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精脱硫剂:是什么原因使企业大规模引进脱硫技术,加快烟气脱硫产业的发展脚

发布时间:2023-06-18 16:41:05    浏览次数:211次

我国烟气脱硫控制技术的研究开发始于60年代初,那时人们对烟气脱硫技术的意识不足,在加上研究费用庞大,总是会搁置在一旁。后来,作为脱硫剂研究该项目的技术人员聚在一起,对燃煤电厂、燃煤工业锅炉和冶金废气开展了烟气脱硫工艺研究、设备研制,取得实验室小试和现场中试结果,大家纷纷叫好称赞。80年代以来,许多企业看中了先前的成绩,纷纷开展了一系列研究、开发和产业化工作。原国家科委组织了“七五”和“八五”攻关项目,对国际上现有脱硫技术主要方法进行研究和实用性工程装置实验;国家自然科学基金委员会设立课题支持脱硫技术的基础研究,取得了很多成绩。国家科技部在“九五”期间,组织“中小锅炉实用脱硫防尘技术与装备研究及产业化”攻关课题,其中包括针对燃煤电厂烟气脱硫技术,采用脉冲电晕等离子体烟气脱硫新技术研究;与此同时,引进了脱硫技术项目,进行示范规模试验和工业化运行应用。“十五”期间,国家对烟气脱硫提出严格要求,企业大规模引进脱硫技术,烟气脱硫剂产业快速发展。

目前电厂脱硫主要采用下列两种方式:
    燃烧时加入石灰石进行固硫:这种脱硫办法只能应用于循环流化床燃煤锅炉。流化床锅炉几乎可以燃烧各种煤(如泥煤、褐煤、烟煤、贫煤、无烟煤),以及洗矸、煤矸石、焦碳、油页岩等劣质燃料,向循环流化床内直接加入石灰石、白云石等脱硫剂,可以脱去燃料在燃烧过程中生成的二氧化硫。目前在国内外受到重视,得到迅速发展。根据燃料中含硫量的大小确定加入的脱硫剂量,可以达到90%的脱硫效率。这时所需钙硫比值CA/S(摩尔比)在2~2.5之间,即石灰石耗量较大。

    燃烧后的烟气脱硫:目前对烟气进行脱硫,世界上应用广泛、技术成熟的是“石灰石-石膏湿法脱硫工艺”,脱硫效率达90%以上,所需钙硫比值CA/S(摩尔比)约1.0左右,石灰石耗量不算大。

国内一些电厂的烟气脱硫装置大部分是从欧洲、美国和日本引进技术。近几年,在国外技术基础上,我国研制出了一些适合国情的脱硫技术,已成熟应用的主要有:
    1、石灰石-石膏法烟气脱硫工艺:石灰石-石膏法脱硫工艺是世界上应用
广泛的一种脱硫技术,日本、德国、美国的火力发电厂采用的烟气脱硫装置约90%采用此工艺。
    该工艺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%。
    2、旋转喷雾干燥烟气脱硫工艺:喷雾干燥法脱硫工艺以石灰为脱硫吸收剂,石灰经消化并加水制成消石灰乳,消石灰乳由泵打入位于吸收塔内的雾化装置,在吸收塔内,被雾化成细小液滴的吸收剂与烟气混合接触,与烟气中的S02发生化学反应生成CaS03,烟气中的S02被脱除。与此同时,吸收剂带入的水分迅速被蒸发而干燥,烟气温度随之降低。脱硫反应产物及未被利用的吸收剂以干燥的颗粒物形式随烟气带出吸收塔,进入除尘器被收集下来。脱硫后的烟气经除尘器除尘后排放。为了提高脱硫吸收剂的利用率,一般将部分除尘器收集物加入制浆系统进行循环利用。该工艺有两种不同的雾化形式可供选择,一种为旋转喷雾轮雾化,另一种为气液两相流。
    喷雾干燥法脱硫工艺具有技术成熟、工艺流程较为简单、系统可靠性高等特点,脱硫率可达到85%以上。该工艺在美国及西欧一些国家有一定应用范围(8%)。脱硫灰渣可用作制砖、筑路,但多为抛弃至灰场或回填废旧矿坑。
    3、磷铵肥法烟气脱硫工艺:磷铵肥法烟气脱硫技术属于回收法,以其副产品为磷铵而命名。该工艺过程主要由吸附(活性炭脱硫制酸)、萃取(稀硫酸分解磷矿萃取磷酸)、中和(磷铵中和液制备)、吸收(磷铵液脱硫制肥)、氧化(亚硫酸铵氧化)、浓缩干燥(固体肥料制备)等单元组成。它分为两个系统:
    烟气脱硫系统-烟气经
除尘器后使含尘量小于200mg/Nm3,用风机将烟压升高到7000Pa,先经文氏管喷水降温调湿,然后进入四塔并列的活性炭脱硫塔组(其中一只塔周期性切换再生),控制一级脱硫率大于或等于70%,并制得30%左右浓度的硫酸,一级脱硫后的烟气进入二级脱硫塔用磷铵浆液洗涤脱硫,净化后的烟气经分离雾沫后排放。
    肥料制备系统-在常规单槽多浆萃取槽中,同一级脱硫制得的稀硫酸分解磷矿粉(P205含量大于26%),过滤后获得稀磷酸(其浓度大于10%),加氨中和后制得磷氨,作为二级脱硫剂,二级脱硫后的料浆经浓缩干燥制成磷铵复合肥料。
    4、炉内喷钙尾部增湿烟气脱硫工艺:炉内喷钙加尾部烟气增湿活化脱硫工艺是在炉内喷钙脱硫工艺的基础上在锅炉尾部增设了增湿段,以提高脱硫效率。该工艺多以石灰石粉为吸收剂,石灰石粉由气力喷入炉膛850~1150℃温度区,石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳,氧化钙与烟气中的二氧化硫反应生成亚硫酸钙。由于反应在气固两相之间进行,受到传质过程的影响,反应速度较慢,吸收剂利用率较低。在尾部增湿活化反应器内,增湿水以雾状喷入,与未反应的氧化钙接触生成氢氧化钙进而与烟气中的二氧化硫反应。当钙硫比控制在2.0~2.5时,系统脱硫率可达到65~80%。由于增湿水的加入使烟气温度下降,一般控制出口烟气温度高于露点温度10~15℃,增湿水由于烟温加热被迅速蒸发,未反应的吸收剂、反应产物呈干燥态随烟气排出,被除尘器收集下来。
    该脱硫工艺在芬兰、美国、加拿大、法国等国家得到应用,采用这一脱硫技术的
大单机容量已达30万千瓦。
    5、烟气循环流化床脱硫工艺:烟气循环流化床脱硫工艺由吸收剂制备、吸收塔、脱硫灰再循环、除尘器及控制系统等部分组成。该工艺一般采用干态的消石灰粉作为吸收剂,也可采用其它对二氧化硫有吸收反应能力的干粉或浆液作为吸收剂。
    由锅炉排出的未经处理的烟气从吸收塔(即流化床)底部进入。吸收塔底部为一个文丘里装置,烟气流经文丘里管后速度加快,并在此与很细的吸收剂粉末互相混合,颗粒之间、气体与颗粒之间剧烈磨擦,形成流化床,在喷入均匀水雾降低烟温的条件下,吸收剂与烟气中的二氧化硫反应生成CaS03和CaS04。脱硫后携带大量固体颗粒的烟气从吸收塔顶部排出,进入再循环除尘器,被分离出来的颗粒经中间灰仓返回吸收塔,由于固体颗粒反复循环达百次之多,故吸收剂利用率较高。
    此工艺所产生的副产物呈干粉状,其化学成分与喷雾干燥法脱硫工艺类似,主要由飞灰、CaS03、CaS04和未反应完的吸收剂Ca(0H)2等组成,适合作废矿井回填、道路基础等。典型的烟气循环流化床脱硫工艺,当燃煤含硫量为2%左右,钙硫比不大于1.3时,脱硫率可达90%以上,排烟温度约70℃。此工艺在国外目前应用在10~20万千瓦等级机组。由于其占地面积少,投资较省,尤其适合于老机组烟气脱硫。
    6、海水脱硫工艺:海水脱硫工艺是利用海水的碱度达到脱除烟气中二氧化硫的一种脱硫方法。在脱硫吸收塔内,大量海水喷淋洗涤进入吸收塔内的燃煤烟气,烟气中的二氧化硫被海水吸收而除去,净化后的烟气经除雾器除雾、经烟气换热器加热后排放。吸收二氧化硫后的海水与大量未脱硫的海水混合后,经曝气池曝气处理,使其中的SO被氧化成为稳定的SO42,并使海水的PH值与COD调整达到排放标准后排放大海。海水脱硫工艺一般适用于靠海边、扩散条件较好、用海水作为冷却水、燃用低硫煤的电厂。海水脱硫工艺在挪威比较广泛用于炼铝厂、炼油厂等工业炉窑的烟气脱硫,先后有20多套脱硫装置投入运行。近几年,海水脱硫工艺在电厂的应用取得了较快的进展。此种工艺
问题是烟气脱硫后可能产生的重金属沉积和对海洋环境的影响需要长时间的观察才能得出结论,因此在环境质量比较敏感和环保要求较高的区域需慎重考虑。
    7、电子束法脱硫工艺:该工艺流程有排烟预除尘、烟气冷却、氨的充入、电子束照射和副产品捕集等工序所组成。锅炉所排出的烟气,经过除尘器的粗滤处理之后进入冷却塔,在冷却塔内喷射冷却水,将烟气冷却到适合于脱硫、脱硝处理的温度(约70℃)。烟气的露点通常约为50℃,被喷射呈雾状的冷却水在冷却塔内
完全得到蒸发,因此,不产生废水。通过冷却塔后的烟气流进反应器,在反应器进口处将一定的氨水、压缩空气和软水混合喷入,加入氨的量取决于SOx浓度和NOx浓度,经过电子束照射后,SOx和NOx在自由基作用下生成中间生成物硫酸(H2SO4)和硝酸(HN03)。然后硫酸和硝酸与共存的氨进行中和反应,生成粉状微粒(硫酸氨(NH4)2S04与硝酸氨NH4N03的混合粉体)。这些粉状微粒一部分沉淀到反应器底部,通过输送机排出,其余被副产品除尘器所分离和捕集,经过造粒处理后被送到副产品仓库储藏。净化后的烟气经脱硫风机由烟囱向大气排放。
    8、氨水洗涤法脱硫工艺:该脱硫工艺以氨水为吸收剂,副产硫酸铵化肥。锅炉排出的烟气经烟气换热器冷却至90~100℃,进入预洗涤器经洗涤后除去HCI和HF,洗涤后的烟气经过液滴分离器除去水滴进入前置洗涤器中。在前置洗涤器中,氨水自塔顶喷淋洗涤烟气,烟气中的S02被洗涤吸收除去,经洗涤的烟气排出后经液滴分离器除去携带的水滴,进入脱硫洗涤器。在该洗涤器中烟气进一步被洗涤,经洗涤塔顶的除雾器除去雾滴,进入脱硫洗涤器。再经烟气换热器加热后经烟囱排放。洗涤工艺中产生的浓度约30%的硫酸铵溶液排出洗涤塔,可以送到化肥厂进一步处理或直接作为液体氮肥出售,也可以把这种溶液进一步浓缩蒸发干燥加工成颗粒、晶体或块状化肥出售。

    脱硫剂设备的辅助工具——烟气脱硫除尘器具有很高的经济效益、社会效益和经济效益。在工业锅炉和工业窑炉的脱硫除尘方面具有广阔的前景。该产品从提高吸收率着手,强化气液二相动功能程度,气相和液相不断交错换位,利于废气传质反应过程的进行。同时还具有气流阻力小,废气处理强度大。另外该设备结构合理,操作容易,使用方便不易堵塞,占地面积小等优点,目前在治理工业废气方面,该技术的优越性名列各类湿法脱硫剂除尘之首。