烟气脱硫脱硝除尘一体化技术

烟气脱硫脱硝除尘一体化技术一、提出背景目前，世界各国对烟气脫硫都非常重视，已开发了数十种行之有效脱硫技术，其中广泛采用烟气脱硫技术有：石灰/石灰石一湿法。旋转喷雾半干法(LSD)。炉内喷钙增湿活化法(LIFAC)。海水烟气脱硫法。氨法烟气脱硫。简易湿式脱硫除尘一体化技术。石灰/石灰石一石膏湿法，具有适用煤种宽、原料廉价易得、脱硫率高(可达90%以上)等诸多优点，占据最大市场份额，但投资和运行费用大，运行维护量大。旋转喷雾法脱硫率较湿法低(能达到80%-85%),投资和运行费用也略低于湿法。产物为亚硫酸钙(CaS03)o炉内喷钙尾部增湿法，脱硫率可达70%—80%,工程造价较低。产物为亚硫酸钙(CaS03),易造成炉内结渣。海水烟气脱硫技术，工艺简单，系统运行可靠，脱硫率高(可达90%以上)运行费用低。脱硫系统需要设置在海边且海水温度较低，溶解氧(0C)较高。氨法除硫通常以合成氨为原料，产物为硫氨等。需要邻近合成氨工厂及化肥厂简易湿式脱硫除尘一体化技术，脱硫率低（60%左右），造价较低原料为工业废碱及烧碱，需要临近有废碱液排放工厂，中和后，废水需排入污水丿・进行处理。烟气脱硫技术及装置虽然口臻完善，但在大多数国家，尤其是在能源结构中煤炭占较大比例国家中，其推广和普及却举步唯艰，拿我国来说，近20年来花巨资引进技术和装置难以推广，巨额投资和高昂运行费用使企业背上了沉重负担，难以承受。所以说具有真正推广普及意义技术和装置还有待于继续研究和开发。在现在国际国内市场竞争异常激烈条件下，要研究开发一种新技术和设备装置，使其能大规模普及应用，应具备以下儿个特征：（1） 原料（中和剂）廉价易得，脱硫率高。（2） 工程投资和运行费用要低到应用企业能承担得了。（3） 工艺流程简单，运行可靠，易于调控且对锅炉正常运行无不良影响。（4） 对各种含硫煤（油）具有较好适应性。（5） 不造成二次污染，诸如水污染、粉尘、噪声等。二、推理分析（1）原料（中和剂）随着市场经济发展和社会进步，原来意义上百年老丿占越来越少，每年都有大量新兴产业掘起，每年都有大量老产业退出市场。烟气脱硫项目一般都需要投入大量资金，如果原料和工艺依赖于临近工厂（如合成氨、化肥、废碱排放等），那么这个项目很可能由于这些工厂关停并转而中途停止运转，使该项目投资得不到应有经济和社会效益。所以以石灰石、石灰为中和剂烟气脱硫技术为大多数业内专家所认同。以石灰为中和剂成本高于石灰石，且需要设备、构筑物及监测设备较多；使用石灰石成本低且反应易于控制，是最具实用性中和剂。传统“石灰石一石膏法烟气脱硫”需要将石灰石粉磨至200-300目，这样就需要建一座粉磨站，既增加投资，又造成了一定程度“噪声”和“粉尘”污染，且其产物及反应物混合在一起，造成钙硫比提高，增加了运行费用。如果采用脱硫脱硝除尘一体化技术，即可实现脱硫脱硝除尘同时在一个装置内完成，具有设备简单、投资小、运行费用低，大幅度提髙经济效益。(2)产物湿法脱硫，脱硫率最高(可达90%以上)，中和产物有两种，硫酸钙CaS04和亚硫酸钙CaS03,通常是两种物质混和物，中和产物被完全再利用可能性不大，如果亚硫酸钙(CaS03)—但进入水体，由于它具有很强还原性，会迅速耗尽水中溶解氧，使水中鱼类大量死亡，共至灭绝，因为它溶解速度很慢，其污染物会在很长时间内存在，严重破坏水体生态环境，所以中和产物中不含亚硫酸钙(CaSO3)最为安全，既可再利用创造价值也可安全排放。(3)钙硫比钙硫比(Ca/S)是决定运行费用重要因素，Ca/S二1是经济运行极限状态，也就是说哪种脱硫工艺Ca/S实现或接近1，那么它就可能实现真正意义经济运行。目前湿法脱硫，剩余反应物及脱硫产物混合在一起被排除掉无法分离，所以很难实现理想Ca/S,如果反应物以颗粒状态存在，解决这个问题，实现理想Ca/S较为容易，而且设备和资金投入也随之减少，有利于实现真正意义经济运行。三、理想模型综上所述，最理想烟气脱硫工艺应该是：（1）湿法脱硫（脱硫率可达90%以上）。（2）中和剂为石灰石。（3）钙硫比（Ca/S）为lo（4）产物为硫酸钙且不含亚硫酸钙杂质。（5）投资少，工艺简单，运行费用低廉，无二次污染。（6）控制参数少，测控设备成熟，可实现全线自动控制。（7）运行中中间循环物质由锅炉及电厂废液补充，对周边企业无依赖性。（8）充分吸收及利用烟气余热。这个理想模型如果能够实现，很可能成为烟气脱硫技术中最为理想运行模式，它推广和应用可以创造巨大市场机会和社会价值，但要真正实现这种理想模式却很难，主要原因是：（1） 石灰石颗粒要迅速溶解，PH值必须小于4,但PH值小于4时CaC03溶解物对S02儿乎不吸收。（2） S02溶于水生成H2S03及被氧化生成H2S04，及石灰石颗粒反应后生成CaS03和CaS04会附着在石灰石颗粒表面，而且越反应堆积越多，使反应很难继续进行下去。（3）CaS04及CaS03同为吸收产物，使CaS04析出且不产生CaS03是比较困难。可以说这3个问题是“石灰石法”脱硫真正难以愈越天险，能否解决这3个问题是这个工艺能否达到预定目标及其装置能否稳定运行关键。四、循环架桥理论既然是天险就应该架起一座桥梁把它愈越过去，经研究发现脱硫脱硝除尘一体化技术具有架桥作用。脱硫脱硝除尘一体化技术，系环保技术领域烟气净化技术。它是通过烟水混合器利用二次喷射原理把烟吸入水中，在均匀溶解器中将烟气和水进行充分地均匀地混合和溶解，从而使烟气中飞灰和颗粒被水吸湿而沉淀，有害气体溶于水中，利用化学方法清除烟气中S02、NOX和粉尘。这种方法是通过附图所示工作原理图来实现。它除尘效率100%：脱硫效率〉98%；脱销效率〉90%以上。它烟气混合器同时又是一台引风机。它适用于燃煤（汽、油）锅炉及各种工业窑炉等烟气净化技术工程。系统结构简单，成本低，性能价格比高，节能，耐高温，寿命长。水泉M王水趋 水泉M王水趋 o石灰菰谴池吐图1工作原理图系统技术特征简介1）结构简单设备少（如图1）烟水混合器：由水喷管和拉法尔喷管组成，构成二级喷射机构。用于把烟气吸入水中。均匀溶解器：是一种洗烟设备，用于把烟全部溶于弱碱水中，灰尘被水弄湿而变重，有害气体和碱起化学反应生成盐。水泵：动力设备。水池：上水池，沉淀池和下水放气池。2） 适合于多种工艺流程（详细见附件）废物丢弃法：适用于各种规格燃煤（油、气）锅炉；燃煤中含硫量小；釆用脱硫脱硝除尘一体化工艺流程。石灰、石灰石作脱硫剂。回收石膏法：适用于各种规格燃煤（油、气）锅炉，燃煤中含硫量大；釆用脱硫脱硝除尘一体化工艺流程。石灰作脱硫剂。回收化肥法：适用于各种规格燃煤（油、气）锅炉，燃煤中含硫量大；采用脱硫脱硝除尘一体化工艺流程。气氨、氨水或固体碳酸氢钱作吸收剂。3）防腐措施溶液配置：溶液配置成呈碱性，避免酸存在于溶液中。如图1所示，稀碱溶液连续均匀地加入到上水池循环液中，使其PH值保持在8-9之间，在均匀溶解器中碱溶液中碱和烟气中S02等酸性氧化物反应生成盐。在沉淀池中溶液PH值保持在7-8之间。溶液保持弱碱性，腐蚀性最小。选择耐酸耐碱材料：不锈钢、陶瓷、耐火材料等耐磨耐酸碱材料。对溶液PH值自动进行监控监测。4）废物排除系统沉淀池设计成圆形，底部成漏斗形，安装沉淀物收集器使浓度大浆液集中在漏斗中，用泥浆泵抽出。泥浆中废水澄清后循环使用。丢弃物用于建筑材料，石膏用于工业，肥料用于农业。五、石膏法工作原理图前级用于干法除尘器（如电除尘器等）除去〉90%粉尘，便于回收再用，后级采用脱硫脱硝除尘一体化技术（本方案），除尘效率100%；脱硫效率〉97%,脱硝效率〉90%以上，并将S02转化为石膏。1、石膏法工艺流程图誤炉成品目来水石灰水均匀焜合器上水池 矽气池暫化池蔦心机水泵Z誤炉成品目来水石灰水均匀焜合器上水池 矽气池暫化池蔦心机水泵Z石膏法工作原理图2、化学反应方程式如下Ca(OH)2+S02二CaS03+H202CaS03+02二2CaS04CaS03+l/2H20二CaS03・1/2H20CaS04+2H20二CaS04・2H20CaS03・1/2H20+02+2H20二2CaSO4・2H20NO+NO2+H2O+O2二2HNO3Ca(OH)2+2HN03二Ca(NO3)2+H20六、回收化肥法(氨-亚硫酸镀法)适用范围适用于各种规格燃煤（油、气）锅炉；燃煤中含硫量大；采用脱硫脱硝除尘一

体化，除尘器效率100%；脱硫效率〉98%；脱销效率90%工艺流程。气氨、氨水或固体碳酸氢钱作吸收剂。工艺流程图1、固体碳酸氢钱作为氨源工艺流程图如下n児淀池成品烟水混台器舲K―►自知3n児淀池成品烟水混台器舲K―►自知35池畝氓池2、氨水作为氨源工艺流程图如下:3、脱硫工艺流程说明化学反应方程式如下：(B)(NH4)2S03+S02+H20二2NH4HS03(B)吸收过程以(B)式为主，而2NH4HS03在产生过程中只是补入吸收系统使部分2NH4HS03再生为(NH4)2S03,以保持循环吸收液碱度(S02/NH3)基本不变。若烟气中有氧，贝i」(NH4)2S03+02/2二(NH4)2S04。通常烟气中含有少量S03,则有：NH4HC03+S02+H20二(NH4)2S04+NH4HS03。NH4HS03呈酸性。需加固体碳酸氢铃中和后，使NH4HS03转变为(NH4)2S04；NH4HS03+NH4HC03=NH4HS03H20+C02 (C)(C)式为吸热反应，溶液不经冷却即可降到0°C左右。由于(NH4)2S03比NH4HS03在水中溶解度大，则溶液中NH4HS03-H20h饱和结晶析出，将此溶液经离心分离可制得固体亚铁。七、脱销工艺流程说明1、何为脱硝？所谓脱硝，指是除去烟气中NOX,NOX主要是NO和N02组成，而NO含量占90%以上。要除去烟气中N0和N02，就必须研究N0和N02性质。N0是一种情性氧化物，它虽然溶于水，但不能生成氮含氧酸。在0°C时，一体积水可溶解0・07体积NO。NO最特殊化学性质是加合作用，在常温下能及空气中氧化合，生成红棕色N02。N0是不稳定，和02相遇，能使02分裂成氧原子，并和其中一个氧原子结合成N02。N02是红棕色有特殊臭味气体，在TO°C左右聚合成N204,在120°C时N204全部分解成N02,温度再高N02开始分解成NO和02°N02是一种强氧化剂，它能把S02氧化成S03oN02溶于水生成硝酸和亚硝酸。N02毒性是N05倍。NO和N02是怎样产生呢？一般情况下N2和02不发生化合反应。氮氧化合物是在空气中放电时或在高温燃烧过程中产生，首先生成NO,然后由NO氧化成N02。在高温燃烧过程中空气中氮和燃料中氮化物等不可能燃烧物质及氧起化学反应，首先形成NO,随后它一部分在烟道内及氧化合形成N02，大部分NO从烟囱中排入大气，并及大气中氧结合成N02。而未被氧化成N02N0就在大气中及N02共存下来。在燃烧过程中燃烧气体温度越高，过剩空气越多，形成NO量就越多。即在燃烧效率越高情况下，NO越容易生成。这种燃烧方式生成NOX中NO占90%以上，NO2较少。按照常用燃烧方式。煤燃烧物中NOX含量为5OO-15OOppmo2、湿法脱硝脱硝方法分为干法和湿法两种。干法脱硝效率在8O%左右，且成本较高。这里采用湿法脱硝。NO2溶于水生成硝酸和NO：3NO2+H2O二2HNO3+NO当氧气足够时：4NO2+O2+2H2O二4HNO3NO虽然溶于水，但不能生成氮含氧酸。在O°C时，一体积水可溶解O.O7体积NO。NO难溶于水成为脱硝难点。但在“脱硫脱硝除尘一体化技术”中有足够

水使NO溶于水中，有关研究表明当水溶液中硝酸含量＞12%时，NO溶解度比在纯水中大100倍，即一体积水能溶解7体积NO。设烟气开始溶于水中时水是纯净，首先是N02溶于水中生成HNO3,如果N02在水中不被还原，按照“脱硫脱硝除尘一体化技术”中烟水比例计算，2小时44分钟后，水溶液中硝酸含量将为12%左右。因此可以说NO溶于水中是不成问题。NO和N02既然都已溶于水中。采用还原法将它们还原成N2气。还原法使用还原剂为(NH4)2S03和NH4HS03,它们正是氨法脱硫工艺中产物。还原剂就已在溶液中，脱硝就已经在均匀溶解器中悄悄地进行着。因为N0X在烟气中数量都很小，还原剂(NH4)2S03和NH4HS03数量是足够。如果NOX数量不能全部被还原，剩余部分将变成NH4N03被留在溶液中和(NH4)2S04一起被从溶液中分离出来做为化肥。它们化学反应方程式为：2N0+02二2N02+27千卡NO+NO2+H2O二4HNO2NO2+2H2O二HNO2+HNO34N02+02+2H20二4HNO3NH3+HNO3二NH4NO3NH3+HNO2二N2+2H20NH40H+HN03二NH4MO3+H2ONH40H+HN02二N2+3H2ONO+NO2+3NHiHSO3 =N2+3NHiHSOjNO+NO2+3NHiHSO3 =N2+3NHiHSOj4N02+H20+3（NHa）2S03=N2+3（NH.,）S0.,+2HN034N02+H20+3NHHS03=N2+3NH1HS01+2HN032 ） 3 2 1 1 3NH40H+NH4HS04二（NH4）2S04H203、脱硫脱硝除尘效果1）脱硫率:98%2）脱硝率：90%3）除尘效率：100%八、技术工艺特点（1） 造价和运行费用极低，运行管理工作量极少。（2） 工艺简单，可实现全程自动化控制。（3）测控参数少（PH值、温度、液位），测控技术成熟。（4）各流程均有成熟技术可借鉴。（5）适合各种规模电站及工业锅炉。（6）对各种含硫煤（油）具有较好适应性。（7）对燃饶装置无不良影响，生产工艺、原料来源及产物应用对周边企业无依赖性。（8）有利于烟气余热吸收和利用。（9）不造成（水体、噪声、粉尘等）二次污染。（10）脱硫脱硝除尘在同一个装置内完成。一次性投资，脱硫率98%,脱硝率90%以上，除尘率100%,均可进行达标排放。（11）运行费用低。比传统脱硫方法降低运行费用50%-80%左右。九、烟气脱硫降低费用目前烟气脱硫技术存在最大问题是技术复杂，造价高，运行费用大。一台300MW（30万千瓦）发电机组烟气脱硫，一般采用比较成熟石灰石一石膏湿法烟气脱硫，脱硫效率95%左右，每年减少二氧化硫排放量约1万吨，每脱除1万吨二氧化硫能力建设投资约11.5亿元，电厂烟气脱硫设施运行耗电量较大，一年脱硫剂、用电和人工等运行费在1600万元左右，摊到每度电脱硫费用约0.03元，而上网电价脱硫补贴只有0.015元。现时儿十吨锅炉多数用双碱法，近年烧碱（用作烟气脱硫剂）销售价成倍提高，脱硫运行费用随之大幅度升高。在煤价升幅50%多和竞价上网双重压力下，加上脱硫补贴缺口大，高成