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电厂湿法干法半干法脱硫技术工艺流程及优缺点
作者:  来源: http://hebeichengyu.cn/shzrs/n2042.html   发布时间:2019-05-29




着我国环境压力逐年增大,国家排放要求进一步收紧,电厂烟气脱硫技术也得到了快速发展。目前烟气脱硫技术种类达几十种,按脱硫过程是否加水和脱硫产物的干湿形态,烟气脱硫分为:湿法、半干法、干法三大类脱硫工艺。目前,湿法烟气脱硫技术最为成熟,已得到大规模工业化应用,但由于投资成本高还需对工艺和设备进行优化;干法烟气脱硫技术不存在腐蚀和结露等问题,但脱硫率远低于湿法脱硫技术,一般单想电厂都不会选用,须进一步开发基于新脱硫原理的干法脱硫工艺;半干法脱硫技术脱硫率高,但不适合大容量燃烧设备。不同的工况选择最符合的脱硫方法才会得到最大的经济效益,接来下小七根据电厂脱硫技术的选择原则来分析各种工艺的优缺点、适用条件。

电厂脱硫技术的选择原则:

1、脱硫技术相对成熟,脱硫效率高,能达到环保控制要求,已经得到推广与应用。

2、脱硫成本比较经济合理,包括前期投资和后期运营。

3、脱硫所产生的副产品是否好处理,最好不造成二次污染,或者具有可回收利用价值。

4、对发电燃煤煤质不受影响,及对硫含量适用范围广。

5、脱硫剂的能够长期的供应,且价格要低廉

湿法烟气脱硫

湿法烟气脱硫技术是指吸收剂为液体或浆液的脱硫技术,最大的优点是反应速度快、脱硫效率高,最大的缺点就是前期投资、后期运行成本高和副产品处理困难。湿法烟气脱硫技术是目前技术最为成熟,也是我国使用最广泛的,据不完全统计, 已建和在建火电厂的烟气脱硫项目中, 90 % 以上采用湿法烟气脱硫技术。

1石灰石—石膏湿法脱硫工艺

工艺流程


石灰石—石膏湿法脱硫技术是将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合,烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙,硫酸钙达到一定饱和度后,结晶形成二水石膏。经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水,使其含水量小于10%,然后用输送机送至石膏贮仓堆放,脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴,再经过换热器加热升温后,由烟囱排入大气。由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触,吸收剂利用率很高,钙硫比较低,脱硫效率可大于95% 。

技术和经济性

石灰石—石膏法脱硫工艺流程简单、技术先进又可靠,脱硫效率高达95%以上,是目前国内外烟气脱硫应用最广泛的脱硫工艺。但是系统复杂、设备庞大、耗水量大、一次性投资高,一般适用于大型电厂。

催化剂及副产品处理与利用

使用的催化剂为石灰石,资源丰富,价廉易得。生成物是液体或淤渣,较难处理,经浓缩、脱水后可用来制石膏,但是对设备腐蚀性严重,结垢堵塞问题不易解决。

适用范围

单塔处理脱硫量大,适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫,对锅炉的适应性强,一般在大型电厂或大功率锅炉使用。

2双碱脱硫工艺

工艺流程


双碱法烟气脱硫技术是利用氢氧化钠溶液作为启动脱硫剂,配制好的氢氧化钠溶液直接打入脱硫塔洗涤脱除烟气中?SO2?来达到烟气脱硫的目的,然后脱硫产物经脱硫剂再生池还原成氢氧化钠再打回脱硫塔内循环使用。

技术和经济性

双碱法烟气脱硫技术是为了克服石灰石—石灰法容易结垢的缺点而发展起来的。技术相对比较成熟,小型锅炉、窑炉脱硫除尘绝大多采用双碱法脱硫 除尘工艺。在前期投资较省,但长期运营成本高。

催化剂及副产品处理与利用

双碱法是采用钠基脱硫剂进行塔内脱硫,以氢氧化钠为原料,脱硫系统的最终脱硫产物仍然是石膏浆,具体成分为 CaSO3 、 CaSO4 ,还有部分被氧化后的钠盐 NaSO4 。从沉淀池底部排浆管排出,由排浆泵送入水力旋流器。由于固体产物中掺杂有各种灰分及 NaSO4 ,严重影响了石膏品质,所以一般以抛弃为主。

适用范围

双碱法脱硫工艺降低了投资及运行费用,比较适用于中小型锅炉进行脱硫改造的脱硫除尘器。

3氨法烟气脱硫工艺

工艺流程


含二氧化硫烟气通过锅炉引风机进入预洗塔的底部,与洗涤水逆流接触,清出烟气中的灰尘,然后烟气经均布器升入浓缩段利用烟气热量提浓脱硫液,烟气温度降至50℃~60℃,再进入脱硫塔吸收段。在吸收段,烟气与氨水液充分接触反应,吸收掉绝大部分的SO2,最后经除雾器除雾成为净化烟气,通过脱硫塔顶部烟囱排放。液相吸收剂氨水经氨水泵送入脱硫塔,吸收烟气中的SO2生成亚硫酸铵,生成物在脱硫塔底部(有的在塔外氧化)氧化段被空压机鼓入的空气氧化成硫酸铵溶液。部分硫酸铵溶液打入洗涤浓缩段,一方面烟气冷却,同时自身水分得到蒸发,形成固含量约为5%~10%的硫酸铵浆液。

技术和经济性

氨法脱硫工艺虽然起步晚,但也已经成熟。相对于石灰石-石膏法脱硫工艺来说,氨法脱硫可较容易实现98%以上的脱硫效率,并可与SCR等脱硝工艺共用氨供应系统等,且副产品硫酸铵利用价值相对较高,经济效益明显,逸氨量控制技术需要完善,否则氮氧化物会破坏大气。美国John Brown工程师和建筑师有限公司表示:通过大量、高价值的副产品生产,氨法烟气脱硫可以获得卓越的投资效益。

催化剂及副产品处理与利用

氨法以氨为原料,其形式可以是液氨、氨水和碳铵。目前我国火电厂年排放二氧化硫约1000万吨,即使全部采用氨法脱硫,用氨量不超过500万吨/年,供应完全有保证。

氨回收法脱硫装置的运行过程即是硫酸铵的生产过程,每吸收1吨液氨可脱除2吨二氧化硫,生产4吨硫酸铵。

适用范围

处理脱硫量大,适用范围广,设备较简单,即可满足大型电厂的使用要求,也更容易实现旧锅炉的改造,可大幅提高脱硝效率。

4氧化镁法脱硫工艺

工艺流程


锅炉烟气由引风机送入吸收塔预冷段,冷却至适合的温度后进入吸收塔,往上与逆向流下的吸收浆液反应,氧化镁法脱硫法脱去烟气中的硫份。吸收塔顶部安装有除雾器,用以除去净烟气中携带的细小雾滴。净烟气经过除雾器降低烟气中的水分后排入烟囱。粉尘与脏东西附着在除雾器上,会导致除雾器堵塞、系统压损增大,需由除雾器冲洗水泵提供工业水对除雾器进行喷雾清洗。

技术和经济性

有资料显示,目前美国、欧洲、日本火电厂80%的机组容量均采用镁法脱硫,中国台湾电厂的95%机组容量也是采用镁法脱硫技术相对成熟。由于氧化镁作为脱硫本身有其独特的优越性,因此在吸收塔的结构设计、循环浆液量的大小、系统的整体规模、设备的功率都可以相应较小,这样一来,整个脱硫系统的投资费用可以降低20%以上,不易结垢,设备维护方便。


催化剂及副产品处理与利用

氧化镁法脱硫法以氧化镁为原料,在我国氧化镁的储量十分可观,目前已探明的氧化镁储藏量约为160亿吨,占全世界的80%左右。脱硫系统的最终脱硫产物主要是硫酸镁溶液,硫酸镁溶液通过泵输送至硫酸镁后处理工段,进行蒸发结晶、离心脱水及干燥包装等处理,制备出七水硫酸镁。

适用范围

氧化镁法脱硫法适用性强,大小规模的锅炉均可满足。

目前我国石灰石—石膏湿法脱硫工艺在电厂脱硫方面一家独大,但是在成本、运行稳定性、反应生成物处理方面有明显劣势,更加高效稳定的氨法和氧化镁法脱硫工艺会逐步推广,蚕食石灰石—石膏湿法脱硫工艺的市场。

干法脱硫

干法脱硫工艺工艺用于电厂烟气脱硫始于20世纪80年代初。传统的干法脱硫工艺主要有干法喷钙脱硫工艺、荷电干法吸收剂喷射脱硫法、电子束照射法、吸附法等。传统的干法脱硫技术有工艺简单投资少,设备简占地面积小且不存在腐蚀和结露,副产品是固态无二次污染等优点,在缺水地区优势明显。但是脱硫效率很低,一般脱硫效率只能达到70%左右,难以满足排放要求。

干法喷钙脱硫工艺

工艺介绍


磨细的石灰石粉通过气力方式喷人锅炉炉膛中温度为900~1250℃的区域在炉内发生的化学反应包括石灰石的分解和煅烧,SO2和SO3与生成的CaO之间的反应。颗粒状的反应产物与飞灰的混合物被烟气流带人活化塔中;剩余的CaO与水反应,在活化塔内生成Ca(OH)2,而Ca(OH)2很快与SO2反应生成CaSO3,其中部分CaSO3被氧化成CaSO4;脱硫产物呈干粉状,大部分与飞灰一起被电除尘器收集下来,其余的从活化塔底部分离出来从电除尘器和活化塔底部收集到的部分飞灰通过再循环返回活化塔中。

优缺点

干法喷钙脱硫工艺技术具有占地小、系统简单、投资和运行费用相对较少、无废水排放等优点;但脱硫率为60%~80%,而且该技术需要改动锅炉,会对锅炉的运行产生一定影响。我国南京下关电厂和绍兴钱清电厂从芬兰引进的干法喷钙脱硫工艺脱硫技术和设备目前已投入运行。

荷电干法吸收剂喷射脱硫工艺


工艺介绍

吸收剂以高速流过喷射单元产生的高压静电电晕充电区,使吸收剂带有静电荷,当吸收剂被喷射到烟气流中,吸收剂因带同种电荷而互相排斥,表面充分暴露,使脱硫效率大幅度提高。

优缺点

此方法无设备污染及结垢现象,不产生废水废渣,副产品还可以作为肥料使用,无二次污染物产生,脱硫率大于90%,而且设备简单,适应性比较广泛。但是此方法脱硫靠电子束加速器产生高能电子;对于一般的大型企业来说,需大功率的电子枪,对人体有害,故还需要防辐射屏蔽,所以运行和维护要求高。四川成都热电厂建成一套电子脱硫装置,烟气中SO2的脱硫达到国家排放标准。

吸附法

工艺介绍


吸附法是用多孔性的固体物质处理流体混合物,使其中所含的一种或数种组分吸附于固体表上。而与其它组分分离,这一过程称为吸附。换句话来说,吸附是指物质在二相之间界面的积聚或浓缩。它是建立在分子扩散基础上的物质表面现象。通常利用吸附现象,用多孔性固体处理气体混合物,使其中所含的一种或几种组分浓集在固体表面,而与其他组分分开。主要的吸附剂是活性炭。

优缺点

吸附法对低浓度SO2具有很高的净化效率,设备简单,操作方便,可实现自动控制,能有效地回收SO2,实现废物资源化。但是活性炭脱硫剂及脱硫装置成本偏高脱硫效率偏低,脱硫速度慢,再生频繁,影响了工业化推广,水洗再生耗水量大,易造成二次污染等缺点也较突出。

电子束照射法


用高能电子束照射烟气,生成大量的活性物质,将烟气中的SO2和氮氧化物氧化为SO3和二氧化氮(NO2),进一步生成H2SO4和硝酸(NaNO3),并被氨(NH3)或石灰石(CaCO3)吸收剂吸收

工艺介绍

电子束照射法是用高能电子束照射烟气,生成大量的活性物质,将烟气中的SO2和氮氧化物氧化为SO3和二氧化氮(NO2),进一步生成H2SO4和硝酸,并被氨或石灰石吸收剂吸收。

优缺点

电子束照射法能同时脱除硫氧化物和氮氧化物,具有进一步满足我国对脱硝要求的潜力;系统简单,操作方便,过程易于控制,对烟气成分和烟气量的变化具有较好的适应性和跟踪性;产品可作肥料利用,产生一定经济效益;脱硫效率高,脱硫效率在80%~94%之间。电子束工艺的静态投资相对于干法工艺较高,但略低于湿法工艺,在不考虑副产品利用的情况下,电子束工艺的处理费用是湿法工艺的2倍左右。在考虑副产品利用的情况下,两者处理费用相差无几。

干法超低排放技术

所谓的干法超低排放技术就是龙净技术团队开发的烧结烟气干法脱硫及多组份污染物协同净化工艺 。该工艺实现了更优的“50355+530”排放指标,即NOx<50mg/Nm3、SO2<35mg/Nm3、烟尘<5mg/Nm3 、SO3<5 mg/Nm3、Hg<3μg/Nm3(国家现行标准Hg为30μg/Nm3,美国正在酝酿的Hg新标准为0.45μg/Nm3),“0”则指的是零废水;在实现超低排放的同时,投资比传统工艺节约至少30%;并且没有废水排放,排烟温度更高,排烟透明,无明显烟迹;而且没有腐蚀,全流程无需防腐;副产物为干态,可以多渠道综合利用,实现循环经济。

该技术已经在福建华电永安发电公司2×300MW CFB机组超低排放项目、山西国金2×350MW 超临界CFB机组超低排放项目、山西国峰2×350MW 超临界CFB机组超低排放项目、神华国能福建雁石电厂2×300MW CFB超低排放项目等多个项目中使用并且运行平稳。

半干法脱硫

通过前面的介绍,大家应该对干湿法脱硫工艺都有了而基本的了解,湿法脱硫工艺主要的优点是反应速率快、脱硫率高,缺点会产生大量废水废液、易造成二次污染;干法脱硫工艺主要的优点是副产品为固态,利于综合应用,但是反应速率慢,脱硫率较低的缺点十分明显。半干法是把脱硫过程和脱硫产物处理分别采用不同的状态反应,特别是在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物的半干法,既有湿法脱硫工艺反应速度快、脱硫效率高的优点,又有干法脱硫工艺无废水废液排放、在干状态下处理脱硫产物的优势,是除硫工艺重要发展方向。

喷雾半干法

工艺介绍


喷雾半干法是利用喷雾干燥原理,将吸收剂浆液雾化喷入吸收塔。在吸收塔内,吸收剂在与烟气中的二氧化硫发上化学反应的同时,吸收烟气中的热量使吸收剂中的水分蒸发干燥,脱硫反应后的废渣以干态排出。

优缺点

工艺流程比石灰石-石膏法简单,投资也较小。缺点是脱硫率较低,一般为70-80%、操作弹性较小、钙硫比高,运行成本高、副产物无法利用。国内使用较少,青岛黄岛电厂使用此工艺,运行存在塔壁积灰、雾化器堵塞磨损严重等问题。

炉内喷钙尾部增湿活化法

工艺介绍


将磨细石灰石粉用气流输送方法喷射到炉膛上部温度为900~1250℃的区域,CaCO3立即分解并与烟气中的SO2和少量的SO3反应生成CaSO4。在活化器内炉膛中未反应的CaO与喷入的水反应生成Ca(OH)2,SO2与生成Ca(OH)2快速反应生成CaSO3,有部分被氧化成CaSO4。

优缺点

优点是设备投资较小,但是在优化炉内喷钙条件下,CaCO3热解生成高活性CaO,虽然难以直接在炉内得到很高的脱硫率,但炉内未与SO2反应的CaO在锅炉后部喷水增湿、水合为Ca(OH)2,低温下可再次与SO2反应,能显著提高系统脱硫率和钙基吸着剂利用率,但脱硫率较一般在60%~70%。总的来看,炉内脱硫率和钙基吸着剂利用率都不够高,其技术经济性能的竞争力不够强。

烟气循环流化床法

工艺介绍


从锅炉出来的含有粉尘和SO2的烟气,从脱硫塔的底部经过文丘里管上升,进入塔内。生石灰在消化器内加水消化后,在消石灰仓储存。将一定量的消石灰粉和水在文丘里喉口上端加入,在脱硫塔内与烟气混合流动,并与烟气中的SO2反应,生成亚硫酸钙和硫酸钙。携带反应产物和煤灰的烟气冷却到稍高于露点以上的温度,进入后面的布袋除尘器。反应产物和煤灰被除尘器处理后,通过空气斜槽返回塔内,再次循环参与脱硫反应。在垃圾焚烧炉烟气净化中,在除尘器前加入活性炭末,通过多次循环,以达到脱除重金属、二噁英的效果,脱硫灰通过仓泵输灰至灰仓外排。由于消石灰、煤灰和反应产物多次在脱硫塔和除尘器之间循环,增加了反应时间,消石灰的作用得以充分发挥,用量减少,同时脱硫效率得以提高。

优缺点

烟气循环流化床法脱硫效率高,对高硫煤(含硫3%以上)也能达到90%以上的脱硫效率,是目前干法、半干法等类脱硫技术中单塔处理能力最大、脱硫综合效益最优越的一种方法;

)由于床料循环利用,从而提高了吸收剂的利用率;在相同的脱硫效率下,与传统的半干法比较,吸收剂可节省30%;脱硫产物为干灰以固态排放;可实现大型化。主要缺点是对锅炉负荷变化的适应性差;脱硫和除尘相互影响,脱硫系统之后必须再加除尘设备,运行控制要求较高。

建议

综合比较各种脱硫工艺,目前脱硫设备设计规程要求是大容量机组或设计煤种含硫量超过2%的机组优选湿法工艺,脱硫效率要求90%以上。200MW以下或者剩余寿命低于10年的老机组,以及设计煤种含硫量低于2%的机组,推荐采用干式、半干式或其他费用相对经济的脱硫技术,脱硫效率要求仅为75%。具体选型根据吸收剂、水、副产品市场等因素和具体要求选取经济效益最佳工艺。