燃煤煙氣污染物干式高效脫除技術(shù)開發(fā)

1、燃煤煙氣污染物干式高效脫除技術(shù)開發(fā)目 錄 課題背景濕法脫硫煙氣中細顆粒物的分析水汽及細顆粒脫除燃煤煙氣污染物干式高效脫除技術(shù) 總結(jié)課題背景 我國大面積發(fā)生的大氣霧霾已成民生之患、民心之痛，要鐵腕治理，更要科學(xué)治理。 盡管我國燃煤煙氣常規(guī)污染物得到有效治理，但霧霾現(xiàn)象仍層出不窮，原因何在？GB13223-2011大氣污染物排放標準（最嚴格排放標準）大氣污染物超低排放標準燃煤鍋爐（重點地區(qū)）煙塵 20mg/m3SO2 50mg/m3NOX(以NO2計) 100mg/m3汞及其化合物 0.03mg/m3燃煤機組（重點地區(qū)）煙塵 5mg/m3SO2 35mg/m3NOX(以NO2計) 50mg/m3課

2、題背景 大氣污染物排放標準制定的初衷并非是治理霧霾，而是治理環(huán)境空氣質(zhì)量標準中限定的三種常規(guī)污染物煙塵、二氧化硫和氮氧化物，它們是一類霧霾的主要成分。 常規(guī)污染物的治理已達到有目共睹的結(jié)果，但有些地區(qū)PM2.5濃度不減還增。西安、石家莊等2017年平均PM2.5濃度高于2015年。 目前國內(nèi)實施的超低排放工藝流程示意圖如下：課題背景表 石灰石-石膏法脫硫運行結(jié)果數(shù)據(jù)表機組2300MW年運行時間/h6000耗水量/kt年-1825耗電量/MWh年-137500CO2排放量/SO20.72石膏堆砌量/SO22.7現(xiàn)有濕法脫硫的運行結(jié)果數(shù)據(jù)如下表：課題背景目前認識到的濕法脫硫所存在的主要問題如下：（

3、1）濕法脫硫裝置固定資產(chǎn)投資大；（2）運行費用高，2300MW機組年耗電量高達37500 MWh，相當于燃燒4614噸標煤； （3）年運行6000小時年水耗近82.5萬噸水，每小時消耗137.5噸水，也就是向環(huán)境中排放大量的廢水和廢汽； （4）煙囪腐蝕嚴重； （5）脫硫廢水難于處理； （6）脫硫產(chǎn)物石膏難以有效利用，作為固體廢物堆埋，浪費大量的硫資源。課題背景濕法脫硫煙氣中細顆粒物的分析濕法脫硫目前需要解決的問題：1.濕法脫硫廢水零排放 脫硫廢水濁度大、硬度高、氯離子和重金屬含量高，容易結(jié)垢、腐蝕，處理難度大。 這是目前公開的問題，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)，但成本較高，同時也產(chǎn)生多種問題。2.濕法脫硫廢汽

4、排放問題這是我們今天主要討論和想要解決的問題；脫硫廢水：調(diào)研電廠脫硫廢水水質(zhì)參數(shù)表濕法脫硫煙氣中細顆粒物的分析濕法脫硫煙氣中細顆粒物的分析 調(diào)研電廠脫硫廢水鹽濃度在33.8100.12g/L。脫硫廢水零排放燃煤電廠脫硫廢水零排放處理過程歸納分為預(yù)處理、濃縮減量和蒸發(fā)固化三段。1、 脫硫廢水預(yù)處理：主要是對廢水進行軟化處理去除廢水中過高的鈣鎂濃度，同時去除廢水中的懸浮物、重金屬和硫酸根等離子。預(yù)處理工藝一般是：化學(xué)沉淀混凝沉淀過濾。2、 濃縮減量：一般通過熱濃縮或膜濃縮等技術(shù)使預(yù)處理后的脫硫廢水得到濃縮，減少后續(xù)蒸發(fā)固化的處理量。熱濃縮常用技術(shù)主要有多效蒸發(fā)(MED)和機械蒸汽再壓縮(MVR)；

5、膜濃縮技術(shù)有：反滲透(RO)、正滲透(FO)、電滲析(ED)和膜蒸餾（MD)。3、 蒸發(fā)固化：可通過蒸發(fā)塘、結(jié)晶器和煙道處理法等技術(shù)使廢水中的水分汽化，從而達到廢水零排放的目的，是脫硫廢水零排放的核心。脫硫廢汽處理 各種無機鹽溶解在水中，所形成的粒子大小約為PM（10-6）的萬分之一。 在濕法脫硫過程中，高含鹽濃度的脫硫循環(huán)液與煙氣的比例一般在10L/m3，形成的飽和濕煙氣中的含水量大約在150g/m3（含量只溫度有關(guān)，不包括游離水），在大量煙氣以34米/秒的速度在脫硫塔中流動時，鹽、水氣和煙氣形成的是一均勻的氣溶膠體系。 0.7米/秒的風(fēng)速可將2mm的石粒吹起，流速大于3米/秒煙水汽不僅能夠

6、帶動水溶性鹽，而且也能攜帶部分顆粒物。 濕法脫硫煙氣中細顆粒物的分析濕法脫硫煙氣水汽形成過程示意圖濕法脫硫煙氣中細顆粒物的分析 濕法脫硫之后加裝的濕式電除塵或高效除霧器只能除去煙氣水汽中的部分較大固體顆粒，但對PM1.0以下的顆粒及水溶性物質(zhì)無效。在實際運行過程中，受煙氣流速等因素影響，除霧效率也會有所下降。 濕式電除塵還存在下述問題： （1）增加了濕煙氣中的水霧含量，使煙囪冒“白煙”的現(xiàn)象更加嚴重； （2）設(shè)備運行能耗(含阻力能耗)增大約1000-1200kw； （3）相比減排效果，濕電除塵器的運行成本過高（超過1500元/h）。濕法脫硫煙氣中細顆粒物的分析 各類型機組中煙氣含水量系統(tǒng)300

7、MW煙氣含水量t/h600MW煙氣含水量t/h1000MW煙氣含水量t/h濕法脫硫160300450 脫硫之后的煙氣溫度約為50，濕度在100200g/Nm3總量上看，按燃燒1噸煤，濕法脫硫煙氣帶出1噸水汽估算，我國燃煤鍋爐煙氣濕法脫硫每年向大氣排放近40億噸的水汽。濕法脫硫煙氣中細顆粒物的分析 濕法脫硫煙氣中細顆粒物的分析 有人認為“濕法脫硫廢汽幾乎99.6%的為純水蒸氣，只有0.4%的水滴含鹽”是不對的。水汽及鹽在煙氣中應(yīng)該理解為是一種分散過程，而不只是一種水的蒸發(fā)過程。 理論分析和多方檢測結(jié)果表明，全國濕法脫硫可溶鹽的排放絕對不只是1萬噸。 建議將“煙塵指標”分為水溶性和水不溶性鹽，多采

8、用幾種方法進行分析，可以采用全水分及其鹽含量的分析。 現(xiàn)在主流專家也認為濕法脫硫煙氣水汽含鹽排放是“白龍”了，需要治理。濕法脫硫煙氣中細顆粒物的分析 我們對脫硫循環(huán)漿液進行了分析。過濾去固體物得到清液，測其含有1.4%可溶性物質(zhì)（比脫硫廢水濃度低，應(yīng)該介于廢水和廢汽之間）。（水汽中水溶性鹽含量與石粉來源、脫硫液溫度及pH值、脫硫液循環(huán)次數(shù)、工藝條件等多種因素有關(guān)） 這樣不考慮夾帶的亞微米粒子，計算如下： 300MW機組的排放量為：1601.4% =2.24（噸/小時） 全國按40億噸水汽計算：401061.4% =5600（萬噸） 每年排放5600萬噸，可能超過三種常規(guī)污染物的總和 。 這應(yīng)該

9、是我國霧霾大面積、高強度發(fā)生的一個主要原因。 （全國汽車排放的PM2.5顆粒物量為60萬噸，大約相當于濕法脫硫煙氣排放量1/100) 濕法脫硫煙氣中的較大顆粒在燃煤電廠附近降落形成石膏雨； 水汽在煙囪附近凝結(jié)產(chǎn)生“白煙”或“白羽”； 加裝GGH只能降低“石膏雨”和“白煙”，不能消除更微小顆?；蛩苄晕镔|(zhì)。 我國大氣平均濕度為9g/Nm3，濕法脫硫排煙濕度為大氣平均濕度的10倍以上。空氣具有很強的容納水蒸汽的能力，而且空氣溫度越高，其容納水蒸汽的能力越強。 濕法脫硫水汽含有的水溶性鹽在大氣中的停留時間長，具有極強的遷移能力，控制和治理難度很大。它在空氣中發(fā)生一系列變化可以形成霧霾細顆粒。（北京霧

10、霾中含有大量的氯離子，只有濕法脫硫煙氣水汽帶出）濕法脫硫煙氣中細顆粒物的分析1號樣2號樣3號樣4號樣PM1.07123280PM2.5998774699393PM102565296025911941脫硫液的霧霾實驗濕法脫硫煙氣中細顆粒物的分析1號樣品是煙氣與石灰石漿液在吸收塔中反應(yīng)后排出的漿液；2號樣品是流出的1號漿液在澄清池中澄清后的上清液；3號樣品是流出的2號上清液和鍋爐污水；4號是在三聯(lián)箱中經(jīng)過綜合處理，沉降，絮凝，澄清處理后的水。四個水樣分別抽濾一遍，得到清液。在加濕器中分別加入純凈水、礦泉水和自來水，檢測空氣污染情況：純凈水，PM2.5值，20微克/米3礦泉水，PM2.5值，30微克

11、/米3自來水，PM2.5值，340微克/米3 在家庭房間中使用添加自來水的加濕器，3歲兒童咳嗽不僅沒有改善，反而愈加嚴重，咳嗽持續(xù)半個月，到醫(yī)院檢查，被醫(yī)生診斷為“加濕器肺炎”。 燃煤煙氣濕法脫硫過程與使用加濕器相似，顯然脫硫液中的成分更加復(fù)雜，煙氣中的水汽成分也比自來水更加復(fù)雜。濕法脫硫煙氣中細顆粒物的分析 華電電科院李壯等人研究了660MW煤粉爐采用石灰石/石膏法濕法脫硫后PM2.5排放的變化。 測定方法：采用等速采樣噴嘴將煙道中的煙塵進行等速采樣，進入采樣槍的煙塵首先經(jīng)過旋風(fēng)分離器將 10m 以上的顆粒物切割下來，然后進入兩級稀釋器并通入過濾的空氣進行稀釋，經(jīng)過稀釋并降溫后的顆粒物采用芬

12、蘭Dekati公司生產(chǎn)的低壓荷電撞擊器（ELPI）進行分級測量。 濕法脫硫條件：除塵設(shè)備采用四電場靜電除塵器；脫硫設(shè)備采用石灰石一石膏濕法脫硫工藝；脫硫塔內(nèi)布置四層噴淋、兩級除霧器。 濕法脫硫煙氣中細顆粒物的分析位置PM0.38/粒cm-1PM1.0/粒cm-1PM2.5/粒cm-1鍋爐出口120073591215535012205166除塵設(shè)備出口54854.9559236.7360185.8脫硫設(shè)備出口251389782514587825146871濕法脫硫煙氣中細顆粒物的分析各粒徑范圍粒數(shù)濃度比例 各粒徑質(zhì)量濃度比例 位置PM0.38/mgm-3PM1.0/mgm-3PM2.5/mgm-

13、3鍋爐出口63.082 5153.962 4345.974 2除塵設(shè)備出口0.266 8192.733 2996.391 39脫硫設(shè)備出口6.018 5519.406 8113.236 01 研究數(shù)據(jù)表明，脫硫后PM2.5是脫硫前的400倍之多，是鍋爐出口的2倍，濕法脫硫后增加了各級PM2.5的排放濃度。 煙氣還含有大量小霧滴，粒徑為0.3微米的霧滴含鹽濃度為3。此外，還可能有通過除霧器逃逸的石膏晶粒經(jīng)過干燥后形成的微粒。濕法脫硫煙氣中細顆粒物的分析 現(xiàn)階段 PM2.5 測試方法：通常采用火電廠煙氣中細顆粒物（PM2.5）測試技術(shù)規(guī)范 重量法（DL/T 1520-2016）中的稱重法。 該方法

14、通過采樣前、后收集膜的質(zhì)量差和采樣體積，計算出 PM2.5 的質(zhì)量濃度，主要測試系統(tǒng)：如右圖被測氣體通過一個噴嘴得到加速并偏轉(zhuǎn) 90，空氣動力學(xué)當量直徑較大的顆粒物由于慣性無法跟隨氣流運動，進而撞擊收集膜并被捕捉，較小的顆粒物隨氣流繼續(xù)前進，進入下一級撞擊收集膜。濕法脫硫煙氣中細顆粒物的分析 濕法脫硫排放煙氣中的水汽至少是SO2排放濃度的4000倍，水汽中的無機物排放量至少是SO2排放濃度的40倍以上。 因此，燃煤煙氣排放指標應(yīng)該綜合考慮：現(xiàn)有排放指標（ SO2 、NOx和煙塵）等；二氧化碳排放量（能效）；水汽排放量及鹽含量；濕法脫硫煙氣中細顆粒物的分析濕法脫硫煙氣中細顆粒物的分析 2016年

15、，全球煤炭消費量為35.8億噸油當量，同比下降8.8%。其中，中國煤炭消費量占世界總量的50.6%，同比提高0.6個百分點。 杜祥琬院士指出：“中國的環(huán)境容量已經(jīng)比世界平均水平低好幾倍，中國東部單位國土面積煤炭消耗是世界平均值12倍，京津冀地區(qū)煤炭消耗空間密度(單位：平方公里)是全球平均值30倍，可以想象，這些地方怎么能沒霧霾?” 因此，國外的一些研究和技術(shù)可能對于我們只有參考意義而沒有引領(lǐng)作用，我們必須進行新的煤炭利用技術(shù)革命或者大幅度降低煤炭使用量。濕法脫硫煙氣中細顆粒物的分析濕法脫硫治理燃煤污染或是霧霾重要成因觀點經(jīng)人民日報社內(nèi)參報送，獲中央政治局常委、國務(wù)院副總經(jīng)理張高麗批示。濕法脫硫

16、煙氣中細顆粒物的分析操作方法冷凍/冷凝法吸收法吸附法膜法分離原理冷凝吸收吸附滲透除濕后露點/0-200-30-30-50-20-40設(shè)備占地面積中大大小操作維修中難中易生產(chǎn)規(guī)模小大型大型中大型小大型主要設(shè)備冷凍機表冷劑吸收塔換熱器泵吸附塔換熱器切換閥膜分離器換熱器耗能大大大小表 煙氣中水汽的各種處理技術(shù)方法的特點水汽及細顆粒物的脫除 目前可以實現(xiàn)的技術(shù)為煙氣冷凝，它通過應(yīng)用耐腐蝕換熱器達到減少水汽排放的效果，但它存在以下缺點： 冷凝水汽的水質(zhì)不高，pH=23，具有腐蝕性；需要價格較高、換熱面積較大的耐腐蝕換熱器；水汽排放降低有限，最多降低25%，仍然有至少75%的水汽排放；電廠冷源缺乏，或增加

17、大量成本。 水汽及細顆粒物的脫除 目前許多地方政府環(huán)保部門已經(jīng)認識到濕法脫硫煙氣水汽含鹽排放是霧霾的一個主要原因，正在進行煙氣“脫白”。 因此，我們建議加快進行濕法脫硫煙氣水汽控制方法的效果評價，認真評價煙氣“脫白”是控制霧霾的有效方法還是“錯上加錯”。 從投資成本、運行成本和排放指標等多方面詳細客觀地評價所采取的方法。 水汽及細顆粒物的脫除煙氣干法脫硫技術(shù) 濕法脫硫不僅存在廢水零排放難題，同時也存在廢汽排放處理難題。因此，不加水的煙氣干法脫硫是比較好的解決水汽排放的方法。 現(xiàn)有干法煙氣脫硫技術(shù)主要有爐內(nèi)噴鈣法、活性碳（焦）吸附法、電子束輻射法、金屬氧化物脫硫法等。 爐內(nèi)噴鈣法脫硫效率低，一般

18、只適合于循環(huán)流化床鍋爐；其它幾種脫硫方法雖然脫硫效率高，但工藝復(fù)雜、運行費用高、易造成二次污染等。 因此，有必要開發(fā)新的煙氣干法脫硫技術(shù)。燃煤煙氣污染物干式高效脫除技術(shù) 針對煙氣濕法脫硫技術(shù)存在的缺點，我們開發(fā)了一種固定資產(chǎn)投資少、運行維護成本低、能耗少、水耗幾乎為零、產(chǎn)物可資源利用的燃煤煙氣污染物干式高效脫除技術(shù)。燃煤煙氣污染物干式高效脫除工藝流程示意圖燃煤煙氣污染物干式高效脫除技術(shù)圖. 220t/h循環(huán)流化床鍋爐脫硝結(jié)果干式高效煙氣脫硝技術(shù)在電廠的應(yīng)用燃煤煙氣污染物干式高效脫除技術(shù) 干式高效煙氣脫硫技術(shù)已在電廠進行了現(xiàn)場試驗，鍋爐類型為170t/h煤粉爐，煙氣量為3105 Nm3/h。圖.

19、 干式高效脫硫技術(shù)在電廠的應(yīng)用效果燃煤煙氣污染物干式高效脫除技術(shù) 從上述結(jié)果得出，干式高效脫硫劑將煙氣中的SO2從4000 mg/Nm3脫除至35 mg/Nm3以下，脫除率高達99.1%以上，能夠滿足環(huán)保部對SO2控制在50 mg/Nm3以下的超低排放要求。干式高效煙氣脫硫技術(shù)燃煤煙氣污染物干式高效脫除技術(shù)的特點（1）煙氣處理設(shè)備投資大幅度減少：與國內(nèi)目前應(yīng)用的裝置相比，固定資產(chǎn)投資可降低80%以上；（2）工業(yè)化運行成本大為降低：該技術(shù)節(jié)省大量能耗，沒有水耗，運行成本比現(xiàn)有技術(shù)還低；（3）污染物排放量大幅度減少：不僅可以達到現(xiàn)有超低排放的標準，而且不向煙氣處理系統(tǒng)中加水，使煙氣帶出的水汽及所含無機鹽量大為降低，形成霧霾的量也大為減少。（4）煙氣處理系統(tǒng)安全性高：該技術(shù)使用的脫硫劑和脫硝劑都是固體粉末，避免使用氨水、液氨帶來的安全隱患。項目現(xiàn)有技術(shù)干式高效脫除技術(shù)煙塵10mg/m310mg/m3SO235mg/m335mg/m3NOX50mg/m350mg/m3水汽1.5*105mg/m37*104mg/m3水溶性鹽2100mg/m3燃煤煙氣污染物干式高效脫除技術(shù)干式高效脫除技術(shù)與現(xiàn)有濕法處理技術(shù)對燃煤煙氣污染物的處理結(jié)