ce-火电厂烟气脱硫技术与应用(之四)

火电厂的烟气脱硫技术 与应用（之四）

李晓芸华北电力大学（北京）动能系二零零八年2/14/20241一、烟气脱硫技术的现状

2/14/202421.第一代脱硫技术的主要特点吸收剂多样，脱硫设备大多为填料塔基建投资和运行成本高设备可靠性和系统可用率低，结垢和腐蚀问题突出脱硫率不高，通常在70％～85％副产品多被抛弃2/14/20242.第二代脱硫技术的主要特点石灰石洗涤法得到了进一步的提高，特别在多功能单塔的塔型设计和总体布置上有了较大的进步；脱硫副产品根据国情不同采取不同的处置方式吸收剂主要以钙剂为主，传统湿法的脱硫效率提高到90％以上随着对化学工艺理解的深入，设备可靠性提高，系统可用率达到95％喷雾干燥法经过改进，脱硫率从70％～85％提高到90％，系统可利用率也有所提高，适用范围突破了低硫煤的限制，但副产品缺少市场干式直接喷射法的脱硫效率太低只有30％～50％2/14/2024

3.第三代脱硫技术的主要特点

在排放标准越来越严格的情况下湿法工艺臻于完全成熟，脱硫率可达95％以上，成为应用最广的主流工艺；脱硫系统具有高的可用率（97～99％）；广泛开拓副产品回收利用的资源化途径和市场，脱硫成本进一步降低；各种前景看好的新工艺在工程实践中不断发展如海水法、氨水法、循环流化床烟气脱硫。-干法工艺、集成治理工艺得到重视和发展。2/14/20244.FGD技术的应用现状

----根据2002年公开发表的统计资料全世界的FGD装置每年可脱除SO215Mt左右。

跟据美国统计的每排放1kg造成社会经济损失0.22美元计算，全世界每年脱硫可节约33亿美元。目前的全球FGD装置装置中传统的石灰/石灰石湿法占82％，喷雾干燥法占11％，其余为氧化镁法、氨法、以及CFB和LIFAC等工艺。据统计，全球安装的FGD装置中美国占55.3％，德国占26.4％,日本占8.6％，其余国家占9.7%2/14/20246FGD技术在美国的发展与现状1973～1990年煤耗由350Mt增加到730Mt，增长107％，而SO2

的排放量由29.9Mt减少至21.2Mt，降低了27％目前的FGD装置总容量达(0.7～1.0亿KW，为世界第一采用的工艺为技术成熟的脱硫率高的湿式钙法。美国1978重新修改环境法规，否决了高烟囱排放，使FGD技术得到迅速的发展石膏资源丰富，副产品采用抛弃法。2/14/20247FGD技术在德国的发展与现状至1988年年发电装机容量的95％已装有FGD采用的工艺技术以湿式石灰/石灰石－石膏法为主，占91．8％，抛弃法为26.7%。此外还有氨以及喷雾干燥法。为达到高的脱硫率，目前主要采用湿式脱硫技术副产品回收方面，据估计1995年德国回收提供了德国西部75％的工业用石膏，但采用抛弃还是回收法，视市场而定2/14/20248

FGD技术在日本的发展与现状FGD技术应用最早的国家，通过开发研究，70年代开始大规模实施应用1990年统计FGD装置已达1900多套，总装机容量达到0.5～0.6×108kW采用的工艺技术以湿式石灰/石灰石－石膏法为主，占75％以上，由于日本石膏资源缺乏，因此大多数采用回收法回收石膏加强新的脱硫技术的研究，如电子束照射法（EBA）、脉冲电晕等离子体法(PPCP)等。2/14/20249*

20世纪90年代以后，我国开始加强了对削减的要求，在以往技术储备的基础上，开始有计划有选择地引进和建立示范工程。*近年来，烟气脱硫技术的消化吸收取得很大进步。主流技术现已基本实现了国产化*在中国主流工艺仍为石灰石—石膏湿法FGD技术在我国的发展与现状2/14/202410

1984年在四川白马电厂建立了旋转喷雾法的工业试验装置，1986年在四川豆坝电厂建立了活性炭磷氨肥法中间试验及工业试验装置。1991年首次在重庆珞璜电厂的两台36万千瓦机组安装了石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置，在我国首开了在大容量机组上配备烟气脱硫装置的先河。2/14/202411

2003年底全国投产和在建的脱硫装机容量2000万KW，其中建成及投运的约1000万KW。2006年投运的10万千瓦及以上烟气脱硫机组容量分别达到1.02亿千瓦。2007年投运的10万千瓦及以上烟气脱硫机组容量1.16亿千瓦。截至2007年底，全国投运烟气脱硫机组总容量约2.66亿千瓦。烟气脱硫机组容量约占全国煤电机组总容量的50%（2005年美国烟气脱硫机组容量为1.02亿千瓦，约占其煤电机组容量的31.5%）。与2000年相比，全国燃煤电厂烟气脱硫机组容量增加了53倍以上。

二氧化硫排放量在2007年改变了长期以来电力二氧化硫排放量随装机容量的增长而增长状况，而是在火电装机和发电量继续增长的情况下，电力二氧化硫排放量首次出现下降。2/14/202412*技术状况——世界上已有的先进的、成熟的工艺我国都有，如石灰石—石膏湿法、旋转喷雾干燥法、常压循环流化床法、海水脱硫法、电子束法、LIFAC法、烟气循环流化床法、炉内喷钙法等十多种工艺在进行商业化运行或工业性示范。*2003年底山东黄台8号机组30万KW烟气脱硫国产化项目正式投产，2005年丰城、潍坊等若干台60万KW烟气脱硫装置开始建造，标志着我国脱硫设备本地化达到了一个新水平。2/14/202413我国2003年建成投运的FGD工程项目一览表序号企业工艺名称装机容量

MW处理烟气量万Nm3/h技术建成年份备注1珞璜电厂石灰石－石膏4×3602×1172×91.6日本三菱1995/19992黄岛电厂石灰旋转喷雾30030日本能源开发19953太原热电简易石灰石--石膏30060日本日立19964成都热电电子束－硫铵1×20030日本荏原19965下关电厂LIFAC炉内喷钙增湿活化2×12557.6芬兰Forrtum19976深圳西部电厂海水300110挪威ABB19997重庆发电厂石灰石2×200176德STM20008半山电厂石灰石－石膏2×125德STM20009北京一热石灰石－石膏2×125德STM20002/14/202414序号企业工艺名称装机容量

MW处理烟气量万Nm3/h技术建成年份备注10扬州发电厂石灰石－石膏1×20097日本川琦重工2002.311内江发电总厂CFBB(常亚)100199512南京化工氨－硫铵30日本光洋197813扬子石化简易石灰石石膏60日本石川岛197814胜利油田电子束－硫铵210日本东洋197915南京钢铁厂碱铝－石膏5.18日本同和198116沈阳黎明公司石灰喷雾（LSDA）5丹麦菲达/尼罗199017香港南丫电厂石灰石－石膏3×3503×113日本三菱1993/9718德州电厂荷电干喷（CDSI）176德STM199519杭钢热电站荷电干喷（CDSI）德STM1996我国已建成投运的FGD工程项目一览表(续)2/14/202415我国已建成投运的FGD工程项目一览表(续)

序号企业工艺名称装机容量

MW处理烟气量万Nm3/h技术建成年份备注20长寿化工总厂JBR喷雾沸腾1×2006.1日本千代田199521潍坊化工厂简易石灰－石膏10010日本三菱199522南宁化工厂简易石灰－石膏5日本川崎199623上海四方锅炉厂角管锅炉、喷钙60丹麦197824淄博岭子煤矿IHI－FW（CFBB）210日本石川岛播磨197925云南小龙潭电厂GSA10048.7丹麦斯密斯穆勒公司200126湘氮公司简易石灰－石膏18三菱重工200127浙江钱清电厂LIFAC12579.528漳州后石电厂海水2×6002×191.6AEE奥地利能源200029广东连州电厂石灰石－石膏2×1252×54.5浙江菲达200030浙江化热电厂NID603020012/14/202416工艺名称适用机组和炉型适用煤种备注石灰石－石膏法石灰法喷雾干燥法（含NID）LIFACCFB大型电厂300MW以上中小电厂，200MW以下，工业炉窑中型电厂，100－300MW200MW以下中小电厂、工业炉窑高、中硫煤或硫分2％以上中、高硫煤中、低硫煤低硫煤低硫煤有360MW示范工程有100MW示范工程，有150MW单机制造技术有125MW示范工程有35～410t/h实践我国所掌握的主要FGD技术一览表

——2004年资料2/14/2024工艺名称适用机组和炉型适用煤种备注活性炭法（含磷铵法）钠碱法氨洗涤法电子束辐照法海水法氧化锌法小型电厂，100MW以下工业炉窑中小炉窑中型电厂大型电厂，300MW以上工业炉窑不限不限不限中、高硫煤低硫煤不限有成熟的技术有100MW示范工程，适用小火电、化工，钢铁企业有300MW示范工程，适用滨海地区仅适用锌冶炼厂我国所掌握的主要FGD技术一览表（续）

——2004年资料2/14/2024二、火电厂其它主要烟气脱硫技术简介1.旋转喷雾干燥法2.LIFAC法3.电子束幅照法4.海水洗涤法5.氨肥法6.循环流化床烟气脱硫技术7.活性碳/焦脱硫技术2/14/2024191、旋转喷雾干燥法工艺原理back工艺流程脱硫效率：70％～90％优缺点及应用(1)工艺原理

该工艺用雾化的石灰浆液在喷雾干燥塔中与烟气接触，石灰浆液与SO2反应的同时不断吸收烟气中的热量使雾滴中水分蒸发干燥，使生成物成固体状，连同飞灰一起被除尘器收集2/14/202421旋转喷雾法脱硫的化学反应：喷雾器内：Na2CO3

+SO2

===Na2SO3+CO2

Ca(OH)2+SO2===CaSO3•

1/2H2O+H2O

氧化：Na2SO3+1/2O2===Na2SO4

Na2CO3+SO2+1/2O2===Na2SO4+CO2

Ca(OH)2+SO2+1/2O2===CaSO4•2H2Oback2/14/202422(2)工艺流程2/14/202423

旋转喷雾法脱硫塔原理图2/14/202424黄岛电厂旋转喷雾干燥法脱硫工艺流程

2/14/202425(3)技术特点系统简单，占地面积小，投资费用低；以石灰作吸收剂且品质要求高、价格高；·脱硫产物为干态，无废水排放，但其综合利用受限制；塔壁存在积灰、堵灰现象，对运行控制的要求高；·下游除尘设备受一定影响。2/14/202426

2、

LIFAC法工艺系统back脱硫原理影响脱硫效率的因素提高脱硫率的措施优缺点应用4.干灰/灰奖再循环系统1.吸收剂制备系统2.炉内喷钙系统3.烟气活化增湿系统（1）LIFAC工艺系统back2/14/202428(2)LIFAC脱硫原理：炉内：CaCO3===CaO+CO2

CaO+SO3===CaSO4

CaO+1/2O2+SO2===CaSO4活化塔内：CaO+H2O===Ca(OH)2SO2+H2O===H2SO3Ca(OH)2+H2SO3===CaSO3+H2O氧化：CaSO3+1/2O2===CaSO4back2/14/202429back(3)影响脱硫率的因素：

炉膛内喷射石灰石的位置

喷射角度

活化塔内的温度

Ca/S2/14/202430back喷射角度：2/14/202431back(d)提高脱硫率的措施1.干灰再循环脱硫率提高10%左右2.灰浆再循环脱硫率再提高10%左右2/14/202432缺点影响锅炉脱硫率难以进一步提高只适合300MW以下机组back工艺简单，无废水，可实现自动控制脱硫率可达75％～85％占地小，施工周期短(4)优缺点优点2/14/202433back南京下关电厂芬兰Inkoo电厂2/14/2024343、电子束照射法（EB）工艺流程back脱硫原理脱硫效率：90％以上优缺点工程应用冷却烟气电子束照射分离副产品（1）电子束法脱硫工艺 流程back2/14/2024364.氨气与硝酸、硫酸反应生成氨肥3.反应生成硫酸、硝酸2.电子束照射产生游离基1.喷水减温back(2)电子束法工作原理2/14/202437缺点厂用电消耗大投资大back可同时高效地脱硫、脱硝系统自动化程度高无废水排放、烟气再热等问题（3）优缺点优点2/14/202438back日本新名古屋火力发电站成都热电厂(4)工程应用：2/14/2024394、海水法烟气脱硫技术工艺流程back脱硫效率：90％以上反应原理工程应用优缺点2/14/202441(1)海水法脱硫工艺流程图back

天然海水中含有大量的可溶盐，海水通常呈碱性，自然碱度为1．2－2．5mmol／L。这使得海水具有天然的酸碱缓冲能力及吸收SO2能力。利用海水这种特性洗涤并吸收烟气中的SO2，达到烟气净化之目的。(2)海水脱硫的原理2/14/202443

海水法脱硫的化学反应back

SO2＋H2O→H2SO3H2SO3→H＋＋HSO3－HSO3－→H＋＋SO3－SO32－＋1/2O2→SO42－

以上反应中产生的H＋与海水中的碳酸盐发生如下反应：CO32－＋H＋→HCO3－HCO3－＋H＋→H2CO3→CO2＋H2O（4）海水脱硫工艺类型

海水脱硫工艺按是否添加其他化学物质作吸收剂分为2类：（a）不添加任何化学物质，用纯海水作为吸收液的工艺，以挪威ABB公司开发的Flakt－Hydro工艺为代表。这种工艺已得到较多的工业化应用。（b）在海水中添加一定量石灰，以调节吸收液的碱度，以美国Bechte公司为代表。这种工艺在美国建成了示范工程，但未推广应用。2/14/202445(4)海水法脱硫的优缺点优点：

工艺系统简单；

不需要添加任何化学物质；

没有固体副产物排放；

系统脱硫率可达90%以上；

投资及运行费用低；

建设周期短；

便于维护及运行。

缺点：

受到地点限制，应用范围小

2/14/202446(5)海水脱硫的应用深圳西部电厂4号机组海水脱硫系统2/14/202447

。

福建嵩屿电厂＃3机组脱硫吸收塔

2/14/202448海水恢复系统2/14/202449

深圳西部电厂4号机组海水脱硫对海洋环境的影响研究

根据国家电力公司和国家环保总局的要求，在该工程建设的同时，开展了脱硫工艺排水对附近海域水质、海生物及海底沉积物影响的跟踪监测与研究项目，自1997年以来，中国水利水电研究院和中科院南海研究所对电厂排水口附近海域进行了脱硫系统投运前的本底检测和投运后多次检测，深能集团公司对脱硫系统内的水质进行了同期的检.2000年6月15，16日，由国家环保总局主持召开了阶段总结汇报会，与会领导与专家通过对检测结果的分析，一致认为海水脱硫工艺排水对海洋水质和海生物未产生不良影响，并认为在有条件的海边电厂可以作为一种脱硫工艺推广应用。2/14/2024505、氨水法（氨-肥法）烟气脱硫技术工艺流程脱硫原理技术特点工程应用2/14/202451（1）氨-肥法工艺流程2/14/202452(2)氨肥法工艺原理利用氨水为吸收剂，与烟气中的SO2反应生成硫酸铵化肥。氨肥法烟气脱硫工艺主要包括吸收过程和结晶过程。在吸收塔中，烟气中的SO2与氨水吸收剂逆向接触，SO2被氨水吸收，生成亚硫酸铵与硫酸氢铵，主要反应为：

SO2+2NH3+2H2O→(NH4)2SO3(NH4)2SO3+SO2+2H2O→2NH4HSO3在吸收塔底槽，亚硫酸铵被鼓入的强制氧化空气氧化成硫酸铵：

(NH4)2SO3+O2→(NH4)2SO42/14/202453(3)氨肥法的技术特点对烟气条件变化适应性强，脱硫效率高，能满足任何当地的环保要求也不产生二次污染和新的生态环境问题作为原料的氨来源丰富副产物为直径0.2～0.6mm的硫酸铵晶体，在某些地区可做肥料煤的含硫量越高效果越好整个系统不产生废水或废渣；能耗低；具有高安全运行可靠性和适用性基建和运行成本底

2/14/2024546、循环流化床烟气脱硫技术

CFB-FGD工艺是八十年代末发展成熟的一种新颖的干法烟气脱硫工艺。这种工艺的创新之处在于,它以循环流化床原理为基础,使吸收剂在反应器内多次再循环,延长了吸收剂与烟气的接触时间,从而大大提高了脱硫效率和吸收剂的利用率。它不但具有一般干法脱硫工艺的许多优点,如流程简单、占地少、投资低以及副产品可以综合利用等,而且能在钙硫比很低(Ca/S=1.1-1.3)的情况下达到与湿法脱硫工艺相当的脱硫效率,即90%左右。CFB-FGD技术目前已在国内外成功应用于40多套不同规模的电站锅炉烟气脱硫。2/14/202455（1）循环流化床烟气脱硫工艺流程2/14/202456

(2)技术特点

·工程技资小,建设周期短。

·工艺简单、运行可靠,节省维护费用。

·在Ca/S为1.1-1.3情况下,脱硫效率90%左右。

·脱硫设备结构紧凑,占地少。

·负荷调节跟踪能力强,可在锅炉50%-100%负荷条件下 正常运行。

·对煤种适应能力强,能将任意高的SO2浓度降到环保要求范围。

·脱硫系统为干法过程,运行操作简单,无部件和尾部腐蚀 问题。

·可采用废碱液、碱性工业废料、废水等作为脱硫剂。2/14/202457

7.活性焦法脱硫

活性炭脱硫是20世纪70年代后发展起来的一项干法脱硫工艺，但由于投资和运行费用昂贵等原因，一直未能得到广泛应用。近年来，随着相关技术的发展以及环境保护标准的日益严格，这种工艺正越来越受到人们的重视，在德国、日本、美国等发达国家已经越来越多的得到应用。见图１

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活性炭脱硫在世界发达国家的应用发展2/14/2024591.工艺流程2/14/202460活性碳脱硫依靠的是它的吸附作用活性碳脱硝依靠的是它的催化作用2/14/202461错流式脱硫反应器2/14/202462活性焦吸附法脱硫脱硝的优点：

①具有很高的脱硫率（98%）和脱硝率（90%）。

②能除去湿法难以除去的SO3。

③能除去废气中的HCl、HF、砷、硒、汞，是深度处理的技术。

④在低温下（100～200℃）能得到高的脱氮率（80%），因而不需要废气升温装置。

⑤具有除尘功能。

⑥过程中不用水，无需废水处理装置，没有二次污染问题。

⑦碱、盐类对活性焦炭没有影响，不存在吸附剂中毒问题。

⑧可以回收副产品，高纯硫磺（99.95%）或浓硫酸（98%）或高纯液态SO2，其中任选一副产品。2/14/202463活性焦吸附法脱硫脱氮的主要问题：

①固态的热吸收剂循环使用，是机械的方式，操作较复杂。

②吸附剂在运行中有磨损消耗，是成本的主