洁净煤技术-3

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1、第三章 燃煤脱硫技术 3. 1 前言 中国城市的大气污染的特征 煤烟型大气污染，主要是硫排放，其中90%来自煤炭 煤中硫的存在形式： 无机硫( 黄铁矿和硫酸盐） 有机硫（硫醇和硫醚）,中国的动力煤资源 全硫的加权平均含量为1.15% 含硫量为小于0.5%的超低硫煤 占39.35% 含硫量在0.51.0% 的低硫煤 占16.46% 含硫量在1.01.5%的中低硫煤 占16.68% 含硫量在1.52.0% 的中硫煤 占9.49% 含硫量为2.03.0% 的中高硫煤 占7.85% 含硫量分别为3.05.0% 的高硫煤 和大于5.0%的特高硫煤 占7.05%,我国二氧化硫的排放量以每年（34）%的速度

2、不断增长 有55%的城市二氧化硫超过标准 二氧化硫的排放会导致严重的环境问题： (1) 酸雨会造成森林、水生物生态平衡破坏，土壤酸性贫瘠，腐蚀金属材料，破坏建筑、文物古迹，影响人体健康。我国的酸性降雨为硫酸型的。 (2) 二氧化硫对人体健康有极大的危害。 SO2对人体的呼吸器官有很强的毒害作用，会造成鼻炎、支气管炎、哮喘、肺气肿、肺癌等。,(3) SO2 会给植物带来严重的危害。 (12)10-6容积浓度的SO2 在几个小时内即可引起叶片组织的局部损坏 0.310-6容积浓度以上的浓度能使某些最敏感的植物发生慢性中毒 一些城市燃用1 吨煤所产生的二氧化硫和酸雨造成的经济损失达(5070) 元。

3、据不完全统计，我国在“七五”期间仅两广、四川、贵州四省因酸雨造成的直接和间接经济损失就达每年160亿元。,我国政府制定的政策和法规 1990年12月，国务院环委会决定着手对酸沉降污染控制问题采取控制措施 1991年10月29日国家环保局于发布了燃煤电厂大气污染物排放标准 在19911992年国家环保局组织有关单位进行了工业燃煤二氧化硫收费标准及实施方案的研究，并于1992年2月21日由国务院发出通知，在广东、贵州两省和柳州、南宁、桂林、杭州、青岛、重庆、长沙、宜昌和宜宾等九个城市进行征收工业燃煤二氧化硫排污费和酸雨的综合防治工作。,1995年8月29日经全国人代会批准颁布了中华人民共和国污染防

4、治法修正案，首次对燃煤二氧化硫控制作出了明确的规定 “在酸雨控制区和二氧化硫污染控制区内排放二氧化硫的火电厂和其它大中型企业，属于新建项目不能用低硫煤的，必须建设配套的脱硫、除尘装置或采取其它控制二氧化硫排放、除尘的措施；属于已建企业不用低硫煤的，应当采取控制二氧化硫排放、除尘的措施；国家鼓励企业采用先进的脱硫、除尘技术。”,火电厂烟气脱硫关键技术与设备国产化规划要点 国家经贸委制定（1999） 国产化目标分为四步： 至2001年，初步掌握火电厂湿法脱硫设计技术，启动火电厂脱硫国产化示范工程，湿法烟气脱硫设备国产化率达80%左右。同时，选择若干种其它烟气脱硫工艺作为国产化的示范工程，编制国产化

5、实施方案。 至2003末，具备独立完成火电厂湿法烟气脱硫工艺设计的能力，开发适合我国国情的火电厂烟气脱硫工艺，湿法烟气脱硫设备国产化率达90%以上。组织实施其它若干种烟气脱硫国产化示范工程，并具有相应的设计能力。,火电厂烟气脱硫关键技术与设备国产化规划要点 国家经贸委制定（1999） 国产化目标分为四步： 至2005年末，湿法烟气脱硫设备国产化率达95%以上。其它若干种烟气脱硫工艺也要基本实现脱硫设备国产化。 至2010年，湿法烟气脱硫设备国产化率达100%。掌握其它若干种烟气脱硫工艺的设计，设备国产化率达到95%以上。,火电厂烟气脱硫关键技术与设备国产化规划要点 国家经贸委制定（1999）

6、实施火电厂烟气脱硫国产化的措施是： 加强火电厂烟气脱硫国产化的组织领导； 组织实施烟气脱硫国产化示范工程； 积极扶植脱硫设备的生产和供应；实行招投标制度，加强规范化管理； 培育和扶持有实力的脱硫工程公司； 研究制定促进火电厂 脱硫国产化的配套政策。,脱硫技术可划分为： 燃烧前脱硫 原煤在投入使用前，用物理、物理化学、化学及微生物等方法，将煤中的硫份脱除掉。 炉前脱硫还能除去灰份，减轻运输量，减轻锅炉的粘污和磨损，减少灰渣处理量，还可回收部分硫资源。 物理选煤： 利用黄铁矿硫和煤的密度不同而通过重力分选和水选将黄铁矿硫和部分矿物质除去。这样可使煤的含硫量降低40%，灰份降低70%左右。 化学选煤

7、技术： 加氢脱硫、加氧脱硫、用碱液浸煤后用微波照射等，适合于含硫量很高的洗中煤 微生物方法：细菌脱硫,炉内脱硫 在燃烧过程中，在炉内加入固硫剂，使煤中硫份转化为硫酸盐，随炉渣排除。,烟气脱硫(FGD)技术： 从生成物的状态划分 干法脱硫 湿法脱硫 从生成物的利用与否划分 抛弃法 回收法 美国环保局和联邦动力委员会通过三年的研究，得出的结论 “FGD是目前世界上最有效的、最可行、最佳SO2 排放控制技术”,3.2 炉内喷钙脱硫 炉内喷钙脱硫： 在煤的燃烧过程中加入钙基固硫剂而达到脱除烟气中二氧化硫的目的 特点： 投资小 工艺简单 易操作 占地省,1.炉内喷钙技术原理 钙基脱硫剂：主要为石灰石(C

8、aCO3)、熟石灰(Ca(OH)2)、白云石(CaCO3- MgCO3) 煅烧反应为： CaCO3CaO+CO2 Ca(OH)2CaO+H2O CaCO3-MgCO3CaO+MgO+2CO2,影响煅烧反应和脱硫率的主要因素-微孔结构 孔性质：比表面积、孔容积、空隙率、孔径分布 比表面积及空隙率：白云石最大，Ca(OH)2次之，CaCO3 为最小。 煅烧产物CaO与SO2 可发生如下的反应： CaO+SO2CaSO3 CaSO3+1/2CaO2CaSO4,CaO对SO2的吸收包括如下几个过程： （1）SO2 从主气流向颗粒外表面转移的气相传质； （2）SO2在多孔介质内的扩散； （3）SO2在孔

9、壁上的吸附； （4）SO2与CaO的化学反应以及产物层的形成； （5）SO2通过产物层向未反应CaO表面的扩散。,2. 炉内喷钙脱硫技术的现状 炉内喷钙脱硫在煤粉炉未广泛应用的原因： 炉内温度太高 烟气中含有较多的CO2和H2O 炉内喷入的脱硫剂容易发生烧结 表面积快速减少 反应活性和反应速率降低 当温度超过1300时，所产生的产物CaSO4 会，易于分解成CaO和SO2。 脱硫率较低(1030)%),新的研究进展 提高吸收剂的活性，改善SO2的扩散过程 以有机钙盐代替石灰石 以有机固体废弃物和石灰为燃料制备的有机钙混合物 优点： 方便地用于现有锅炉的脱硫脱硝，使锅炉达到环保要求 有效地回收和

10、利用城市固体废弃物，进一步改善环境 有机钙具有一定的热值，使用后能降低锅炉的煤耗 改变吸收剂的喷入位置，避免吸收剂的烧结失活,3. LIFAC 烟气脱硫技术 LIFAC烟气脱硫工艺 在燃煤锅炉炉内喷钙的基础上再配合在锅炉空气预热器后增加活化反应器进行烟气进一步脱硫 Limestone Injection into the Furnace and Activation Calcium Oxide 1986 年由芬兰的Tampella和IVO 公司开发投入运行,图 LIFAC工艺的工艺流程,活化器内的脱硫原理： CaO+H2OCa(OH)2 （水合反应） Ca(OH)2+SO2CaSO3+H2O

11、CaSO31/2CaSO4 影响活化器内脱硫效率的因素 雾化水量 液滴粒径 水雾分布 出口烟温等,活化器脱硫效率通常在40%60%之间。 整个LIFAC工艺系统的脱硫效率h ： h=h1+(1-h1)h2 通常整个LIFAC 工艺系统的脱硫率为60% 85% 脱硫灰再循环工艺 将从电除尘下来的粉尘返回一部分到活化器中再次利用 原因：活化器的出口烟气中含有一部分可加于利用的钙化物,烟气再加热 目的：将烟气温度提高到比露点高1015 原因：雾化水的蒸发导致活化水出口烟温的降低 加热工质：蒸气，空气或未经活化器的烟气 特点： 系统简单 投资低 中等脱硫效率 对机组影响不大 运行维护方便 适用于中、小

12、容量机组和老电厂的改造。,LIFAC的应用对锅炉运行的影响： （1）炉膛内在喷射石灰石后不会造成受热面的结焦、腐蚀和严重积灰，对受热面有时会出现轻微的积灰，采用常规吹灰器就可以消除； （2）由于烟气量、烟气温度、粉尘浓度和粉尘特性的改 变，电除尘器的除尘效率将略有下降； （3）增加活化器后烟道阻力将增加； （4）石灰石粉和载气、混合空气吹入炉膛后的化学反应对锅炉效率的影响将随钙硫比和脱硫效率而异，在一般情况下热量损失不超过总燃料量的0.3%； （5）由于增加了脱硫装置会导致厂用电的增加，其增加量约为总发电量的0.50.7%，其中以石灰石粉制备系统耗能最多,10.3 干法烟气脱硫技术 干法烟气脱

13、硫 所得到得脱硫产物是干态形式 特点： 投资较湿法低 无需装设除雾器及烟气再热器 适合于含硫量中等、有高品位石灰石来源的电厂应用,1.喷雾干法烟气脱硫工艺 图 典型的干法脱硫工艺流程,主要系统 （1）石灰浆制备系统 将生石灰制成粒度为50mm 、具有较高活性的石灰乳浆 （2）脱硫系统 石灰乳浆在吸收塔内被雾化成100mm 的雾粒，与烟气接触混合，完成烟气脱硫的化学反应,该工艺化学物理原理为： CaO+H2OCa(OH)2 SO2+H2OH2SO3 Ca(OH)2+H2SO3CaSO3+H2O CaSO3(液)+1/2O2CaSO4(液) CaSO3(液)CaSO3(固) CaSO4(液)CaS

14、O4(固),该工艺的主要优点 投资和占地面积相对较小 无废水排放 技术较为成熟 缺点 对吸收剂的质量要求较高 脱硫副产品大部分是CaSO3, 难于进行综合利用。,吸收塔的温度 要求足够地低，以满足脱硫化学反应的要求； 要求保证高于露点，以防止设备和烟道的腐蚀。 在钙硫比不变的情况下，通过水量的变化来控制吸收塔的出口温度。 影响喷雾干燥干法烟气脱硫效率的主要因素： （1）钙硫比 随着钙硫比的增加，脱硫率也增大，但其增大的幅度由大到小，最后趋于平稳。 （2）吸收塔出口烟温 温度越低，脱硫率越高。 SO2脱除反应的基本条件是吸收剂雾滴必须含有水分。 （3）灰渣再利用 提高钙的利用率，改善传热传质条件

15、，改善吸收塔塔壁结垢的趋势。,2.粉煤灰干式烟气脱硫技术 将煤灰、石灰和石膏以一定比例混合，经蒸汽熟化增加活性后干燥成直径约为6mm、长约为310mm 的圆柱形颗粒组成 日本北海道电力公司 1985年开始进行研究 1988年底完成工业实用化研究（处理烟气量为50000Nm3/h） 1991年首台煤灰脱硫装置（1/2 容量，处理烟气量644000Nm3/h）年投入运行,该项技术的特点： （1）脱硫率可以达到90% 以上，且性能稳定，达到了一般湿法脱硫的水平； （2）脱硫剂成本低，有益于环境保护； （3）用水量少，无需排水处理和排气再加热，设备总费用比湿法低1/4； （4）煤灰脱硫剂可以重复利用，

16、或可另作它用； （5）没有料浆系统，维护比较容易，设备简单可靠。 粉煤灰烟气脱硫的基本反应式为： 粉煤灰+ 石灰+ 石膏+SO2煤灰+石膏,特殊的效果： （1） 煤灰和石膏能加速脱硫化学反应，使反应完全 （2）脱硫效率超过活性炭，同时还具有脱硝的能力 （3）反应温度低，对脱硫有利，但会使水分的不利影响增大。,图 煤灰干式烟气脱硫基本原理及工艺流程,第一台大型实用的设备 地点：日本的占东厚真电厂。 运行参数为： 处理烟气量644000Nm3/h 入口SO2 浓度2288mg/m3 入口烟气含尘浓度200mg/Nm3, 脱硫率大于90%， Ca利用率大于80%， 占地面积为5000m2。,10.4 湿法烟气脱硫 湿法烟气脱硫工艺 使用石灰石、石灰或碳酸钠等浆液作为洗涤剂，在吸收塔内对烟气进行洗涤，从而除去烟气中的SO2 湿法烟气脱硫的优点为： （1）脱硫效率高，有的装置在Ca/S约等于1 时，脱硫效率大于90%； （2）吸收剂利用率高，