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烟气脱硫技术概述
发布时间:2011/5/23  阅读次数:2804  字体大小: 【】 【】【
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为了治理日益恶化的大气环境,控制SO2的排放势在必行,我国已进行了多种脱硫技术的研究及应用。燃煤脱硫根据具体情况可分为三大类:燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫。
     燃烧前脱硫
       燃烧前脱硫方法有机械脱硫、化学脱硫、电磁脱硫、细菌脱硫、超声脱硫等。
       机械脱硫法在实际中得到了应用,如跳汰机脱硫、浮选机脱硫、摇床脱硫、旋流器脱硫、螺旋选矿机脱硫等。机械脱硫是根据煤中硫化铁硫(FeS2)等含硫化合物与煤比重不同而将其除去,这种方法的脱硫效率取决于FeS2等物质的颗粒大小及煤中无机硫的含量。洗选法不能脱除有机硫及在煤中嵌布很细的硫化铁硫。
化学方法,煤的热解和加氢热解脱硫是根据原煤中使硫存在的化学键Fe-S和C-S与C-C相比不稳定,在热解条件下很容易脱离而生成气相硫化物H2S或CaS,煤的热解和加氢热解就是利用这一特征脱除煤中的硫分。
电化学法是借助煤在电解槽发生电化学氧化和还原反应,将煤中黄铁矿和有机硫氧化成可溶性硫化物或将煤还原加氢,从而达到脱硫效果。
生物脱硫技术是利用微生物参一与铁和硫化合物的氧化作用,使硫铁矿降解,细菌作用将Fe2+氧化为Fe3+ ,单质硫由于细菌作用而氧化为硫酸。该工艺目前尚未获得大规模应用,不过,随着生物技术的突破发展,该工艺具有良好的发展前景。
       微波法是因微波能激发煤中硫化物同浸提剂反应而脱硫。
       燃烧中脱硫
       燃烧中脱硫和燃烧后脱硫即烟气脱硫一般是在燃烧室中和尾部烟道中加入脱硫剂来实现的。燃烧中脱硫是在燃烧产生的高温气氛下,脱硫剂与SO2气体分子发生化学反应,因此燃烧中脱硫是伴随着燃料燃烧一起完成的。燃烧中脱硫一般以石灰石(主要成分为CaCO3)作为脱硫剂,将其破碎到合适颗粒度后喷入锅炉内,CaCO3在高温下分解成CaO和CO2,烟气中的SO2与CaO反应,完成SO2的炉内吸收过程:若在还原性气氛下,石灰或石灰石就会和煤燃烧产生的H2S反应,生成CaS,遇氧即被氧化成CaSO4。石灰石一般在800-850℃可以得到最高的脱硫效率,炉温高于1200℃时,已生成的CaS04会分解出SO2,导致脱硫效果不理想。向炉膛内加入石灰石脱硫的最佳燃烧方式是流化床燃烧技术(CFBC )。只需要在其燃烧的过程中直接喷入石灰石,这种工艺设备投资和运行成本都很低,在Ca/S为2的时候,固硫率可达到70%以上。
       燃烧后脱硫
       烟气脱硫FGD (Flue Gas Desulfurization)是当今世界上普遍采用的SO2排放控制方法。烟气脱硫是指从锅炉排放的烟气中脱除SO2污染物,这种脱硫方法不影响炉内燃烧和换热。按反应产物的物质形态(液态、固态)可分为湿法、半干法和千法烟气脱硫(Wet, Semi-dry and Dry FGD)三种,图为燃煤锅炉炉膛及烟道不同温度区域加入脱硫剂时可能的烟气脱硫方案。湿法烟气脱硫技术占85%左右,其中石灰石一石膏法约占36.7%,其它湿法脱硫技术约占48.3%,喷雾干燥脱硫技术约占8.4%;吸收剂再生脱硫法约占3.41%;炉内喷射吸收剂及尾部增湿活化脱硫技术约占1.9%;其它技术还有循环流化床烟气脱硫、电子束脱硫、活性碳吸附脱硫、海水脱硫、氧化铜法、催化氧化和还原法脱硫等。
       湿法脱硫是在烟道末端,采用浆液剂洗涤烟气,脱硫剂和脱硫产物均为湿态,反应在溶液中进行,钙利用率高,脱硫效率可以达到90%以上,是目前国内外大型锅炉首选的脱硫工艺,但其投资大,运行费用高,废水难处理,需装设除雾器或专门的再热装置。湿法脱硫工艺主要有石灰石/石灰一石膏(抛弃)法、简易湿法、双碱法、海水脱硫、氧化镁法、湿式氨法、石灰一镁法、碱式硫酸铝法等。采用的脱硫剂有钙基、镁基、氨基、钠基脱硫剂等。
       干法烟气脱硫过程脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行,具有设备腐蚀小、净化后烟温高而利于烟囱排气扩散等优点,但脱硫效率低、反应速度较慢、设备庞大。多数干法脱硫技术还能同时脱除烟气中含有的NOX,即脱硫脱硝一体化,具有广阔的应用前景。目前正在使用或开发的此类工艺有炉内或烟道喷射脱硫、氧化铜法、电子束照射法、活性炭吸附法、催化氧化和还原法等。
       半干法烟气脱硫技术是利用喷雾干燥原理,在吸收剂浆液喷入吸收塔以后,一方面吸收剂与烟气中的SO2发生化学反应,生成固体灰渣;另一方面烟气将热量传递给吸收剂使之不断干燥。在塔内脱硫反应后形成的废渣为固体粉尘状,一部分在塔内分离,另一部分随脱硫后烟气进入电除尘器。此过程包含浆液(水)的雾化、(浆)液滴的干燥、SO2与脱硫剂的反应(包含气液反应、气固反应)、脱硫灰的分离循环等重要环节。粉状脱硫剂及增湿水分别喷入脱硫反应塔中,或脱硫剂与水首先制成浆液,喷入脱硫反应塔中,都属于半干法烟气脱硫的范畴,前一类为喷粉增湿类,后一类为喷浆类。国外研究者从十多年前就开始进行半干法烟气脱硫技术的研究,开发出多种半干法脱硫工艺,成为石灰石一石膏湿法脱硫技术的有益补充,并投入商业运行,积累了丰富的运行经验。半干法烟气脱硫技术有芬兰Tampella锅炉制造公司和IVO电力公司合作开发的炉内喷钙尾部增湿活化技术(LIFAC ),美国Babcock Wilcox ( B&w)公司、Ohio Edison公司、CONSOL.Inc公司共同开发的石灰石喷射多级燃烧技术(LIMB),德国鲁奇公司( Lurgi)循环流化床烟气脱硫技术(CFB-FGD ),德国的Wulff公司回流式循环流化床烟气脱硫工艺(RCFB),丹麦FLS公司气体悬浮吸收法烟气脱硫技术 (GSA),丹麦NIRO公司旋转喷雾干燥烟气脱硫技术(SDA ),瑞典ABB公司新型一体化(NID )烟气脱硫装置,Bechtet公司有限区域弥散烟气脱硫技术(CZD-FGD)颗粒喷动床烟气脱硫工艺(Powder-Particle Spouted Bed)以及Consol公司开发的“Cool Side”工艺、D.B公司开发的“HALT”工艺,EPRI开发的"DryInjection”工艺等。
       国内许多单位相继开发出适合我国国情的半干法烟气脱硫技术,并在实验室研究的基础上,应用在一批中小锅炉脱硫示范工程上,如清华大学中温干法烟气脱硫和蒸汽活化技术、东南大学CFB-FGD技术、哈尔滨电站设备成套设计研究所炉内喷钙炉后喷水增湿活化技术等,山东大学自行研制开发的双循环流化床烟气脱硫技术,哈尔滨工业大学自行开发的复合喷动流态化烟气脱硫技术等。
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