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文檔簡介

1、火電廠煙氣脫硫技術(shù)的研究 火電廠煙氣脫硫技術(shù)的研究牡丹江第二發(fā)電廠 董佩杰摘要:燃煤的煙氣脫硫技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用最廣、效率最高的脫硫技術(shù)。對燃煤電廠而言,在今后一個相當(dāng)長的時期內(nèi),F(xiàn)GD將是控制SO2排放的主要方法。本文對煙氣脫硫技術(shù)進(jìn)行了較為全面的闡述,并對幾種典型煙氣脫硫裝置在國內(nèi)的應(yīng)用情況進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,對需要裝設(shè)脫硫裝置的燃煤火力發(fā)電廠可以起到一定的指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞:煙氣脫硫 FGD 濕法 石灰石-石膏 引言我國的發(fā)電機(jī)組以煤電機(jī)組為主,約占總裝機(jī)容量的75%。據(jù)預(yù)測到2010年,我國能源結(jié)構(gòu)中煤炭仍將占三分之二。因此,在相當(dāng)長的時間內(nèi)燃煤發(fā)電廠仍將在我國發(fā)電領(lǐng)域占主導(dǎo)地位。隨著我國環(huán)保

2、事業(yè)的不斷發(fā)展和環(huán)保法規(guī)的不斷完善,國家對二氧化硫排放提出更加嚴(yán)格的要求。國家環(huán)??偩?、國家經(jīng)貿(mào)委、科技部2002年3月19日在京聯(lián)合發(fā)布了燃煤二氧化硫排放污染防治技術(shù)政策,該技術(shù)政策的總原則是:推行合理使用能源、提高煤炭質(zhì)量、高效低污染燃燒以及末端治理相結(jié)合的綜合防治措施,根據(jù)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性,逐步嚴(yán)格二氧化硫排放污染控制要求,促進(jìn)燃煤設(shè)施采取有效措施減少二氧化硫的排放。因此,為了滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求,使我國經(jīng)濟(jì)和社會能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,以燃煤火力發(fā)電為主的中國必須發(fā)展符合國情的潔凈煤技術(shù)。潔凈煤技術(shù)按其生產(chǎn)和利用的過程分類,大致可分為三類:第一類是在燃燒前的煤炭加工和轉(zhuǎn)化技術(shù)。主要是采用物

3、理、化學(xué)或生物方法將煤中灰份及二氧化硫等污染物脫除,包括煤炭的洗選和加工轉(zhuǎn)化技術(shù),如選煤、煤氣化、液化和水煤漿技術(shù);第二類是煤炭燃燒技術(shù)。主要是潔凈煤發(fā)電技術(shù),是指燃燒與脫硫同時進(jìn)行,目前國家確定的主要是循環(huán)流化床燃燒技術(shù)、增壓流化床燃燒、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)、超臨界機(jī)組加脫硫脫硝裝置。第三類是燃燒后的煙氣脫硫技術(shù)。又可分為濕法、半干法、干法3大類,主要有濕式石灰石/石膏法、爐內(nèi)噴鈣法、噴霧干燥法、電子束法、氨法、海水脫硫等多種。燃燒前脫硫由于投資大,且占用較大場地,在已建電廠或新建電廠時都是難以接受的,該工作應(yīng)在煤炭供應(yīng)部門解決。燃燒中脫硫?qū)χ?、小型新建電廠是較好的方案,在老廠改造中是不容易實(shí)

4、現(xiàn)的?,F(xiàn)將重點(diǎn)放在煙氣脫硫技術(shù)的介紹上。 1 濕法煙氣脫硫技術(shù) 1.1 石灰/石灰石法這種技術(shù)在70年代因其投資大、運(yùn)行費(fèi)用高和腐蝕、結(jié)垢、堵塞與磨損等問題而影響了其在火電廠中的應(yīng)用,為了解決這些問題,各設(shè)備制造廠商采用了各種不同的方法,開發(fā)出第二代、第三代石灰/石灰石脫硫工藝系統(tǒng)。經(jīng)過多年的實(shí)踐和改進(jìn),工作性能和可靠性大為提高,投資與運(yùn)行費(fèi)用顯著減少。突出的優(yōu)點(diǎn)是:a)脫硫效率高(有的裝置Ca/S=1時,脫硫效率大于90%);b)吸收劑的資源豐富,成本低廉,廢渣既可拋棄,也可作為商品石膏回收,利用率高大于90%;c)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率高(可達(dá)90%以上)。目前從設(shè)計(jì)上綜合考慮采取了加強(qiáng)反應(yīng)控制,強(qiáng)制

5、氧化和加入氧化劑,從而減少吸收塔和附屬設(shè)備體積、降低電耗,減小基建投資和運(yùn)行費(fèi)用;選用耐腐蝕材料,提高吸收塔及出口煙道、擋板、除霧裝置等處的使用壽命;提高氣液傳質(zhì)效率,建造大尺寸的吸收塔等措施,使此項(xiàng)技術(shù)有了進(jìn)一步改進(jìn)和提高。目前,石灰/石灰石法是世界上應(yīng)用最多的一種FGD工藝,對高硫煤,脫硫率可在90%以上,對低硫煤,脫硫率可在95%以上。石灰或石灰石法主要的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理為: 石灰法:SO2CaO1/2H2O CaSO3.1/2H2O 石灰石法:SO2CaCO31/2H2O CaSO3.12H2OCO2 1.2 雙堿法雙堿法通常采用鈉化合物(NaOH、Na2CO3、Na2SO3等)溶液吸收S

6、02,生成鈉鹽,其溶液再與石灰(CaCO3或Ca(OH)2)反應(yīng),生成亞硫酸鈣或硫酸鈣沉淀。再生后的鈉化合物返回洗滌設(shè)備作為吸附劑使用。此方法可防止鈣鹽結(jié)垢、堵塞的問題,脫硫效率可達(dá)90%以上。但其工藝流程復(fù)雜,投資較大,而且在吸收過程中生成的Na2S04不易去除,吸收液的再生也較困難。 1.3 亞硫酸鈉循環(huán)吸收法以亞硫酸鈉溶液噴淋后吸收S02產(chǎn)生NaHSO3,NaHSO3通過熱分解使其釋放S02氣體(可回收)還原為亞硫酸鈉。此法脫硫效率較高,一般在90%以上,并可回收副產(chǎn)品CaS,液體S02、硫酸;但工藝流程較復(fù)雜,投資高,運(yùn)行費(fèi)用也高。 1.4 純海水法煙氣脫硫工藝(NSW)純海水法煙氣脫

7、硫工藝(以下簡稱NSW)是利用天然海水的堿度中和煙氣中的酸性氣體二氧化硫。采用NSW煙氣脫硫工藝后,原本排往大氣危害陸生生態(tài)環(huán)境的二氧化硫,被轉(zhuǎn)化為硫酸鹽直接送入大海。NSW工藝無需任何人工化學(xué)添加劑,其排水符合國家制定的海洋環(huán)境水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),并且沒有其它脫硫工藝不可避免的廢棄物排放和處置等問題,因而在沿?;鹆Πl(fā)電廠,包括冶金、化工、造紙等行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用市場。該工藝由武漢晶源環(huán)境工程有限公司研發(fā)成功,近年來,已在深圳西部電廠(1×30萬千瓦機(jī)組)、漳州后石電廠(6×60萬千瓦機(jī)組)脫硫工程投入運(yùn)行,建成投運(yùn)的火電廠煙氣脫硫工程已充分體現(xiàn)了NSW工藝的優(yōu)越性:脫硫效益高于90

8、%,造價和運(yùn)行成本僅為傳統(tǒng)濕式脫硫工藝的三分之一。 1.5 NADS氨-肥法與現(xiàn)有同類氨法相比,NADS氨-肥法具有2個突出的優(yōu)點(diǎn):a)在確保較高的SO2吸收(脫出)效率之同時,吸收塔出口煙氣的NH3質(zhì)量濃度低,小于10mg/L,氨損耗小。b)NADS技術(shù)開發(fā)了一個高效率的SO2吸收塔,其氣/液比大,是其他技術(shù)的30100倍,因此,吸收液循環(huán)量很小,能耗低,解決了大型脫硫循環(huán)泵的技術(shù)難題。對于一個200MW機(jī)組,石灰石-石膏法和傳統(tǒng)氨法的吸收液循環(huán)量在100000 m3/h以上,NADS僅為100150m3/h。 NADS氨-肥法在工藝上的主要創(chuàng)新是,不僅可生產(chǎn)硫酸銨,還生產(chǎn)磷酸銨和硝酸銨,同

9、時聯(lián)產(chǎn)高濃度(98.3%)硫酸。結(jié)合不同條件,生產(chǎn)不同化肥,靈活性較大,因此,稱為氨-肥法。 1.6 旋流板塔脫硫除塵工藝 旋流板塔脫硫除塵設(shè)備是在獲得國家發(fā)明獎的旋流板塔技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)成功的,現(xiàn)已應(yīng)用于浙江嘉興錦江熱電有限公司2臺130t/h鍋爐,是目前國內(nèi)自行設(shè)計(jì)施工的最大的脫硫示范工程。該項(xiàng)目已通過浙江省科委組織的成果鑒定(浙科鑒字99第015號),其綜合指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。該脫硫技術(shù)利用旋流塔板高效低阻的傳質(zhì)特性,結(jié)合國際上最成熟的濕法脫硫工藝,大大提高了脫硫效率。工作時,廢氣切向從塔底部進(jìn)入,在旋流塔板的作用下與脫硫液進(jìn)行充分的接觸反應(yīng),凈化煙氣經(jīng)副塔除霧和再加熱后,由引風(fēng)機(jī)引出

10、排空;脫硫液經(jīng)循環(huán)池沉淀再生后重復(fù)使用;整個系統(tǒng)由二氧化硫、PH傳感器在線監(jiān)測、反饋控制裝置等組成。 技術(shù)原理:旋流板塔為圓柱塔體,塔內(nèi)裝有旋流塔板。工作時,煙氣由塔底向上流動,由于切向進(jìn)塔,尤其是塔板葉片的導(dǎo)向作用而使煙氣旋轉(zhuǎn)上升,使在塔板上將逐板下流的液體噴成霧滴,使氣液間有很大的接觸面積;液滴被氣流帶動旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生的離心力強(qiáng)化氣液間的接觸,最后甩到塔壁上沿壁下流,經(jīng)過溢流裝置到下一層塔板上,再次被氣流霧化而進(jìn)行氣液接觸。如上所述,液體在與氣體充分接觸后又能有效的分離避免霧沫夾帶,其氣液負(fù)荷比常用塔板大一倍以上。又因塔板上液層薄,開孔率大而使壓降較低,比常用塔板達(dá)到同樣效果時的壓降約低一半。

11、因此,綜合性能優(yōu)于常用塔板。 由于塔內(nèi)提供了良好的氣液接觸條件,氣體中的SO2被堿性液體吸收(脫硫)的效果好;旋流板塔同時具有很好的除塵性能,氣體中的塵粒在旋流塔板上被水霧粘附而除去,此外,塵粒及霧滴受離心力甩到塔壁后,亦使之被粘附而除去,從而使氣流帶出塔的塵粒和霧滴很少。 1.7 簡易濕法煙氣脫硫技術(shù) 1)所謂“簡易”主要表現(xiàn)在以下幾個方面: a)降低了脫硫劑石灰石品質(zhì)的要求(包括純度和粉粒的粒度),以擴(kuò)大原料來源(采用廠址附近石灰石礦的石灰石)和降低制粉成本; b)簡易FGD造價約為常規(guī)濕法FGD造價的50%(常規(guī)1×300MW級約4.8億元,簡易1× 300MW級約2

12、.4億元),但脫硫效率要降低約10%15%; c)提高煙氣平流塔內(nèi)流速,縮短煙氣在塔內(nèi)停留時間,減少裝置體積,以降低造價; d)采用水平臥式吸收塔,使塔體一段相當(dāng)于稍為放大的煙道,可節(jié)省采用豎塔時的上下連接煙道; e)省略煙氣熱交換器。 2)簡易濕法FGD的流程 a)煙氣系統(tǒng)從鍋爐煙道分流出的部分煙氣,經(jīng)脫硫風(fēng)機(jī)升壓后進(jìn)人吸收塔,再經(jīng)尾部的除霧器去濕后從煙囪排出。 b)吸收與氧化系統(tǒng)這是FGD的主體。在吸收塔內(nèi)同時進(jìn)行煙氣冷卻、除塵和脫硫工藝處理。進(jìn)入吸收塔的煙氣,經(jīng)過三段由臥式布置的噴嘴沿順流與逆流歷噴出霧狀的石灰石漿吸收劑的循環(huán)漿液,進(jìn)行高效的氣液接觸,除去姻氣中S02(呈吸收反應(yīng))。由氧

13、化風(fēng)機(jī)供給空氣,通過攪拌機(jī),使溶于漿液中的氧與S02進(jìn)行氧化反應(yīng)生成石膏。 c)副產(chǎn)品處理系統(tǒng)在吸收塔內(nèi)已吸收的S02漿液,經(jīng)泵送往水力旋流器濃縮成40%濃度后存于石膏漿池中,再經(jīng)脫水后成為粉狀石膏入庫,等待銷售。 d)石灰石制備系統(tǒng)來料為50mm以下的塊狀石灰石,經(jīng)粉碎機(jī)粉碎成粒徑小于6mm,再經(jīng)球磨機(jī)磨成石灰石粉,又經(jīng)選粉機(jī)分離成100目篩余5%以下的細(xì)粉,通過輸送機(jī)儲于粉倉。 e)液、供液系統(tǒng)由石灰石粉倉取出的石灰石細(xì)粉與水混合制成30%濃度的漿液存于石灰石漿池,根據(jù)需要再供給吸收劑循環(huán)罐。 f)供、排水系統(tǒng)排水量約80m3/h。 2 半干法煙氣脫硫技術(shù)以噴霧干燥法為代表,其脫硫過程如下

14、:其主要設(shè)備為噴霧干燥吸收塔,脫硫工藝以石灰為脫硫吸收劑,石灰經(jīng)消化并加水制成消石灰乳,消石灰乳由泵打入位于吸收塔內(nèi)的霧化裝置,在吸收塔內(nèi),被霧化成細(xì)小液滴的石灰漿乳經(jīng)霧化器噴射出來,使與煙氣中的S02相化合,同時利用煙氣本身的溫度,使石灰漿吸收劑帶來的水份開始蒸發(fā),煙氣溫度隨之降低,最后生成干粉狀的CaS03與CaS04及未被利用的吸收劑以干燥的顆粒形式隨煙氣帶出吸收塔,進(jìn)入除塵器被收集下來。其脫硫效率可達(dá)85%左右,其投資及運(yùn)行費(fèi)用均較濕法為低。由于煙氣中的SO2與石灰漿反應(yīng)的時間需用1020秒,而煙氣流速一般為3m/s,所以吸收塔體積較大才行。 3 干法煙氣脫硫技術(shù)該工藝用于電廠煙氣脫硫

15、始于80年代初,與常規(guī)的濕式洗滌工藝相比有以下優(yōu)點(diǎn):投資費(fèi)用較低;脫硫產(chǎn)物呈干態(tài),并和飛灰相混;無需裝設(shè)除霧器及再熱器;設(shè)備不易腐蝕,不易發(fā)生結(jié)垢及堵塞。其缺點(diǎn)是:吸收劑的利用率低于濕式煙氣脫硫工藝;用于高硫煤時經(jīng)濟(jì)性差;飛灰與脫硫產(chǎn)物相混可能影響綜合利用;對干燥過程控制要求很高。 3.1 傳統(tǒng)的干法是在煙氣中噴入堿性吸收劑一般為CaO或Ca(OH)2,使其與煙氣中的S02發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成CaS03或CaS04,從而達(dá)到脫硫的目的。 3.2 噴霧干式煙氣脫硫工藝噴霧干式煙氣脫硫(簡稱干法FGD),最先由美國JOY公司和丹麥Niro Atomier公司共同開發(fā)的脫硫工藝,70年代中期得到發(fā)展,

16、并在電力工業(yè)迅速推廣應(yīng)用。該工藝用霧化的石灰漿液在噴霧干燥塔中與煙氣接觸,石灰漿液與SO2反應(yīng)后生成一種干燥的固體反應(yīng)物,最后連同飛灰一起被除塵器收集。我國曾在四川省白馬電廠進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)噴霧干法煙氣脫硫的中間試驗(yàn),取得了一些經(jīng)驗(yàn),為在200300MW機(jī)組上采用旋轉(zhuǎn)噴霧干法煙氣脫硫優(yōu)化參數(shù)的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。 3.3 粉煤灰干式煙氣脫硫技術(shù)日本從1985年起,研究利用粉煤灰作為脫硫劑的干式煙氣脫硫技術(shù),到1988年底完成工業(yè)實(shí)用化試驗(yàn),1991年初投運(yùn)了首臺粉煤灰干式脫硫設(shè)備,處理煙氣量644000Nm3/h。其特點(diǎn):脫硫率高達(dá)60%以上,性能穩(wěn)定,達(dá)到了一般濕式法脫硫性能水平;脫硫劑成本低;用水量

17、少,無需排水處理和排煙再加熱,設(shè)備總費(fèi)用比濕式法脫硫低1/4;煤灰脫硫劑可以復(fù)用;沒有漿料,維護(hù)容易,設(shè)備系統(tǒng)簡單可靠。 3.3 荷電干式吸收劑噴射脫硫方法(CDSI) 這種方法是傳統(tǒng)的干式吸收劑煙道噴射脫硫技術(shù)的一種改進(jìn),吸收劑仍然采用CaO或Ca(OH)2,不同的是在鍋爐出口煙道內(nèi)(除塵器前)的適當(dāng)位置噴人攜帶有靜電荷的干吸收劑(一般為熟石灰Ca(OH)2)。 3.4 電子束法(EBA法)這是一種不產(chǎn)生二次污染并能實(shí)現(xiàn)資源綜合利用的脫硫技術(shù),主要特征為:能同時脫硫、脫硝,脫除率分別可達(dá)90%和80%以上。影響脫硫、脫硝的主要原因是輔照劑量和煙氣濕度;處理過程為干法,不產(chǎn)生需進(jìn)一步處理的廢水

18、、廢渣;副產(chǎn)品硫銨、硝銨可作為化肥使用(注:對此觀點(diǎn)有不同意見,因硫銨會造成不可恢復(fù)的土地板結(jié));流程簡單、運(yùn)行可靠、操作方便、無堵塞、腐蝕和泄漏等問題,對負(fù)荷變化的適應(yīng)能力較強(qiáng);處理后的煙氣一般無需再加熱,可直接經(jīng)煙囪排放;占地面積約為常規(guī)方法的1/21/3,投資及運(yùn)行費(fèi)用均低于常規(guī)方法;脫硝時不必使用價格昂貴的脫硝催化劑。本工藝由煙氣冷卻、氨添加、電子束照射反應(yīng)和副產(chǎn)品收集處理等部分組成,主要設(shè)備有:冷卻塔冷卻水噴射式完全蒸發(fā)型;反應(yīng)器臥式側(cè)面3級照射方式;電子束發(fā)生器800kV(36kV)×2臺;副產(chǎn)品回收裝置干式電除塵器;副產(chǎn)品處理裝置鋼管干燥加回轉(zhuǎn)式冷卻器。該項(xiàng)技術(shù)最早由日

19、本荏原(EBARA)制作所提出,并與日本原子能研究所共同進(jìn)行研究成功。于80年代在美國建成中試裝置進(jìn)行試驗(yàn)?,F(xiàn)己在日本、美國、法國、俄羅斯等國建立了20余套示范工程,我國成都熱電廠所建的200MW機(jī)組上抽取300000Nm3/h(相當(dāng)于100MW)電束法脫硫裝置己于1998年投運(yùn)。 3.5 電子束輻照煙氣脫硫脫硝技術(shù)(CAEBP技術(shù)) 由中國工程物理研究院開發(fā)的電子束輻照煙氣脫硫脫硝工業(yè)化技術(shù)(簡稱CAEBP技術(shù)),充分挖掘電子束輻照煙氣脫硫脫硝技術(shù)的潛力,結(jié)合中國具體國情,形成了投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)行維護(hù)簡便、可靠性高等獨(dú)有的特點(diǎn),居國際先進(jìn)水平。工藝原理簡介:CAEBP技術(shù)是利用高能電子

20、束(800KeV1MeV)輻照煙氣,將煙氣中的二氧化硫和氮氧化物轉(zhuǎn)化成硫酸銨和硝酸銨的一種煙氣脫硫脫硝技術(shù)。該技術(shù)的工業(yè)裝置一般采用煙氣降溫增濕、加氨、電子束輻照和副產(chǎn)物收集的工藝流程。除塵凈化后的煙氣通過冷卻塔調(diào)節(jié)煙氣的溫度和濕度(降低溫度、增加含水量),然后流經(jīng)反應(yīng)器。在反應(yīng)器中,煙氣被電子束輻照產(chǎn)生多種活性基團(tuán),這些活性基團(tuán)氧化煙氣中的SO2和NOX,形成相應(yīng)的酸。它們同在反應(yīng)器煙氣上游噴入的氨反應(yīng),生成硫酸氨和硝酸氨微粒。副產(chǎn)物收集裝置收集產(chǎn)生的硫酸氨和硝酸氨微粒,可作為農(nóng)用肥料和工業(yè)原料使用。同常規(guī)的濕法脫硫相比,CAEBP技術(shù)的一次性投資約低30%,運(yùn)行費(fèi)用約低20%。CAEBP技

21、術(shù)能脫除煙氣中95%以上的二氧化硫和80%以上的氮氧化物,可廣泛應(yīng)用于燃煤電站、化工、冶金、建材等行業(yè)的企業(yè),凈化這些企業(yè)產(chǎn)生的含二氧化硫和氮氧化物污染物的煙氣。 3.6 脈沖電暈放電等離子體煙氣脫硫脫硝技術(shù)(PPCP法) 脈沖電暈放電煙氣脫硫脫硝是八十年代發(fā)展起來的新技術(shù),它利用高電壓(10kV)窄脈沖(1s)電暈放電過程中產(chǎn)生的等離子體處理煙氣。該方法可在一個干式過程中同時脫硫脫硝除塵,副產(chǎn)物是硫酸銨、硝酸銨,可作為復(fù)合肥料的原材料被利用,在設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用方面也具有較大優(yōu)勢,可廣泛應(yīng)用于燃煤電廠、化工、冶金、建材等行業(yè)。是目前最具應(yīng)用前景的煙氣治理技術(shù)之一。 工藝原理簡介:脈沖電源產(chǎn)生

22、的高電壓脈沖加在反應(yīng)器電極上,在反應(yīng)器電極之間產(chǎn)生強(qiáng)電場,在強(qiáng)電場作用下,部分煙氣分子電離,電離出的電子在強(qiáng)電場的加速下獲得能量,成為高能電子(520eV),高能電子則可以激活、裂解、電離其他煙氣分子,產(chǎn)生OH、O、HO2等多種活性粒子和自由基。在反應(yīng)器里,煙氣中的SO2、NO被活性粒子和自由基氧化為高階氧化物SO3、NO2,與煙氣中的H2O相遇后形成H2SO4和HNO3,在有NH3或其它中和物注入情況下生成(NH4)2SO4/NH4NO3的氣溶膠,再由收塵器收集。脈沖電暈放電煙氣脫硫脫硝反應(yīng)器的電場本身同時具有除塵功能。 目前,中物院環(huán)保中心同國內(nèi)有關(guān)單位合作,正在建設(shè)煙氣處理量為12000

23、Nm3/h的工業(yè)中試裝置。該裝置是世界上在建的煙氣處理量最大的同類裝置,它的建成將標(biāo)志著我國脈沖電暈煙氣脫硫脫硝技術(shù)研究居世界領(lǐng)先水平。 3.7 等離子體煙氣脫硫脫硝技術(shù)等離子體煙氣脫硫脫硝工業(yè)試驗(yàn)裝置,由12000 Nm3/h煙氣處理量的電子束輔照煙氣脫硫脫硝工業(yè)化試驗(yàn)裝置和脈沖電暈脫硫脫硝工業(yè)試驗(yàn)裝置組成,二者共用煙氣參數(shù)調(diào)節(jié)和副產(chǎn)物收集裝置。該裝置是我國自行設(shè)計(jì)和建造的第一套工業(yè)化試驗(yàn)裝置。該裝置由煙氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氨投加裝置、副產(chǎn)物收集裝置、測量控制系統(tǒng)、脈沖電暈放電處理系統(tǒng)等6個主要部分組成。來自電廠水膜除塵器前和水膜除塵器后的煙氣經(jīng)冷卻塔降溫增濕后,被送至反應(yīng)器中處理,同時噴入氨。處理

24、后的煙氣被輸送至副產(chǎn)物收集裝置,其中的硫酸銨和硝酸銨被收集,處理后的煙氣則由煙囪排出。 3.8 流態(tài)化吸收法煙氣脫硫脫硝除塵技術(shù)流態(tài)化吸收法煙氣脫硫脫硝除塵技術(shù),是在充分吸取國外先進(jìn)脫硫除塵技術(shù)的基礎(chǔ)上,根據(jù)我國國情開發(fā)出的一種效率高、投資省、運(yùn)行費(fèi)用低的新型脫硫脫硝除塵技術(shù),它能夠同時去除煙氣中的硫氧化物、氮氧化物和粉塵顆粒,同時還能夠吸收HCl、HF等酸性氣體,可用于中小型工業(yè)鍋爐和電站鍋爐煙氣的脫硫除塵或同時脫硫脫硝,本技術(shù)已在江蘇省張家港市某廠煙氣量為4000Nm3/h的燃煤鍋爐上得到應(yīng)用,具有廣闊的發(fā)展前景。技術(shù)原理:將煙氣噴射到石灰石漿液中,同時鼓入氧化空氣,使脫硫產(chǎn)物變成穩(wěn)定的硫

25、酸鈣。煙氣中的SO2先溶于H2O形成亞硫酸,然后再電離、氧化變成SO42-。石灰溶于水后變成Ca(OH)2,電離后產(chǎn)生Ca2+,最后Ca2+與SO42-結(jié)合產(chǎn)生CaSO4× 2H2O的沉淀物。工藝流程:向鍋爐尾部煙氣噴入霧化水滴,使煙氣降溫,同時顆粒長大,然后將煙氣噴射進(jìn)入石灰石漿液中,在液層上部形成一流態(tài)化鼓泡層,在此區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝除塵。脫硫脫硝除塵后的煙氣通過高效低阻慣性分離器除去泡沫后經(jīng)引風(fēng)機(jī)由煙囪排出。反應(yīng)塔下部通入空氣使脫硫反應(yīng)產(chǎn)物CaSO3完全氧化成穩(wěn)定的CaSO4。反應(yīng)塔和配漿池內(nèi)設(shè)有攪拌器。石灰與水在配漿池內(nèi)調(diào)成均勻的漿液后由漿液泵送至泡沫層或流化層。漿液中加入脫

26、硫脫硝添加劑。從反應(yīng)塔排出的漿液經(jīng)沉降池沉降后,清液送入配漿池循環(huán)使用,廢渣可作水泥摻和料、筑路材料和建材。技術(shù)水平:本項(xiàng)技術(shù)2000年3月通過江蘇省環(huán)保局組織的鑒定,鑒定結(jié)論為整體技術(shù)國內(nèi)領(lǐng)先,其中同時脫硫脫硝技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。主要技術(shù)指標(biāo)如下:脫硫率 8090%,脫硝率> 80% 除塵效率 9598%,林格曼黑度<1級系統(tǒng)阻力 100180mmH2O 3.9 NID法這是90年代中期由ABB公司開發(fā)成功的一種投資較低而方便可行的煙氣脫硫方法,它是在旋轉(zhuǎn)噴霧半干法脫硫技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的,非常適合300MW以下機(jī)組使用,脫硫效率可達(dá)80%以上。 NID的原理是 :以一定細(xì)度的

27、石灰粉(CaO)經(jīng)消化增濕處理后與大倍率的循環(huán)灰混合直接噴入反應(yīng)器,在反應(yīng)器中與煙氣二氧化硫反應(yīng)生成固態(tài)的亞硫酸鈣及少量硫酸鈣,再經(jīng)除塵器除塵,達(dá)到煙氣脫硫目的。其化學(xué)反應(yīng)式如下: CaO+H2O=Ca(OH)2 Ca(OH)2+SO2=CaSO3.1/2H2O+1/2H2O +CaSO4.2H2O NID工藝流程圖見圖1。 圖1 NID工藝流程圖 一定細(xì)度的粉狀石灰粉(CaO2)從石灰粉倉中通過給料機(jī)定量喂入消化增濕器。在消化增濕器中石灰粉被消化生成熟料Ca(OH)2,然后在混合增濕器中與來自除塵器下灰斗的循環(huán)灰充分混合,并增濕至一定濕度,以增強(qiáng)脫硫劑的化學(xué)活性,提高脫硫速度和效率。經(jīng)混合增

28、濕的脫硫劑利用流態(tài)化風(fēng)機(jī)直接打入反應(yīng)器(脫硫塔)。脫硫劑在反應(yīng)器中表面水份迅速蒸發(fā),煙氣濕度增加,而脫硫劑仍處干燥狀態(tài),具有非常好的流動性,可以迅速充滿整個反應(yīng)器空間,充分地與煙氣中的SO2混合并反應(yīng)。同時由于煙氣濕度增加、溫度降至75左右,又非常有利于Ca(OH)2與SO2的化學(xué)反應(yīng),因此可以在更短的時間內(nèi)脫除煙氣中的二氧化硫。從除塵器中分離出來的灰中,仍有一部分Ca(OH)2未曾參與反應(yīng),大部份仍返回混合器中,只有小部份的灰通過輸灰系統(tǒng)輸送至脫硫灰?guī)臁?3.10 循環(huán)流化床煙氣脫硫(CFBFGD)技術(shù)東南大學(xué)熱能工程研究所國家實(shí)用新型專利(專利號:95240758.2)循環(huán)流化床煙氣脫硫(

29、CFBFGD)技術(shù),是一種經(jīng)濟(jì)高效的脫硫技術(shù),不僅適用于大型燃煤鍋爐,而且也可用于中小鍋爐,適合我國國情。這種工藝的創(chuàng)新之處在于,它以循環(huán)流化床原理為基礎(chǔ),使吸收劑在反應(yīng)器內(nèi)多次再循環(huán),延長了吸收劑與煙氣的接觸時間,從而大大提高了吸收劑的利用率。它不但具有一般干法脫硫工藝的許多優(yōu)點(diǎn),如流程簡單、占地少、投資低以及副產(chǎn)品可以綜合利用等,而且能在鈣硫比很低(Ca/S=1.11.2)的情況下達(dá)到與濕法脫硫工藝相當(dāng)?shù)拿摿蛐剩?5%左右。CFBFGD技術(shù)目前已在國外發(fā)展的非常成功。如在德國Borken電廠100MW電站鍋爐上(煙氣量為620000m3/h)已經(jīng)有了多年的穩(wěn)定運(yùn)行時間和經(jīng)驗(yàn),并在許多中

30、小鍋爐上得到應(yīng)用。 3.11 鍋爐爐內(nèi)旋渦噴鈣尾部增濕活化脫硫技術(shù)爐內(nèi)噴鈣是將石灰石細(xì)粉通過氣力輸送方式噴入爐膛合適溫度區(qū),使碳酸鈣受熱分解成氧化鈣,并與煙氣中的二氧化硫發(fā)生硫化反應(yīng),最終生成硫酸鈣,達(dá)到固硫的目的。為了提高爐內(nèi)脫硫效率,東南大學(xué)熱能工程研究所將旋渦二次風(fēng)技術(shù)用于爐內(nèi)噴鈣過程,自主開發(fā)出一種爐內(nèi)旋渦噴鈣尾部增濕活化的脫硫技術(shù)。爐膛內(nèi)形成的旋轉(zhuǎn)流場使噴入的石灰石粉在爐膛內(nèi)均勻分布,并延長顆粒在爐內(nèi)的停留時間,增加與二氧化硫接觸反應(yīng)的機(jī)會。爐內(nèi)脫硫效率可達(dá)3040%。在尾部受熱面后設(shè)置活化反應(yīng)器,向活化器內(nèi)噴入霧化水滴,使煙氣中未被利用的脫硫劑氧化鈣顆粒與水滴相碰撞生成漿滴,與二氧

31、化硫氣體發(fā)生離子液相反應(yīng),大大提高硫化反應(yīng)速度。未與顆粒碰撞的水滴在煙氣中蒸發(fā),增加了煙氣的濕度,也能提高脫硫效率和鈣利用率。采用旋渦噴射石灰石粉,可使?fàn)t內(nèi)脫硫效率提高到3040%。經(jīng)過參數(shù)優(yōu)化的活化反應(yīng)器的脫硫效率可達(dá)到70%,全系統(tǒng)的脫硫效率超過80%。該脫硫技術(shù)以地產(chǎn)石灰石粉作為脫硫劑,和用石灰等材料作脫硫劑相比成本低廉,在經(jīng)濟(jì)上具有競爭優(yōu)勢。也可利用其它含鈣廢料,如水泥廠窯尾灰、紙漿廠碳酸鈣廢料和電石渣等,則可進(jìn)一步降低脫硫成本。該技術(shù)不僅適用于面廣量大的工業(yè)鍋爐,而且適用于電站鍋爐;不僅適用于采用干法除塵的鍋爐,而且更適用于采用濕法除塵的鍋爐,該類鍋爐不需配置活化器,可進(jìn)一步降低成本

32、。東南大學(xué)熱能工程研究所結(jié)合“九·五”國家攻關(guān)任務(wù)的完成,為兩臺10 t/h的燃煤工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)、制造和安裝了爐內(nèi)噴鈣脫硫裝置,尾部則利用原有的文丘里水膜除塵器作活化器。用南京郊區(qū)石灰石粉作脫硫劑,投運(yùn)后運(yùn)行穩(wěn)定可靠、調(diào)節(jié)方便。測試結(jié)果表明:當(dāng)燃用含硫0.61%的煤,鈣硫摩爾比為2.74 時排煙SO2濃度僅為69 PPm, 脫硫效率達(dá)到7880%。 4 幾種典型煙氣脫硫技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用情況 4.1 華能珞璜電廠濕法煙氣脫硫裝置華能重慶珞璜電廠一期工程2×360MW機(jī)組全容量濕法煙氣脫硫裝置是我國現(xiàn)已投入商業(yè)化運(yùn)營的最大容量煙氣脫硫裝置。華能重慶珞璜電廠一期工程2×3

33、60MW機(jī)組全容量濕法煙氣脫硫整套裝置由日本三菱公司設(shè)計(jì)并供貨,1992年投入運(yùn)行,現(xiàn)二期工程2×360MW機(jī)組處理90%煙氣量的濕法煙氣脫硫裝置已經(jīng)安裝完畢,逐步投入商業(yè)化運(yùn)行,其設(shè)計(jì)和主要關(guān)鍵技術(shù)仍由日本三菱公司提供,但進(jìn)口設(shè)備范圍較一期工程減少了許多。此套脫硫裝置存在的主要問題是,初期投資和占地面積大、系統(tǒng)復(fù)雜、耗電耗水量高。珞璜一期FGD投運(yùn)初期(19931994年)投運(yùn)率不高,其主要原因是灰漿泵過流件磨損太快,大大出乎預(yù)料,對此缺乏認(rèn)識,進(jìn)口備件準(zhǔn)備不足。在解決此問題后投運(yùn)率明顯提高。1995年后由于煙溫、含塵量高帶來的腐蝕以及結(jié)垢和堵塞問題逐漸顯露出來,這些年來通過設(shè)備改

34、造,問題得到相當(dāng)程度的緩解,但尚沒有徹底解決,特別是那些由設(shè)計(jì)(包括鍋爐方面) 帶來的問題可能還會困擾FGD,這對于國內(nèi)將要建FGD的單位是可供借鑒的。 4.2 宜賓發(fā)電總廠豆壩電廠PAFP煙氣脫硫磷銨肥法(PAFP)煙氣脫硫工藝技術(shù)是我國自行探索開發(fā),并完成了建設(shè)示范裝置與全部技術(shù)準(zhǔn)備的一項(xiàng)新工藝技術(shù)。80年代初期開始至今已十余年,目前已進(jìn)入電廠煙氣脫硫工程應(yīng)用階段。豆壩電廠PAFP脫硫試驗(yàn)1997年底建成,1998年6月開始調(diào)試運(yùn)行,通過72小時考核驗(yàn)收運(yùn)行。在運(yùn)行過程中技術(shù)人員不斷改革探索,在進(jìn)行5000Nm3/hPAFP煙氣脫硫裝置直接引入電廠煙氣,經(jīng)2000小時考核運(yùn)行主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)

35、到設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上,進(jìn)行100000Nm3/h煙氣處理設(shè)備試驗(yàn)的施工。當(dāng)進(jìn)一步擴(kuò)大試驗(yàn)時,對下列問題應(yīng)進(jìn)行認(rèn)真研究: a)PAFP煙氣脫硫工藝中,活性炭和硫酸萃去磷礦粉制肥是相對獨(dú)立的兩套系統(tǒng)。制肥是一種較復(fù)雜的回收綜合利用方式,只能作為選擇方案之一。由于受原材料(磷礦粉、氨)、二次污染(氟、磷礦粉萃取、廢棄物治理)、場地和人員配置、電力行業(yè)特點(diǎn)等一系列問題制約,選用制肥方案時,要因地制宜和慎重研究。例如氟的產(chǎn)生量較大,如未處理得當(dāng),泄漏較多時,將對電廠的安全運(yùn)行帶來影響。 b)活性炭脫硫工藝擴(kuò)大應(yīng)用生產(chǎn)的關(guān)鍵是吸收塔床阻力較大。目前,與5000 Nm3/h煙氣處理匹配的吸收塔炭床設(shè)計(jì)阻力降是

36、980Pa/m,相當(dāng)于處理149×104 Nm3/h煙氣濕法吸收塔的壓力降。因此,吸收塔的塔型設(shè)計(jì)和活性炭吸附容量等性能的改進(jìn),將是今后實(shí)際應(yīng)用成功與否的關(guān)鍵。 c)現(xiàn)有PAFP脫硫工藝中試驗(yàn)裝置設(shè)備經(jīng)過一段時期運(yùn)行后,腐蝕較嚴(yán)重,在設(shè)計(jì)研制新設(shè)備時,應(yīng)完善防腐和施工工藝,保證設(shè)備運(yùn)行的可靠性。 4.3 內(nèi)江發(fā)電總廠發(fā)售電公司5號爐氨法脫硫 內(nèi)江發(fā)電總廠發(fā)電售電公司5號爐2.5萬千瓦機(jī)組氨法脫硫中間試驗(yàn),是國家“九·五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目火電廠廢氣SO2回收技術(shù)的中間試驗(yàn)課題的子課題。1998年11月動工,1999年4月竣工,5月初投入試運(yùn)行,6月初進(jìn)入正常運(yùn)行考核,現(xiàn)運(yùn)行正

37、常。 4.4 深圳西部電廠4號機(jī)組海水脫硫工程 深圳西部電廠4號機(jī)組海水脫硫工程,投入2.5億元,經(jīng)過近3年建設(shè),于1999年3月上旬通過72小時運(yùn)行考核,效果良好,現(xiàn)運(yùn)行正常。該系統(tǒng)的脫硫成本極低,每度電不到半分錢,各項(xiàng)性能指標(biāo)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值,脫硫率高達(dá)95%以上,出口煙氣中二氧化硫濃度在10ppm以下,而脫硫海水PH值在6.5以上,符合排水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。 4.5 太原第一熱電廠簡易濕法煙氣脫硫裝置的實(shí)踐 1992年日本政府制訂了“綠色援助計(jì)劃”,在能源和環(huán)境方面開始與中國、東南亞等各國實(shí)施環(huán)境保護(hù)技術(shù)轉(zhuǎn)讓,進(jìn)行綜合性的合作。作為該計(jì)劃的一個項(xiàng)目,日本電源開發(fā)株式會社受日本通產(chǎn)省的委托與中國原

38、電力工業(yè)部合作,對中國燃用高硫煤電廠設(shè)置簡易脫硫裝置并進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),以期推廣。該項(xiàng)目確定在山西太原第一熱電廠12號爐(1025t/h)進(jìn)行。在鍋爐尾部煙道上設(shè)置高速平流簡易濕法FGD裝置。這是針對一些國家的實(shí)際情況,以降低脫硫效率為代價換取低成本的簡易性脫硫技術(shù)。 1)設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)煤種含硫量按2.2%考慮,采用一套FGD裝置,處理煙氣量為60×104Nm3/h(相當(dāng)于200Mw容量),S02入口濃度為2000PPm,S02出口濃度為400ppm,脫硫效率為80%,耗水40m3/h。 2)FGD裝置的運(yùn)行實(shí)踐 這套試驗(yàn)性FGD裝置,通過兩年試運(yùn)與兩年正式運(yùn)行,脫硫效率達(dá)到設(shè)計(jì)值,而且

39、副產(chǎn)品石膏有了銷路,因而是成功之舉。誠然在FGD運(yùn)行中,曾出現(xiàn)一些具體問題,但已經(jīng)解決。實(shí)例如下: a)石灰石制備系統(tǒng)由于1號埋刮板振動而使出力不足,增裝了漏電保護(hù)器,解決了球磨機(jī)油箱加熱器漏電問題。 b)吸收系統(tǒng)運(yùn)行初期發(fā)現(xiàn)有的泵進(jìn)入空氣,致使吸收劑循環(huán)泵和排漿泵出力不足;吸收塔內(nèi)部漿液噴嘴處集有大量沉積物,經(jīng)取掉支撐梁后得以解決。此外,在排漿泵出口處增設(shè)兩道漿液濾網(wǎng)。 c)加熱與排水系統(tǒng)伴熱蒸汽管需建防凍房屋,以免受凍。排水系統(tǒng)管線改為直排后,暢通無阻。 4.6 雙鴨山第一發(fā)電有限責(zé)任公司#4爐除塵脫硫技術(shù)改造工程雙鴨山第一發(fā)電有限責(zé)任公司#4爐除塵脫硫系統(tǒng)改造工程是國內(nèi)首家應(yīng)用濕式除塵脫

40、硫一體化技術(shù)進(jìn)行改造的機(jī)組,此系統(tǒng)由國家電站燃燒中心設(shè)計(jì),自2001年5月投入運(yùn)行以來,系統(tǒng)投入率達(dá)到90%以上,是一項(xiàng)適合我省燃煤特點(diǎn)且技術(shù)指標(biāo)較高的除塵脫硫一體化技術(shù)。濕式除塵脫硫一體化系統(tǒng)中的脫硫技術(shù)是基于目前成熟的濕法脫硫技術(shù)原理開發(fā)的簡易脫硫技術(shù)。該技術(shù)以生石灰或熟石灰為脫硫劑,通過消化配制成石灰漿加入除塵的循環(huán)溶液中,在除塵的同時脫除煙氣中的二氧化硫。該系統(tǒng)由脫硫劑的運(yùn)輸與貯存、脫硫劑消化、脫硫劑輸送等系統(tǒng)組成。濕式除塵脫硫系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù):除塵效率:99.6%;除塵系統(tǒng)出口煙塵濃度低于180mg/Nm3;脫硫效率:70%;煙氣處理量:820000Nm3/h;旁路煙道處理煙量:16

41、0000 Nm3/h;系統(tǒng)阻力:<1200Pa;總耗水量:249.8t/h;捕滴器耗水量:80t/h;文丘里管耗水量:160t/h;一級沉降池排污量:40t/h·套;二級沉降池排污量:30t/h·套;耗電量:600KW;除塵脫硫塔循環(huán)水流量:3200m3/h;沖灰噴嘴循環(huán)水流量:6080t/h;除塵脫硫塔噴嘴壓力:大于1.3×105Pa?,F(xiàn)運(yùn)行存在主要問題: 1)沉降池內(nèi)積灰嚴(yán)重,吹掃噴嘴易堵; 2)排污泵選型不合理,達(dá)不到設(shè)計(jì)要求; 3)捕滴器內(nèi)太潮濕,造成補(bǔ)水調(diào)節(jié)執(zhí)行器及變送器工作環(huán)境太差,現(xiàn)已損壞一臺; 4)#1、#2、#3脫硫塔漏。 4.7 內(nèi)江發(fā)電

42、總廠白馬電廠旋轉(zhuǎn)噴霧半干法煙氣脫硫 1982年四川內(nèi)江白馬發(fā)電廠安裝了我國第一臺旋轉(zhuǎn)噴霧煙氣脫硫小型試驗(yàn)裝置,處理煙氣量為每小時3000標(biāo)準(zhǔn)立方米?!捌呶濉逼陂g,旋轉(zhuǎn)噴霧半干法煙氣脫硫技術(shù)被列為國家重點(diǎn)科技攻關(guān)專題。該中試裝置1990年1月建成,1991年1月通過國家鑒定,1991年8月正式移交電廠,并于1992年獲國家科技進(jìn)步二等獎。工程總投資950萬元。 該裝置自1990年試運(yùn)至今,基本能與機(jī)組同步運(yùn)行,脫硫率保持在80%85%之間,投運(yùn)率達(dá)到90%左右。此裝置適用于50MW及以下機(jī)組。從脫硫設(shè)備投運(yùn)多年的情況看,有以下問題需進(jìn)一步研究: a)處置脫硫灰渣問題未得到適當(dāng)解決,影響LSD技術(shù)

43、的擴(kuò)大應(yīng)用。目前,綜合利用尚無進(jìn)展,而是利用現(xiàn)有沖灰系統(tǒng)拋棄排放脫硫渣。由于灰渣中含有較高比例的石灰Ca(OH)2及其它污染結(jié)垢質(zhì),濕排灰時的灰管結(jié)垢嚴(yán)重;若進(jìn)行干除灰,運(yùn)輸及二次污染問題應(yīng)認(rèn)真考慮。 b)煙氣在噴霧吸收塔內(nèi)脫硫過程是多相反應(yīng),決定反應(yīng)進(jìn)行或脫硫率、Ca/S比的關(guān)鍵是氣液反應(yīng),即溶有Ca(OH)2的有液(霧)滴在蒸干前與煙氣中的SO2反應(yīng),同時還涉及吸收塔內(nèi)結(jié)垢問題。因此,在設(shè)計(jì)擴(kuò)大噴霧吸收塔容量時,應(yīng)重點(diǎn)研究液(霧)滴細(xì)度、反應(yīng)(蒸干)時間、液(霧)滴行程、分布狀態(tài)與脫硫率和Ca/S比間的關(guān)系。前階段運(yùn)行期間出現(xiàn)的吸收塔內(nèi)結(jié)垢、脫硫率變化幅度大及Ca/S比較大等問題值得借鑒。

44、 c)靜電除塵器處于脫硫系統(tǒng)下游,用于除去煙氣中殘留的灰份。經(jīng)運(yùn)行考驗(yàn),現(xiàn)有電除塵器的陰、陽極和極線結(jié)垢嚴(yán)重,單靠振打裝置已不能除垢,使二次電流下降,影響除塵效果,風(fēng)機(jī)葉片積灰和振動,需進(jìn)一步改進(jìn)。 d)SO2濃度測定儀運(yùn)行不正常,不能實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測,影響自動控制部分投運(yùn)。 4.8 成都熱電廠電子束脫硫 1995年初,中日合作電子束脫硫示范項(xiàng)目推進(jìn)委員會成立,擬在中國利用高能電子束輻照煙氣,進(jìn)行脫硫脫氮處理的試驗(yàn)。后確定成都電廠為中日合作電子束脫硫工程建設(shè)地點(diǎn)。1996年3月25日工程開工,1998年5月28日通過由國家計(jì)委、國家電力公司組織的技術(shù)鑒定和工程驗(yàn)收。 本工程總投資9439萬元,單位千瓦建設(shè)資金為1050元。自1997年

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