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雙堿法脫硫設備

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雙堿法脫硫設備

詳細介紹

基本原理

化學原理:煙氣中的SO2 實質上是酸性的,可以通過與适當的堿性物質反應從煙氣中脫除SO2。煙道氣脫硫常用的堿性物質是石灰石(碳酸鈣, CaCO3)、生石灰(氧化鈣,CaO)和熟石灰(氫氧化鈣,Ca(OH)2)。石灰石産量豐富,因而相對便宜,生石灰和熟石灰都是由石灰石通過加熱來制取。有時也用碳酸納(純堿)、碳酸鎂和氨等其它堿性物質。所用的堿性物質與煙道氣中的SO2發生反應,産生了一種亞硫酸鹽和硫酸鹽的混合物(根據所用的堿性物質不同,這些鹽可能是鈣鹽、鈉鹽、鎂鹽或铵鹽)。亞硫酸鹽和硫酸鹽間的比率取決于工藝條件,在某些工藝中,所有亞硫酸鹽都轉化成了硫酸鹽。SO2與堿性物質間的反應或在堿溶液中發生(濕法煙道氣脫硫技術),或在固體堿性物質的濕潤表面發生(幹法或半幹法煙道氣脫硫技術)。

在濕法煙氣脫硫系統中,堿性物質(通常是堿溶液,更多情況是堿的漿液)與煙道氣在噴霧塔中相遇。煙道氣中SO2溶解在水中,形成一種稀酸溶液,然後與溶解在水中的堿性物質發生中和反應。反應生成的亞硫酸鹽和硫酸鹽從水溶液中析出,析出情況取決于溶液中存在的不同鹽的相對溶解性。例如,硫酸鈣的溶解性相對較差,因而易于析出;硫酸鈉和硫酸铵的溶解性則好得多。在幹法和半幹法煙道氣脫硫系統中,或使煙氣穿過堿性吸收劑床噴入煙道氣流中,或使固體堿性吸收劑與煙道氣相接觸。無論哪種情況,SO2都是與固體堿性物質直接反應,生成相應的亞硫酸鹽和硫酸鹽。為了使這種反應能夠進行,固體堿性物質必須是十分疏松或相當細碎。在半幹法煙道氣脫硫系統中,水被加入到煙道氣中,以在堿性物質顆粒物表面形成一層液膜,SO2溶入液膜,加速了與固體堿性物質的反應。

 

 

方法簡介

世界上普遍使用的商業化技術是鈣法,所占比例在90%以上。按吸收劑及脫硫産物在脫硫過程中的幹濕狀态又可将脫硫技術分為濕法、幹法和半幹(半濕)法。濕法FGD技術是用含有吸收劑的溶液或漿液在濕狀态下脫硫和處理脫硫産物,該法具有脫硫反應速度快、設備簡單、脫硫效率高等優點,但普遍存在腐蝕嚴重、運行維護費用高及易造成二次污染等問題。幹法FGD技術的脫硫吸收和産物處理均在幹狀态下進行,該法具有無污水廢酸排出、設備腐蝕程度較輕,煙氣在淨化過程中無明顯降溫、淨化後煙溫高、利于煙囪排氣擴散、二次污染少等優點,但存在脫硫效率低,反應速度較慢、設備龐大等問題。半幹法FGD技術是指脫硫劑在幹燥狀态下脫硫、在濕狀态下再生(如水洗活性炭再生流程),或者在濕狀态下脫硫、在幹狀态下處理脫硫産物(如噴霧幹燥法)的煙氣脫硫技術。特别是在濕狀态下脫硫、在幹狀态下處理脫硫産物的半幹法,以其既有濕法脫硫反應速度快、脫硫效率高的優點,又有幹法無污水廢酸排出、脫硫後産物易于處理的優勢而受到人們廣泛的關注。按脫硫産物的用途,可分為抛棄法和回收法兩種。

目前,國内外常用的煙氣脫硫方法按其工藝大緻可分為三類:濕式抛棄工藝、濕式回收工藝和幹式工藝。其中變頻器在設備中的應用為節約能源做出了巨大貢獻。

 

 

幹式脫硫

幹式煙氣脫硫工藝

該工藝用于電廠煙氣脫硫始于80年代初,與常規的濕式洗滌工藝相比有以下優點:投資費用較低;脫硫産物呈幹态,并和飛灰相混;無需裝設除霧器及再熱器;設備不易腐蝕,不易發生結垢及堵塞。其缺點是:吸收劑的利用率低于濕式煙氣脫硫工藝;用于高硫煤時經濟性差;飛灰與脫硫産物相混可能影響綜合利用;對幹燥過程控制要求很高。

噴霧脫硫

噴霧幹式煙氣脫硫工藝

噴霧幹式煙氣脫硫(簡稱幹法FGD),先由美國JOY公司和丹麥NiroAtomier公司共同開發的脫硫工藝,70年代中期得到發展,并在電力工業迅速推廣應用。該工藝用霧化的石灰漿液在噴霧幹燥塔中與煙氣接觸,石灰漿液與SO2反應後生成一種幹燥的固體反應物,後連同飛灰一起被除塵器收集。我國曾在四川省白馬電廠進行了旋轉噴霧幹法煙氣脫硫的中間試驗,取得了一些經驗,為在200~300MW機組上采用旋轉噴霧幹法煙氣脫硫優化參數的設計提供了依據。

煤灰脫硫

粉煤灰幹式煙氣脫硫技術

日本從1985年起,研究利用粉煤灰作為脫硫劑的幹式煙氣脫硫技術,到1988年底完成工業實用化試驗,1991年初投運了首台粉煤灰幹式脫硫設備,處理煙氣量644000Nm/h。其特點:脫硫率高達60%以上,性能穩定,達到了一般濕式法脫硫性能水平;脫硫劑成本低;用水量少,無需排水處理和排煙再加熱,設備總費用比濕式法脫硫低1/4;煤灰脫硫劑可以複用;沒有漿料,維護容易,設備系統簡單可靠。

濕法脫硫

FGD工藝

世界各國的濕法煙氣脫硫工藝流程、形式和機理大同小異,主要是使用石灰石(CaCO3)、石灰(CaO)或碳酸鈉(Na2CO3)等漿液作洗滌劑,在反應塔中對煙氣進行洗滌,從而除去煙氣中的SO2。這種工藝已有50年的曆史,經過不斷地改進和完善後,技術比較成熟,而且具有脫硫效率高(90%~98%),機組容量大,煤種适應性強,運行費用較低和副産品易回收等優點。據美國環保局(EPA)的統計資料,全美火電廠采用濕式脫硫裝置中,濕式石灰法占39.6%,石灰石法占47.4%,兩法共占87%;雙堿法占4.1%,碳酸鈉法占3.1%。在中國的火電廠、鋼廠,90%以上采用濕式石灰/石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝流程。但是在中國台灣、日本等脫硫處理較早的國内和地區,基本采用鎂法脫硫,占到95%以上。

濕式鎂法主要的化學反應機理為:

 

 

 

 

其主要優點是脫硫效率高,同步運行率高,且其吸收劑的資源豐富,副産品可吸收,商業價值高。目前,鎂法脫硫在日本等煙氣控制嚴格的地區應用較多,尤其早進行脫硫開發的日本地區有100多例應用,台灣電站有95%以上是用的鎂法。對硫煤要求不高,适應性好。無論是高硫煤還是低硫煤都有很好的脫出率,可達到98%以上。

鎂法脫硫主要的問題是吸收劑單價較高,副産品設備複雜。但是優點是高脫除率,高運行率,副産品經濟效益好等。

濕法FGD工藝較為成熟的還有:海水法;氫氧化鈉法;美國DavyMckee公司Wellman-LordFGD工藝;氨法等。

在濕法工藝中,煙氣的再熱問題直接影響整個FGD工藝的投資。因為經過濕法工藝脫硫後的煙氣一般溫度較低(45℃),大都在露點以下,若不經過再加熱而直接排入煙囪,則容易形成酸霧,腐蝕煙囪,也不利于煙氣的擴散。所以濕法FGD裝置一般都配有煙氣再熱系統。目前,應用較多的是技術上成熟的再生(回轉)式煙氣熱交換器(GGH)。GGH價格較貴,占整個FGD工藝投資的比例較高。近年來,日本三菱公司開發出一種可省去無洩漏型的GGH,較好地解決了煙氣洩漏問題,但價格仍然較高。前德國SHU公司開發出一種可省去GGH和煙囪的新工藝,它将整個FGD裝置安裝在電廠的冷卻塔内,利用電廠循環水餘熱來加熱煙氣,運行情況良好,是一種十分有前途的方法。

 


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