火電廠脫硫技術(shù)與應(yīng)用
在中國(guó)，能源主要以煤炭為主，而大部分煤用來(lái)發(fā)電，燃煤過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的SO2，雖然經(jīng)過(guò)脫硫，很大程度上減少了SO2的排放量，但仍有大量SO2排放到空氣中，對(duì)空氣造成了嚴(yán)重的污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年中國(guó)SO2排放量為2468.1×104t。因此，采用有效的脫硫技術(shù)對(duì)減少SO2的排放量至關(guān)重要。同時(shí)，低成本、高效率的脫硫技術(shù)既能實(shí)現(xiàn)一定的經(jīng)濟(jì)效益，又符合國(guó)家節(jié)能減排的政策。
1中國(guó)燃煤電廠脫硫現(xiàn)狀
目前,中國(guó)火電廠煙氣脫硫技術(shù)產(chǎn)業(yè)化取得了很大的進(jìn)展,石灰石一石膏法、煙氣循環(huán)流化床法、海水脫硫法、脫硫除塵一體化法、半干法、爐內(nèi)噴鈣尾部煙氣增濕活化法、活性焦吸附法等技術(shù)在火電廠得到很大的推廣與應(yīng)用。其中,石灰石一石膏法煙氣脫硫技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),已建和在建火電廠的煙氣脫硫項(xiàng)目中,93%以上采用石灰石一石膏濕法脫硫工藝。在實(shí)際發(fā)電項(xiàng)目中，有時(shí)候不單采用一種脫硫技術(shù)，一個(gè)電廠會(huì)選擇兩種或兩種以后的脫硫技術(shù)，從而提高脫硫效率，實(shí)現(xiàn)SO2的低排放。
2燃煤電廠脫硫技術(shù)的選擇
火電廠脫硫技術(shù)的選擇原則：a)脫硫技術(shù)相對(duì)成熟，脫硫效率高，能達(dá)到環(huán)？刂埔，已經(jīng)得到推廣與應(yīng)用;b)脫硫成本比較經(jīng)濟(jì)合理;c)脫硫所產(chǎn)生的副產(chǎn)品是否好處理，最好不造成二次污染，或者具有可回收利用價(jià)值;d)對(duì)發(fā)電燃煤煤質(zhì)不受影響;e)脫硫劑的能夠長(zhǎng)期的供應(yīng)，且價(jià)格要低廉。
3燃煤電廠脫硫技術(shù)介紹
根據(jù)燃煤發(fā)電過(guò)程和階段,脫硫技術(shù)分為:燃燒前脫硫技術(shù)、燃燒中脫硫技術(shù)和燃燒后煙氣脫硫技術(shù)。
3.1燃燒前脫硫
燃燒前脫硫就是在煤炭燃燒發(fā)電之前通過(guò)各種方法降低煤炭中的含硫量，降低煤炭硫含量的主要方法有物理洗選煤法、化學(xué)洗選煤法、煤的氣化和液化等。其中化學(xué)法、煤的氣化和液化技術(shù)由于成本高，在燃煤發(fā)電中基本不使用，物理洗選煤法最經(jīng)濟(jì)，應(yīng)用最廣泛，但只能脫無(wú)機(jī)硫。電煤在燃燒發(fā)電前通過(guò)洗選環(huán)節(jié)，不僅能降低煤炭中的無(wú)機(jī)硫;還能降低煤炭灰分，減輕煤炭運(yùn)輸量，減輕鍋爐的沾污和磨損，減少發(fā)電中產(chǎn)生的灰渣量，回收部分硫資源;提高電煤的熱值，尤其是低熱值發(fā)電廠，通過(guò)煤炭洗選彌補(bǔ)熱值不高的缺點(diǎn)，提高發(fā)電量。
3.2燃燒中脫硫
燃燒中脫硫技術(shù)又稱爐內(nèi)脫硫，即向爐內(nèi)加入固硫劑如CaCO3等，使煤中硫分轉(zhuǎn)化成硫酸鹽，隨爐渣排除。其基本原理是：
CaCO3CaO+CO2↑
CaO+SO2CaSO3
CaSO3+1/2×O2CaSO4
目前，燃煤發(fā)電使用最多的是流化床燃燒固硫技術(shù)。隨著，中國(guó)火力發(fā)電廠循環(huán)液化床鍋爐的廣泛使用，爐內(nèi)脫硫效率得到了很大的提高。流化床燃燒固硫技術(shù)是把煤粉和固硫劑加入燃燒室內(nèi)的床層中,從爐底鼓風(fēng)使床層懸浮進(jìn)行燃燒，提高燃燒效率,讓煤與脫硫劑在床層內(nèi)充分混合,脫硫劑多次循環(huán),煙氣與脫硫劑充分接觸,提高脫硫率。常用的石灰石固硫劑，其脫硫效率可達(dá)到70%～90%。此外，流化床固硫技術(shù)還分為常壓循環(huán)流化床、增壓循環(huán)流化床燃燒等技術(shù)。
3.3燃燒后脫硫
燃燒后脫硫又稱尾部煙氣脫硫，是在煙道處加裝脫硫設(shè)備對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫的方法。是最有效的脫硫法。煙氣脫硫可分為濕法和干法(包括半干法)2種。其中最典型的脫硫技術(shù)：石灰石/石膏法、噴霧干燥法、電子束法、氨法等。下面簡(jiǎn)單介紹下火電廠最常用的脫硫技術(shù)。
3.3.1石灰石—石膏濕法脫硫技術(shù)
石灰石—石膏濕法脫硫技術(shù)，是一種最成熟的脫硫工藝，應(yīng)用最為廣泛,其特點(diǎn):脫硫效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、運(yùn)行費(fèi)用低等,機(jī)組容量較大的新建火電廠大多采用此法。
該工藝系統(tǒng)主要由煙氣系統(tǒng)、吸收氧化系統(tǒng)、漿液制備系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、排放系統(tǒng)組成,基本工藝流程如下:
鍋爐煙氣經(jīng)電除塵器除塵后,通過(guò)增壓風(fēng)機(jī)、GGH換熱器降溫后進(jìn)入吸收塔,在吸收塔內(nèi)煙氣向上流動(dòng)且被向下流動(dòng)的循環(huán)漿液以逆流方式洗滌,循環(huán)漿液則通過(guò)噴漿層內(nèi)設(shè)置的噴嘴噴射到吸收塔中,以便脫除SO2、SO3、HCl和HF,同時(shí)在“強(qiáng)制氧化工藝”的處理下反應(yīng)的副產(chǎn)物CaSO3˙1/2H2O被導(dǎo)入的空氣氧化成石膏,并消耗作為吸收劑的石灰石。循環(huán)漿液通過(guò)循環(huán)泵向上輸送到噴淋層中,通過(guò)噴嘴進(jìn)行霧化,使氣體和液體得以充分接觸。吸收塔中,石灰石與SO2反應(yīng)生成石膏,這部分石膏漿液通過(guò)石膏漿液泵排出,進(jìn)入石膏脫水系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)凈化處理后的煙氣流經(jīng)兩級(jí)除霧器除霧,同時(shí)按特定程序不時(shí)地用工藝水沖洗除霧器。在吸收塔出口,煙氣一般被冷卻成46～55℃冷凝水,且被水蒸汽飽和。通過(guò)GGH將煙氣加熱到80℃以上,以提高煙氣的抬升高度和擴(kuò)散能力。最后,清潔的煙氣通過(guò)煙道進(jìn)入煙囪排向大氣。
該工藝的技術(shù)特點(diǎn)有:a)高速氣流設(shè)計(jì)增強(qiáng)了物質(zhì)傳遞能力,降低了系統(tǒng)的成本;b)系統(tǒng)采用最優(yōu)尺寸,平衡了SO2去除與壓降的關(guān)系;c)吸收塔液體再分配裝置有效避免了煙氣爬壁現(xiàn)象的產(chǎn)生,降低了能耗;脫硫效率高達(dá)95%以上;d)技術(shù)成熟,設(shè)備運(yùn)行可靠性高;單塔處理煙氣量大，脫硫量大;e)適用于任何含硫量的煤種的煙氣脫硫;對(duì)鍋爐的適應(yīng)性強(qiáng);f)處理后的煙氣含塵量大大減少;g)石灰石資源豐富,價(jià)廉易得;h)脫硫副產(chǎn)品便于回收利用。
3.3.2氨法煙氣濕法脫硫技術(shù)
濕法氨法工藝過(guò)程一般分為3個(gè)步驟:脫硫吸收、中間產(chǎn)品處理、副產(chǎn)品制造。其中,脫硫吸收過(guò)程是氨法煙氣脫硫技術(shù)的核心,它以水溶液中的SO2和NH3的反應(yīng)為基礎(chǔ),得到亞硫酸銨中間產(chǎn)品;中間產(chǎn)品的處理主要分為兩大類:直接氧化和酸解。直接氧化是在多功能脫硫塔中,鼓入空氣將亞硫酸銨氧化成硫銨,酸解是用硫酸、磷酸、硝酸等酸將脫硫產(chǎn)物亞硫銨酸解,生成相應(yīng)的銨鹽和氣體SO2;副產(chǎn)品制造是將中間產(chǎn)品處理后得到的銨鹽送制肥裝置制成成品氮肥或復(fù)合肥。
由于氨是一種良好的堿性吸收劑,氨的堿性強(qiáng)于鈣基吸收劑,而且氨吸收煙氣中SO2是氣—液或氣—氣反應(yīng),反應(yīng)速度快、反應(yīng)完全、吸收劑利用率高,可以得到很高的脫硫效率,相對(duì)于鈣基脫硫工藝來(lái)說(shuō)系統(tǒng)簡(jiǎn)單、設(shè)備體積小、能耗低。另外,其脫硫副產(chǎn)品是常用化肥,其銷售收入可以大幅度降低運(yùn)行成本。并且氨法脫硫工藝在脫硫的同時(shí)可以脫氮,且脫硫過(guò)程中沒(méi)有廢水、廢渣產(chǎn)生,從實(shí)際運(yùn)行效果看,其脫硫效果滿足各地環(huán)保要求,運(yùn)行費(fèi)用低,因此氨法脫硫是較適合中國(guó)國(guó)情的一項(xiàng)煙氣脫硫技術(shù)。
3.3.3半干法脫硫
半干法脫硫采用的脫硫劑以固液混合物的形式噴入吸收塔,在與煙氣中的SO2反應(yīng)的同時(shí)水分被蒸發(fā),脫硫劑被干燥為固體,過(guò)剩的脫硫劑與生成的副產(chǎn)品均以固體形式被收集,其代表工藝有噴霧干燥法工藝和氣體懸浮吸收工藝。噴霧干燥法脫硫工藝技術(shù)比較成熟,具有工藝流程簡(jiǎn)單、系統(tǒng)可靠性高等特點(diǎn)。
系統(tǒng)采用雙流體霧化噴嘴,雙流體霧化噴嘴與旋轉(zhuǎn)霧化噴嘴相比,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,可以更好地控制霧化粒度和霧化質(zhì)量。由布袋除塵器回送的吸收劑由兩級(jí)水霧化噴嘴活化增濕,進(jìn)一步提高吸收劑脫硫效率,脫硫效率可達(dá)到80%左右,但單塔煙氣處理量較小。
3.3.4電子束煙氣脫硫技術(shù)
電子束煙氣脫硫技術(shù)是物理方法與化學(xué)方法相結(jié)合的新技術(shù),它是利用電子加速器產(chǎn)生的等離子體促使煙氣中的SO2及NOX與加入的NH3反應(yīng),實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫脫硝的目的,脫硫效率可達(dá)90%左右。
4結(jié)語(yǔ)
總之，燃煤電廠脫硫工藝的選擇要注重脫硫效率高、經(jīng)濟(jì)成本低、脫硫副產(chǎn)生的可回收利用，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
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