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博九湿法烟气脱硫的原理

时间:2020-11-15 06:50

  湿法烟气脱硫的原理_能源/化工_工程科技_专业资料。湿法烟气脱硫的原理 湿法烟气脱硫的原理 1 湿法烟气脱硫的基本原理 (1)物理吸收的基本原理 气体吸收可分为物理吸收和化学吸收两种。如果吸收过程不发生显著的化学反应,单纯是被吸收气 体溶解于液体的过程

  湿法烟气脱硫的原理 湿法烟气脱硫的原理 1 湿法烟气脱硫的基本原理 (1)物理吸收的基本原理 气体吸收可分为物理吸收和化学吸收两种。如果吸收过程不发生显著的化学反应,单纯是被吸收气 体溶解于液体的过程,称为物理吸收,如用水吸收 SO2。物理吸收的特点是,随着温度的升高,被吸气体 的吸收量减少。 物理吸收的程度,取决于气--液平衡,只要气相中被吸收的分压大于液相呈平衡时该气体分压时, 吸收过程就会进行。由于物理吸收过程的推动力很小,吸收速率较低,因而在工程设计上要求被净化气 体的气相分压大于气液平衡时该气体的分压。物理吸收速率较低,在现代烟气中很少单独采用物理吸收 法。 (2)化学吸收法的基本原理 若被吸收的气体组分与吸收液的组分发生化学反应,则称为化学吸收,例如应用碱液吸收 SO2。应用 固体吸收剂与被吸收组分发生化学反应,而将其从烟气中分离出来的过程,也属于化学吸收,例如炉内 喷钙(CaO)烟气脱硫也是化学吸收。 在化学吸收过程中,被吸收气体与液体相组分发生化学反应,有效的降低了溶液表面上被吸收气体 的分压。增加了吸收过程的推动力,即提高了吸收效率又降低了被吸收气体的气相分压。因此,化学吸 收速率比物理吸收速率大得多。 物理吸收和化学吸收,都受气相扩散速度(或气膜阻力)和液相扩散速度(或液膜阻力)的影响, 工程上常用加强气液两相的扰动来消除气膜与液膜的阻力。在烟气脱硫中,瞬间内要连续不断地净化大 量含低浓度 SO2 的烟气,如单独应用物理吸收,因其净化效率很低,难以达到 SO2 的排放标准。因此, 烟气脱硫技术中大量采用化学吸收法。用化学吸收法进行烟气脱硫,技术上比较成熟,操作经验比较丰 富,实用性强,已成为应用最多、最普遍的烟气脱硫技术。 (3)化学吸收的过程 化学吸收是由物理吸收过程和化学反应两个过程组成的。在物理吸收过程中,被吸收的气体在液相 中进行溶解,当气液达到相平衡时,被吸收气体 的平衡浓度,是物理吸收过程的极限。被吸收气体中的 活性组分进行化学反应,当化学反应达到平衡时,被吸收气体的消耗量,是化学吸收过程的极限。这里 用 Ca(OH)2 溶液吸收 SO2 加以说明。 SO2(气体) SO2(液体)+Ca(OH)2 → CaSO3+H2O ← 化学吸收过程中,被吸收气体的气液平衡关系,即应服从相平衡关系,又应服从化学平衡关系。 (4)化学吸收过程的速率及过程阻力 化学吸收过程的速率,是由物理吸收的气液传质速度和化学反应速度决定的。化学吸收过程的阻力, 也是由物理吸收气液传质的阻力和化学反应阻力决定的。 在物理吸收的气液传质过程中,被吸收气体气液两相的吸收速率,主要取决于气相中被吸收组分的 分压,和吸收达到平衡时液相中被吸收组分的平衡分压之差。此外,也和传质系数有关,被吸收气体气 液两相间的传质阻力,通常取决于通过气膜和液膜分子扩散的阻力。 烟气脱硫通常是在连续及瞬间内进行,发生的化学反应是极快反应、快反应和中等速度的反应,如 NaOH、Na2CO3、和 Ca(OH)2 等碱液吸收 SO2。为此,被吸收气体气液相间的传质阻力,远较该气体在液相 中与碱液进行反应的阻力大得多。对于极快不可逆反应,吸收过程的阻力,其过程为传质控制,化学反 应的阻力可忽略不计。例如,应用碱液或氨水吸收 SO2 时,化学吸收过程为气膜控制,过程的阻力为气 膜传质阻力。 液相中发生的化学反应,是快反应和中等速度的反应时,化学吸收过程的阻力应同时考虑传质阻力 和化学反应阻力。 (5)碱液浓度对传质速度的影响 研究得出,应用碱液吸收酸性气体时,碱液浓度的高低对化学吸收的传质速度有很大的影响。当碱液的 浓度较低时,化学传质的速度较低;当提高碱液浓度时,传质速度也随之增大;当碱液浓度提高到某一 值时,传质速度达到最大值,此时碱液的浓度称为临界浓度;当碱液浓度高于临界浓度时传质速度并不 增大。 为此,在烟气脱硫的化学吸收过程中,当应用碱液吸收烟气中的 SO2 时,适当提高碱液的浓度,可 以提高对 SO2 的吸收效率。但是,碱液的浓度不得高于临界浓度。超过临界浓度之后,进一步提高碱液 的浓度,脱硫效率并不能提高。可以得出,在烟气脱硫中,吸收 SO2 的碱液浓度,并非愈高愈好。碱液 的最佳浓度为临界浓度,此时脱硫效率最高。 (6)主要化学反应 在湿法烟气脱硫中,SO2 和吸收剂的主要化学反应如下 (7)同水的反应 SO2 溶于水形成亚硫酸 H2O+SO2 ──→ H2SO3 ──→ H+HSO3 ──→ 2H+ + SO32 ←── ←── ←── 温度升高时,反应平衡向左移动。 (8)同碱反应 SO2 及易与碱性物质发生化学反应,形成亚硫酸盐。碱过剩时生成正盐;SO2 过剩时形成酸式盐。 2MeOH+SO2 ─→Me2SO3+H2O Me2SO3+SO2+H2O ─→ 2MeHSO3 Me2SO3+MeOH ─→ Me2SO4+H2O 亚硫酸盐不稳定,可被烟气中残留的氧气氧化成硫酸盐: Me2SO3+1/2O2─→MeSO4 (9)同弱酸盐反应 SO2 易同弱酸盐反应生成亚硫酸,继之被烟气中的氧气氧化成稳定的硫酸盐。如同石灰石反应: CaCO3+SO2+1/2H2O ─→CaSO3?1/2H2O+CO2↑ 2CaSO3?1/2H2O+O2+3H2O ─→2CaSO4?2H2O (10)同氧化剂反应 SO2 同氧化剂反应生成 SO3 SO2+1/2O2 催化剂 SO3 ─────→ 在催化剂的作用下,可加速 SO2 氧化成 SO3 的反应。在水中,SO2 经催化剂作用被迅速氧化成 SO3, 并生成 H2SO4: SO2+1/2O+H2O 催化剂 H2SO4 ─────→ 1.6.5 同金属氧化物的反应 金属氧化物,如 MgO、ZnO、MnO、CuO 等,对 SO2 均有吸收能力,然后再用加热的方法使吸收剂再生, 并得到高浓度的 SO2。这里以 MgO 为例加以说明: MgO+H2O ─→Mg(OH)2 Mg(OH)2+SO2+5H2O ─→MgSO3?6H2O MgSO3?6H2O △ MgSO3+6H2O↑ ───→ MgSO3 △ MgO+SO2 ───→ 吸收剂再生后可循环使用,并可回收 SO2,达到高浓度的气态 SO2。经液化后得到液态 SO2。 2、湿法烟气脱硫用脱硫剂 在化学吸收烟气脱硫中,吸收剂的性能从根本上决定了 SO2 吸收操作的效率,因而对吸收剂的性能有一 定的要求。 (1)吸收能力高 要求对 SO2 具有较高的吸收能力,以提高吸收速率,减少吸收剂的用量,减少设备体积和降低能耗。 (2)选择性能好 要求对 SO2 具有良好的选择性能,对其他组分不吸收或吸收能力很低,确保对 SO2 具有较高的吸收 能力。 (3)挥发性低,无毒,不易燃烧,化学稳定性好,凝固点低,不发泡,易再生,粘度小,比热小。 (4)不腐蚀或腐蚀小,以减少设备投资及维护费用。 (5)来源丰富,容易得到,价格便宜。 (6)便于处理及操作,不易产生二次污染。 完全满足上述要求的吸收剂是很难选择到的。只能根据实际情况,权衡多方面的因素有所侧重地加 以选择。石灰(CaO)、氢氧化钙[Ca(OH)2、碳酸钙(CaCO3),是烟气脱硫较为理想的吸收剂,因而在 国内外烟气脱硫中获得最广泛地应用。 工业上利用废碱液吸收燃煤工业锅炉烟气中的 SO2,利用锅炉冲渣水和湿法除尘循环水在除尘的同时 吸收 SO2 等,已有成功的范例。从资源综合利用,以废治废,避免和减轻二次水污染角度出发来选择吸 收剂,具有更重要的意义。 3、湿法烟气脱硫的类型及工艺过程 (1)类型 根据各种不同的吸收剂,湿法烟气脱硫可分为石灰石/石膏法、氨法、钠碱法、铝法、金属氧化镁法 等,每一类型又因吸收剂不同。 (2)工艺过程 湿法烟气脱硫的工艺过程多种多样,但他们也具有相似的共同点:含硫烟气的预处理(如降温、增 湿、除尘),吸收,氧化,富液处理(灰水处理),除雾(气水分离),被净化后的气体再加热,以及产品 浓缩和分离等。石灰石/石灰——石膏法,是燃煤煤电厂应用最广泛、最多的典型的湿法烟气脱硫技术。 我国燃煤锅炉湿法烟气脱硫工艺过程较多,其中较典型的工艺过程为旋流塔板高效脱硫除尘工艺过 程和湿法氧化镁延期脱硫工艺过程。 4、湿法烟气脱硫主要设备 湿法烟气脱硫主要设备是指脱硫塔(或洗涤塔、洗涤器)和脱硫除尘器。 对脱硫塔和脱硫除尘器的要求 用于燃煤发电厂烟气脱硫的大型脱硫装置称为脱硫塔,而用于燃煤工业锅炉和窑炉烟气脱硫的小型 脱硫除尘装置多称为脱硫除尘器。在脱硫塔和脱硫尘器中,应用碱液洗涤含 SO2 的烟气,对烟气中的 SO2 进行化学吸收。为了强化吸收过程,提高脱硫效率,降低设备的投资和运行费用,脱硫塔和脱硫除尘器 应满足以下的基本要求: (1)气液间有较大的接触面积和一定的接触时间; (2)气液间扰动强烈,吸收阻力小,对 SO2 的吸收效率高; (3)操作稳定,要有合适的操作弹性; (4)气流通过时的压降要小; (5)结构简单,制造及维修方便,造价低廉,使用寿命长; (6)不结垢,不堵塞,耐磨损,耐腐蚀; (7)能耗低,不产生二次污染。 SO2 吸收净化过程,处理的是低浓度 SO2 烟气,烟气量相当可观,要求瞬间内连续不断地高效净化烟 气。因而,SO2 参加的化学反应应为极快反应,它们的膜内转化系数值较大,反应在膜内发生,因此选用 气相为连续相、湍流程度高、相界面较大的吸收塔作为脱硫塔和脱硫除尘器比较合适。通常,喷淋塔、 填料塔、喷雾塔、板式塔、文丘里吸收塔等能满足这些要求。其中,填料塔因其气液接触时间和气液比 均可在较大的范围内调节,结构简单,在烟气脱硫中获得广泛地应用。 常见吸收塔的性能 目前国内外燃煤电厂常用的脱硫塔,主要有喷淋空塔、填料塔、双回路塔及喷射鼓炮塔等四种。脱 硫除尘器 近年来,我国许多部门对燃煤工业锅炉及窑炉烟气脱硫技术进行了研究及开发。为了经济简便起见, 常常将烟气除尘及脱硫一体化处理,即在同一个设备内处理。为此,将脱硫除尘一体化设备成为脱硫除 尘器。 我国中小型燃煤锅炉常用的脱硫除尘器,主要有旋流塔板脱硫除尘器、空心塔脱硫除尘器、填料塔 脱硫除尘器以及流化床脱硫除尘器等。 5、湿法烟气脱硫技术的应用 (1)湿法烟气脱硫在燃煤发电厂及中小型燃煤锅炉上获得广泛的应用,成为当今世界上燃煤发电厂采用 的脱硫主导工艺技术。这是由于湿法烟气脱硫效率高、设备小、易控制、占地面积小以及适用于高中低 硫煤等。 目前,在国内外燃煤发电厂中,湿法烟气硫占总烟气脱硫的 85%左右,并有逐年增加的趋势。在我国 中小型燃煤锅炉中,湿法烟气脱硫占 98%以上,接近 100%。 (2)在国内外燃煤发电厂中,湿法烟气脱硫中,石灰石/石灰——石膏法、石灰石/石灰抛弃法烟气 脱硫,占烟气脱硫总量的 83%左右,其中石灰石/石灰——石膏法占 45%以上,并有逐年增加的趋势,而 石灰石/石灰-石膏抛弃法呈逐年下降的趋势。 这是由于石灰石/石灰——石膏法副产建筑材料石膏,对环境不造成二次污染所致。在我国中小型燃 煤锅炉上,石灰抛弃法烟气脱硫占主导地位,SO2 一般不回收,多以硫酸盐或亚硫酸盐抛弃。 (3)湿法石灰石/石灰——石膏烟气脱硫中,由于石灰石来源丰富,价格比石灰低得多,多年来形 成了湿法石灰石——石膏烟气脱硫技术,并在国内外燃煤发电厂中获得广泛的应用,其应用量有逐年增 加的趋势。 (4)湿法石灰石/石灰工艺可适用于高中低硫煤种。 (5)湿法烟气脱硫技术,尤其是石灰石/石灰烟气脱硫技术,除在燃煤发电厂获得广泛应用外,在 硫酸工业、钢铁工业、有色冶金工业、石油化工以及燃煤工业窑炉等烟气脱硫中也获得广泛的应用。 (6)美国烟气脱硫工程的基本建设投资费用,占电厂总投资的 10~20%。我国珞璜电厂已运行的 2 台 36 万 KW 机组,湿法石灰石/石灰——石膏法烟气脱硫总投资为亿元,占电厂同期总投资的%,年运行费用 为 8319 万元,脱除每吨 SO2 的费用为 945 元。 可见,削减 SO2 的排放量,防治大气 SO2 污染,需要投入大量的资金和人力。因此,实施严格的排 放标准,必须以高额的环保投资为代价。 6、 湿法烟气脱硫存在的问题及解决。 湿法烟气脱硫通常存在富液难以处理、沉淀、结垢及堵塞、腐蚀及磨损等等棘手的问题。这些问题如解 决的不好,便会造成二次污染、运转效率低下或不能运行等。 (1)富液的处理 用于烟气脱硫的化学吸收操作,不仅要达到脱硫的要求,满足国家及地区环境法规的要求,还必须 对洗后 SO2 的富液(含有烟尘、硫酸盐、亚硫酸盐等废液)进行合理的处理,既要不浪费资源,又要不 造成二次污染。 合理处理废液,往往是湿法烟气脱硫烟气脱硫技术成败的关键因素之一。因此,吸收法烟气脱硫工 艺过程设计,需要同时考虑 SO2 吸收及富液合理的处理。 所谓富液合理处理,是指不能把碱液从烟气中吸收 SO2 形成的硫酸盐及亚硫酸盐废液未经处理排放 掉,否则会造成二次污染。回收和利用富液中的硫酸盐类,废物资源化,才是合理的处理技术。 例如,日本湿法石灰石/石灰——石膏法烟气脱硫,成功地将富液中的硫酸盐类转化成优良的建筑材 料——石膏。威尔曼洛德钠法烟气脱硫,把富液中的硫酸盐类转化成高浓度高纯度的液体 SO2,可作为生 产硫酸的原料。亚硫酸钠法烟气脱硫,将富液中的硫酸盐转化成为亚硫酸钠盐。 上述这些湿法烟气脱硫技术,对吸收 SO2 后的富液都进行了妥善处理,既节省了资源,又不造成二 次污染,不会污染水体。 对于湿法烟气脱硫技术,一般应控制氯离子含量小于 2000mg/L。脱硫废液呈酸性(PH4~6),悬浮物 质量分数为 9000~12700mg/L,一般含汞、铅、镍、锌等重金属以及砷 、氟等非金属污染物。 典型废水处理方法为:先在废水中加入石灰乳,将 PH 值调至 6~7,去除氟化物(产品 CaF2 沉淀)和 部分重金属;然后加入石灰乳、有机硫和絮凝剂,将 PH 升至 8~9,使重金属以氢氧化物和硫化物的形式 沉淀。 (2)烟气的预处理 含有 SO2 的烟气,一般都含有一定量的烟尘。在吸收 SO2 之前,若能专门设置高效除尘器,如电除 尘器和湿法除尘器等,除去烟尘,那是最为理想的。 然而,这样可能造成工艺过程复杂,设备投资和运行费用过高,在经济上是不太经济的。若能在 SO2 吸收时,考虑在净化 SO2 的过程中同时除去烟尘,那是比较经济的,是较为理想的,即除尘脱硫一机多 用或除尘脱硫一体化。 例如,有的采取在吸收塔前增设预洗涤塔、有的增设文丘里洗涤器。这样,可使高温烟气得到冷却, 通常可将 120~180℃的高温烟气冷却到 80℃左右,并使烟气增湿,有利于提高 SO2 的吸收效率,又起到 了除尘作用,除尘效率通常为 95%左右。 有的将预洗涤塔和吸收塔合为一体,下段为预洗涤段,上段为吸收段。喷雾干燥法烟气脱硫技术更为 科学,含硫烟气中的烟尘,对喷雾干燥塔无任何影响,生成的硫酸盐干粉末和烟尘一同被袋滤器捕集, 不用增设预除尘设备,是比较经济的。 近年来,我国研究及开发的燃煤工业锅炉和窑炉烟气脱硫技术,多为脱硫除尘一体化,有的在脱硫 塔下端增设旋风除尘器,有的在同一设备中既除尘又脱硫。 3)烟气的预冷却 大多数含硫烟气的温度为 120~185℃或更高,而吸收操作则要求在较低的温度下(60℃左右)进行。低温 有利于吸收,高温有利于解吸。因而在进行吸收之前要对烟气进行预冷却。 通常,将烟气冷却到 60℃左右较为适宜。常用冷却烟气的方法有:应用热交换器间接冷却;应用直 接增湿(直接喷淋水)冷却;用预洗涤塔除尘增湿降温,这些都是较好的方法,也是目前使用较广泛的 方法。 通常,国外湿法烟气脱硫的效率较高,其原因之一就是对高温烟气进行增湿降温。 我国目前已开发的湿法烟气脱硫技术,尤其是燃煤工业锅炉及窑炉烟气脱硫技术,高温烟气未经增 湿降温直接进行吸收操作,较高的吸收操作温度,使 SO2 的吸收效率降低,这就是目前我国燃煤工业锅 炉湿法烟气脱硫效率较低的主要原因之一。 (4)结垢和堵塞 在湿法烟气脱硫中,设备常常发生结垢和堵塞。设备结垢和堵塞,已成为一些吸收设备能否正常长 期运行的关键问题。 为此,首先要弄清楚结构的机理,影响结构和造成堵塞的因素,然后有针对性地从工艺设计、设备结构、 操作控制等方面着手解决。 一些常见的防止结垢和堵塞的方法有:在工艺操作上,控制吸收液中水份蒸发速度和蒸发量;控制溶液 的 PH 值;控制溶液中易于结晶的物质不要过饱和;保持溶液有一定的晶种;严格除尘,控制烟气进入吸 收系统所带入的烟尘量,设备结构要作特殊设计,或选用不易结垢和堵塞的吸收设备,例如流动床洗涤 塔比固定填充洗涤塔不易结垢和堵塞;选择表面光滑、不易腐蚀的材料制作吸收设备。 脱硫系统的结构和堵塞,可造成吸收塔、氧化槽、管道、喷嘴、除雾器设置热交换器结垢和堵塞。 其原因是烟气中的氧气将 CaSO3 氧化成为 CaSO4(石膏),并使石膏过饱和。这种现象主要发生在自然氧 化的湿法系统中,控制措施为强制氧化和抑制氧化。 强制氧化系统通过向氧化槽内鼓入压缩空气,几乎将全部 CaSO3 氧化成 CaSO4,并保持足够的浆液含 固量(大于 12%),以提高石膏结晶所需要的晶种。此时,石膏晶体的生长占优势,可有效控制结垢。 抑制氧化系统采用氧化抑制剂,如单质硫,乙二胺四乙酸(EDTA)及其混合物。添加单质硫可产生 硫代硫酸根离子,与亚硫酸根自由基反应,从而干扰氧化反应。EDTA 则通过与过渡金属生成螯合物和亚 硫酸根反应而抑制氧化反应。 5)腐蚀及磨损 煤炭燃烧时除生成 SO2 以外,还生成少量的 SO3,烟气中 SO3 的浓度为 10~40ppm。 由于烟气中含有水(4%~12%),生成的 SO3 瞬间内形成硫酸雾。当温度较低时,硫酸雾凝结成硫酸附 着在设备的内壁上,或溶解于洗涤液中。这就是湿法吸收塔及有关设备腐蚀相当严重的主要原因。 解决方法主要有:采用耐腐蚀材料制作吸收塔,如采用不锈钢、环氧玻璃钢、硬聚氯乙烯、陶瓷等 制作吸收塔及有关设备;设备内壁涂敷防腐材料,如涂敷水玻璃等;设备内衬橡胶等。 含有烟尘的烟气高速穿过设备及管道,在吸收塔内同吸收液湍流搅动接触,设备磨损相当严重。 解决的主要方法有:采用合理的工艺过程设计,如烟气进入吸收塔前要进行高效除尘,以减少高速 流动烟尘对设备的磨损;采用耐磨材料制作吸收塔及其有关设备,以及设备内 壁内衬或涂敷耐磨损材料。 近年来,我国燃煤工业锅炉及窑炉烟气脱硫技术中,吸收塔的防腐及耐磨损已取得显著进展,致使 烟气脱硫设备的运转率大大提高。 吸收塔、烟道的材质、内衬或涂层均影响装置的使用寿命和成本。 吸收塔体可用高(或低)合金钢、碳钢、碳钢内衬橡胶、碳钢内衬有机树脂或玻璃钢。 美国因劳动力昂贵,一般采用合金钢。德国普遍采用碳钢内衬橡胶(溴橡胶或氯丁橡胶),使用寿命 可达 10 年。腐蚀特别严重的如浆池底和喷雾区,采用双层衬胶,可延长寿命 25%。ABB 早期用 C-276 合 金钢制作吸收塔,单位成本为 63 美元/KW,现采用内衬橡胶,成本为 22 美元/KW。 烟道应用碳钢制作时,采用何种防腐措施取决于烟气温度(是否在酸性露点或水蒸汽饱和温度以上) 及其成分(尤其是 SO2 和 H2O 含量)。 日本日立公司的防腐措施是:烟气再热器、吸收塔入口烟道、吸收塔烟气进口段,采用耐热玻璃 鳞片树脂涂层,吸收塔喷淋区用不锈钢或碳钢橡胶衬里,除雾器段和氧化槽用玻璃鳞片树脂涂层或橡胶 衬里。 (6)除雾 湿法吸收塔在运行过程中,易产生粒径为 10~60m 的“雾”。“雾”不仅含有水分,它还溶有硫酸、 硫酸盐、SO2 等,如不妥善解决,任何进入烟囱的“雾”,实际就是把 SO2 排放到大气中,同时也造成引 风机的严重腐蚀。 因此,工艺上对吸收设备提出除雾的要求。被净化的气体在离开吸收塔之前要进行除雾。通常,除 雾器多设在吸收塔的顶部。 目前,我国相当一部分吸收塔尚未设置除雾器,这不仅造成 SO2 的二次污染,对引风机的腐蚀也相 当严重。 脱硫塔顶部净化后烟气的出口应设有除雾器,通常为二级除雾器,安装在塔的圆筒顶部(垂直布置) 或塔出口的弯道后的平直烟道上(述评布置)。后者允许烟气流速高于前者。对于除雾器应设置冲洗水, 间歇冲洗除雾器。净化除雾后烟气中残余的水分一般不得超过 100mg/m3,更不允许超过 200mg/m3,否则 含沾污和腐蚀热交换器、烟道和风机。 (7)净化后气体再加热 在处理高温含硫烟气的湿法烟气脱硫中,烟气在脱硫塔内被冷却、增湿和降温,烟气的温度降至 60℃ 左右。将 60℃左右的净化气体排入大气后,在一定的气象条件下将会产生“白烟”。 由于烟气温度低,使烟气的抬升作用降低。特别是在净化处理大量的烟气和某些不利的气象条件下, “白烟”没有远距离扩散和充分稀释之前就已降落到污染源周边的地面,容易出现高浓度的 SO2 污染。 为此,需要对洗涤净化后的烟气进行二次再加热,提高净化气体的温度。被净化的气体,通常被加 热到 105~130℃。为此,要增设燃烧炉。燃烧炉燃烧天然气或轻柴油,产生 1000~1100℃的高温燃烧气体, 再与净化后的气体混对。 这里应当指出,不管采用何种方法对净化气体进行二次加热,在将净化气体的温度加热到 105~130℃ 的同时,都不能降低烟气的净化效率,其中包括除尘效率和脱硫效率。 为此,对净化气体二次加热的方法,应权衡得失后进行选择。 吸收塔出口烟气一般被冷却到 45~55℃(视烟气入口温度和湿度而定),达饱和含水量。是否要对脱 硫烟气再加热,取决于各国环保要求。 德国《大型燃烧设备法》中明确规定,烟囱入口最低温度为 72℃,以保证烟气扩散,防止冷烟雾下 沉。因吸收塔出口与烟囱入口之间的散热损失约为 5~10℃,故吸收塔出口烟气至少要加热到 77~82℃。 据 ABB 或 B&W 公司介绍,美国一般不采用烟气再加热系统,而对烟囱采取防腐措施。如脱硫效率仅 要求 75%时,可引出 25%的未处理的旁通烟气来加热 75%的净化烟气,德国第 1 台湿法脱硫装置就采用这 种方法。德国现在还把净化烟气引入自然通风冷却塔排放的脱硫装置,籍烟气动量(质量 速度)和携带 热量的提高,使烟气扩散的更好。 烟气再加热器通常有蓄热式和非蓄热式两种形式。蓄热式工艺利用未脱硫的热烟气加热冷烟气,统 称 GGH。蓄热式换热器又可分为回转式烟气换热器、板式换热器和管式换热器,均通过载热体或热介质将 热烟气的热量传递给冷烟气。 回转式换热器与电厂用的回转式空气预热器的工作原理相同,是通过平滑的或者带波纹的金属薄片 载热体将热烟气的热量传递给净化后的冷烟气,缺点是热烟气会泄露到冷烟气中。 板式换热器中,热烟气与冷烟气逆流或交*流动,热交换通过薄板进行,这种系统基本不泄露。管式 加热器是通过中间载体水将热烟气的热量传递给冷烟气,无烟气泄露问题,用于年满负荷运行在 4000~6500h 的脱硫装置。 非蓄热式换热器通过蒸汽、天然气等将冷烟气重新加热,又分为直接加热和间接加热。直接加热是 燃烧加热部分冷烟气,然后冷热烟气混合达到所需温度;间接加热是用低压蒸汽(≥2×105Pa)通过热 交换器加热冷烟气。这种加热方式投资省,但能耗大,使用于脱硫装置年运行时间 4000h-6500h 的脱硫 装置。 4 湿法烟气脱硫装置各腐蚀区域的腐蚀分析 烟气输送及热交换系统 4.1.1 该系统主要腐蚀介质及腐蚀环境 该系统主要腐蚀介质及腐蚀环境为两类:一是经流换热器原烟气进口烟道、换热器降温段、换热器原烟气 出口至吸收塔进口烟道、原烟气旁路烟道、烟气挡板的高温(170-110℃)含尘(3-5%)含 SO2(1-4%) 原烟气;二是经流吸收塔净烟气出口至除雾器、除雾器至换热器净烟气进口烟道、烟气增压风机、换热 器升温段的低温(45-90℃)除尘()脱 SO2(3×10-4-4×10-4)净烟气。 4.1.2 该系统主要腐蚀特点分析 (1) 亚硫酸露点腐蚀:高温原烟气在正常运行条件下因无水份存在,对装置几乎无腐蚀,但在三种 情形下将导致腐蚀。 一是列管式换热器管程因某种原因穿孔,导致冷却水泄漏,致使高温原烟气所含 SO2 与水反应生成 亚硫酸,形成高温亚硫酸还原性腐蚀。 二是迴转式蓄热换热器清洗水外泻或蓄集形成高温亚硫酸还原性腐蚀。 三是在装置开停车时,因环境大气湿度影响,装置内残留的气态 SO2 被钢基体表面凝聚水吸收生成 亚硫酸,形成亚硫酸露点腐蚀(虽然烟道外保温可延迟钢基体表面凝聚水生成时间,但无法完全防止该 类腐蚀的形成)。 低温净烟气虽只残存少量 SO2 且经除雾器除去大部分水雾,但微量水和 SO2 的存在及环境大气湿度 在装置开停车时形成的钢基体表面凝聚水仍会形成缓慢的亚硫酸还原性露点腐蚀(如重庆珞璜除雾器出 口净烟气烟道,原设计不防腐,经多年运行可看到明显腐蚀现象,现已实施鳞片防腐)。 (2) 防腐蚀衬层高温热应力失效:鉴于上述腐蚀因素的存在,通常在原烟气流经区域采用~厚耐高 温鳞片涂料防腐,但在实际使用中该区防腐蚀衬层时常发生龟裂、开裂、剥落等腐蚀失效现象,其原因 主要有三: 一是由于火电厂环保脱硫装置开停车较频繁,使生成的热应力处于间歇性交变状态中,加速衬层的 热应力腐蚀失效;四是鳞片涂层属脆性材料,衬层内热应力的长期存在,特别是在热应力交变期内易导 致涂层龟裂、开裂、剥落等物理腐蚀失效; 二是衬里材料选择不合理,树脂耐温能力不足,在高温热应力作用下形成热应力开裂。 三是在衬层施工中,存在有衬层厚薄不均、界面粘接不良、固化剂分布不均等局部质量缺陷,使环 境热应力易于在衬层薄弱处形成应力集中,导致衬层热应力破坏。 (3) 防腐蚀衬层烟尘磨损失效:在配套有电除尘设备的火力发电装置中,该类腐蚀失效虽有但并不 严重,若无电除尘设备,由于烟气中含有大量粉尘,则磨损较严重。低温净烟气烟道因含尘量极小,此 类腐蚀失效可不作重点考虑。 (4) 防腐蚀衬层高温碳化烧蚀失效:正常情况下从电除尘排出的原烟气温度为 140~150℃,此温度 不足以使耐高温鳞片衬里高温碳化烧蚀,但当锅炉的蒸汽预热器、省煤器、空气预热器等设备运行不正 常时,电除尘排出的原烟气温度将达 160℃以上,此温度将导致大多数耐高温鳞片衬里材料由表及里缓慢 高温碳化,此类衬里材料碳化并不严重影响衬里的完整性及耐蚀性,但衬里一旦因热应力作用形成开裂, 则裂纹的发展加快,介质沿裂纹渗透速度加快,导致衬里局部整块剥离。当温度超过 180℃时,长期高温 作用会导致大多数耐高温鳞片衬里由表及里烧蚀碳化,此种情形将导致衬里严重失强减薄,其腐蚀破坏 是致命的。 (5) 液滴冲击磨蚀:当高速流动的烟气中夹带水滴(形成双相流)时,易对烟道壁衬里,特别是对 迎风面烟道壁衬里(如导流板及弯烟道壁)产生液滴冲击磨蚀(即空泡腐蚀),形成力学疲劳破坏。水相 来源一是换热器的清洗水,二是列管式换热器的泄漏水。因液滴在烟气中分布的随机性和液滴的独立存 在特点,使衬层承受着连续点击交变冲击作用,导致衬层力学疲劳破坏。 (6) 衬里震颤疲劳破坏:衬层在下述条件下易产生震颤疲劳破坏: 一是该区烟道结构设计强度、刚性不足,特别是烟道布置受环境所限,弯道、过流截面变化较大时,高 速流动的烟气在烟道中过流时会因弯道及过流截面变化的影响,产生较大的压力变化,形成不稳定流动, 导致烟道结构震颤,使本来就高温失强的衬里形成疲劳腐蚀开裂,严重时形成大面积剥落。 二是在烟道结构强度设计时,出于结构补强需要,采用细杆内支承补强,当高速流动的烟气在烟道 中过流时,因烟气冲击压力作用引发支承细杆抖动变形,导致支承杆与烟道壁焊接区衬层开裂。由于烟 气引发的结构震颤是通过衬层传导给金属基体的,而衬层与基体是通过界面底漆粘接联接的,故此类破 坏往往发生在界面底漆粘接层,其对衬层的破坏是非常致命的。 SO2 吸收及氧化系统: 4.2.1 该系统主要腐蚀介质及腐蚀环境 该系统主要腐蚀介质及腐蚀环境为三类: 一是烟气中所含的 SO2。当含硫烟气处于脱硫工况时,在强制氧化环境作用下,烟气中的 SO2 首先与 水反应生成 H2SO3 及 H2SO4,再与碱性吸收剂反应生成亚硫酸盐,经强制氧化生成硫酸盐沉淀分离。而此 阶段,工艺环境温度正好处于稀(亚)硫酸活化腐蚀温度状态,其腐蚀速度快,渗透能力强,故其中间 产物 H2SO3 及 H2SO4 是导致设备腐蚀的主体。 二是烟气中所含 NOX、吸收剂浆液中的水及石灰石、水中所含的氯离子对金属基体具有一定腐蚀能力。 三是吸收塔入口烟道及喷浆区环境温度急变,吸收剂浆液中固体含量大,其温差热应力及固态料对 衬层具有较强的腐蚀破坏能力。 4.2.1 该系统主要腐蚀特点分析 (1) 防腐蚀衬层稀(亚)硫酸渗透失效:导致介质渗透腐蚀失效原因有三: 一是室温条件下固化成型的有机非金属树脂均为非致密体,固化树脂基体中存有大量的分子级空穴; 二是衬里材料均为复合材料,不同相材料界面间总存在有界面孔隙; 三是衬里材料在混配、施工过程中,必然会生成微气泡、微裂纹等缺陷。这就为介质迁移性渗透提 供了通道。可以说,正是衬里自身具有的这些固有缺陷,导致腐蚀介质渗透的不可避免性。橡胶及鳞片 衬里之所以被选择为烟气脱硫装置的适用防腐蚀衬里技术,鳞片衬里是因其具有优异的抗渗透能力,橡 胶是因其为压延成型故胶板致密性好。 (2) 防腐蚀衬层热应力腐蚀失效:导致该区应力腐蚀失效原因除上述原因外,还应特别注意吸收塔内 喷浆区环境状态,该区为高温原烟气与低温吸收剂浆液交汇区(温度由 120~110℃降至 45~50℃),对 该区防腐衬层而言,温度急变将导致处于不同温度区的衬层热膨胀状态不一样,形成不均匀热应力,其破 坏性较恒定热环境下的热应力大得多。应力的存在增加了衬层内及界面间微裂纹及界面孔隙等缺陷,且 为缺陷发展及介质渗透创造了条件。吸收塔非喷浆区及氧化区,由于环境温度较低,热应力小,衬层的 应力腐蚀失效易较小。 (3) 防腐蚀衬层固体物料磨损腐蚀失效:在脱硫氧化体系中,固体物料除烟气所带粉尘外还有作为吸 收剂的石灰石浆液及脱硫生成物硫酸钙。导致衬层固体物料磨损腐蚀失效的原因有五: 一是石灰石浆液经浆液泵从喷浆管带压喷出,在与烟气中 SO2 反应过程中,同时冲刷衬层表面; 二是吸收浆液自重落体对衬层产生较强的磨损能力。 三是在高温环境下,树脂具有高温失强,橡胶具有高温热老化等特性,使衬层本体强度降低或材质 硬化,使磨损更为严重。 四是吸收塔为现场拼焊制作,表面凹凸不平,其凸起部位更易因磨损而破坏。 五是吸收塔氧化池底部因工艺机械搅拌及空气搅拌作用亦产生较强的磨损。 (4) 防腐蚀衬层机械力损伤失效:此种情形主要发生在设备内件吊装及检修时,特别应关注吸收塔 氧化池底部氧化空气对底部衬层的吹冲破坏及空气管检修时人为机械损伤。 (5) 含亚硫酸热蒸汽腐蚀区:该区指吸收塔原烟气入口延长段,在该区域,高温原烟气与低温吸收 剂浆液交汇,浆液中的水被汽化并吸收原烟气中的 SO2 生成含 H2SO3 水蒸汽,受汽化扩散能的作用向入 口延长段扩散并进一步被高温原烟气加热,经一段时间后达到平衡,在此区形成具有热冲击、间歇性交 变热应力作用特征的含亚硫酸热蒸汽腐蚀环境,特别是当该区设有冷却喷淋水时,该区还同时伴随着空 泡腐蚀作用,其腐蚀环境十分苛刻。 橡胶衬里耐热性不足易热老化破坏,一般不锈钢因 Cl-及 H2SO3 的存在不耐腐蚀。采用鳞片衬里必须 充分考虑其热冲击、间歇性交变热应力及空泡腐蚀作用特点,实施有效补强措施。国内许多业主及设计 方出于对非金属衬里技术的担心,往往在该区域选择价格昂贵的高镍基合金(如 59 合金等)纯金属结构。 吸收剂(石灰石浆液)传输及回收系统 4.3.1 该系统主要腐蚀介质及腐蚀环境 该系统主要腐蚀介质及腐蚀环境为两类: 一是经流石灰储槽、石灰石浆液储槽(含石灰石制备废水储坑及排水沟)、石灰石料浆泵、输浆管、吸收 塔内料浆集管、料浆喷射管的低温(30-40℃)、高固体含量(20-30%)的石灰石浆液制备输送系统; 二是经流石膏料浆泵、输浆管(槽)、浆液循环管及循环泵、水力分离器、真空带式过滤机、(含过滤水 储槽、排水沟、排水储槽、氧化池浆液备用储槽)低温(45-50℃)、高固体含量(40-50%)的石膏浆液 输送处理系统。 4.3.2 该系统主要腐蚀特点分析: (1) 石灰石浆液制备输送系统的主要腐蚀介质为 CaCO3、水及微量 Cl-和 OH-,对衬里而言腐蚀条件 并不苛刻。石膏浆液处理输送系统的主要腐蚀介质为 CaSO4?2H2O、水及微量 Cl-、H2SO3 和 H2SO4,对衬 里而言腐蚀条件也不苛刻。 (2) 防腐蚀衬层固体物料磨损腐蚀失效:由于腐蚀环境温度较低,衬里本体强度高,尽管固体物料 含量大,但磨损腐蚀失效并不十分严重,故衬里磨损余量适度考虑即可。 真空带式过滤机、石膏料浆泵、浆液循环管及循环泵、石灰石料浆泵、输浆管、吸收塔内料浆集管、 料浆喷射管等设备,在制造商供货时其材料选择中已考虑腐蚀磨损问题,本文将在材料选择章节中列出 并加以讨论,此处不在赘述。 烟气脱硫技术简述 烟气脱硫技术的分类 烟气脱硫(Flue Gas Desulfurization,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 SO 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 CaCO (石灰石)为基础的钙法; (2) 以 MgO 为基础的镁法; (3) 以 Na SO 为基础的钙法; (4) 以 NH 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。 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,SO 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。 在电力界,尤其是脱硫界,还有两种分类方法,一种方法将脱硫技术根据脱硫过程是否有水参与及 脱硫产物的干湿状态分为湿法、干法和半干(半湿)法。 另一种分类方法是以脱硫产物的用途为根据,分为抛弃法和回收法。在我国,抛弃法多指钙法,回 收法多指氨法。 下面我们将依据脱硫界的分类,先介绍湿式和干式两种脱硫方法。 湿法脱硫技术简述 湿式钙法(简称湿法)烟气脱硫技术是 3 种脱硫方法中技术最成熟、实际应用最多、运行状况最稳定 的脱硫工艺。湿法烟气脱硫技术的特点是:整个脱硫系统位于烟道的末端,在除尘系统之后;脱硫过程 在溶液中进行,吸附剂和脱硫生成物均为湿态;脱硫过程的反应温度低于露点,脱硫后的烟气一般需经再 加热才能从烟囱排出。湿法烟气脱硫过程是气液反应,其脱硫反应速率快,脱硫效率高,钙利用率高, 在钙硫比等于 1 时,可达到 90%以上的脱硫效率,适合于大型燃煤电站锅炉的烟气脱硫。目前使用最广泛 的湿法烟气脱硫技术,主要是石灰石/石灰洗涤法,占整个湿法烟气脱硫技术的%。它是采用石灰或石灰 石的浆液在洗涤塔内吸收烟气中的 SO 并副产石膏的一种方法。其工艺原理是用石灰或石灰石浆液吸收 烟气的 SO ,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(CaSO 2H O),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 SO 和 CaO。SO (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 SO 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。 双循环或回路石灰石洗涤脱硫法,是对传统湿式石灰石-石膏法的一种改进。它也是利用石灰石浆液 作为吸收剂,吸收烟气中的 SO ,产物为商用石膏。该法特点是将一个吸收塔分为上下两段,使两段吸 收处在不同的 pH 值下进行操作。因而具有较高效率和高的石灰石利用率,并提高了系统的稳定性和运转 可靠性,被广泛应用于燃煤发电厂的烟气脱硫。自 20 世纪 70 年代以来,美国的各种电站锅炉中,安装 此系统的有 7800MW 以上机组。这一技术于 20 世纪 80 年代初转让到德国的诺尔-克尔茨(Noell-KRC)公 司,得到进一步的发展。 干法脱硫技术简述 干法烟气脱硫就是将干性脱硫剂加人炉内或喷入烟气中,脱硫剂与 SO 发生气固反应,达到脱除 SO 的目的。干法烟气脱硫具有以下特点:投资费用低,脱硫产物呈干态,并与飞灰相混;无需安装除 雾器及烟气再热器,设备不易腐蚀,不易发生结垢及阻塞。目前,最常用的干法烟气脱硫技术是炉内喷 钙脱硫工艺系统。该系统工艺简单,脱硫费用低,Ca/S 比在 2 以上时,用石灰石和消石灰作吸收剂,烟 气脱硫效率可达 60%以上[23]。 干法脱硫技术主要有以下几种: (1)高能电子活化氧化法 高能电子活化氧化法是利用放电技术同时脱硫脱硝的干式烟气净化方法,其脱硫、脱硝反应分三个过 程,这三个过程是在反应器内相互重叠,相互影响。根据高能电子的产生方法,可分为电子束照射法(EBA) 和脉冲电晕等离子法(PPCP)。 (2)荷电干吸收剂喷射脱硫法(CDSI) 荷 电 干 吸 收 剂 喷 射 系 统 (CDSI) 是 美 国 阿 兰 柯 环 境 资 源 公 司 (AlancoEnvironm ental Resources Co.)于 20 世纪 90 年代开发的干法脱硫技术,是美国最新专利技 术。喷射干式吸收剂脱硫是一种传统技术,但由于存在两个技术难题没有得到很好的解决,因此脱硫效率 低,很难在工业上得到应用。一个技术难题是反应温度与烟气滞留时间;另一个是吸收剂与 SO 接触不充 分。而 CDSI 系统利用先进技术使这两个技术难题得到解决,从而使在通常温度下的脱硫成为可能。 该技术在美国亚利桑那州 Prescott 的沥青厂安装了第一套工业应用装置。1995 年下半年以来,在我国山 东德州热电厂 75t/h 煤粉和其他几个厂的中小锅炉得以应用。在 Ca/S 比为左右时,脱硫率达 60%~70%。 (3)超高压窄脉冲电晕分解有害气体技术(UPDD) UPDD 技术是鞍山静电技术研究院白希尧等提出并研究的,该方法能同时治理 3 种有害气体(SO 、 NO 和 CO ),是国际上一种新的烟气治理技术,但该技术仍处于研究阶段。 (4)炉内喷钙循环流化床反应器脱硫技术 炉内喷钙循环流化床反应器脱硫技术是由德国 Simmering Graz Pauker/Lu- rgi Gmbh 公司开 发的。该技术的基本原理是:在锅炉炉膛适当部位喷入石灰石,起到部分固硫作用,在尾部烟道电除尘器 前装设循环流化床反应器, 炉内未反应的 CaO 随着飞灰输送到循环流化床反应器内,在循环流化床反应 器中大颗粒 CaO 被其中湍流破碎,为 SO 反应提供更大的表面积,从而提高了整个系统的脱硫率。 目前该技术脱硫率可达 90%以上,这已在德国和奥地利电厂的商业运行中得到证实。 半干法脱硫技术简述 半干法烟气脱硫工艺的脱硫过程是在吸收塔内完成的。生石灰粉(或小颗粒)经制浆系统掺水、搅拌、 消化后制成具有很好反应活性的熟石灰〔Ca(OH)2〕浆液,制成后的吸收剂浆经泵送至吸收塔上部,由 喷嘴或旋转喷雾器将石灰浆吸收液均匀地喷射成雾状微粒,这些雾状石灰浆吸收液与引入的含二氧化硫 的烟气接触,发生强烈的物理化学反应,其结果低湿状态的石灰浆吸收液吸收烟气中的热量,其中的大部 份水份汽化蒸发,变成含有少量水份的微粒灰渣,在石灰浆吸收液吸热的同时,吸收烟气中二氧化硫的过 程同时进行,吸收二氧化硫的化学反应过程如下[24]: SO +Ca(OH) +H O CaSO ? H O+ H O CaSO ? H O+ O + H O CaSO ?2H O 根据脱硫塔结构的不同,可分为以下几种,现加以介绍。 1.4.1 炉内喷钙尾部增湿活化法(LIFAC 法) 在目前世界许多厂商研究开发的以石灰石喷射为基础的半干法脱硫工艺中,芬兰 Tampella 和 IVO 公 司 开 发 的 LIFAC ( Limestone Injection into the Furnace and Activation of Calcium Oxide ) 工 艺 , 于 1986 年首次投入商业性运行,并迅速得到了推广。 LIFAC 烟气脱硫工艺是在燃烧的锅炉内适当温度区喷射石灰石粉,并在锅炉空气预热器后增设活化反 应器,用于脱除烟气中的二氧化硫。因此,LIFAC 法可以分为两个主要阶段:炉内喷钙和炉后增湿活化。 但存在一些问题是炉内喷钙需对锅炉进行改动,同时喷如的石灰石粉可能造成受热面的磨损,同时还可 能影响锅炉的运行效率。 我国的下关和绍兴钱清电厂引进了 LIFAC 装置。 1.4.2 旋转喷雾法(LSD 法) 喷雾干法烟气脱硫是利用喷雾干燥的原理,在对吸收剂进行喷雾干燥的过程中完成对烟气中二氧化 硫的脱除。这是由美国 JOY 公司和丹麦 NIRO 公司共同开发的脱硫工艺。20 世纪 70 年代初,喷雾干燥技 术应用于电厂的烟气脱硫后得到迅速发展。80 年代开始,旋转喷雾干法烟气脱硫工艺受到重视,在电厂 烟气脱硫中得到广泛应用,市场占有率已超过 10%。1995 年,中日合作在青岛黄岛电厂建立了一套工业 性示范装置,处理烟气量为 3 10 m /h,脱硫率为 70%。 1.4.3 气悬浮式半干法(GSA) 气体悬浮吸收半干法(GSA)是由丹麦的 Smith Muller 公司开发的。其吸收塔的结构相当于一个 处于气流输送状态的流化床,烟气速度很大,足可以将所有石灰浆液滴夹带出,经过旋风除尘器后,再 经过电除尘器,将煤灰和脱硫混合物的大部分循环,再造浆循环喷入输送管。 GSA 工艺非常适合焚烧厂和垃圾电站脱硫。 1.4.4 循环流化床法(CFB-FGD) 顾名思义,该方法是以循环流化床原理为基础,通过吸收剂的多次循环,延长吸收剂与烟气的接触 时间,来提高吸收剂的利用率。它是 20 世纪 80 年代末由德国鲁奇(LURGI)公司首先提出的一种新颖的 脱硫工艺。吸收剂主要是石灰浆,锅炉烟气从循环流化床底部进入脱硫塔,在反应塔内与石灰浆进行脱 硫反应。由于大量固体颗粒的存在,使浆液得以附着在固体颗粒表面,本设计主要是以锅炉飞灰作为循 环物料。这样,石灰浆液喷入脱硫塔内,附在灰颗粒表面,形成一个个的微观反应区。这种反应机理对 反应的速度和反应的完全程度有很大帮助。据有关文献介绍,飞灰对反应的进行有一定的脱硫效果和催 化作用。 塔内主要的化学反应如下[5]: 烟气中的 SO 向石灰浆扩散: SO (g) SO ( ) SO 溶解于浆液滴中的水: SO +H O H SO 形成的 H SO 在碱性介质中离解: H SO H +HSO 4H +2SO SO ( )+H O+SO 2HSO 脱硫剂溶解: Ca(OH) =Ca +2OH 形成脱硫产物: 2Ca +2SO +H O 2CaSO ?H O 2CaSO +O +4H O 2CaSO ?2H O 1.4.5 半干法脱硫技术发展前景 湿式脱硫法造价比较昂贵,在发达国家应用最为普遍。干式和半干式脱硫技术由于其投资省、占地 小、工艺先进、运行费用低等特点倍受国内外研究者青睐,尤其是半干式脱硫技术的开发。半干法脱硫 凭借其先进的技术路线被认为是最有商业价值和推广前途的方法之一,尤其适合发展中国家。 虽然半干法的脱硫效率没有湿法高,而且脱硫产物为亚硫酸钙、硫酸钙、碳酸钙和煤灰的混合物, 物化性质不稳定,不能产出高质量的石膏。但是,鉴于我国电力行业中,中小型机组较多,特别是具有 大量的工业和民用锅炉,而且,目前的硫石膏市场还很小,前景也不大,钙法基本上都是抛弃法。因此, 半干法在我国还是很有市场前景的