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1、1 日立公司湿法烟气脱硫技术1前言日本在火电厂烟气脱硫技术和装备开发方面主要有三大厂家，即：三菱、日立和石川岛播磨公司。比之其他两家，日立公司开发的烟气脱硫技术具有应用广，方法多的特点；以石灰石石膏湿法为主，还有简易型湿法、活性炭干法和石灰或消石灰半干法。2日立湿法烟气脱硫技术日立公司从1962 年前后开始开发石灰石石膏湿法烟气脱硫技术，迄今经过了三个发展阶段：早期多孔板吸收塔阶段，改进喷雾塔阶段，除尘、吸收和氧化三塔合一阶段。还开发了简易型高速平流塔技术，目前较先进的正在开发的湿法技术就是所谓“智能型脱硫系统”“三塔合一混合除尘脱硫”（简称：三合一技术）。在喷雾塔时期，一套湿法装置起码要有三
2、塔或二塔，而三合一技术的最大优点就是装置和系统简化，带来了很多好处。2.1 “三合一”系统技术特点2.1.1 主要优点（1） 系统简单化，设备合理化，运行操作容易；（2） 采用喷雾吸收方式，不需单独设置除尘塔就能得到较高的除尘性能，减少了吸收塔通风损失和脱硫风机能耗；（3） 由于在吸收塔内吸收SO2，向吸收塔循环罐送风直接氧化，改善了脱硫反应，因此能提高脱硫性能，负荷相应性好；（4） 由于改善了脱硫反应，无需单独设置氧化塔进行石膏PH 值调整用的硫酸，因此能减少用电和石灰使用量，还能减少排水中的COD（化学氧）量；（5） 吸收塔循环罐送风设备采用螺旋桨形搅拌叶片，空气利用率高，能耗少，氧化能力
3、强；（6） 把以前单独设置的氧化塔放到吸收塔内，旋叶喷雾器方式的氧化设备也很容易改造成吸收塔内氧化方式。2.1.2 吸收氧化反应由于在吸收塔内直接吸收二氧化硫进行氧化反应，因此化学反应具有与前不同的特点。一般来说，吸收液中H2SO4浓度低些，有利于提高脱硫率。“三合一”在吸收塔内氧化方式，向循环罐送风， H2SO4与 CaCO3反应生成的Ca （HSO3）2会快速氧化成CaHSO42H20 和 H2SO4，这就降低了吸收液中H2SO4浓度，能提高脱硫率。另外，由于与 CaCO3反应的氧化剂从以前的Ca （HSO3）2变为塔内氧化的H2SO4，使反应速度加快，脱硫设备的处理烟气量与SO2浓度变化
4、的负荷响应能力也得以提高。2.1.3 氧化用旋叶喷雾器采用实用化的旋叶喷雾器，不论吸收液性质（尤其是PH），只用少量空气就能得到良好的氧化性能，并且不会堵塞喷嘴。在吸收塔循环罐里装有卧式搅拌机，从轴向沿与叶片尖端适当角度送入的空气，被叶轮的旋转剪切力粉碎成微细气泡。2.1.4 无泄漏热管烟气加热器湿法烟气脱硫装置吸收塔的排烟一般在45 55饱和温度。为了提高烟囱排烟的扩散效果并防止白烟，以及防止岩岛和烟囱的服饰，吸收塔出口的排烟一般要再加热。再加热的方法，现在一般采用回转式烟气加热器，通过脱硫装置入口高温烟气与吸收塔出口低温烟气热交换来利用热能。不过，这种加热器由于未处理烟气的泄漏，脱硫率和除
5、尘率较低。日立公司正在开发实用化的“日立无泄漏热管烟气加热器”，由于没有烟气泄漏，将是很有前途2 的烟气再加热设备。2.1.5 脱硫运行计算机支持系统日立“三合一”采用计算机的脱硫运行支持系统和脱硫工艺参数，通过“在线模拟”，计算不能自动分析得也提倡分，用计算机计算有关脱硫操作参数的最佳设定值；具有脱硫性能预测控制能力，还具有运行管理和异常情况监视等功能。2.2 高速平流简易湿法技术高速平流简易湿法脱硫装置是日本政府向附近国家实施的环境保护技术转让政策“绿色援助计划”的一个项目。其实是针对一些国家的实际情况，以降低脱硫率为代价换取低成本的简易性技术。2.2.1 特点（1）采用所谓“高速平流型喷
6、雾”的卧式喷雾塔，水平布置，塔体小型化；（2）使烟道简化，减轻烟道重量，降低系统复杂化程度，运行操作容易；（3）使用石灰石做脱硫剂，价格较低，钙利用率高；（4）完全氧化吸收，副产品石膏稳定，有益于防止二次污染；（5）喷雾塔具有较高除尘性能，其后部无须除尘器，也利于减少投资。2.2.2 太原发电厂高速平流湿法脱硫装置简况日立公司开发的首台高速平流湿法脱硫装置由太原发电厂引进，预定装于该厂12 号 300MW 燃煤机组， 1996 年 4 月投运（详见表1 所示）。表 1 太原发电厂高速平流湿法脱硫装置项目参数型式高速平流湿法脱硫装置处理烟气量600000m3（标准） /h（相当 200MW ）入
7、口 SO2浓度2000ppm脱硫率80%入口烟尘浓度500mg/m3（标准）入口烟尘温度140出口烟尘温度烟气饱和温度（45）2.3 日立湿法脱硫发展动向随着火电机组大型化烟气脱硫装置的大容量化，需要进行简化系统设备的开发，有以下两方面：（1）综合烟气处理系统通过对脱硫装置的脱硫风机（BUF ）和烟气再加热装置（GGH）之外包括电除尘器（EP）和锅炉引风机（ IDF）的烟气处理系统的研究，推进综合节能和合理化。新系统由于降低EP 入口烟气温度，还能提高EP 的性能，并紧凑化。（2）少排水脱硫系统火电机组的大型化导致脱硫装置排水量增加，排水设备费和排水处理费上升。若减少排水又会引起脱硫装置吸收液
8、氯化物浓度上升，妨害脱硫性能。为此采取对策，提高吸收液浆料浓度，使减少了的脱硫排水与煤灰和消石灰等混合固化，使一个有效办法，能实现少或无排水化。3日立活性炭干法烟气脱硫技术活性炭干法脱硫具有很多优点，日本在1965 年开始采用。但是由于可靠性和活性炭的价格太高而且活性严重下降，没有能够实用化。石油危机以后，火电燃煤增加。由于开发了便宜的吸附剂和使用技术，经济性得以改善，活性炭干法脱硫得到新生。现在日本实用化主要是：电源开发公司和住友重机公司活性炭干法脱硫工艺，三井矿山公司引进原西德Bergbau Forshung Gm bH 的活性炭干法脱硫工艺。日立公司的活性面料干法脱硫应用较少，并不出名。
9、3 4日立粉煤灰干法烟气脱硫技术从目前的烟气脱硫技术，主流的石灰石石膏湿法的耗水量大，必须用排水处理设备，系统复杂，厂用电高，仍有一些缺点。日本北海道电力公司与日立公司合作开发成功利用电厂粉煤灰作脱硫剂的干法烟气脱硫技术，首台配 350MW 燃煤锅炉1/2 烟气容量的大型粉煤灰干法脱硫装置于1991 年在苫东厚真电厂投运，情况顺利。这项技术具有不同于一般湿法和干法烟气脱硫技术的优点，是世界首创性的脱硫新技术。4.1 工艺概况基本反应式如下：粉煤灰+石灰 +石膏 +SO2煤灰 +石膏粉煤灰干式脱硫装置由脱硫剂制备系统和脱硫系统组成。在脱硫剂制备系统中用粉煤灰、石灰和石膏（或用过的脱硫剂）为原料制
10、成的脱硫吸收剂，填充在移动层型吸收塔内进行脱硫反应。脱硫系统有前置塔和主塔，用以提高Ca 利用率，还具有除尘效果。锅炉的烟气通过电除尘器后进入脱硫系统，脱硫剂从吸收上部供给，在向塔中部移动时与自下往上的烟气接触；在此过程中，脱硫剂中的碱吸收烟气中的SO2形成无水石膏（CaSO4）。用过的脱硫剂一部分作石膏源复用，一部分作副产物排出。脱硫后的净化烟气排往烟囱。粉煤灰脱硫剂是用粉煤灰、石灰和石膏（或用过的脱硫剂）按各1/3 比例混合，经混合搅拌、挤压成形、蒸汽熟化增加活性，干燥过筛后，制成直径约6mm，长约 310mm 的圆柱形颗粒。这种脱硫剂的脱硫机理类似于石灰与SO2的反应机理，此外还有特殊的
11、效果：（1）粉煤灰和石膏能加速脱硫化学反应，使反应完全；（2）脱硫效果优于活性碳外，还有脱硫能力；（3）反应湿度低，对脱硫有利，（但也会使水分的不利影响加大）。用过的脱硫剂重复使用不仅不会对脱硫反应产生不利影响，而且所含的SiO2、Al2O3和硫化物还能提高反应性；能加速固化，有利于脱硫剂制备。复用煤炭脱硫剂替代石膏，可以降低脱硫剂成本，还有利于副产物的处理应用，并能加速硬化反应，缩短蒸汽熟化时间。其优点如下：（1）脱硫率高达60%以上，性能稳定，达到了一般湿法脱硫水平，同时具有脱硝能力，可以同时脱硫、脱硝。（2）粉煤灰脱硫剂成本低，可复用或作它用。 用过的脱硫剂因含有很多无水石膏等中性硬化物
12、质，非常稳定，可作硬化剂、脱臭剂和建筑材料，就是填埋也容易。有益环境保护。（3）用水量少，无须排水处理和排气再加热。因为烟气温度低，无须GGH 等烟气再加热装置。设备总费用比湿法低1/4。（4）没有浆料，操作方便，维护容易，设备系统简单可靠。（5）吸收塔兼有除尘能力，即使没有后面的除尘器也能达到低排尘指标。4.2 苫东厚真电厂应用简况首台大型实用化粉煤灰干式烟气脱硫装置安装于北海道苫东厚真电厂1 号燃煤机组，作为增加的1/2 烟气容量脱硫装置（原有1/2 容量湿法装置），其运行参数见表2。表 2 苫东厚真电厂粉煤灰干式脱硫装置运行参数项目计划值实运值处理烟气量m3（标准） /h 644000（
13、相当 184MW ）642000 入口烟气温度137 119 入口 SO2浓度 ppm 800 372 入口烟尘浓度mg/m3（标准）200 205 4 项目计划值实运值入口 NOX浓度 ppm 100158 50096 脱硫率 % 90 94.1 除尘率 % 85 98.4 脱硝率 % 21.5 钙利用率 % 80 80.4 开始运行时间1991 年 3 月用粉煤灰、消石灰和石膏为原料制造的脱硫剂，贮放在贮槽中。脱硫剂从吸收塔上部送进后，从下部送进前置吸收塔。锅炉排烟顺前置吸收塔主吸收塔通过，烟气的SO2在吸收塔从上部往下部移动时被脱硫剂吸收固化为石膏。脱硫后的烟气由脱硫风机从烟囱排出。锅炉
14、的烟尘由于跟移动层内的脱硫剂惯性碰撞而被捕集。吸收塔的供给量可以根据SO2负荷进行调节，可以适应从低浓度到高浓度的负荷控制。从前置吸收塔排出的用过的一部分脱硫剂作原料石膏重复使用，其余的排出。运行情况表明， 脱硫率一般都符合设计值，性能稳定。 在脱硫率10%20%， 出口烟尘浓度5mg/m3（标准）以下时，能够同时脱硫、脱硝和除尘。尤其是除尘能力相当于湿法脱硫装置湿式电除尘器，具有良好的除尘性能。5日立半干法烟气脱硫技术正在实用化的半干法烟气脱硫技术大致分为：炉内喷石灰石法（FLI法： Furnace Limestone Injection ），在锅炉尾部烟道喷入消石灰法（DLI 法： Duc
15、t Lime Injection）。前一方法向炉膛内喷入石灰石粉后，再经锅炉出口烟道A/H 下流脱硫塔内喷水雾，二次脱硫。后一方法，在锅炉出口烟道喷消石灰粉或石灰粉后，再在A/H 下流的脱硫塔喷水雾脱硫。两种方法用完的脱硫剂都与烟尘一起被电除尘器脱除。5.1 日立 FLI 法（炉内喷石灰石）石灰石喷入炉内一次脱硫后，再在锅炉尾部烟道的A/H 下流脱硫塔内总行喷水雾二次脱硫。（1）一次脱硫往炉内喷入的石灰石（CaCO3）被加热生成CO2和有许多微孔的CaO，SO2进入微孔与CaO 反应生成 CaSO4。反应式如下：32CaCOCaO+CO热2241CaO+SO +OCaSO2(2)二次脱硫向脱硫
16、塔内喷水雾对进入的烟气加湿冷却，这时 H2O 和 SO2以及一次脱硫未反应的CaO 发生反应如下：SO2+H2OH2SO3CaO+H2SO4CaCO3 1/2H2O+1/2H2O5.2 日立 DLI 法（烟道喷消石灰）在 A/H 下流雾化的消石灰粉在脱硫塔经过喷雾水，表面被湿化； 在湿化表面吸收SO2形成 H2SO3，与 Ca(OH)2反应生成CaSO31/2H2O，反应式如下：SO2+H2OH2SO3Ca(OH)2+H2SO3CaSO31/2H2O+3/2H2O 5.3 特点FLI 和 DLI 法在脱硫塔内的反应基本相同，当脱硫塔内的相对湿度增加时，脱硫剂表面水的吸附量5 也增加，从而促进与SO2的反应，能得到高脱硫率。脱硫剂量和喷水量变化时相对湿度对脱硫性能的影响曲线说明，当脱硫剂供给量即Ca/S增加时，能得到较高脱硫率。在脱硫剂量一定时，提高相对湿度也能获得较高的脱硫率。不过，当喷雾水增加，接近饱和温度时，脱硫塔的壁面局部会结露，可能产生腐蚀和脱硫剂吸附问题。为此，从性能和运行安全性考虑，必须慎重确定脱硫塔的出口温度。半干
