燃煤电厂SO2控制技术及其工艺分析

来源:用户上传      作者: 李官仓

　　摘要: 近年来我国二氧化硫的排放总量和单位发电量的污染物排放情况与国外发达国家进行了比较,为加快我国烟气脱硝技术的发展提供了指导方向。本文对燃煤电厂SO2控制技术及其工艺特性分析和研究。
　　关键词: 二氧化硫;控制技术;工艺特性
　　
　　1引言
　　
　　当前在我国的电力能源的构成中,煤电大约占到80%。燃煤火电厂在将一次能源煤炭转换为二次能源电力的过程中,会产生废气、废水、灰渣及噪声等污染物,其废气中的 SO2 是大气的主要污染物之一。目前我国每年排放的 SO2 超过 2090 万吨,因酸雨造成的损失每年超过 1100 亿元,相当于每吨 SO2 造成的损失近 5000 元。因此,燃煤发电厂如何解决烟气污染物排放控制的问题(尤其是SO2的减排工作),如何选择合适的环境控制技术,是一个迫在眉睫的重要任务
　　
　　2燃烧前脱硫技术
　　
　　2.1煤炭的洗选
　　洗选煤是采用物理、化学或生物方式肘锅炉使用的原煤进行清洗,将煤中的部分硫除掉,使煤得以净化并生产出不同质量、规格的产品。主要方法有重力法、浮选法、重液体富集法、磁性分离法、静电分离法、凝聚法、细煤粒一重介质旋风分离法等,生产中应用最广泛的是前两种。
　　2.2煤炭转化
　　煤的气化,是指用水蒸气、氧气或空气作氧化剂,在高温下与煤发生化学反应,生成 H2、CO、CH4 等可燃混合气体(称作煤气)的过程。煤炭气化不仅能显著地提高煤炭利用效率,而且能极大地减少污染物的排放,使煤中的硫化物、氮化物等杂质基本上被脱除(脱琉率 90%―99%),与直接燃煤相比,民用煤气可节煤 20%―30%,工业燃料气可节煤 15%。我国煤气化技术的研究开发工作始于 1956 年,主要分为工业和民用两大类,目前已成功掌握了年产 8 万吨合成氨的德士古炉设计、制造及运行技术,引进的鲁奇气化炉技术也已成功完成了产气量为 160 万 m3/h 的依兰煤气工程和 54 万 m3/h的兰州煤气工程。目前正在消化吸收这类技术,尚未扩大应用。使用更多的气化技术是常压固定床和二段空气气化炉,与世界先进水平相比,还有很大差距。此外,我国进行了直接在地下煤矿使煤气化的研究,并取得了较大的进展。与煤气化相关的洁净煤技术还有整体煤气化联合循环(IGCC)、第二代增压流化床燃烧联合循环发电(PFBC―CC)和燃料电池(FC)等,它们皆以煤炭部分或全部气化为基本组成部分,通过燃烧或转化煤气来发电。
　　2.3水煤浆技术
　　水煤浆(Coal Water Mixture.简称 CWM)是将灰分小于 10%,硫分小于 0.5%、挥发分高的原料煤,研磨成 250～300 微米的细煤粉,按 65%―70%的煤、30%―35%的水和约 1%的添加剂的比例配制而成。水煤浆可以像燃料油一样运输、储存和燃烧。燃烧时,水煤浆从喷嘴高速喷出,雾化成 50―70 微米的雾滴,在预热到600-700℃的炉膛内迅速蒸发,并伴随微爆,煤中挥发分析出而着火,其着火温度比干煤粉还低。它是 20 世纪 70 年代石油危机中发展起来的一种新型低污染代油燃料。它既保持了煤炭原有的物理特性,又具有石油一样的流动性和稳定性,被称为液态煤炭产品。水煤浆技术包括水煤浆制备、储运、燃烧等关键技术,是一项涉及多门学科的系统技术。
　　
　　3燃烧过程中主要脱硫技术
　　
　　3.1燃烧过程中脱硫原理
　　燃烧过程中进行脱硫处理,即在煤中掺烧固硫剂固硫,固硫物质随炉渣排出。也就是在煤中掺入或向炉内喷射各种石灰石粉、白云石粉、生石灰、电石渣及富含金属氧化物的矿渣、炉渣等作为固硫剂,在燃烧中,由于固硫剂的作用,煤燃烧产生的 SO2 还没有逸出就与煤中含钙的固硫剂( 如石灰石) 发生化学反应,生成固相硫酸盐,随炉渣排出,从而减少 SO2 随烟气排入大气而污染环境。石灰石固硫的化学反应方程式为:
　　CaCO3→CaO+CO2-183kJ/mol
　　CaO+SO2+1/2O2→CaSO4+486kJ/mol
　　3.2 型煤
　　固硫型煤是用沥青、石灰、电石渣、无硫纸浆黑液等做熟结剂,将粉煤经机械加工成一定形状和体积的煤制品。将粉煤加工成型煤,比燃烧散煤节约能源 24%―27%,减少烟尘排放量 74%―90%,加入适量的固硫剂,燃烧时 SO2 的排放比燃烧散煤时减少一半以上。型煤燃烧技术对于占工业锅炉总量 70%以上层燃式锅炉及工业窑炉的有害物质排放能起到一定的治理作用,是实现工业炉窑高效、清洁燃烧的一个大有希望的方向。
　　
　　4燃烧后主要脱硫技术
　　
　　4.1湿式石灰石(石灰)-石膏法脱硫技术
　　1、系统组成
　　各种大型湿法烟气脱硫技术工艺和系统基本相同,按照采用的吸收剂不同,其湿法烟气脱硫主要工艺系统略有一些不同。现在主要对目前实际应用最多的采用石灰石作为吸收剂并生产二水石膏 CaSO4•2H2O 的石灰石-石膏湿法(FGD)脱硫工艺系统进行分析。一套完整的湿法脱硫工艺系统通常包括:吸收塔系统(即 SO2 吸收与氧化系统)、烟气系统(引接烟道、脱硫风机、气气换热器[如通过烟囱防腐处理,可不装设]、挡板门及其密封系统)、吸收剂制备与输送系统、石膏脱水系统、工艺水系统、FGD 辅助设备系统(废水处理与排放[事故]系统、副产品石膏贮存或回收利用系统)、控制系统等。具体工程的脱硫系统因外部条件不同其组成可能略有差异。
　　2、工艺流程
　　采用价廉易得的石灰石或石灰做脱硫吸收剂,石灰石经破碎磨成粉状与水合
　　搅拌成吸收浆液。当采用石灰为吸收剂时,石灰经消化处理加水搅拌成吸收浆液。
　　锅炉的烟气从电除尘器或布袋除尘后(除尘效率大于 97%),经烟气换热器降温
　　后从吸收塔下部进入吸收塔(经过气-气换热器后的烟气温度下降到 100℃左右)。在吸收塔中,存在吸收塔底部的含有吸收剂-石灰石的混合浆液(pH 值为 5.5-6.5左右),由循环泵从塔底打入设置在吸收塔上层喷淋层,从喷淋层喷嘴喷出,与烟气逆向接触混合,吸收烟气中的二氧化硫,生成亚硫酸钙。反应后含有亚硫酸钙的浆液沉到吸收塔的下部,由于烟气中含有氧气,同时采取氧化风机从吸收塔底部鼓入的空气强制氧化措施,使亚硫酸钙氧化成硫酸钙,使之生成二水硫酸钙(CaSO4•2H2O)即石膏(此时循环石灰石浆液 pH 值控制在 5-5.5 左右)。将氧化后浆液从底部抽出,由于二水硫酸钙结晶成较大的颗粒,经脱硫装置脱水后得含水量小于 10%的二水硫酸钙(石膏)产品。脱硫净化后的烟气依次经过除雾器除去雾滴然后再经气-气换热器升温后,从烟囱排放到大气空中。脱硫石膏处置方式的选择主要取决于市场对脱硫石膏的需求、脱硫石膏的质量以及是否有足够的堆放场地等因素。脱硫石膏主要用于做水泥缓凝剂和建筑材料,也可以用作盐碱地和酸性土壤的改造等。
　　
　　4.2海水脱硫法
　　海水具有一定的天然碱度和水化学特性,自然碱度为 1.2～2.5mmol/L,对酸具有天然的中和能力,可用于燃煤含硫量不高并以海水作为循环冷却水的海边电厂的脱硫。
　　海水 FGD 工艺主要由烟气系统、SO2 吸收系统、海水供排系统及海水恢复系统等组成。烟气经除尘后由增压风机送入气气换热器热侧降温,然后进入吸收塔。在脱硫吸收塔内,与来自循环冷却系统的大量海水接触,烟气中的二氧化硫被吸收反应脱除。脱除二氧化硫后的烟气经除雾器除去液滴后进入气气换热器冷侧升温后进入烟囱排放。吸收塔内洗涤烟气后的海水呈酸性,因含有较多的 SO32-,不能直接排入海中,而是依靠重力排入海水恢复系统―曝气池,与大量未脱硫的海水混合,并鼓入大量空气使其中的 SO32-被氧化成为稳定的 SO42-,同时 H+与海水中的 CO32-发生反应,生成的 CO2 被驱除,恢复脱硫海水的 pH 值和含氧量,同时降低 COD,使海水的 pH 值与 COD 调整达到排放标准后排入大海。
　　
　　参考文献:
　　[1] 郝吉明.燃煤二氧化硫污染控制技术手册.北京:化学工业出版社,2001
　　[2] 李忠华,薛建明.火电厂烟气脱硫工程建设方案的经济评价[J].电力建设, 2003
　　[3] 陈绍敏.海水脱硫技术经济性分析[J].热力发电,2006

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