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Flue gas desulfurization
煙氣脫硫

煙氣脫硫工藝簡(jiǎn)介:

煙氣脫硫(Flue gas desulfurization,簡(jiǎn)稱(chēng)FGD,FGD技術(shù)中,按脫硫劑的種類(lèi)劃分,可分為以下五種方法:以CaCO3(石灰石)為基礎的鈣法,以MgO為基礎的鎂法,以Na2SO3為基礎的鈉法,以NH3為基礎的氨法,以有機堿為基礎的有機堿法。



煙氣脫硫基本原理

化學(xué)原理:煙氣中的SO2 實(shí)質(zhì)上是酸性的,可以通過(guò)與適當的堿性物質(zhì)反應從煙氣中脫除SO2。煙道氣脫硫最常用的堿性物質(zhì)是石灰石(碳酸鈣, CaCO3)、生石灰(氧化鈣,CaO)和熟石灰(氫氧化鈣,Ca(OH)2)。石灰石產(chǎn)量豐富,因而相對便宜,生石灰和熟石灰都是由石灰石通過(guò)加熱來(lái)制取。有時(shí)也用碳酸納(純堿)、碳酸鎂和氨等其它堿性物質(zhì)。所用的堿性物質(zhì)與煙道氣中的SO2發(fā)生反應,產(chǎn)生了一種亞硫酸鹽和硫酸鹽的混合物(根據所用的堿性物質(zhì)不同,這些鹽可能是鈣鹽、鈉鹽、鎂鹽或銨鹽)。亞硫酸鹽和硫酸鹽間的比率取決于工藝條件,在某些工藝中,所有亞硫酸鹽都轉化成了硫酸鹽。SO2與堿性物質(zhì)間的反應或在堿溶液中發(fā)生(濕法煙道氣脫硫技術(shù)),或在固體堿性物質(zhì)的濕潤表面發(fā)生(干法或半干法煙道氣脫硫技術(shù))。



在濕法煙氣脫硫系統中,堿性物質(zhì)(通常是堿溶液,更多情況是堿的漿液)與煙道氣在噴霧塔中相遇。煙道氣中SO2溶解在水中,形成一種稀酸溶液,然后與溶解在水中的堿性物質(zhì)發(fā)生中和反應。反應生成的亞硫酸鹽和硫酸鹽從水溶液中析出,析出情況取決于溶液中存在的不同鹽的相對溶解性。例如,硫酸鈣的溶解性相對較差,因而易于析出;硫酸鈉和硫酸銨的溶解性則好得多。在干法和半干法煙道氣脫硫系統中,或使煙氣穿過(guò)堿性吸收劑床噴入煙道氣流中,或使固體堿性吸收劑與煙道氣相接觸。無(wú)論哪種情況,SO2都是與固體堿性物質(zhì)直接反應,生成相應的亞硫酸鹽和硫酸鹽。為了使這種反應能夠進(jìn)行,固體堿性物質(zhì)必須是十分疏松或相當細碎。在半干法煙道氣脫硫系統中,水被加入到煙道氣中,以在堿性物質(zhì)顆粒物表面形成一層液膜,SO2溶入液膜,加速了與固體堿性物質(zhì)的反應。

 

工藝方法

世界上普遍使用的商業(yè)化技術(shù)是鈣法,所占比例在90%以上。按吸收劑及脫硫產(chǎn)物在脫硫過(guò)程中的干濕狀態(tài)又可將脫硫技術(shù)分為濕法、干法和半干(半濕)法。濕法FGD技術(shù)是用含有吸收劑的溶液或漿液在濕狀態(tài)下脫硫和處理脫硫產(chǎn)物,該法具有脫硫反應速度快、設備簡(jiǎn)單、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn),但普遍存在腐蝕嚴重、運行維護費用高及易造成二次污染等問(wèn)題。干法FGD技術(shù)的脫硫吸收和產(chǎn)物處理均在干狀態(tài)下進(jìn)行,該法具有無(wú)污水廢酸排出、設備腐蝕程度較輕,煙氣在凈化過(guò)程中無(wú)明顯降溫、凈化后煙溫高、利于煙囪排氣擴散、二次污染少等優(yōu)點(diǎn),但存在脫硫效率低,反應速度較慢、設備龐大等問(wèn)題。半干法FGD技術(shù)是指脫硫劑在干燥狀態(tài)下脫硫、在濕狀態(tài)下再生(如水洗活性炭再生流程),或者在濕狀態(tài)下脫硫、在干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物(如噴霧干燥法)的煙氣脫硫技術(shù)。特別是在濕狀態(tài)下脫硫、在干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物的半干法,以其既有濕法脫硫反應速度快、脫硫效率高的優(yōu)點(diǎn),又有干法無(wú)污水廢酸排出、脫硫后產(chǎn)物易于處理的優(yōu)勢而受到人們廣泛的關(guān)注。按脫硫產(chǎn)物的用途,可分為拋棄法和回收法兩種。

 

目前,國內外常用的煙氣脫硫方法按其工藝大致可分為三類(lèi):濕式拋棄工藝、濕式回收工藝和干式工藝。其中變頻器在設備中的應用為節約能源做出了巨大貢獻。

 

干式脫硫

 

干式煙氣脫硫工藝

 

該工藝用于電廠(chǎng)煙氣脫硫始于80年代初,與常規的濕式洗滌工藝相比有以下優(yōu)點(diǎn):投資費用較低;脫硫產(chǎn)物呈干態(tài),并和飛灰相混;無(wú)需裝設除霧器及再熱器;設備不易腐蝕,不易發(fā)生結垢及堵塞。其缺點(diǎn)是:吸收劑的利用率低于濕式煙氣脫硫工藝;用于高硫煤時(shí)經(jīng)濟性差;飛灰與脫硫產(chǎn)物相混可能影響綜合利用;對干燥過(guò)程控制要求很高。



噴霧脫硫

 

噴霧干式煙氣脫硫工藝

噴霧干式煙氣脫硫(簡(jiǎn)稱(chēng)干法FGD),最先由美國JOY公司和丹麥NiroAtomier公司共同開(kāi)發(fā)的脫硫工藝,70年代中期得到發(fā)展,并在電力工業(yè)迅速推廣應用。該工藝用霧化的石灰漿液在噴霧干燥塔中與煙氣接觸,石灰漿液與SO2反應后生成一種干燥的固體反應物,最后連同飛灰一起被除塵器收集。我國曾在四川省白馬電廠(chǎng)進(jìn)行了旋轉噴霧干法煙氣脫硫的中間試驗,取得了一些經(jīng)驗,為在200300MW機組上采用旋轉噴霧干法煙氣脫硫優(yōu)化參數的設計提供了依據。



煤灰脫硫

 

粉煤灰干式煙氣脫硫技術(shù)

日本從1985年起,研究利用粉煤灰作為脫硫劑的干式煙氣脫硫技術(shù),到1988年底完成工業(yè)實(shí)用化試驗,1991年初投運了首臺粉煤灰干式脫硫設備,處理煙氣量644000Nm/h。其特點(diǎn):脫硫率高達60%以上,性能穩定,達到了一般濕式法脫硫性能水平;脫硫劑成本低;用水量少,無(wú)需排水處理和排煙再加熱,設備總費用比濕式法脫硫低1/4;煤灰脫硫劑可以復用;沒(méi)有漿料,維護容易,設備系統簡(jiǎn)單可靠。

濕法脫硫


FGD工藝

 

世界各國的濕法煙氣脫硫工藝流程、形式和機理大同小異,主要是使用石灰石(CaCO3)、石灰(CaO)或碳酸鈉(Na2CO3)等漿液作洗滌劑,在反應塔中對煙氣進(jìn)行洗滌,從而除去煙氣中的SO2。這種工藝已有50年的歷史,經(jīng)過(guò)不斷地改進(jìn)和完善后,技術(shù)比較成熟,而且具有脫硫效率高(90%98%),機組容量大,煤種適應性強,運行費用較低和副產(chǎn)品易回收等優(yōu)點(diǎn)。據美國環(huán)保局(EPA)的統計資料,全美火電廠(chǎng)采用濕式脫硫裝置中,濕式石灰法占39.6%,石灰石法占47.4%,兩法共占87%;雙堿法占4.1%,碳酸鈉法占3.1%。在中國的火電廠(chǎng)、鋼廠(chǎng),90%以上采用濕式石灰/石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝流程。但是在中國臺灣、日本等脫硫處理較早的國家和地區,基本采用鎂法脫硫,占到95%以上。



 

其主要優(yōu)點(diǎn)是脫硫效率高,同步運行率高,且其吸收劑的資源豐富,副產(chǎn)品可吸收,商業(yè)價(jià)值高。目前,鎂法脫硫在日本等煙氣控制嚴格的地區應用較多,尤其最早進(jìn)行脫硫開(kāi)發(fā)的日本地區有100多例應用,臺灣電站有95%以上是用的鎂法。對硫煤要求不高,適應性好。無(wú)論是高硫煤還是低硫煤都有很好的脫出率,可達到98%以上。

 

鎂法脫硫主要的問(wèn)題是吸收劑單價(jià)較高,副產(chǎn)品設備復雜。但是優(yōu)點(diǎn)是高脫除率,高運行率,副產(chǎn)品經(jīng)濟效益好等。

 

濕法FGD工藝較為成熟的還有:海水法;氫氧化鈉法;美國DavyMckee公司Wellman-LordFGD工藝;氨法等。

 

在濕法工藝中,煙氣的再熱問(wèn)題直接影響整個(gè)FGD工藝的投資。因為經(jīng)過(guò)濕法工藝脫硫后的煙氣一般溫度較低(45℃),大都在露點(diǎn)以下,若不經(jīng)過(guò)再加熱而直接排入煙囪,則容易形成酸霧,腐蝕煙囪,也不利于煙氣的擴散。所以濕法FGD裝置一般都配有煙氣再熱系統。目前,應用較多的是技術(shù)上成熟的再生(回轉)式煙氣熱交換器(GGH)。GGH價(jià)格較貴,占整個(gè)FGD工藝投資的比例較高。近年來(lái),日本三菱公司開(kāi)發(fā)出一種可省去無(wú)泄漏型的GGH,較好地解決了煙氣泄漏問(wèn)題,但價(jià)格仍然較高。前德國SHU公司開(kāi)發(fā)出一種可省去GGH和煙囪的新工藝,它將整個(gè)FGD裝置安裝在電廠(chǎng)的冷卻塔內,利用電廠(chǎng)循環(huán)水余熱來(lái)加熱煙氣,運行情況良好,是一種十分有前途的方法。


脫硫的防腐保護

脫硫系統中常見(jiàn)的主要設備為吸收塔、煙道、煙囪、脫硫泵、增壓風(fēng)機等主要設備,濕法脫硫等工藝具有介質(zhì)腐蝕性強、處理煙氣溫度高、SO2吸收液固體含量大、磨損性強、設備防腐蝕區域大、施工技術(shù)質(zhì)量要求高、防腐蝕失效維修難等特點(diǎn)。因此,該裝置的腐蝕控制一直是影響裝置長(cháng)周期安全運行的重點(diǎn)

問(wèn)題之一。脫硫的防腐主要有以下幾個(gè)方面:

 

1、吸收塔、煙囪中的應用

 

2、雙流式塔盤(pán)防腐保護

某電廠(chǎng)在2010年對洗滌器升級時(shí)安裝了新型雙流式塔盤(pán)。在2011年的檢驗中表明,在塔盤(pán)較低表面上形成的沉積物區域下面,基底金屬產(chǎn)生了較深的點(diǎn)蝕。用高壓水將沉積物清洗干凈,改變流量噴嘴試著(zhù)控制結垢。被腐蝕的區域需要進(jìn)行涂層保護,以防止進(jìn)一步的破壞。采用阿克-20防腐涂層為塔盤(pán)替換下來(lái)的陳舊的“碗狀物”進(jìn)行涂層,效果非常好。

 

3、煙道脫硫防腐保護

研發(fā)新陰極防腐系統,可用于燃燒系統的廢氣處理或者空氣污染控制設施的保護–有效控制(電流控制)高溫/極酸腐蝕環(huán)境(150,pH-2)薄涂層解決方案。



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