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烟气脱硫除尘技术方案

发布时间:2017-11-15点击量:605

烟气脱硫技术方案

1 烟气脱硫背景

烟气脱硫经过了近30年的发展已经成为一种成熟稳定的技术,在世界各国的燃煤电厂中各种类型的烟气脱硫装置已经得到了广泛的应用。从烟气脱硫技术的种类来看,除了湿式洗涤工艺得到了进一步的发展和完善外,其他许多脱硫工艺也进行了研究,并有一部分工艺在燃煤电厂得到了使用。烟气脱硫技术是控制SO2和酸雨的有效手段之一,根据脱硫工艺脱硫率的高低,可以分为高脱硫率工艺、中等脱硫率工艺和低脱硫率工艺;最常用是按照吸收剂和脱硫产物的状态进行分类可以分为三种:湿法烟气脱硫、半干法烟气脱硫和干法烟气脱硫。

2 烟气脱硫现行标准、相关政策

《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011),规定新建锅炉二氧化硫排放浓度限值为100mg/N

m3;现有锅炉二氧化硫排放浓度限值为200mg/Nm3。

国家发展改革委、环境保护部和国家能源局等三部委联合发布《关于印发<煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)>的通知》(发改能源[2014]2093号),到2020年,现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗低于310克/千瓦时,其中现役60万千瓦及以上机组(除空冷机组外)改造后平均供电煤耗低于300克/千瓦时。东部地区现役30万千瓦及以上公用燃煤发电机组、10万千瓦及以上自备燃煤发电机组以及其他有条件的燃煤发电机组,改造后大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值。

若实施超低/超洁净排放标准,则二氧化硫的排放浓度限值为≤35mg/Nm3。

3 烟气脱硫技术简介

按烟气与脱硫剂的接触方式分为湿法、半干法和干法。

湿法烟气脱硫工艺是采用液体吸收剂洗涤SO2烟气以脱除SO2。常用方法为石灰/石灰石吸收法、钠碱法、铝法、催化氧化还原法等,湿法烟气脱硫技术以其脱硫效率高、反应速度快、适应范围广、钙硫比低、技术成熟、适应大规模、副产物石膏可做商品出售等优点成为世界上占统治地位的烟气脱硫方法。但湿法烟气脱硫技术具有投资大、动力消耗大、占地面积大、设备复杂、运行费用和技术要求高等缺点。

半干法烟气脱硫工艺是采用吸收剂以浆液状态进入吸收塔(洗涤塔),脱硫后所产生的脱硫副产品是干态的工艺流程。工艺较简单、干态产物易于处理、无废水产生,投资一般低于传统湿法,但脱硫效率和脱硫剂的利用率较低,一般使用中、低硫煤。

干法烟气脱硫工艺是采用吸收剂进入吸收塔,脱硫后所产生的脱硫副产品是干态的工艺流程。有炉内喷钙、电法脱硫和电子束法等。干法脱硫技术与湿法相比具有投资少、占地面积小、运行费用低、设备简单、维修方便、烟气无需再热、副产物可综合利用等优点,但存在着钙硫比高、脱硫效率低的缺点。

3.1湿法脱硫

3.1.1石灰石—石膏法脱硫技术

技术原理

石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺采用价廉易得的石灰石作脱硫吸收剂,石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌制成吸收剂浆液。浆液从吸收塔上部喷入,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吸收塔下部浆池鼓入的氧化空气进行反应生成硫酸钙,硫酸钙达到一定饱和度后,结晶形成二水石膏。从吸收塔排出的石膏浆液经二级脱水,送至石膏贮仓堆放。脱硫后的烟气经除雾器除去雾滴,再经过加热、升温后,由烟囱排入大气。

其化学反应式如下:

SO2 + H2O → H2SO3 → H+ + HSO3-

H+ + HSO3- + 1/2O2 → 2H+ + SO42-

CaCO3 + 2H+ + H2O  → Ca2+ + 2H2O + CO2↑

Ca2+ + SO42- + 2H2O →CaSO4·2H2O

工艺流程

由专用密封罐车将满足要求的石灰石粉卸至石灰石粉仓,粉仓内的石灰石粉经粉仓底部的给料设备、输送装置均匀地送入石灰石浆池内,同时按一定比例加水经搅拌制成一定浓度的吸收剂浆液,并通过吸收剂循环泵从脱硫吸收塔内上部喷入,与烟气充分接触混合,烟气中的SO2被吸收浆液洗涤并与浆液中的CaCO3发生反应,落入吸收塔底部的循环浆池,被氧化风机鼓入的空气强制氧化,最终生成石膏晶体,脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴,经换热器加热升温后排入烟囱。从吸收塔循环浆池排出的石膏浆液经二级脱水,送至石膏贮仓堆放。为使浆液混合均匀、防止沉淀,在浆池内装设浆池搅拌机,由于吸收浆液循环利用,故脱硫吸收剂的利用率很高。

工艺流程如下图所示:

1.png

石灰石—石膏法脱硫工艺流程图

技术特点

1)技术成熟可靠;

2)单塔处理烟气量大,脱硫率可高达95%以上;

3)对燃料和锅炉负荷变化的适应性强;

4)采用专利的性能加强板,优化烟气导流,提高脱硫效率,降低液气比。

5)脱硫副产物(石膏)便于综合利用。

 

适用对象

新建、扩建和改建燃用高中低硫煤的大中小型燃煤机组或现役的燃用高中低硫煤及场地不受限制的大中小型燃煤机组脱硫技术改造。

 

3.1.2双碱法脱硫技术

技术原理

双碱法烟气脱硫技术是利用氢氧化钠溶液作为启动脱硫剂,配制好的氢氧化钠溶液直接打入脱硫塔洗涤脱除烟气中SO2来达到烟气脱硫的目的,然后脱硫产物经脱硫剂再生池还原成氢氧化钠再打回脱硫塔内循环使用。

双碱法烟气脱硫工艺同石灰石/石灰等其他湿法脱硫反应机理类似,主要反应为烟气中的SO2先溶解于吸收液中,然后离解成H+和HSO3-;使用Na2CO3或NaOH液吸收烟气中的SO2,生成HSO32-、SO32-与SO42-,反应方程式如下:

1、脱硫反应:

Na2CO3 + SO2→ Na2SO3 + CO2↑

2NaOH + SO2→ Na2SO3 + H2O

Na2SO3+ SO2 + H2O → 2NaHSO3

2、氧化过程(副反应):

Na2SO3 + 1/2O2→ Na2SO4

NaHSO3 + 1/2O2→ NaHSO4

3、再生过程:

Ca(OH)2 + Na2SO3→ 2 NaOH + CaSO3

Ca(OH)2 + 2NaHSO3→ Na2SO3 + CaSO3•1/2H2O +3/2H2O

工艺流程

烟气经布袋除尘器除尘,再进入脱硫塔。烟气在导向板作用向上螺旋,并与脱硫液接触,将脱硫液雾化成直径0.1-1.0mm的液滴,形成良好的雾化吸收区。烟气与脱硫液中的碱性脱硫剂在雾化区内充分接触反应,完成烟气的脱硫吸收和进一步除尘。经脱硫后的烟气向上通过塔侧的出风口直接进入风机并由烟囱排放。

脱硫液采用外循环吸收方式。吸收了SO2的脱硫液流入再生池,与新来的石灰水进行再生反应,反应后的浆液流入沉淀池,经沉淀池浆泵送入石膏旋流器脱水分离,未完全反应的吸收剂返回到再生池,继续参与脱硫反应,脱水后的含水率50%~55%的石膏小结晶体经真空皮带脱水机二次脱水后外运。再生池和沉淀池内经再生和沉淀后的上液体由循环泵打入反料池循环使用。

另外,由于渣带水会使脱硫液损失一部分钠离子,故需在循环池内补充少量纯碱或废碱液。

脱硫工艺主要包括5个部分:

(1)吸收剂制备与补充;

(2)吸收剂浆液喷淋;

(3)塔内雾滴与烟气接触混合;

(4)再生池浆液还原钠基碱;

(5)石膏脱水处理。

工艺流程如下图所示:

2.png


技术特点

1)脱硫效率90%以上;

2)脱硫剂采用钠碱和石灰,塔内清液吸收,有效避免塔内结垢;

3)液气比小。可脱硫除尘一体化;

4)一次投资省,运行成本低,国产程度高;

5)适应范围广。

适用对象

双碱法脱硫工艺降低了投资及运行费用,比较适用于中小型锅炉进行脱硫改造。

3.2半干法

尾部增湿活化再循环脱硫技术原理

尾部增湿活化再循环脱硫技术是对炉内喷钙脱硫技术进一步的完善和提升。经炉内喷钙脱硫装置已脱除70%二氧化硫的烟气通过水平烟道进入脱硫反应器,在增湿的条件下,烟气飞灰中未反应的活性CaO被消化成Ca(OH)2,在降温的条件下,飞灰中的Ca(OH)2与烟气中剩余的SO3和少量的SO2反应,生成CaSO4和CaSO3(少量),从而达到进一步脱硫的目的。

主要化学反应过程如下:

CaO+H2O→Ca(OH)2

Ca(OH)2+SO3→CaSO4+H2O

3.3干法

3.3.1循环流化床烟气脱硫技术

技术原理

这种工艺的创新之处在于,它以循环流化床原理为基础,使吸收剂在反应器内多次再循环,延长了吸收剂与烟气的接触时间,从而大大提高了吸收剂的利用率。

其主要化学反应方程式

CaO+H2O→Ca(OH)2消化过程

2Ca(OH)2+2HCl→CaCl2•Ca(OH)2•2H2O        吸收过程

Ca(OH)2+2HF→CaF2+2H2O                  吸收过程

Ca(OH)2+SO2→ CaSO3•1/2H2O+1/2H2O      吸收过程

CaSO3•1/2H2O+1/2O2→CaSO4•1/2H2O氧化过程

Ca(OH)2+SO3→CaSO4•1/2H2O+1/2H2O吸收过程

Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O吸收过程

工艺流程

脱硫工艺由吸收剂添加系统、吸收塔、再循环系统以及自动控制系统组成。烟气从流化床下部布风板进入吸收塔,与消石灰颗粒充分混合,SO2、SO3及其他有害气体如HCl和HF与消石灰反应,生成CaSO3·1/2H2O、CaSO4·1/2H2O、CaCO3、CaCl2、CaF2。反应产物由烟气从吸收塔上部携带出去,经除尘器分离,分离下来的固体灰渣经空气斜槽送回循环床吸收塔,灰渣循环量可以根据负荷进行调节。吸收剂的再循环延长了脱硫反应时间,提高了脱硫剂的利用率。工艺水用喷嘴喷入吸收塔下部,以增加烟气湿度降低烟温,使反应温度尽可能接近水露点温度,从而提高脱硫效率。在矿粉中氧化铁的帮助下,自身就有10%~30%左右的脱硝效率,只要低成本地加入一定的氧化剂,同步脱硝率可以达到50%~70%左右,完全可以满足最新一级今后相当长时间内的NOx的排放标准。

工艺流程如下图所示:

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技术特点

1)高脱硫率、高除尘率,具有同步脱硝、脱汞、脱二噁英、脱酸等多污染物协同脱除能力。

2)系统无需防腐,排烟无需加热。

3)工艺布置紧凑、灵活、占地少、投资较湿法低;

4)脱硫系统启、停方便,对工况适应性强,同步率高。

5)能在钙硫比很低(Ca/S=1.1~1.2)的情况下达到与湿法脱硫工艺相当的脱硫效率,即95%左右;

6)无废水产生,脱硫副产物为干态,其化学组成与喷雾干燥工艺的副产品类似,主要成分有飞灰、CaSO3、CaSO4以及未反应的吸收剂等、加水后会发生固化反应,固化后的屈服强度可达15-18N/mm2,渗透率约为3×10-11,压实密度为1.28g/cm3,强度与混凝土接近,渗透率与黏土相当,因此适合用于矿井回填、道路基础等方面。

 

适用对象

循环流化床烟气脱硫工艺是一种经济高效的脱硫技术,该技术目前已在国内发展地非常成功,在大、中、小型燃煤锅炉已经有了多年的稳定运行时间和经验,适合我国国情。

 

3.3.2炉内喷钙脱硫技术

技术原理

传统炉内喷钙脱硫工艺以炉膛作为反应器,是目前循环流化床锅炉配套脱硫系统时主要采用的脱硫工艺,其脱硫效率可达80%以上。

与电厂现有的石灰石-石膏湿法脱硫工艺使用的脱硫剂相同,传统的炉内喷钙脱硫技术是以石灰石粉(CaCO3)作为脱硫剂,喷入炉膛温度为800~950℃的区域,CaCO3迅速热分解成CaO及其它副产物,随后CaO与烟气中的SO2反应生成CaSO3。

化学反应过程如下:

CaCO3→CaO+CO2

CaO+SO2→ CaSO3

工艺流程

炉内喷钙脱硫技术的整套脱硫装置由石灰石储存、石灰石输送、空气系统和自动控制四个分系统组成。

石灰石储料仓中的石灰石通过连续给料装置和输送管道输送至锅炉炉膛内,分解和脱硫反应在锅炉炉膛内进行,未反应的石灰石随燃煤颗粒一起被锅炉后部的回收装置收集后,重新进入炉膛内进一步参与分解和反应,不断循环利用。自动控制系统监控整套脱硫设施的设备运行、石灰石的投加等整个运行过程。

工艺流程如下图所示:

4.png


技术特点

传统炉内喷钙脱硫技术具有具有占地面积少,工艺简单、一次性投资少、运行费用低、操作方便、自动化程度高、脱硫灰综合利用价值高(可和粉煤灰一起综合利用)、无二次污染、脱硫率高等特点。另外炉内喷钙脱硫技术及其装备全部在炉外布置,对比其它在烟道布置的脱硫技术,有着不可替代的安全优势,本脱硫装置的设备进行安装或检修时,锅炉和发电机组完全可以正常运行,不影响电厂的发电指标完成,为企业赢得更好的经济效益。

传统炉内喷钙脱硫技术是目前世界上脱硫工艺最为简单、在循环流化床锅炉上应用最多的脱硫工艺,应用的最高单机容量已达300MW。

适用对象

因其投资少、效率高(循环流化床锅炉可达80%脱硫效率)、占地小、工程建设期间对锅炉影响小,适用于已建电厂场地、资金紧张、脱硫设备急需升级改造的循环硫化床锅炉。

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烟气除尘技术方案

1 国家对污染物排放要求的变化

《GB13223-1996火电厂大气污染物排放标准》对当时新建燃煤电厂的烟尘排放要求是200mg/Nm3以下。

《GB13223-2003火电厂大气污染物排放标准》则对当时的新建燃煤电厂的烟尘排放要求调整为50mg/Nm3以下。

《火电厂大气污染物排放标准》则将烟尘排放标准再次调整为30mg/Nm3以下,部分重点地区甚至为20mg/Nm3以下。


2 除尘器的发展

除尘器是火力发电厂重要的烟气净化设备,目前我国火电厂主要采用的除尘形式有电除尘器、袋式除尘器和电袋复合除尘器。电除尘器应用时间最长,技术比较成熟,应用最为广泛。对于布袋除尘器,20世纪80年代我国就在小范围电厂中进行过试验,受当时工艺水平限制,滤料质量不过关,加上技术不够成熟等问题,没有得到推广应用。今年来,随着布袋除尘器技术的发展以及环保排放要求的提高,布袋除尘器又成为火电厂的选择之一。电袋复合式除尘器是电除尘器和布袋除尘器技术的结合,2000年以后在国内开始推广应用,电袋除尘器多用于现有电厂的除尘器改造,以解决静电除尘器不能达到环保要求的问题。


3 除尘器的原理及技术特点

3.1电除尘器

3.1.1原理

利用强电场电晕放电,使气体电离产生大量自由电子和离子,并吸附在通过电场的粉尘颗粒上,使烟气中的粉尘颗粒荷电,荷电后的粉尘颗粒在电场库仑力的作用下吸附在极板上,通过振打落入灰斗,经排灰系统排出,从而达到收尘的目的。


3.1.2特点

除尘效率较高,压力损失小,使用方便且无二次污染,对烟气的温度及成分敏感度不高,设备运行检修相对容易,安全可靠性较好。其缺点是设备占地面积较大,且除尘效率受煤种和飞灰成分的影响较大。


3.2布袋除尘器

3.2.1原理

布袋除尘器是一种干式过滤装置,工作原理比较简单,即利用过滤原理,用纤维编织物制作的袋式过滤单元来捕捉含尘烟气中的粉尘。堆积在滤袋表面的粉饼层在此反向加速度及反向穿透气流的作用下,脱离滤袋面,落入灰斗。落入灰斗后的灰再经输灰系统外排。

3.2.2特点

布袋除尘器占地小,对粉尘特性不敏感,不受煤种、飞灰成分、浓度和比电阻的影响,除尘效率高,排放稳定,一般可以保证出口排放浓度在50mg/Nm3以下,好的可以达到30mg/Nm3以下甚至更低。


3.3电袋除尘器

3.3.1原理

同电除尘器和布袋除尘器

3.3.2特点

电袋复合除尘器结合了电除尘器和袋式除尘器的特点,烟气先经过电场单元出去大部分烟尘和粗颗粒,再经过布袋单元出去较小粒径的粉尘。电袋复合除尘器有分体电场单元与布袋单元分开设置,占地较大,并不常用。一体式电袋复合除尘器兼有电除尘器和袋式除尘器的有点和缺点,对煤种和烟尘比电阻变化的适应能力比电除尘器强,运行阻力低于纯布袋除尘器,滤袋寿命较布袋除尘器更长,电耗也低于电除尘器。但由于兼有电除尘和布袋除尘两套单元,因此运行维护较复杂。


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3.4选用除尘器原则

1、  除尘效率应满足要求;

2、  技术较为成熟,运行费用低;

3、  投资省、主体设备的使用寿命长、建造工期短、系统简便、易于操作管理。

3.5静电除尘器和布袋除尘器基本性能对比

除尘效率:

布袋除尘器对人体有严重影响的重金属粒子及亚微米级尘粒的捕集更为有效。通常除尘效率可达99.99%以上,排放烟尘浓度能稳定低于50mg/Nm3以下,几乎实现零排放。

静电除尘器随着国家环保标准的进一步提高和越来越多的电厂燃用低硫煤(或经过了高效脱硫),比电阻大,即使达标也变得越来越困难。

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