鍋爐煙氣二氧化硫污染及控制技術

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上鍋爐煙氣二氧化硫污染及控制技術學      生：    欒義林   指導教師：    陳蓮芳       專業(yè)名稱： 電廠熱能動力裝置    所在學院：山東大學能源與動力工程學院目錄1前言1.1氧化硫的污染現(xiàn)狀1.2二氧化硫的特征和危害2.氧化硫的產(chǎn)生2.1煤在燃燒過程中S02的生成3.主要脫硫工藝3.1燃燒前脫硫3.1.1原煤洗選3.1.2其他正在試

2、驗中的原煤脫硫技術3.2燃燒中脫硫3.2.1藏化床燃燒技術3.2.2爐內(nèi)噴鈣3.2.3型煤固硫燃燒技術 4.燒后脫硫4.1濕法4.1.1石灰石4.1.2 吸收劑再生脫硫工藝4.2半干法4.2.1噴霧干燥脫硫法4.2.2電子束法4.3干法4.3.1活性碳吸附法4.3.2煤灰法4.4肥料制備系統(tǒng)4.5煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝5.際上燃煤脫硫技術發(fā)展與應用概況5.1國際上脫硫技術應用情況5.2應用情況分析5.2.1脫硫劑5.2.2脫硫工藝的應用情況5.2.3投資與成本5.2.4新、老電廠煙氣脫硫裝置應用情況5.2.5使用煙氣脫硫裝置較多的國家6. 國內(nèi)二氧化硫控制技術應用概況6.1引進的技術6.1.1

3、濕式石灰石·石膏法6.2簡易石灰一石膏法6.3半干法6.4干式洗滌系統(tǒng)(EDSS)7.國內(nèi)開發(fā)技術的應用情況7.1噴霧干爆法7.1.1旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法7.1.2加壓噴霧脫硫7.2磷按復合肥法7.3爐內(nèi)噴鈣法7.4濕式除塵脫硫7.5煤的催化燃燒7.6型煤7.7循環(huán)流化床鍋爐8.硫技術應用中需注意的幾個問題8.1脫硫效率 8.2脫硫費用8.3脫硫劑8.4副產(chǎn)物8.5二次污染8.6技術的多用性8.7技術的成熟程度摘要：現(xiàn)在我國的能源以燃煤為主,燃燒過程中產(chǎn)生了嚴重污染.，本文分析了鍋爐煙氣污染的產(chǎn)生、危害，出了控制燃煤二氧化硫污染的途徑，合國內(nèi)外的技術成果進行各種脫硫技術的研究，以及國內(nèi)外脫

4、硫技術的發(fā)展的概況；關鍵詞：燃燒；SO2 ；危害；脫硫技術；研究方法；發(fā)展概況1前言1.1氧化硫的污染現(xiàn)狀隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，煤炭消費不斷增長，燃煤產(chǎn)生的二氧化硫的量也在隨之不斷地增加。我國已數(shù)年二氧化硫的排放量超過2000萬噸，根據(jù)1998年中國環(huán)境狀況公報：“我國的大氣環(huán)境污染仍然以煤煙型為主，主要污染物是二氧化硫和煙塵，酸雨問題依然十分嚴重。有關研究表明，我國每排放一噸二氧化硫造成的直接經(jīng)濟損失約2萬元，這就意味著去年我國因二氧化硫排放造成經(jīng)濟損失達5098億元。環(huán)境中大部分的二氧化硫都來自于人工的排放，其主要的污染源大致分為3類：(1)含硫礦物燃料的燃燒，約占7O 一80 ；(2)含硫

5、礦物開采和有色金屬的冶煉，約占lO ；(3)還有一部分來自化學工業(yè)的生產(chǎn)過程，約占1O ，例如石油精煉、硫酸、亞硫酸鹽、硫化橡膠、漂白紙漿等含硫化合物制造工業(yè)。二氧化硫的唯一天然來源是火山噴發(fā)，自然界產(chǎn)生的S02只占總量中很少的一部分，圖1-1是我國二氧化硫排放量。1.2二氧化硫的特征和危害  S02是目前大氣污染物中含量較大、影響面較廣的一種氣態(tài)污染物。大氣中SO2的來源很廣，幾乎所有的工業(yè)企業(yè)都可能產(chǎn)生。它主要來自化石燃料（煤炭、石油和天然氣）的燃燒過程'以及硫化物礦石的焙燒、冶煉等過程，火力發(fā)電廠、有色金屬冶煉廠、硫酸廠、煉油廠以及燃煤燃油的工業(yè)鍋爐、爐窯等都排放SO2

6、煙氣。在排放S02的各種過程中，約90%來自燃料燃燒過程，其中火電廠排放量最大。 S02為無色、有強烈刺激氣味氣體，對人體呼吸器官有很強的毒害作用，還可通過皮膚經(jīng)毛孔侵入人體或通過食物和飲水經(jīng)消化道進入人體而造成危害?？諝庵蠸O2的濃度只有1×10-6時，人就會感到胸部有一種被壓迫的不適感；當濃度達到8×10-6時，人就會感到呼吸困難；當濃度達到10×10-6“時，咽喉纖毛就會排出黏液。    人體主要經(jīng)呼吸道吸收大氣中的S02，引起不同程度的呼吸道及眼黏膜的刺激癥狀。急性中毒者表現(xiàn)出眼結(jié)膜和呼吸道黏膜強烈刺激癥狀，如流淚，

7、畏光，鼻、咽、喉燒灼感及疼痛，咳嗽，胸悶，胸骨后疼痛，心悸，氣短，惡心，嘔吐等。長期接觸低濃度S02可引起慢性損害，以慢性鼻炎、咽炎、氣管炎、支氣管炎、肺氣腫、肺間質(zhì)纖維化等病理改變?yōu)槌Ｒ?。輕度中毒者可有眼灼痛、畏光、流淚、流涕、咳嗽，常為陣發(fā)性干咳，鼻、咽、喉部有燒灼樣痛，聲音嘶啞，甚至有呼吸短促、胸痛、胸悶。有時還出現(xiàn)消化道癥狀如惡心、嘔吐、上腹痛和消化不良，以及全身癥狀如頭痛、頭昏、失眠、全身無力等。嚴重中毒很少見，可于數(shù)小時內(nèi)發(fā)生肺水腫，出現(xiàn)呼吸困難和紫紺，咳粉紅色泡沫樣痰。較高濃度的SO2：可使肺泡上皮脫落、破裂，引起自發(fā)性氣胸，導致縱隔氣腫。SO2的危害在于它常常跟大氣中的飄塵結(jié)合

8、在一起被吸入，飄塵氣溶膠微?？砂裇O2帶到肺部使毒性增加34倍，對人體造成危害。    如果S02遇到水蒸氣，形成硫酸霧，就可以長期滯留在大氣中，毒性比S02大10倍左右。一般情況下，S02濃度達到8×10-6時，人開始難受；而硫酸酸霧濃度還不到8×10-5時，人已經(jīng)開始不能接受?！鞍舜蠊κ录敝械膫惗責熿F事件就是硫酸煙霧引起的呼吸道疾病，導致了5天之內(nèi)4000人死亡，后來又連續(xù)發(fā)生了3次。而我國重慶市是S02：污染嚴重地區(qū)，肺癌死亡率逐年上升；長沙市個別街區(qū)的肺癌死亡率居高不下也與S02污染有關。    S02

9、會給植物帶來嚴重的危害，它的允許濃度只有0.15×10-6，超過這個濃度就會使植物的葉綠體遭到破壞，組織壞死。S02對植物的危害多發(fā)生在生理功能旺盛的成熟葉上，而剛吐露出來的未成熟的幼葉和生理活動衰老的葉不受危害。此外，不同種類的植物對S02的抗性量不同，某些常綠植物、豆科植物和黑麥植物特別容易遭受損害。2.氧化硫的產(chǎn)生鍋爐燃燒需要燃燒所需的空氣、一定的溫度、燃料和空氣充分混合與良好接觸。在燃燒過程中，當煤塊受熱后溫度達100時，煤中水分就逐漸被烘干。當煤塊溫度繼續(xù)升溫時，在煤塊尚未與空氣作用的條件下，煤塊開始干餾出碳氧化合物及少量的氫和一氧化碳，這些氣體的混合物叫揮發(fā)物(著火點25

10、0700)。當溫度不斷升高，揮發(fā)物逸出的量不斷增多，煤粒周圍的揮發(fā)物在一定的溫度條件下，遇到空氣中的氧就開始著火燃燒，在煤粒外層形成黃色明亮的火焰。煤中的揮發(fā)物全部逸出后，所剩下的固態(tài)物質(zhì)就是焦炭。當煤塊周圍的揮發(fā)物燃燒時，放出大量的熱將焦炭加熱到紅熱狀態(tài)，為焦炭的燃燒創(chuàng)造了條件。焦炭是煤的主要可燃物，它的燃燒是固體與氣體間進行的化學反應，它比揮發(fā)物難燃燒，如何創(chuàng)造焦炭燃盡的條件，關系到煤塊燃燒溫度。 綜上所述，固體燃料的燃燒都包括加熱干燥、干餾析出揮發(fā)物，形成焦炭燃燒和燃盡形成灰渣等4個階段。  2.1煤在燃燒過程中S02的生成   煤中的硫分包括無機

11、硫和有機硫。在高硫分煤中，無機硫主要以硫鐵礦的形式存在。有機硫、游離狀態(tài)的硫和硫鐵礦中的無機硫皆為可燃性硫。硫燃燒生成SO2、SO2被H2O吸收生成H2SO3， H2SO3與水中的鈉離子反應生成Na2SO3， 再與石灰水反應還原鈉堿和CaSO3，可氧化成CaSO4。硫酸鹽中的硫難于分解出來 ( 如CaSO4 )，為不可燃燒硫，進入灰分中。但在高溫下有些金屬的硫酸鹽是可以分解的。煤在燃燒過程中產(chǎn)生的SO2在鍋爐和煙道內(nèi)要發(fā)生一系列復雜的物理變化和化學反應：SO2的氧化反應主要是在金屬氧化物、金屬鹽類和其它粉塵的接觸催化作用下轉(zhuǎn)化為SO3進而轉(zhuǎn)化為H2SO4或硫酸鹽。在硫的轉(zhuǎn)化過程中，濕度對SO2

12、的轉(zhuǎn)化率有重要的影響。相對濕度低于40轉(zhuǎn)化速度緩慢相對濕度高于70，轉(zhuǎn)化速度明顯提高。3 . 主要脫硫工藝3.1燃燒前脫硫3.1.1原煤洗選原煤洗選可降低灰分和硫分，減少煙塵和二氧化硫的排放，并提高燃燒效率，也就降低了無效運輸。發(fā)達國家原煤人洗率在6O 以上。3.1.2其他正在試驗中的原煤脫硫技術試驗中的原煤脫硫技術有：高硫煤強磁分離技術 微波法煤炭脫硫技術、細菌法脫硫技術。3.2燃燒中脫硫3.2.1藏化床燃燒技術流化床燃燒技術(FBC)因其煤種適應性廣、氮氧化物排放量少、可在爐內(nèi)脫硫以及在工業(yè)鍋爐上的成功應用而受到重視，現(xiàn)正向大型化發(fā)展。目前流化床燃燒技術有四種基本類型：(1)具有固態(tài)物再循

13、環(huán)的沸騰床(BB；(2)內(nèi)部循環(huán)的流化床；(3)循環(huán)流化床(CFB)；(4)不同流態(tài)化的組合系統(tǒng)。其中BB和CFB鍋爐已進實用階段。采用CFB型4年前世界上最大的發(fā)電機組為100MW ，目前正在運行的最大機組為150MW ，在建設中的最大機組為165MW 。流化床爐渣可制成建筑材料。3.2.2爐內(nèi)噴鈣該技術將石灰石粉(或白云石、石灰)噴人爐內(nèi)適當?shù)臏囟葏^(qū)，使煙氣與之有良好的接觸和適宜的停留時間，以取得較高的脫硫效率。一般鈣硫比為2時爐內(nèi)脫硫效率約40蟛，如在煙道增濕活化，總脫硫率可達70 以上。該技術特點是設備占地較少，適用于中低硫煤。NELCO公司在波蘭32th鍋爐上應用噴石灰漿工藝，爐內(nèi)脫

14、硫率4o ，加濕后總脫硫率8o ，噴人尿素還可脫硝40。該脫硫工藝在芬蘭、美國、加拿大、法國等國家得到應用，采用這一脫硫技術的最大單機容量已達30萬千瓦。3.2.3型煤固硫燃燒技術該技術可分為三種：催化劑固硫(催化劑、固硫劑)、無催化劑固琉(固琉劑富集、多孔化)、綜合固硫(型煤固硫加煙氣脫硫)。型煤固硫效率一般在50，并可節(jié)煤和減少煙塵排放。4.燒后脫硫 煙氣脫硫4.1濕法濕法脫硫是利用各種堿性溶液(脫硫劑)洗滌含硫煙氣，在此情況下排放的煙氣將被加濕降溫到飽和溫度以下。使用的脫硫劑有：石灰、石灰石、氫氧化鈉、氫氧化鎂、氨等。使用的脫硫塔按氣液接觸方式分為：文丘里式、噴射式、多孔板式、填料塔式、

15、噴氣沸騰式等。4.1.1石灰石石膏法脫硫工藝是世界上應用最廣泛的一種脫硫技術，日本、德國、美國的火力發(fā)電廠采用的煙氣脫硫裝置約90%采用此工藝。該技術特點為脫硫效率高，吸收劑利用率高，設備運轉(zhuǎn)率高。圖4-1是石灰石、石膏法脫硫系統(tǒng)圖4-14.1.2 吸收劑再生脫硫工藝A)鎂法該法脫硫劑費用較高，但設備造價較低，脫硫效率可達9O以上。B)gt堿法以氫氧化鈉為脫硫劑，反應后生成亞硫酸鈉，用石灰(或石灰石)再生。由于脫硫劑是氫氧化鈉，生成物是亞硫酸鈉，所以系統(tǒng)不會結(jié)垢，脫硫效率可達9O 以上。c)海水脫硫利用海水中的鎂、鈉等堿性離子脫硫，脫硫后的廢液排回大海，脫硫費用較低，但旯適用于海邊的火電廠。D

16、)其它濕法脫硫除上述方法外，還有：稀硫酸一石膏法、蘇打一芒硝法、氨一硫銨法、鋁一石膏法等。4.2半干法半干法介于濕法和干法之間，半干法的特點是：雖然對煙氣加濕冷卻，但是在飽和溫度以上進行脫硫。半干法工藝是利用含有石灰(氧化鈣)的干燥劑或干燥的消石灰(氫氧化鈣)吸收二氧化硫的，這兩種吸收劑都可使用，也可以使用含適當堿性的飛灰。4.2.1噴霧干燥脫硫法A)旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法 用旋轉(zhuǎn)噴霧器向脫硫塔內(nèi)噴人石灰漿脫硫，效率在80左右。多用于燃燒中、低硫煤的電廠。B)加壓噴霧干燥法加壓向脫硫塔或煙道內(nèi)噴人石灰漿或其它堿液脫硫，裝置較旋轉(zhuǎn)噴霧法簡單，一般用于中、小鍋爐。圖4-1干燥脫硫工藝的示意圖 圖4-1旋轉(zhuǎn)

17、噴霧干燥法工藝示意圖4.2.2電子束法應用高能電子束的光化學反應效應，使煙氣在輻射反應器中被分解，生成大量富有反應活性的游離基(氫氧基、氧原于等)，促使煙氣中的二氧化硫和氮氧化物轉(zhuǎn)化成硫酸和硝酸，再與添加的氨反應生成硫銨和硝銨復合肥料。日本已進行了200Nm h中試，脫硫效率在9o以上，脫硝效率在80 以上。4.3干法干法的特點是不加濕，故無廢水排放，煙氣溫度也不降低4.3.1活性碳吸附法用活性碳吸附煙氣中的二氧化硫，再脫附分離出二氧化硫，制成硫酸、硫磺等副產(chǎn)物。我國“七五”攻關項目“磷銨復合肥法”第一級脫硫就是活性碳吸附法，脫硫效率在6O 90 。4.3.2煤灰法利用煤灰、熟石灰、石膏為脫硫

18、劑，直接加人煙道或反應器中，脫硫效率較低。4.4肥料制備系統(tǒng)在常規(guī)單槽多漿萃取槽中，同一級脫硫制得的稀硫酸分解磷礦粉（P2O5 含量大于26%），過濾后獲得稀磷酸（其濃度大于10%），加氨中和后制得磷氨，作為二級脫硫劑，二級脫硫后的料漿經(jīng)濃縮干燥制成磷銨復合肥料。4.5煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝由吸收劑制備、吸收塔、脫硫灰再循環(huán)、除塵器及控制系統(tǒng)等部分組成。該工藝一般采用干態(tài)的消石灰粉作為吸收劑，也可采用其它對二氧化硫有吸收反應能力的干粉或漿液作為吸收劑。 由鍋爐排出的未經(jīng)處理的煙氣從吸收塔（即流化床）底部進入。吸收塔底部為一個文丘里裝置，煙氣流經(jīng)文丘里管后速度加快，并在此與

19、很細的吸收劑粉末互相混合，顆粒之間、氣體與顆粒之間劇烈磨擦，形成流化床，在噴入均勻水霧降低煙溫的條件下，吸收劑與煙氣中的二氧化硫反應生成CaSO3 和CaSO4。脫硫后攜帶大量固體顆粒的煙氣從吸收塔頂部排出，進入再循環(huán)除塵器，被分離出來的顆粒經(jīng)中間灰倉返回吸收塔，由于固體顆粒反復循環(huán)達百次之多，故吸收劑利用率較高。 此工藝所產(chǎn)生的副產(chǎn)物呈干粉狀，其化學成分與噴霧干燥法脫硫工藝類似，主要由飛灰、CaSO3、CaSO4和未反應完的吸收劑Ca(OH)2等組成，適合作廢礦井回填、道路基礎等。典型的煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝，當燃煤含硫量為2%左右，鈣硫比不大于1.3時，脫硫率可達90%以上，排煙溫度約70

20、。此工藝在國外目前應用在1020萬千瓦等級機組。由于其占地面積少，投資較省，尤其適合于老機組煙氣脫硫。 圖4-3煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝5.國際上燃煤脫硫技術發(fā)展與應用概況5.1 各國燃煤電廠煙氣脫硫裝置的類型和數(shù)量到I 991年底，有美國、日本、德國、奧地利、瑞典、丹麥、法國、芬蘭、意大利、加拿大、荷蘭、中國、土爾其、印度等14個國家燃煤電廠應用了煙氣脫硫設備，另有7個國家劃應用。參與統(tǒng)計的脫硫裝置共581套，總裝機容量149 457MW ，平均裝機容257MW套。具體情況見表1。5.2應用情況分析5.2.1脫硫劑現(xiàn)有鍋爐多數(shù)用鈣基脫硫劑(占84 )，少數(shù)用鈉基脫硫劑(占11 )，其余5 %使

21、用其它脫硫劑。5.2.2脫硫工藝的應用情況濕式脫硫工藝應用最多，占裝機容量的83.0 %，噴霧干燥法次之，占103% 。5.2.3投資與成本濕法與干法比較，基建投資較多，但是運行成本較低。據(jù)美國EPRI對I 5種煙氣脫硫(FGD)工藝的技術經(jīng)濟評估結(jié)果(按1990年價格計算)，濕法煙氣脫硫：基建投資平均為l 150MW ，運行成本平均為$400t=氧化碳干法煙氣脫硫：基建投資平均為$IO0MW ，運行成本平均為$600t=氧化碳。5.2.4新、老電廠煙氣脫硫裝置應用情況(見表2)5.2.5使用煙氣脫硫裝置較多的國家煙氣脫硫裝置最多的是美國(273套，81 569MW)，其次是德國(194套，4

22、1 788MW)，日本(45套，13 379MW )，瑞典(1 3套，1 006MW )，奧地利(1 3套，2og0MW)等6. 國內(nèi)二氧化硫控制技術應用概況6.1引進的技術6.1.1濕式石灰石·石膏法重慶珞璜電廠2X 360MW 機組引進日本三菱重工技術與設備，分別于1991年l1月和1993年5月運轉(zhuǎn)6.2簡易石灰一石膏法 (1)濰坊化工廠引進日本三菱重工技術，1 985年制造安裝，1 986年試車。(2)重慶長壽化工廠引進日本千代田化工建設株式會社噴氣沸騰式簡易脫硫裝置，1 995年7月開始運行。(3)太原熱電廠l2號機組(300MW)引進日本日立高速平流濕式脫硫技術，1 99

23、4年安裝，1 9951996年試車。(4)南寧化工廠(35th鍋爐)引進日本川崎重工簡易石灰石石灰一石膏法脫硫工藝，19951 996年試車驗收。6.3半干法黃島電廠4號機組引進日本三菱重工旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法脫硫工藝，1994年制造安裝，1995年試車。6.4干式洗滌系統(tǒng)(EDSS)德州電V(65th鍋爐)正在引進美國阿蘭科公司EDSS技術建設示范工程，1 995年試車。各種方法的處理參數(shù)見表3。7.國內(nèi)開發(fā)技術的應用情況7.1噴霧干爆法7.1.1旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法西南電力設計院等單位承擔該項技術“七五”攻關，在自馬電廠建成7萬Nm3h中試裝置，在1991年1月完成額定2 000小時運行。燃煤含硫量；

24、35 ，鈣硫比為14，系統(tǒng)脫硫率大于80 。7.1.2加壓噴霧脫硫該法脫硫效率可達8O ，已應用于2th以上的鍋爐。7.2磷按復合肥法四川省環(huán)科所、西安熱工所等單位將該項技術列為“七五”攻關課題，在豆壩電廠建成了5 000Nm3h中試裝置，至1990年底完成2 000小時運行。煙氣二氧化硫濃度：572858mgm ；系統(tǒng)脫硫效率：90 以上；磷礦萃取率大于90 ；獲得磷銨復合肥料(有效肥分大于35 )數(shù)十噸。7.3爐內(nèi)噴鈣法“七五”攻關對該技術進行了小試，鈣硫比小于3，脫硫效率70 以上，有待開發(fā)。7.4濕式除塵脫硫濕式除塵是傳統(tǒng)的除塵技術，“七五”期間對其脫硫功能進行了研究，在加人堿性物質(zhì)時脫硫效率可達50 以上。由于其設備簡單、操作方便、投資和運行費用較低，并可同時除塵、脫硫目前在國內(nèi)發(fā)展較快，主要工藝有：(1)雙堿法杭州等地應用旋流板塔雙堿法除塵脫硫，二氧化硫去除率可達8O 以上(2)沖旋式除塵脫硫特點是不排水，無二次污染，設備簡單，占地面積少，投資和運行費用較少。但由于間斷加入脫硫荊，脫硫效率不穩(wěn)定 在135 th鍋爐上有應用。(3)帶文丘里管的脫硫除塵塔利用鍋爐沖渣水，脫硫效率約50 (中、低硫煤)，已用在210th鍋爐。(4)篩網(wǎng)式除塵脫硫利用噴霧、沖擊和篩網(wǎng)進行除塵脫硫，脫硫效率約6o ，已