通過對國內外脫硫技術以及國內電力行業引進脫硫工藝試點單位情況的分析研究,目前脫硫方法一般可劃分為干法、半干法、濕式脫硫等。
其中煤燃燒后脫硫,又稱煙氣脫硫,簡稱FGD。在FGD技術中,按脫硫劑的種類劃分,可主要分為以下幾種方法:鈉堿法、鈉/鈣雙堿法、石灰石-石膏法、氨法、半干法等。
濕法煙氣脫硫是采用堿性溶液吸收劑洗滌煙氣以除去煙氣中的SO2,濕法脫硫是目前實際運用中應用,工藝應用最多的脫硫方法,約占世界上現有煙氣脫硫裝置的90%。由于該反應為氣液反應,故具有脫硫反應速度快,效率高,脫硫劑利用率高等特點。
一、鈉堿法脫硫工藝介紹
鈉堿法脫硫工藝相對其他脫硫工藝簡單,投資少。主要適合于小型的燃煤鍋爐(或煙氣量較小)的項目,由于鈉基脫硫效率高,所以小型脫硫項目比較容易接受。
鈉堿法是以Na2CO3或NaOH溶液為吸收劑吸收煙氣中的SO2和NOX,處理吸收反應的吸收液將被再生還原后送回吸收塔循環使用。
帶有雜質、廢碴的溶液在循環池達到一定濃度后,應更換沉降池
內溶液并進行清池或排渣。
鈉堿法原理如下:
吸收反應SO2溶解 SO2(氣)→SO2(液)
SO2(液)+H2O==HSO3-+H+
HSO3- ==H+ SO32-
2NaOH+SO2==Na2SO3+H2O
Na2CO3+SO2==Na2SO3+CO2
Na2CO3+SO2+H2O==2NaHSO3
該過程中由于采用鈉堿作為吸收液,因此吸收系統中不會產生結垢和沉淀物。
二、雙堿法脫硫工藝技術介紹
1.概述雙堿法(NaOH/Ca(OH)2)是利用鈉鹽易溶于水,在吸收塔內部采用鈉堿吸收SO2。吸收后的脫硫液在再生池內利用廉價的石灰進行再生,從而使得鈉離子循環吸收利用。該工藝綜合石灰法和鈉堿法的特點,解決了石灰法塔內易結垢的問題,又具備鈉堿法吸收效率高的優點。
脫硫副產物為業硫酸鈣或硫酸鈣(氧化后),亞硫酸鈣配以合成樹脂可生產一種稱為鈣塑的新型復合材料;或將其氧化后制成石膏;或者直接將其與粉煤灰混合,可增加粉煤灰的塑性,增加粉煤灰作為鋪路底層墊層材料的強度。與氧化鎂法相比,鈣鹽不具污染性,因此不產生廢渣二次污染。
目前濕法脫硫技犬應用廠泛,占有FGD裝置總量的90%以上。其中雙堿法由于脫硫工藝簡單,運行穩定性好,脫硫效率高,脫硫成本低,適合我國國情,因而在我國應用較為廣泛。
2.工藝流程
3.工藝說明
雙堿法是中小型鍋爐應用較廣的煙氣脫硫技術,是為了克服石灰石-石膏法容易結垢的缺點而發展起來的。雙堿法種類較多,的是鈉鈣雙堿法。
鈉-鈣雙堿法【Na2CO3一Ca(OH)2】采用純堿吸收SO2,石灰還原再生,再生后吸收劑循環使用,無廢水排放。
脫硫液采用外循環吸收方式。吸收了SO2的脫硫液流入再生池,與新來的石灰水進行再生反應,反應后的漿液流入沉淀池,當一個沉淀池沉淀物集到一定程度時,然后由污泥泵提出進入壓濾機進行有效壓濾,廢渣晾干后外運處理。循環池內經再生和沉淀后的上清液由循環泵打入脫硫塔循環使用。
另外,由于渣帶水會使脫硫液損失一部分鈉離子,故需在清液池內補充少量純堿。
基本化學原理可分為脫硫過程和再生過程兩部分。
在塔內吸收SO2
(1)Na2CO3+SO2=Na2SO3+CO2
(2)2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O
(3)Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3
以上三式視吸收液酸堿度不同而異,堿性較高時(PH>9)以(2)式為主要反應;堿性稍微降低時以(1)式為主要反應;堿性到中性
甚至酸性時(5 用消石灰再生 Ca(OH)2+Na2SO3=2NaOH+CaSO3 Ca(OH)2+2NaHSO3=Na2SO3+CaSO3+2H2O 在石灰漿液(石灰達到達飽和狀況)中,NaHSO3很快與Ca(OH)2反應從而釋放出【Na+】,【SO32-】與【Ca2+】反應,反應生成的CaSO3以半水化合物形式沉淀下來從而使【Na+】得到再生。Na2CO3只是一種啟動堿,啟動后實際上消耗的是石灰,理論上不消耗純堿(只是清渣時會帶走一些,因而有少量損耗)再生的NaOH和Na2SO3等脫硫劑循環使用。 工程示范 三、石灰石膏法脫硫工藝技術介紹 1.工藝說明 燃煤煙氣經布袋或靜電除塵后進入吸收塔。在吸收塔內煙氣向上流動且被向下流動的循環漿液以逆流方式洗滌。循環漿液則通過噴漿層內設置的噴嘴噴射到吸收塔中,以便脫除SO2、S03、HCL和HF,與此同時在氧化風機及氧化噴槍的處理下反應的副產物被導入的空氣氧化為石膏(CaSO4?2H2O),并消耗作為吸收劑的石灰石。循環漿液通過漿液循環泵向上輸送到噴淋層中,通過噴嘴進行霧化,可使氣體和液體得以充分接觸。每個泵通常與其各自的噴淋層相連接,即通常采用單元制。 在吸收塔中,石灰石與二氧化硫反應生成石膏,這部分石膏漿液通過石膏漿液泵排出,進入石膏脫水系統。脫水系統主要包括石膏水力旋流器(作為一級脫水設備)和真空皮帶脫水機。 經過凈化處理的煙氣流經兩級除霧器除霧,在此處將清潔煙氣中所攜帶的漿液霧滴去除。同時按特定程序不時地用工藝水對除霧器進行沖洗。進行除霧器沖洗有兩個目的,一是防止除霧器堵塞,二是沖洗水同時作為補充水,穩定吸收塔液位。 在吸收塔出口,煙氣一般被冷卻到46-55℃左右,且為水蒸氣所飽和。通過GGH(可選)將煙氣加熱到80℃以上,以提高煙氣的抬升高度和擴散能力。 最后潔凈的煙氣通過煙道進入煙囪排向大氣。 2.工藝流程圖 四、氨法脫硫工藝技術介紹 1、工作原理 氨水洗滌法脫硫工藝(簡稱:氨法脫硫)與石灰-石膏法脫硫工藝類似,它是以液氨或氨水作為脫硫劑的一種*、高效、經濟的脫硫系統。在吸收塔內,吸收溶液與煙氣接觸混合,煙氣中的二氧化硫與溶液中的(NH4)2SO3和NH4HSO3進行化學反應從而被脫除,最終反應產物為硫酸銨晶體。 2、反應過程 (1)吸收 SO2+(NH4)2SO3+H2O→2NH4HSO3 (2)中和 NH3+NH4HSO3→(NH4)2SO3 (3)氧化 2(NH4)SO3+O2→2(NH4)2SO4 3、系統組成 脫硫系統主要由煙氣系統、吸收塔系統、吸收劑制備系統、濃縮塔系統、副產品處理系統、廢水處理系統、公用系統(工藝水、壓縮空氣、事故漿液罐系統等)、電氣控制系統等幾部分組成。 4、工藝流程 五、工藝說明 來自于鍋爐或窯爐的煙氣經過布袋或靜電除塵后在引風機作用下進入濃縮塔、吸收塔。吸收塔為逆流噴淋空塔結構,集吸收、氧化功能于一體,上部為吸收區,下部為氧化區,煙氣與吸收塔內的循環漿液逆向接觸。系統一般裝2—3臺漿液循環泵,每臺循環泵對應一層霧化噴淋層。當只有一臺機組運行時或負荷較小時,可以停運1層噴淋層,此時系統仍保持較高的液氣比,從而可達到所需的脫硫效果。吸收區上部裝二級除霧器,除霧器出口煙氣中的游離水份不超過75mgNm3。吸收SO2后的漿液進入循環氧化區,在循環氧化區中,亞硫酸銨被鼓入的空氣氧化成硫酸氨晶體。同時,由吸收劑制備系統向吸收氧化系統供給新鮮的氨水或液氨(利用液氨蒸發通過氧化風管進入吸收塔),用于補充被消耗掉的氨水,使吸收溶液保持一定的PH值。反應生成物溶液達到一定密度時先排至吸收塔前的濃縮塔,經濃縮后進入脫硫副產品系統,經過脫水形成硫酸氨晶體,進一步干燥、包裝成袋后商業化利用。 1、脫硫效率高,可保證98%以上; 2、系統能耗低; 3、對煤種變化、負荷變化的適應性強,適用于高硫煤; 4、副產品回收的經濟效益高; 5、具有一定的脫硝功能。 六、半干法脫硫工藝技術介紹 循環流化床煙氣半干法脫硫工藝是八十年代末德國魯奇(LURGI)公司開發的一種新的脫硫工藝,這種工藝以循環流化床 原理為基礎以干態消石灰粉Ca(OH)4作為吸收劑,通過吸收劑的多次再循環,在脫硫塔內延長吸收劑與煙氣的接觸時間,以 達到高效脫硫的目的,同時大大提高了吸收劑的利用率。通過化學反應,可有效除去煙氣中的SO2、SO3、HF與HCL等酸性氣體,脫硫終產物脫硫渣是一種自由流動的干粉混合物,無二次污染,同時還可以進一步綜合利用。該工藝主要應用于電站鍋爐煙氣脫硫,單塔處理煙氣量可適用于蒸發量75t/h~1025t/h之間的鍋爐,SO2脫除率可達到90—98%,是目前干法、半干法等脫硫技本中單塔處理能力、脫硫綜合效益的一種方法 工藝流程圖 1.工藝原理 Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O Ca(OH)2+2HF=CaF2+2H2O Ca(OH)2+SO3=CaSO4+H2O Ca(OH)2+2HCI=CaCI2+2H2O CaSO3+1/202=CaSO4 2、系統組成 1、脫硫劑制備系統 2、脫硫塔系統 3、除塵器系統 4、工藝水系統 5、煙氣系統 6、脫硫灰再循環系統 7、脫硫灰外排系統 8、電控系統 3、技術特點 1、脫硫塔內煙氣和脫硫劑反應充分,停留時間長,脫硫劑循環利用率高; 2、脫硫塔內無轉動部件和易損件,整個裝置免維護; 3、脫硫劑和脫硫渣均為干態,系統設備不會產生粘結、堵塞和腐蝕等現象; 4、燃燒煤種變化時,無需增加任何設備,僅增加脫硫劑就可滿足脫硫效率; 5、在保證SO2脫除率高的同時,脫硫后煙氣露點低,設備和煙道無需做任何防腐措施; 6、脫硫系統適應鍋爐負荷變化范圍廣,可達鍋爐負荷的30%—110%; 7、脫硫系統簡單,裝置占地面 積小; 8、脫硫系統能耗低、無廢水排放; 9、投資、運行及維護成本低。