大气污染控制工程第八章,第三节燃料燃烧中脱硫

1、b燃烧中脱硫>ContentsQ流化床流态化原理i流化床的特征流化床燃烧脱硫原理循环流化床（CFBC）燃烧脱硫i炉内喷钙脱硫技术1.1流化床流态化原理尾気;尾气;气侔 固定床阶段（尾气f气体'气体夹带阶民01气固两相随气流速变化所呈现的不同流态1.2流化床的特征A从整体看，床层显示出某些类似于液体的表观性质;合于有强热效应的过程（返混）;A流化床的压力降保持恒定；A颗粒在床内剧烈运动，造成固体颗粒和床内设备 的磨损，生成粉尘。1 便于连续处理大量固体粒子，实现连续生产 和生产过程的自动化；2.便于控制温度并使温度分布均匀；3 .传热效率高，适于强放热（或吸热）过程；4.由于粒子细

2、，流体和固体间接触面积大，因此 反应速率快。1.返混较剧烈，降低了反应速率和影响反应的选 择性；2 .反应器内难以保持适合某些反应所需的温度3.固体颗粒的磨损和带出较严重，需要细粉回 收设备。1.3流化床燃烧脱硫原理CaCC)3co2CaO+SO2+1/2O2CaS04图2石灰石在燃烧过程中的脱硫原理d燃烧中脱硫基本原理粉状石灰石在高温下分解成CaO和COz是一 个吸热反应，热分解温度为880°C：QCO3 TQO+CO2（1）在氧化性气氛中CaO与SO2发生如下的脱硫反应:CaO + SO2 -> CaSO3CaSO3 + O9 - CaSO41CaO + -O2 +SO2

3、CaSO 4A两个阶段在脱硫剂的表面和大孔隙中进行;随着大孔隙的消耗，小孔隙的阻力作用对脱硫的影响越来越显著。思考题流化床燃烧脱硫的主要影响因素有哪些?1.4流化床燃烧脱硫的主要影响因素a.钙硫比b. 锻烧温度c. 脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构脱硫剂的种类a.钙硫比是表示脱硫剂用量的一个指标。从脱除SO2的角 度考虑，所有性能参数中，钙硫比影响最大，钙硫比对脱硫率的影响可以用一个经验公式近似表述: = l-ep(-m7?)m综合影响参数与床高、流速、颗粒、种类. 相关，不同类型的流化床锅炉有不同的m值。b.锻烧温度温度低，脱硫剂锻烧温产生孔隙量少，孔径小,反应几乎完全被限制在颗粒外表面O温度慢慢

4、上升，锻烧反应速率增大，伴随着 CO2气体的大量释放，孔隙迅速扩展膨胀。使得 与SO2反应的表面也增大，从而有利用脱硫反应 的进行。但是，当床温超过CaCO3锻烧平衡温度 约500C以上时，烧结作用变得越来越严重，其结 果会事得其反。C.脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构这个关系很复杂，因为脱硫剂颗粒形状，孔 径分布不一，再加上床层内颗粒磨损，爆裂和扬 析现象的发生。d.脱硫剂的种类根据当地煤中硫的含量及特点而定。1.5脱硫剂的再生II脱硫剂的再生利用可以降低脱硫剂的消耗并提 高脱硫剂的利用率。脱硫剂再生的原理是：硫酸钙在1100°C的还原性气氛中会进行如下 反应：lioot以上C&

5、SQ4 + 1/2C CaO + S02+l/2CX(5-85)CaSQj 十 H2 CaO + SO2 + HO(5-86)CaSQi + CO十伦十 g(5-87)CaS04 + 4CO一 CaS+4OQ2(5-88)CaSO4 + 4H2 >CaS + 4H2O(5-89)54070(X0CaS+ H2O+ S >CaCC 十也 S(5-90)利用反应(5-85) (5-87)称为一级再生 法，而利用反应(5-88)(5-8刃称为二级再生 法。在一级再生法条件下使反应物停留30min 以上时，CaO的再生率可以超过90%。当再生反应生成了CaS,可以根据反应 (5-91)和(

6、592)使反应发生分解：CaS + 2C)2 CaSO4(5-91)CaS + 3/2O2 ->CaO+SO2(5-92)2 循环流化床（CFBC）旋风分离器图3循环流化床燃烧示意图2.1循环流化床燃烧的特点6不仅可以燃用各种类型的煤，还可以燃烧其 他物质；b. 由于流化速度高，使燃料在系统内不断循环, 实现均匀稳定的燃烧；c. 由于釆用循环燃烧的方式，燃料在炉内停留 时间较长，使得燃烧效率得到了提高；燃烧温度低，NOx生成量少;e由于石灰石在循环流化床内反应时间长，使用少量的 石灰石(钙硫比小于15)即可使脱硫率达到90%；燃料制备和给煤系统简单，操作灵活。表3多物料循环流化床(MSF

7、BC)与常规流化床(FBC)燃烧性能比较项目碳利用 率/%脱硫率/%排放量SO2/(ml/m3)NOx/(ml/m3)CO/(ml/m3)CO/%O2/%FBC937536524048711.49.5MSFBC9895957240014.53.82.2.循环流化床的工业应用丄国外几个典型流化床锅炉应用实例项目名称：美国Nucla电厂常压流化床锅炉示范工程项目概况:锅炉出力:110MW燃用煤种：三种美国西部烟煤（Salt Creek煤，S% 0.5%； Peabody 煤，S% 0.7%； Dorchester 煤，S% 1.5%）投运后的燃烧试验结果:脱硫率：70% （床温882°C

8、,Ca/S=1.5）85% （床温882°C.Ca/S=4）70%（床温=927°C,Ca/S=5）NOx排放量146mg MJ1； CO排放量：70140ml/m3 燃烧效率：96.9%98.9%热效率：85.6%88.6%项目名称：法国Gardanne电厂循环流化床锅炉 项目概况：锅炉出力：250MW燃用煤种：次烟煤（含硫3.68%） 渣油（含硫4.5%）投运后的燃烧试验结果：脱硫率：97% （Ca/S<3）SO?排放量 v400mg/rrPNO* 排放量 <250mg/m3项目名称：加拿大Point Aconi电站循环流化床锅炉项目概况：锅炉出力：180M

9、W燃用煤种：Prince Mine煤投运后的燃烧试验结果:脱硫率：90% (Ca/S=2)NO* 排放量 <172mgMJ-1压缩空气水箱石观烟 囱石 慈.图4循环流化床烟气脱硫流程图第四屯高浓度二氧代磕尾 收与净化erfn1 .高浓度二氧化硫气体的来源燃煤、硫酸生产厂、炼磺厂2.硫酸的用途/化肥生产/石油工业/钢铁工业/有色冶金工业/染料工业表1各国硫酸消费分配表国别总消费量(kt)化肥用酸工业用酸消费星(kt)比例)消夷星(kt)比例美国315002356075794025联邦籍国347075022272078法国4150205040210051英国281083730ji .&quo

10、t;n1973丄7024S0116247B2033加拿大3200166552153548日本59S52470412：)14593 .高浓度二氧化硫气体的回收方法3.1利用SO2生成硫酸so2+!/2 o2 兰豐> SO3 (1)so3+ h2oH2so4 (2)4层床SO2催化转化器的温度一转化率的关系20420460500540 5806200090OO3誉誥ifc温度2c图1硫酸厂4层床SO2催化转化器温度一转化率关系来自嗨 厂或硫礦 燃烧的富 含see的 尾气含有约为机蛊'含有约为初贻 进气SDsa3N的尾气水预除 尘和 水分L段间冷却 的四层催11充侏吸收塔硫酸第二级 催

11、化床单级吸收工艺进气SS 浓度礬的尾气-图2单级和二级吸收工艺的流程图3.2回收SO2的同时生产硫酸鞍盐城双昌化工有限责任公司有2套硫酸生产装置.生产能力为10万忖6均釆用一转一吸工艺改造前尾气中SOz浓度为0.35%0.4% o企 业原有1套尾气处理装置：利用碳酸氢鞍溶液吸 收尾气中的二氧化硫生产硫酸亚鞍供造纸业用o改造后的氨酸法处理工艺图3回收硫酸尾气制硫酸鞍工艺流程图处理结果：S02吸收率可达90%以上；尾气中SO2浓度0.032%每年回收S023200t,折合硫酸4900t,同时实现 连产硫酸鞍7000t；33以废治废，变废为宝宁波东方铜业有限公司，将炼铜过程中的所用的二氧化硫吸收塔进

12、行改造，制成了多相 反应器的技术设备，将炼铜过程中所产生的鼓 风渣磨细后制成渣浆，用它吸收烧结烟气中的二 氧化硫,然后加入适量的石膏制成无机复合肥。处理结果:1 二氧化硫回收率达989%2浙江省土肥站等单位在6个点进行的肥效试验 证实，施用东方铜业公司生产的富硫无机复合肥, 油菜籽平均增产15.9% ,出油率提高3%。1某新建电厂的设计用煤为：硫含量3%,热 值26535kJ/kgo为达到目前中国火电厂的排 放标准，采用的SO2排放控制措施至少要达到 多少的脱硫效率？解：火电厂排放标准700mg/m3；3满 含量的煤烟气中SO2体积分数取0.3%。则每立方米烟气中含SO2口 64x10 571 哗因此脱硫效率为8571 -7008571xlOO% = 91.8%2.某电厂采用石灰石湿法进行烟气脱硫，脱硫 效率为90%。电厂燃煤含硫为3.6%,含灰为 7.7%。试计算： 1）如果按化学剂量比反应，脱除每kgSO2需要多少kg的CaCO3；2）如果实际应用时GCO3过量30%,每燃烧一吨煤需要消耗多少CaCOs；3）脱硫污泥中含有60%的水分和 40%CaSO4.2H2O,如果灰渣与脱硫污泥一起排放，每吨燃煤会排放多少污泥?解:1)CaCO. + SO. +2H.0-> CaSO. 2H.