反应可以进行得比较彻底。脱硫反应生成物c a s o , 大部分留 在吸收塔底槽内，底槽内另有一个管手将含有大量c a s 0 4 的浆液引出，后经过水 力旋流分离器和皮带过滤枫处理将c a s o , 分离出来。废承排出，仍有利用价值的 浆液被再次打入吸收塔内循环使用。 1 锅炉2 电除尘器3 烟囱4 挡板5 气气热交换器6 活化塔7 除雾器8 吸收塔底槽9 维修用塔槽贮箱l o ，氧化用空气1 1 粉状石 灰石1 2 工艺过程用水1 3 粉状石灰石贮仓1 4 石灰石中和剂贮箱1 5 工艺过程用水1 6 水力旋流分离嚣1 7 ，皮带过滤枫1 8 中阔贮籍1 9 ，溢 流贮箱2 0 溢流废水2 l 石膏贮仓2 2 石膏 幽2 一l 石灰石石膏法烟气脱硫系统 烟气