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烟气脱硫吸收剂的分类及原理

日期: 2015-11-16
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一、前言

烟气脱硫(FlueGasDesulfurization,FGD)是世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方法,是控制酸雨和二氧化硫污染的最为有效的和主要的技术手段。

目前,世界上各国对烟气脱硫都非常重视,已开发了数十种行之有效的脱硫技术,但是,其基本原理都是以一种碱性物质作为SO2的吸收剂,即脱硫剂。按脱硫剂的种类划分,烟气脱硫技术可分为如下几种方法。

1.以CaCO3(石灰石)为基础的钙法;

2.以MgO为基础的镁法;

3.以Na2SO3为基础的钙法;

4.以NH3为基础的氨法;

5.以有机碱为基础的有机碱法。

世界上普遍使用的商业化技术是钙法,所占比例在90以上。 烟气脱硫装置相对占有率最大的国家是日本。日本的燃煤和燃油锅炉基本上都装有烟气脱硫装置。众所周知,日本的煤资源和石油资源都很缺乏,也没有石膏资源,而其石灰石资源却极为丰富。因此,FGD的石膏产品在日本得到广泛的应用。这便是钙法在日本得到广泛应用的原因。因此,其他发达国家的火电厂锅炉烟气脱硫装置多数是由日本技术商提供的。

二、脱硫工艺的选择

在环境约束条件下,如何结合火电厂的内外部资源条件,科学合理地选择切合实际的脱硫工艺显得十分重要,它直接关系到脱硫系统乃至机组的安全可靠性和经济运行。

1.脱硫条件

1.1机组条件

新机组或老机组、机组容量、剩余寿命、燃煤硫分、漏风率和含尘量等参数必须设计准确。若设计参数不正确,将会出现以下问题:(1)机组漏风,烟气量大,脱硫投资增加;(2)实际燃煤含硫量远超过设计值,不能达到100%烟气脱硫;(3)烟气含尘量过高,导致石膏品质不合格。

1.2资源条件

脱硫吸收剂的来源直接影响到脱硫工艺的选择。另外,脱硫用水的水源水质作为脱硫吸收剂的载体也起着重要作用。因此,吸收剂及脱硫用水的来源也直接影响到脱硫工艺的选择。

1.3建设条件

包括场地和施工条件、施工周期等。脱硫装置的布置空间是脱硫工艺选择的一个重要条件,不同的脱硫工艺布置空间要求不同,只有充分满足其最小布置空间,该脱硫工艺才具备成立的条件。

2.技术比较

2.1脱硫效率

选择烟气脱硫工艺时,首先考虑的因素是SO2排放的控制水平,即环保法规、标准等对脱硫项目削减SO2排放量的具体要求。有了SO2削减量,进而计算脱硫项目最低的脱硫效率。

2.2钙硫比

钙硫比是表示达到一定脱硫效率时所需钙基吸收剂的过量程度,是影响脱硫效率的重要因素。一般来说,钙硫比越高,脱硫效率越高,同时脱硫工艺费用也越高。

2.3对机组影响和生产运行的适应性

2.3.1对锅炉和烟气系统的影响,不同工艺脱硫设备对锅炉和烟气系统影响各不相同,如湿法工艺安装在除尘器的下游,对锅炉和除尘器影响最小,但对出口烟道和烟囱会产生腐蚀。

2.3.2对机组运行的适应性,对于调峰机组,负荷变动较大,选择脱硫工艺时,脱硫系统必须能适应经常起停的状况,能耐受经常性的热冲击;有良好的负荷跟踪特性;脱硫系统停运后的维护工作量要小。

3.经济评价

脱硫装置的投资费用与经济社会效益是影响脱硫工艺选择的主要因素之一。经济评价应考虑主要因素:投资费用、年运行费用及经济效益。在技术性能相当或相差不多的条件下,经济性好的脱硫工艺为首选。

4.环境评估

脱硫工程属于环保工程,但作为一个建设项目也同样存在环境影响,如考虑不够周全,则会导致二次污染。潜在的环境影响主要有:脱硫吸收剂制备系统产生的扬尘和噪声;脱硫副产品处置,包括副产品抛弃堆存时对环境的影响;脱硫废水对水体的影响;脱硫后净烟气的抬升影响。

三、石灰石工艺原理

是用石灰或石灰石浆液吸收烟气的SO2,分为吸收和氧化两个阶段。先吸收生成亚硫酸钙,然后将亚硫酸钙氧化成硫酸钙即石膏湿式钙法,通常有抛弃法、回收法和双循环湿式钙法等,抛弃法和回收法区别在脱硫产物是否再利用。其中回收法的脱硫产物为二水石膏(CaSO4.2H2O),此法以日本应用最多。石膏的主要用途是作为建筑材料,高质量石膏作为石膏板材的原料。我国重庆珞磺电厂引进日本三菱公司的技术就是这种方法。但是,目前再我国脱硫石膏很难找到大规模的用途。对于湿法脱硫产物,值得注意的是,脱硫石膏应用途径可以参考磷肥工业中的石膏制硫酸过程。在该过程中,石膏被C(无烟煤或焦碳)还原SO2和CaO。SO2(以5左右浓度的空气混合物形式存在)可进一步被转化为硫酸。CaO则循环到脱硫吸收装置作为脱硫剂循环使用。因此,理论上,这个过程回收了烟气中的SO2生产工业浓硫酸[98(质量)],不消耗脱硫剂。而其还原剂煤在电厂也是十分丰富和方便。这个过程对高硫煤发电厂具有一定价值。

四、氨法工艺原理

以水溶液中的SO2和NH3的反应为基础:

1. SO2+H2O+xNH3 = (NH4) xH2-XSO3

得到亚硫酸铵中间产品,亚硫酸铵再进行氧化:

2.(NH4)XH2-XSO3+1/2O2 +(2-x)NH3=(NH4)2SO4

在美国,镁法和钠法得到了较深入的研究,但实践证明,它们都不如钙法。 在我国,氨法具有很好的发展土壤。我国是一个粮食大国,也是化肥大国。氮肥以合成氨计,我国的需求量目前达到33Mt/a,其中近45是由小型氮肥厂生产的,而且这些小氮肥厂的分布很广,每个县基本上都有氮肥厂。因此,每个电厂周围100km内,都能找到可以提供合成氨的氮肥厂,SO2吸收剂的供应很丰富。更有意义的是,氨法的产品本身就是化肥,就有很好的应用价值。氨法脱硫是回收法,副产高附加值的产品,可使氨增值,所以氨法脱硫的运行费用小,煤中含硫量愈高,运行费用愈低。

五、镁法脱硫工艺原理

镁法脱硫是采用镁矿石(主要成份为碳酸镁) 经过煅烧生成的氧化镁作为脱硫吸收剂,将氧化镁通过浆液制备系统制成氢氧化镁过饱和液,在脱硫吸收塔内与烟气充分接触,烟气中的二氧化硫与浆液中的氢氧化镁进行化学反应生成亚硫酸镁,从吸收塔排出的亚硫酸镁浆液经脱水处理后可供综合利用。由于吸收剂的活性较高,镁法脱硫采用较小容量的吸收塔和较小容量的浆液循环泵就可达到要求的脱硫效率,所以相对减少了设备的初期投资和运行费用。此外,本方法最突出的特点是脱硫剂可以循环利用,符合循环经济要求。采用脱硫副产品

亚硫酸镁制硫酸方案,将亚硫酸镁煅烧生成二氧化硫和氧化镁,其中二氧化硫可制成重要的工业原料硫酸,氧化镁作为脱硫原料可重复利用,正常时每一个循环只需要补充不超过10 %的氧化镁,这样,可大大降低氧化镁的消耗量和脱硫成本,也避免了因副产物抛弃造成的环境污染,实现了氧化镁的循环利用。

目前脱硫方法已有上百种,例如海水脱硫工艺,电子束法脱硫工艺,双碱法烟气脱硫等等,原理不过就是以上的几种理论, 每一个项目运行前需要加装脱硫装置,需要用那一种脱硫剂,都是要根据当地的实际情况,副产物的利用情况综合考虑。


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