火电厂烟气脱硫

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1、第1 章 脱硫技术概述,按存在状态：有机硫（CxHyS）和无机硫（硫铁矿（FeS2）、硫酸盐（MSO4），单质硫磺） 按硫的可燃性：不可燃硫（硫酸盐）和可燃硫 （硫铁矿硫、部分有机硫及单质硫 ） 中国煤中硫的含量变化：0.2%8%。 分布特点：南方比北方高。东三省煤含硫量最低，我国高硫煤主要集中在四川、贵州、湖北、广西、山东和陕西等省的部分地区。,1.1 煤中硫的存在形式,1.煤的分类 褐煤 最低品味的煤，形成年代最短，热值较低 烟煤 形成年代较褐煤长，碳含量75%90。成焦性较强，适宜工业一般应用 无烟煤 煤化时间最长，含碳量最高（高于93），成焦性差,发热量大,2.煤的成分,碳：可燃元素

2、1 kg纯碳完全燃烧时，放出32860 kJ的热量。当不完全燃烧生成CO时，放出9268kJ的热量。纯碳起燃温度很高，燃烧缓慢，火焰也短。煤中的碳不是单质状态存在，而是与氢、氮、硫等组成有机化合物。煤形成的地质年代越长，其挥发性成分含量越少，而含碳量则相对增加。例如，无烟煤含碳量约90%98%，一般煤的含碳量约50%95%。 氢：可燃元素.燃料中发热量最高的元素 固体燃料中氢的含量为2%10%，以碳氢化合物的形式存在，1 kg氢完全燃烧时能放出120500 kJ的热量。 氧：不可燃元素.降低了燃料的发热量 氧在燃料中与碳和氢生成化合物 氮：有害元素。基本不可燃。燃燃烧时大部分以N2形式排放，少

3、量生成NOX 燃料中含氮量很少，一般为0.5%1.5%,2.煤的成分,硫：可燃元素。有害元素。燃烧时大部分以SO2形式排放 以三种形态存在：有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫。前两种能放出热量，称之为挥发硫。硫燃烧生成产物为SO2和SO3，其中SO2占95%以上。 水分：不可燃。外部水分、内部水分 水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。煤中水分由表面水分（外部水分）和吸附水分（内部水分）组成。外部水分可以靠自然干燥方法除去。内部水分要放在干燥箱中加热到102105C，保持2h后才能除掉。 灰分：不可燃。有害成分 是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。,3、煤的成分分析,工业分析（ proximate

4、 analysis ） 测定煤中水分、挥发分、灰分和固定碳。估测硫含量和热值，是评价工业用煤的主要指标。 元素分析（ ultimate analysis ） 用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤中主要组分碳、氢、氮、硫和氧的含量。,小资料：分析方法,煤的工业分析 水分： 一定重量13mm以下粒度的煤样，在干燥箱内318323K温度下干燥8h，取出冷却，称重 外部水分 将失去外部水分的煤样保持在375380K下，约2h后，称重 内部水分 挥发分： 失去水分的试样密封在坩埚内，放在1200K的马弗炉中加热7min，放入干燥箱中冷却至常温再称重,小资料：分析方法,煤的工业分析（续） 固定碳： 失去水

5、分和挥发分后的剩余部分（焦炭）放在80020C的环境中灼烧到重量不再变化时，取出冷却。焦炭所失去的重量为固定碳 灰分： 从煤中扣除水分、灰分以及挥发分后剩余的部分为固定碳,小资料：分析方法,煤中灰分的组成： 我国煤炭的平均灰分含量为25 灰分的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污染和出渣量,小资料：分析方法,煤的元素分析 碳和氢：通过燃烧后分析尾气中CO2和H2O的生成量测定 氮：在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，碱液吸收，滴定 硫：与氧化镁和无水硫酸钠混合物反应，S SO42-，滴定,4.煤中硫的形态,5、煤的成分的表示方法,要确切说明煤的特性，必须同时指明百分比的基准，常用的基准有以下四种：

6、 收到基（ar)：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分 空气干燥基(ad)：以去掉外部水分的燃料作为100%的成分，即在实验室内进行燃料分析时的试样成分 干燥基(d)：以去掉全部水分的燃料作为100%的成分，干燥基更能反映出灰分的多少 干燥无灰基(daf)：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分,煤的成分的表示方法及其组成的相互关系,我国部分煤种的分析结果,我国部分煤种的分析结果(续）,6、煤碳分类,（1）煤炭硫分分级 序号 级别名称 代号 灰分（Ad）范围，% 1 特低硫煤 SLS 0.50 2 低硫分煤 LS 0.511.00 3 低中硫煤 LMS 1.011.50 4 中硫分煤 MS

7、 1.512.00 5 中高硫煤 MHS 2.013.00 6 高硫分煤 HS 3.00,6、煤碳分类,（2）煤炭灰分分级 序号 级别名称 代号 灰分（Ad）范围，% 1 特低灰煤 SLA 5.00 2 低灰分煤 LA 5.0110.00 3 低中灰煤 LMA 10.0120.00 4 中灰分煤 MA 20.0130.00 5 中高灰煤 MHA 30.0140.00 6 高灰分煤 HA 40.0150.00,（3）煤的固定碳按下表进行分级 序号 级别名称 代号 分级范围(FCd),% 试验方法 1 特低固定碳煤 SLFC 45.00 GB212 2 低固定碳煤 LFC 45.0055.00 3

8、 中等固定碳煤 MFC 55.0065.00 4 中高固定碳煤 MHFC 65.0075.00 5 高固定碳煤 HFC 75.0085.00 6 特高固定碳煤 SHFC 85.00,6、煤碳分类,（4）煤炭发热量分级 序号 级别名称 代号 发热量（Qnet,ar）范围，MJ/kg 1 低热值煤 LQ 8.5012.50 2 中低热值煤 MLQ 12.5117.00 3 中热值煤 MQ 17.0121.00 4 中高热值煤 MHQ 21.0124.00 5 高热值煤 HQ 24.0127.00 6 特高热值煤 SHQ 27.00 注：煤田地质勘探系统在按发热量分级时，可采用全水分（Mt）进行计算

9、。,6、煤碳分类,5.发热量（Qnet,ar）等级划分 编 号 发热量（Qnet,ar），MJ/kg 编 号 发热量（Qnet,ar），MJ/kg 295 29.00 200 19.5120.00 290 28.5129.00 195 19.0119.50 285 28.0128.50 190 18.5119.00 280 27.5128.00 185 18.0118.50 275 27.0127.50 180 17.5118.00 270 26.5127.00 175 17.0117.50 265 26.0126.50 170 16.5117.00 260 25.5126.00 165 16

10、.0116.50 255 25.0125.50 160 15.5116.00 250 24.5125.00 155 15.0115.50 245 24.0124.50 150 14.5115.001) 240 23.1524.00 145 14.0114.50 235 23.0123.50 140 13.5114.00 230 22.5123.00 135 13.0113.50 225 22.0122.50 130 12.0113.00 220 21.5122.00 125 12.0112.50 215 21.0121.50 120 11.5112.00 210 20.5121.00 115

11、11.0111.50 205 20.0120.50,6、煤碳分类,1.2 燃烧过程中硫氧化物的形成,1.硫的氧化机理 有机硫的分解温度较低 无机硫的分解速度较慢 含硫燃料燃烧的特征是火焰呈蓝色，由于反应： 在所有的情况下，它都作为一种重要的反应中间体,（1）黄铁矿硫的氧化,氧化性气氛（含有空气或过剩氧的气体(烟气)氛围） 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 还原性气氛（含有还原性气体(CH4、CO、H2等)而含氧量很低的气体(烟气)氛围 ） FeS2 = FeS+ 1/2S2(气体） FeS2 + H2 = FeS+ H2S FeS2 + CO= FeS+ COS FeS

12、的再分解则需要更高的温度： FeS = Fe+ 1/2S2(气体） FeS + H2 = Fe+ H2S FeS + CO= Fe+ COS,（2）有机硫的氧化,RSH + O2 = RS + HO2 RS + O2 = R + SO2,（3）元素硫的氧化,S8 = S7 + S S + O2 =SO + O S8 + O = SO + S + S6,H2S的氧化,CS2和COS的氧化,2. SO2和SO3之间的转化,反应方程式 SO2 + O + M SO3 + M （1） SO3 + O SO2 + O2 （2） SO3 + H SO2 + OH （3） SO3 + M SO2 + O +

13、 M （4） 在炽热反应区 ，O 浓度很高，反应（1）和（2）起支配作用,2. SO2和SO3之间的转化,SO3生成速率 当dSO3 /dt = 0 时，SO3浓度达到最大 在富燃料条件下，O浓度低得多，SO3的去除反应主要为反应（3）， SO3的最大浓度：,2. SO2和SO3之间的转化,燃烧后烟气中的水蒸气可能与SO3结合生成H2SO4，转化率: 转化率与温度密切相关 H2SO4浓度越高，酸露点越高 烟气露点升高极易引起管道和空气净化设施的腐蚀,3.酸雾和酸尘,空气（干空气+水蒸气） 空气的露点：空气与一冷面接触时，如果冷面温度与空气中水蒸气分压相对应的饱和温度相等或更低时，水蒸气就会部分

14、地凝结在冷面上该温度称为该空气的露点。 烟气的水蒸气露点：煤燃烧生成的烟气中，由燃料带入和燃烧生成的水分一般比空气中的水蒸气含量高，因此烟气的水蒸气露点比空气高，即烟气中的水蒸气在较高的温度下就开始凝结。,3.酸雾和酸尘,烟气的水蒸气露点,SO3存在对烟气露点的影响,烟气中的SO3和烟气中水蒸气化合生成硫酸蒸气 SO2+H2O=H2SO4 SO3转化为H2SO4的转化率 x=,SO3存在对烟气露点的影响,SO3的转化率/%,不同硫酸蒸气分压下烟气的露点tdp(),估算烟气酸露点经验公式,式中,1.3 二氧化硫的排放浓度与限制标准,1.SO2浓度的计算方法,2、二氧化硫的排放标准（mg/m3）,

15、2、二氧化硫的排放标准（mg/m3）,火电厂大气污染物排放标准GB13223-2003 火电厂大气污染物排放标准GB13223-2011 第3时段新建锅炉：烟尘50mg/m330mg/m3 二氧化硫由400mg/m3100mg/m3（现有200） 环境空气质量标准GB 30951996 环境空气质量标准GB 30952012,一、 二氧化硫减排技术,二氧化硫减排技术:凡可以达到削减SO2排放量的工艺和方法都是减排技术。 从生产全过程和燃烧全过程的控制来讲，它可以分为三段： 首端控制原燃料洁净加工燃烧前脱硫，包括洗煤、煤气化、液化及利用机械、电磁等物理技术对煤进行脱硫。 中端控制节能降耗，清洁生产工艺炉内固硫,包括炉内喷钙、循环流化床锅炉添加石灰石燃烧等。如美国的LIMB工艺，芬兰Tampella公司开发的LIFAC工艺。 末端控制烟、尾气净化处理烟气脱硫（Flue Gas Desulfurization，简称FGD）是目前控制燃煤电厂SO2气体排放最有效和应用最广的技术。,