火力发电厂烟气脱硫工艺浅析

2010-09-26韩永军李松田

河南化工 2010年16期

关键词：副产品氧化镁吸收剂

韩永军 ,李松田

(平顶山学院化学化工学院 ,河南平顶山 467000)

火力发电厂烟气脱硫工艺浅析

韩永军 ,李松田

(平顶山学院化学化工学院 ,河南平顶山 467000)

介绍了工业锅炉烟气脱硫技术的概况,对不同的烟气脱硫技术的作了评述。与尾部烟气脱硫相比,CFB锅炉炉内脱硫具有初投资低、运行成本低、燃烧与脱硫同时进行、没有副产品和二次污染优点,建议加以大力推广。

二氧化硫 ;脱硫技术 ;火力发电

1 引言

二氧化硫是造成大气污染及酸雨不断加剧的主要原因[1],2006年我国的 SO2排放量达到 2 588.8万 t。我国燃煤火电厂是 SO2排放的主要来源,约占全国 SO2排放量的 50%。目前,我国主要污染物排放量远远超过环境容量。为了改善环境状况,遏制酸雨发展,国家环境保护“十一五”规划对 SO2的控制目标为：“十一五”末 SO2排放总量比 2005年减少 10%。在规划中,火电厂建设脱硫设施作为消减SO2排放量的重点,超过国家二氧化硫排放标准或总量要求的燃煤火电厂,必须安装脱硫设施。

2 脱硫工艺简介

目前,世界上火力发电厂所采用的脱硫工艺达数百种之多。按脱硫工艺在生产中所处的部位不同可分为：燃烧前脱硫、燃烧脱硫和燃烧后脱硫 (即烟气脱硫)[2]。在这些脱硫工艺中,有的技术较为成熟,已经达到工业应用的水平,有的尚处于试验研究阶段[3]。本文对目前技术较为成熟、在电厂烟气脱硫中有一定应用的的脱硫工艺进行简单介绍。

2.1 石灰石—石膏湿法脱硫工艺

石灰石—石膏湿法脱硫工艺是目前世界上应用最广泛、技术最为成熟的 SO2脱除技术之一,约占全部安装 FGD容量的 70%。它是以石灰石为脱硫吸收剂,通过向吸收塔内喷入吸收剂浆液,使之与烟气充分接触、混合,并对烟气进行洗涤,使得烟气中的SO2与浆液中的碳酸钙以及鼓入的强制氧化空气发生化学反应,最后生成石膏,达到脱除 SO2的目的。

2.1.1 工艺特点

该工艺具有脱硫率高、技术成熟,运行可靠性高、吸收剂利用率高、对煤种变化的适应性强,能适应大容量机组和高浓度 SO2烟气条件、吸收剂价廉易得且利用率高、副产品具有综合利用的商业价值等特点。

2.1.2 工艺流程

石灰石—石膏湿法脱硫工艺采用价廉易得的石灰石作脱硫吸收剂。将石灰石块破碎磨细成粉状与水混合搅拌制成浆液,石灰浆液经泵打入吸收塔与烟气充分接触,使烟气中的 SO2与浆液中的氧化钙进行反应生成亚硫酸钙,从吸收塔下部浆池鼓入氧化空气使亚硫酸钙氧化成硫酸钙,硫酸钙达到一定饱和度后,结晶形成二水石膏。从吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水,使其含水量小于 10%,然后用输送机送至石膏堆放库堆放。脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴后,由烟囱或冷却塔排入大气。

2.2 氧化镁法

氧化镁脱硫技术是一种成熟度仅次于钙法的脱硫工艺,在化学反应活性方面氧化镁要远远大于钙基脱硫剂,并且由于氧化镁的分子量较碳酸钙和氧化钙都小。因此其它条件相同的情况下氧化镁的脱硫效率要高于钙法的脱硫效率。

2.2.1 工艺特点

氧化镁的脱硫机理与氧化钙的脱硫机理相似,都是碱性氧化物与水反应生成氢氧化物,再与 SO2溶于水生成的亚硫酸溶液进行酸碱中和反应,氧化镁反应生成的亚硫酸镁和硫酸镁再经过回收 SO2后进行重复利用或者将其强制氧化全部转化成硫酸盐制成七水硫酸镁。一般情况下氧化镁的脱硫效率可达到 95%～98%以上,而石灰石/石膏法的脱硫效率仅达到90%～95%左右。

2.2.2 工艺流程

从吸收塔排出的亚硫酸镁浆液经浓缩、脱水,使其含水量小于 10%,用输送机送至亚硫酸镁储藏罐暂时存放,按副产物的使用情况用密封罐车运走。亚硫酸镁的纯度与氧化镁纯度和进入吸收塔的飞灰、杂质含量有关。脱硫后的烟气经吸收塔内置的特殊电流装置除去烟气中粒径大于 0.01μm的物质后,含尘量可以达标排放。

2.3 循环流化床半干法

烟气循环流化床脱硫工艺干法脱硫工艺是以循环流化床为原理,通过物料在床内的内循环和高倍率的外循环,使得吸收剂与 SO2间的传热传质交换强烈,吸收剂内的传质过程强烈,固体物料在床内的停留时间为 30～60 min,且运行温度可降至露点附近,从而大大提高了吸收剂的利用率和脱硫率。

2.3.1 工艺特点

与传统的石灰石湿法工艺相比,该工艺具有以下主要特点：具有一定的脱硫效率 (Ca/S=1.1～1.5时,达80%,);投资费用低,仅为湿法的1/2～2/3,运行费用和脱硫成本中等;系统简单,可靠性高,维修费用低;占地面积小,适合现有机组的改造;能源消耗低,如电耗、水耗等仅为湿法工艺的一半;对锅炉负荷变化的适用性强,负荷跟踪特性好,启停方便,可在 30%负荷时投用,适用于可能的调峰机组;无脱硫污水排放,且脱硫副产品呈干态,不会造成二次污染,对综合利用和处置堆放有利。

2.3.2 工艺流程(见图 1)

图 1 循环流化床半干法工艺流程

该工艺一般采用干态的消石灰粉作为吸收剂,在特殊情况下也可采用其它对 SO2气体有吸收能力的干粉或浆液做吸收剂。该工艺产生的脱硫副产品呈干粉状,其化学组成与喷雾干燥工艺的副产品相类似,主要是 CaSO3、CaSO4以及未完全反应的吸收剂 Ca(OH)2等构成。脱硫副产品中是否含有大量的飞灰,则取决于脱硫系统前是否安装了前级除尘器。脱硫副产品的处置方法也与喷雾干燥的副产品基本相同。

2.4 氨法

氨法脱硫属较为成熟的一种脱硫工艺,该脱硫工艺以氨水为吸收剂,副产品为硫酸铵化肥。

2.4.1 工艺特点

工艺的主要特点有：脱硫率高,可达 99%以上;可除去全部 SO3;电耗较低;副产品为高质量的可商用的硫酸铵肥料,据资料介绍 1 t氨与 2 t SO2反应可得到约 4 t硫酸铵肥料,销售硫酸铵肥料的收益,可抵销一部分运行费用;目前采用的传统的石灰石—石膏湿法脱硫装置可改造成为氨法洗涤装置,部分现有设备仍可利用,以节省投资。它的主要缺点是：存在氨腐蚀和烟囱冒白烟现象。

2.4.2 工艺流程

高效除尘后的烟气经喷水冷却到饱和温度从下部进入洗涤塔。若烟气中含尘浓度较高,则需增设一个喷水冷却除尘装置,以提高副产品硫酸铵的纯度。饱和烟气在一体化床式洗涤塔内,先后通过二段循环床式洗涤区,烟气与自上而下喷淋的洗涤液逆行,在床体中液、气进行剧烈地接触反应,SO2基本上被完全吸收。当烟气中 SO2浓度较大(1 000× 10-6以上)时,脱硫系统会产生铵盐的气溶胶 (亚微米粒子),为此,在洗涤塔下游安装了湿式电除尘器(WESP),以除去脱硫烟气中的气溶胶,使烟囱出口不冒白烟。净化后烟气排入烟囱。

2.5 循环硫化床技术(CFB)锅炉炉内脱硫法

2.5.1 工艺特点

CFB即循环流化床技术。与传统的石灰石湿法工艺相比,CFB工艺具有以下主要特点：脱硫率高(Ca/S=1.5～3.5时,可达 90%以上);投资费用低,约为湿法的 1/10;运行费用和脱硫成本低,约为湿法的 1/3;占地面积小,适合现有机组的改造;能源消耗低,如电耗仅为湿法工艺的 5%、无水耗等;对锅炉负荷变化的适用性强,负荷跟踪特性好,启停方便,可在任何负荷时投用,适用于可能的调峰机组;无脱硫污水排放,且脱硫副产品呈干态,不会造成二次污染,对综合利用和处置堆放有利。

2.5.2 工艺流程

CFB锅炉一般采用向炉内直接添加石灰石粉来控制 SO2排放。投入炉内的石灰石在高温条件下煅烧发生分解反应生成氧化钙,然后在炉内 850℃左右的条件下,氧化钙、SO2和氧气经过化学反应生成硫酸钙,化学反应方程式为：

在 CFB锅炉燃烧条件下,石灰石经煅烧后生成CaO,由于 CO2逸出,在固体颗粒的表面及内部形成一定的孔隙,为 SO2向颗粒内部扩散及固硫反应的发生创造了条件。

2.6 其他脱硫工艺

2.6.1 喷雾干燥法(半干法)脱硫工艺

喷雾干燥法脱硫工艺以石灰作为脱硫吸收剂,石灰经消化并加水制成消石灰乳,消石灰乳由泵打入位于吸收塔内的雾化装置,在吸收塔内,被雾化成细小液滴的吸收剂与烟气混合接触,与烟气中的SO2发生反应生成 CaSO3,烟气中的 SO2被脱除。

2.6.2 电子束法脱硫工艺

锅炉所排出的烟气,经过集尘器的粗滤处理之后进入冷却塔,在冷却塔内喷射冷却水,将烟气冷却到适合于脱硫、脱硝处理的温度 (约 60℃)。通过冷却塔后的烟气流进反应器,在反应器进口处将一定的氨气、压缩空气和软水混合喷入,经过电子束照射后,SOx和NOx在自由基作用下生成中间生成物硫酸和硝酸。然后硫酸和硝酸与共存的氨进行中和反应,生成粉状微粒 (硫酸铵与硝酸铵的混合粉体)。

2.6.3 海水法脱硫工艺

海水脱硫工艺是利用海水的碱度达到脱除烟气中 SO2的一种脱硫方法。在脱硫吸收塔内,大量海水喷淋洗涤进入吸收塔内的燃煤烟气,烟气中的SO2被海水吸收而除去,净化后的烟气经除雾器除雾、经烟气加热器加热后排放。吸收 SO2后的海水经曝气池曝气处理,使其中的被氧化成为稳定的后排入大海。海水脱硫一般适用于靠海边、扩散条件较好、用海水作为冷却水、燃用低硫煤的电厂烟气脱硫。