循环流化床锅炉烟气脱硫脱硝技术课件

烟气脱硫脱硝技术交流李耀庭烟气脱硫脱硝技术交流李耀庭1二氧化硫控制技术二氧化硫控制技术2主要内容一、SO2的污染二、常见的脱硫技术简介三、循环流化床炉内脱硫系统主要内容一、SO2的污染3一、SO2的污染1SO2的排放

SO2的主要来源分为两大类，天然污染源和人为污染源。一、SO2的污染4分类发生源特性及影响产生量天然源1）海洋硫酸盐雾2）缺少氧气的水和土壤释放的硫酸盐3）细菌分解的有机化合物4）火山爆发5）森林失火1）全球性分布在广阔的地区以低浓度排放在大气中不易稀释和被净化2）一般不会产生酸雨现象3）人力无法控制1/3人为源1）矿物燃料燃烧，占3/4以上2）金属冶炼3）石油生产4）化工生产5）采矿等1）比较集中，在占地球表面不到1%的城市和工业区上空占主导地位2）是发生酸雨的基本原因3）人力可以控制2/3SO2污染源的特点分类发生源特性及影响产生量天1）52SO2的危害SO2的污染属于低浓度长期污染，对生态环境一般是一种慢性叠加性长期危害，它已经对自然生态平衡、人类健康、工农业生产、建筑物、材料等方面造成一定程度的危害。2.1SO2对人体的危害

SO2对人体健康的影响主要是通过呼吸道系统进入人体，与呼吸器官作用，引起或加重呼吸器官的疾病。如鼻炎、咽喉炎、支气管炎、支气管哮喘、肺气肿、肺癌等。大量资料表明，SO2与大气中其他污染物协同作用，对人体健康的危害更大。2SO2的危害SO2的污染属于低浓度长期污染，对生态环境62.2SO2对植物的危害a植物对SO2特别敏感，主要通过叶面气孔进入植物体内，在细胞或细胞液中生成SO32-或HSO3-和H+。b破坏植物的正常生理机能，使光合作用降低，影响体内物质代谢和酶的活性，从而使叶细胞发生质壁分离、收缩或崩溃，叶绿素分解等。c从表面看，叶片出现伤斑、发黄、枯卷、落叶、落果或生长缓慢等，严重时则会枯死。d同时会使植物对病虫害的抵2.2SO2对植物的危害a植物对SO2特别敏感，主要72.3SO2造成的社会经济损失据资料介绍，美国每排放1tSO2造成社会经济损失为220美元，我国平均每吨SO2造成的社会经济损失为1700元人民币。照此计算，我国每年因排放SO2造成的社会经济损失约相当于近千亿人民币，而且使人的寿命缩短38天。控制火电厂SO2排放火电厂SO2排放量已占SO2排放总量近50%，随着经济发展和电能需求增加，火电厂排放比重将继续增大，火电厂是SO2排放总量控制的重点行业。2.3SO2造成的社会经济损失据资料介绍，美国每排放1t83SO2污染的控制途径控制SO2的方法:1)燃烧前脱硫

2)炉内脱硫

3)烟气脱硫3SO2污染的控制途径控制SO2的方法:93.1燃烧前脱硫燃烧前脱硫就是在煤燃烧前把煤中的硫分脱除掉，燃烧前脱硫技术主要有物理洗选煤法、化学洗选煤法、煤的气化和液化等。煤的燃烧前的脱硫技术尽管还存在着种种问题，但其优点是能同时除去灰分，减轻运输量，减轻锅炉的沾污和磨损，还可回收部分硫资源。3.1燃烧前脱硫燃烧前脱硫就是在煤燃烧前把煤中的硫分脱除103.2炉内脱硫

炉内脱硫是在燃烧过程中，向炉内加入固硫剂如CaCO3等，使煤中硫分转化成硫酸盐，随炉渣灰排除。典型的技术有LIMB炉内喷钙技术（传统）、LIFAC烟气脱硫工艺（尾部活化），其脱硫效率一般为40%～85%。3.2炉内脱硫炉内脱硫是在燃烧过程中，向炉内加入113.3烟气脱硫烟气脱硫技术（FGD）是当前应用最广、效率最高的脱硫技术，在今后一个相当长的时期内，将是控制SO2排放的主要方法。世界各国研究开发和商业应用的烟气脱硫技术估计超过200种。按脱硫剂和副产物的干湿形态，烟气脱硫又可分为湿法、半干法和干法工艺。湿法FGD工艺占主流，典型的有：石灰石（石灰）-石膏法、海水脱硫法、氧化镁法、氨法等；典型的干（半干）法烟气脱硫工艺的有：烟气循环流化床法、喷雾干燥法、电子束辐照法等。3.3烟气脱硫烟气脱硫技术（FGD）是当前应用最广、效率122烟气脱硫烟气脱硫（FGD，FlueGasDesulfurization）技术是当前应用最广泛，效率最高的脱硫技术，是控制二氧化硫排放、防止大气污染、保护环境的一个重要手段。工业发达国家从70年代起相继颁布法令，强制火电厂安装烟气脱硫装置，促进了烟气脱硫技术的发展和完善。目前国外火电厂烟气脱硫技术的主要发展趋势是：烟气脱硫高、装机容量大，技术水平先进，投资省，占地小，运行费用低，自动化程度高，可靠性好等。2烟气脱硫烟气脱硫（FGD，FlueGasD13

目前经常采用以下脱硫工艺:1）循环流化床锅炉炉内脱硫2）喷雾干燥法脱硫工艺3）循环流化床干法4）海水脱硫5）氧化镁法6）石灰石/石灰-石膏法目前经常采用以下脱硫工艺:1）循环流化床锅炉炉内脱硫142.1循环流化床炉内脱硫1.脱硫方法：石灰石或白云石最为脱硫剂，在燃烧过程中分解成石灰（CaO），在氧化性气氛下与SO2和O反应生成硫酸钙2. 石灰石脱硫原理（1）石灰石分解：原石灰石内自然空隙扩大（2）石灰表面生成致密硫酸钙薄层：阻碍SO2进入并反应3. 脱硫率（40%-60%）——最佳反应温度830~870℃4. 综合指标Ca/S：Ca/S：2以上2.1循环流化床炉内脱硫1.脱硫方法：石灰石或白云石最为脱15炉内脱硫工艺特点1、系统简单、运行可靠2、脱硫成本低，初投资、运行维护成本低3、脱硫产物在飞灰和底渣中，不产生带水石膏等副产物，没有二次污染问题4、我国炉内脱硫系统不被用户重视，不注重维护，没有考核指标5、我国大部分CFB锅炉的炉内脱硫SO2排放不达标，脱硫不被国家相关部门所认可炉内脱硫工艺特点1、系统简单、运行可靠162.2喷雾干燥法脱硫工艺喷雾干燥工艺为半干法烟气脱硫工艺，以石灰浆为吸收剂，浆液雾化成细小液滴(＜100μm）与热烟气接触，液滴蒸发干燥与SO2反应生成亚硫酸钙。

吸收剂——

石灰副产物——

亚硫酸钙/硫酸钙2.2喷雾干燥法脱硫工艺喷雾干燥工艺为半干法烟气脱硫工艺，17喷雾干燥法工艺流程图喷雾干燥法工艺流程图18喷雾干燥法化学反应机理烟气溶液固体SO2SO2+H2O→2H++SO32-Ca2++2H2O←2H++Ca(OH)2Ca2++SO32-+0.5H2O→Ca(OH)2Ca

SO30.5H2OO2SO32-+0.5O2→SO42-Ca2++SO42-+2H2O→Ca

SO42H2OCO2CO2+2H2O→2H+

+CO32-Ca2++CO32-→Ca

CO3喷雾干燥法化学反应机理烟气溶液固体19喷雾干燥法工艺－主要特点－吸收剂：高品位石灰－副产物：亚硫酸钙/硫酸钙

－脱硫效率：85%左右

－适用煤种：中低硫煤

－Ca/S：1.2~1.4

－单塔应用的经济规模：450MW

－废水：无—黄岛电厂、白马喷雾干燥法工艺－主要特点－吸收剂：202.3石灰石－石膏湿法烟气法

石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫工艺采用石灰石或石灰作脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拦成吸收浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除，最终反应产物为石膏。脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴后排入烟囱。脱硫石膏浆经脱水装置脱水后回收。2.3石灰石－石膏湿法烟气法石灰石（石灰）-石膏湿法脱21石灰石－石膏法脱硫烟气脱硫化学反应机理吸收过程（吸收剂为石灰石）SO2（g）+H2O＝＝H2SO3H2SO3===H++HSO3-

H++CaCO3===Ca2++HCO3-Ca2++HSO3-+2H2O===CaSO3·2H2O+H+

H++HCO3-===H2CO3H2CO3===CO2+H2O石灰石－石膏法脱硫烟气脱硫化学反应机理吸收过程（吸收剂为石灰22石灰石－石膏法脱硫烟气脱硫化学反应机理氧化过程CaSO3·2H2O+H+→Ca+++HSO3-+2H2OHSO3-+1/2O2→SO4=+H+Ca+++SO4=+2H2O→CaSO4·2H2O总的氧化反应为：2CaSO3·2H2O+O2→2CaSO4·2H2O石灰石－石膏法脱硫烟气脱硫化学反应机理氧化过程23

石灰石－石膏法脱硫特点优点：1)技术成熟2)吸收剂价廉易得3)脱硫效率高4)对煤种变化的适应性强

5)副产品可综合利用缺点：1)系统复杂2)占地面积大3)一次投资较大石灰石－石膏法脱硫特点优点：24典型的石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫工艺典型的石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫工艺2526国内主流吸收塔技术鼓泡反应器喷淋空塔托盘塔液柱塔26国内主流吸收塔技术鼓泡反应器喷淋空塔托盘塔液柱塔26主流脱硫工艺特点及选择条件项目湿法氧化镁法循环流化床干法技术成熟程度成熟成熟成熟适用煤种不受含硫量限制不受含硫量限制Sar≤2%应用单机规模没有限制没有限制≤300MW能达到的脱硫率95%以上95%以上60%吸收剂来源资源较多附近有资源资源较多主流脱硫工艺特点及选择条件项目湿法氧化镁法循环流化床干27三、循环流化床炉内脱硫系统

1.

主要组成系统：1）石灰石储存系统

2）输送系统3）流化风机2.炉内脱硫主要问题：1）石灰石品质差：纯度、粒度和活性2）煤含硫量高、石灰石不足3）炉膛温度过高4）石灰石输送系统故障三、循环流化床炉内脱硫系统1.主要组成系统：281

系统组成主要由石灰石仓、输送系统、流化风机等组成。1系统组成主要由石灰石仓、输送系统、流化风机等组成。291

系统组成石灰石仓1系统组成石灰石仓301

系统组成输送系统1系统组成输送系统3132石灰石品质对脱硫的影响石灰石粒度对脱硫的影响：0.15~0.5mm与分离器分离效率有关1.炉内脱硫主要问题32石灰石品质对脱硫的影响1.炉内脱硫主要问题3233石灰石品质对脱硫的影响石灰石脱硫：1、CaCO3

煅烧CaO

体积减小，孔隙率增加2、CaO转化CaSO4

体积增加，孔隙率降低煅烧前煅烧后脱硫后33石灰石品质对脱硫的影响煅烧前煅烧后脱硫后3334煤含硫量高、石灰石不足煤设计含硫量低、实际含硫量过高石灰石投系统出力不足最终表现为：

CFB锅炉SO2排放不达标34煤含硫量高、石灰石不足3435炉膛温度过高最佳脱硫温度：850～900℃煤质变化及设计不够成熟，炉膛温度980℃以上

石灰石脱硫效果差35炉膛温度过高3536石灰石输送系统故障下料管不下料阀门不正常密封圈故障旋转给料机漏粉旋转给料机卡塞料位开关故障到位开关故障管道堵塞36石灰石输送系统故障3637石灰石输送系统故障1、下料管不下料通过锤击松动排堵37石灰石输送系统故障通过锤击松动排堵3738石灰石输送系统故障下料管不下料气化板电动震打压缩空气吹堵38石灰石输送系统故障气电压缩空气吹堵3839石灰石输送系统故障旋转给料机漏料旋转给料机漏粉，更换盘根39石灰石输送系统故障旋转给料机漏粉，更换盘根3940石灰石输送系统故障旋转给料机卡涩投运3个月后的叶片未投运的叶片40石灰石输送系统故障投运3个月后的叶片未投运的叶片4041石灰石输送系统故障料位开关故障料位开关参与逻辑控制料位高停止进料料位低开始进料41石灰石输送系统故障料位开关料位高料位低4142石灰石输送系统故障料位开关故障石灰石输送系统2套平衡阀1套进气阀2套圆顶阀一套排堵阀动作周期：小于60秒42石灰石输送系统故障石灰石输送系统4243石灰石输送系统故障管道堵塞含水率颗粒度长距离管道大量弯头管道分叉变径43石灰石输送系统故障含水率43氮氧化物控制技术

氮氧化物控制技术

44主要内容一、NOX的生成途径二、燃烧方式对NOX排放的影响三、NOX排放标准四、降低NOX排放的主要措施五、烟气脱氮技术主要内容一、NOX的生成途径45氮氧化物主要包括NO、NO2以及少量的N2O等，统称为NOX。燃用化石燃料的火电厂是产生NOX排放的主要来源。NOX排放会造成环境污染、导致酸雨，形成地面层臭氧。排放到大气中的NOX与挥发性有机化合物在阳光与热的作用下反应形成地面层臭氧（O3）。地面层臭氧是对人类健康与环境有害的一种空气污染物，是光化学烟雾污染的主要成分，导致光化学烟雾，危害人体健康与环境。

氮氧化物主要包括NO、NO2以及少量的N2O等，统称为NOX46燃煤电站锅炉燃烧生成的NOx中，NO约占95％，NO2则相对较少，约占NOx生成总量的5%。NO在高温下相对于NO2来说比较稳定,但NO在常温下会迅速被氧化为NO2。通常，NOx的排放浓度是以全部转化为NO2、并换算到基准条件下的质量浓度（mg/m3）来表示。规定的基准条件为标准状态（0℃，1.013×105Pa）、干烟气、氧含量(O2)=6％。

燃煤电站锅炉燃烧生成的NOx中，NO约占95％，NO2则相对47一、NOX的生成途径温度和过量空气对NOx的生成有很大作用，进入炉内的过量空气越多、炉内燃烧区温度越高，则NOx生成量越大。燃煤锅炉燃烧生成的NOX与锅炉燃煤特性及燃烧工况密切相关，主要影响因素包括：：a燃煤特性如煤中氮的含量及挥发分含量；b煤的反应特性；c燃烧温度；d过剩空气量等。因此，NOx排放并不能象根据煤中硫含量那样来预测其排放量，它不能简单地根据煤中氮含量来预测，因为不同煤种、不同燃烧系统会产生不同的NOx排放。一、NOX的生成途径温度和过量空气对NOx的生成有很大作用，48NOx主要生成的类型：热力型：空气中的氮气在高温下氧化而成，在温度足够高时，可占到NOX总量的20%燃料型：燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而成的，占到NOX总量的60－80%以上，可高达90%快速型：燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成的，生成量很少，一般小于5%NOx主要生成的类型：热力型：空气中的氮气在高温下氧化而成，49各种类型NOX的生成量与炉膛温度的关系

各种类型NOX的生成量与炉膛温度的关系

501燃料型NOX煤中的N含量一般在0.5-2.5%，它们以氮原子的状态与各种碳氢化合物结合成氮的环状化合物或链状化合物，如喹啉C6H5N和芳香胺C6H5NH2煤中C-N结合键能比空气中氮分子NΞN键能小得多，因此燃料中的N更易经热分解和氧化生成NO燃料型NOX的生成机理非常复杂，目前尚不完全清楚1燃料型NOX煤中的N含量一般在0.5-2.5%，它们以512燃料型NOX的转化率影响因素：(1)煤的含氮量

(2)挥发份含量

(3)固定碳与挥发份比(FC/V)(4)燃煤温度

(5)过量空气系数2燃料型NOX的转化率影响因素：(1)煤的含氮量52二、燃烧方式对NOX排放的影响燃烧过程中影响NOX生成和破坏的主要因素:1)煤质：含氮量、挥发分、其它元素含量与

比值2)燃烧温度3)反应区中的烟气气氛，即O2、N2、NO和CH4)燃料及燃烧产物在火焰高温区和炉膛内的停留时间二、燃烧方式对NOX排放的影响燃烧过程中影响NOX生成和53不同燃煤设备生成的NOX原始排放不同燃煤设备生成的NOX原始排放54三、NOx排放标准我国《锅炉大气污染物排放标准》GB132271—2014规定的NOx排放标准见下表：燃煤锅炉及燃气轮机机氮氧化物最高允许排放浓度,2014年前建设锅炉为在用锅炉。

单位：mg/m3

时段在用锅炉新建锅炉重点地区实施时间2015.10.12014.7.1燃煤锅炉氮氧化物400300200三、NOx排放标准我国《锅炉大气污染物排放标准》GB132255四、降低NOX排放的主要措施

燃煤锅炉NOx排放控制措施主要分为：

1燃烧控制措施

2烟气净化处理四、降低NOX排放的主要措施燃煤锅炉NOx排放控制措561燃烧控制措施燃烧控制措施主要是通过在燃烧过程中拟制NOx的生成，并创造条件使已生成的NOx还原，从而控制NOx的排放，即所谓的低NOx燃烧技术。主要包括：各种低NOx燃烧器燃烧器运行优化（低过剩空气量运行、燃烧器煤粉/风量精细调整）空气分级（燃烧器空气分级、炉内空气分级）燃料分级（部分燃烧器停用、燃料浓淡偏置分配、炉内燃料再燃烧）等1燃烧控制措施燃烧控制措施主要是通过在燃烧过程中拟制NO572烟气净化处理（烟气脱硝）

烟气脱硝技术主要有：1）选择性催化还原（SCR）法2）选择性非催化还原（SNCR）法3）烟气臭氧氧化湿法吸收脱硝法2烟气净化处理（烟气脱硝）烟气脱硝技术主要有：581)选择性催化脱氮（SCR）采用催化剂促进NH3和NOX的还原反应用钛做催化剂时，反应温度300－400℃用活性炭做催化剂，反应温度100－150℃SCR得到广泛应用，德国和日本均有300MW以上的电站锅炉采用脱氮率达到80－90%

由催化剂反应器、氨储存和喷射系统组成

1)选择性催化脱氮（SCR）采用催化剂促进NH3和NOX的59脱硝反应塔脱硝反应塔60然而，由于液氨为高危险化学品，其贮存和运输受到很大的限制。因此尿素SCR工艺，即以尿素生产氨的SCR工艺得到了迅速的推广和应用。在美国，尿素SCR工艺得到广泛的应用并已经成为SCR的主流技术。然而，由于液氨为高危险化学品，其贮存和运输受到很大的限制。因61SCR脱硝工艺的特点：1）SCR工艺的主要技术优势就是脱硝率高，2）投资也高，占地面积大，对于老厂加装改造工程，往往由于场地的限制，给工程设计与施工带来很大的困难。3）催化剂受煤质的影响比较大，以及SCR过程SO2/SO3转化率过高造成对下游设备的堵塞与腐蚀等问题。SCR脱硝工艺的特点：1）SCR工艺的主要技术优势就是脱硝率62(2)选择性非催化还原法（SNCR）

选择性非催化还原（SNCR）技术于80年代中期在国外研发成功，并开始大量应用于中小型机组，至90年代初期成功地应用于大型燃煤机组，该技术已成功应用在了600～800MW等级燃煤机组。目前SNCR工艺已经在世界400余座固定燃烧装置上得到了应用。在火力发电行业，SNCR工艺已经成为仅次于SCR而被广泛应用的烟气脱硝技术。

(2)选择性非催化还原法（SNCR）选择性非催化还原（63SNCR技术是利用在炉膛温度为850～1100℃的区域内，以氨或者尿素作为还原剂喷入的有选择地将NOX还原成没有危害的氮和水。氨或尿素还原NOx的主要反应为：NH3为还原剂时：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O尿素为还原剂时：2NO+CO（NH2）2+O2→2N2+CO2+2H2O

SNCR技术是利用在炉膛温度为850～1100℃的区域内，以64目前，国际上更多的趋向于采用尿素作为SNCR工艺脱氮过程的还原剂，由于SNCR工艺的烟气温度较高，因此可以直接将尿素溶液喷入炉膛。与氨法SNCR工艺不同的是，尿素SNCR工艺的温度窗较高，约为850～1200℃。下图为典型的尿素SNCR工艺流程图，它由还原剂储槽、还原剂供应系统、多层还原剂喷入装置和与之相匹配的控制仪表等组成。

目前，国际上更多的趋向于采用尿素作为SNCR工艺脱氮过程的还65典型的尿素SNCR工艺流程图

典型的尿素SNCR工艺流程图66作为还原剂的尿素，通常制备成浓度为50%的尿素溶液，在喷入炉膛前，需要首先经过一套稀释设备对尿素溶液进行稀释(稀释到10%)，稀释后的尿素溶液再利用多个多级不锈钢离心泵、过滤器、电加热器加压、加热后送到喷射系统。过滤器的作用是防止尿素中的杂质堵塞喷射口，加热是为了防止尿素溶液结冰，加压是为了获得高速射流。制备好的尿素溶液输送至喷射系统后再经过分配装置按操作指令分配到各个喷射口，然后喷入炉膛进行脱氮反应。作为还原剂的尿素，通常制备成浓度为50%的尿素溶液，在喷入炉67SNCR脱硝工艺的特点：工程造价低，占地面积小，适用于老厂改造，新炉可依锅炉设计加以配合，脱硝效率更高。不足之处就是脱硝效率低（大型燃煤机组通常在25～40%）氨逃逸率较大以及还原剂耗量相对较高。因此SNCR工艺的设计与运行过程中，如何实现以尽可能少的脱硝还原剂达到尽可能高的NOx脱除率，同时保证较低的氨逃逸，将是SNCR工艺的关键。SNCR脱硝工艺的特点：工程造价低，占地面积小，适用于老厂改68PNCR脱硝工艺：高分子脱硝工艺（PNCR脱硝工艺）是清华大学化学系谢续明教授历经多年研发，与北京金石德盛石油科技发展有限公司合作开发.使用计算流体力学（CFD）和化学动力学模型（CKM）进行工程设计，即将先进的虚拟现实设计技术与特定燃烧装置的尺寸、燃料类型和特性、分解炉负荷范围、燃烧方式、炉膛过剩空气、初始或基线NOX浓度、炉膛烟气温度分布、炉膛烟气流速分布等相结合进行工程设计。PNCR脱硝工艺：高分子脱硝工艺（PNCR脱硝工艺）是清华大69PNCR脱硝工艺：高分子脱硝工艺（PNCR脱硝工艺）是清华大学化学系谢续明教授历经多年研发，与北京金石德盛石油科技发展有限公司合作开发.使用计算流体力学（CFD）和化学动力学模型（CKM）进行工程设计，即将先进的虚拟现实设计技术与特定燃烧装置的尺寸、燃料类型和特性、分解炉负荷范围、燃烧方式、炉膛过剩空气、初始或基线NOX浓度、炉膛烟气温度分布、炉膛烟气流速分布等相结合进行工程设计。PNCR脱硝工艺：高分子脱硝工艺（PNCR脱硝工艺）是清华大70循环流化床锅炉烟气脱硫脱硝技术ppt课