造纸厂烟气脱硫课程设计Word格式文档下载.docx
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(3)燃烧后脱硫,即烟气脱硫(FGD)"
FGD法是世界上唯一大规模商业化的脱硫技术"
FGD技术,主要是利用吸收剂或吸附剂去除烟气中的502,并使其转化为较稳定的硫的化合物"
FGD技术种类繁多,但是真正工业化的只有十几种"
FGD技术按脱硫后产物的含水量大小可分为湿法、半干法和干法;
按脱硫剂是否再生分为再生法和不可再生法;
按脱硫产物是否回收分为回收法和抛弃法"
其中湿法脱硫技术应用约占整个工业化脱硫装置的85%左右,而湿式石灰石/石灰法又占湿法的近80%,在现有烟气脱硫技术中占主导地位。
近年来,世界各国在烟气脱硫(FGD)方面均取得了较大进展"
目前常用的工业化的FGD技术有:
(l)湿法石灰石/石灰烟气脱硫技术
该法是利用成本低廉的石灰石或石灰作为吸收剂吸收烟气中的502,生成半水亚硫酸钙或石膏"
这种技术曾在70年代因其投资大!
运行费用高和腐蚀!
结垢!
堵塞等问题而影响了其在火电厂中的应用"
经过多年的实践和改进,工作性能和可靠性大为提高,投资与运行费用显著减少"
该法主要优点为:
a.脱硫效率高(有的装置C留S=1时,脱硫效率大于90%);
b.吸收剂利用率高,可大于90%;
c.设备运转率高(可达90%以上)"
该法是目前我国引进的烟气脱硫装置中主要方法"
主要缺点是投资大、设备占地面积大、运行费用高。
七五期间重庆路磺电厂引进日本三菱重工的与2又360MW机组配套2套湿式石灰石/石膏法烟气脱硫技术与设备,率先建成了大型电厂锅炉烟气脱硫示范工程,并于1992年和1993年正式投入商业运转,系统脱硫率达95%以上,副产品石膏纯度高于90%。
目前,从设计上综合考虑加强反应控制,强制氧化,从而减少吸收塔和附属设备体积、降低电耗、减少基本建设投资和运行费用"
选用耐腐蚀材料,提高吸收塔及出口烟气、挡板、除雾装置等的使用寿命,提高气液传质效率,建造大尺寸的吸收塔等因素,对此项技术作了进一步改进和提高。
(2)氨法
氨法烟气脱硫采用氨作为二氧化硫的吸收剂,氨与二氧化硫反应生成亚硫酸馁和亚硫酸氢钱,随着亚硫酸氢钱比例的增加,需补充氨,而亚硫酸按会从脱硫系统中结晶出来"
在有氧气存在的情况下还可能发生氧化反应生成硫酸钱"
该法根据吸收液再生方法不同,可以分为氨一酸法!
氨一亚硫酸按法和氨一硫按法"
影响氨法脱硫效率的主要因素是脱硫液的组成,受溶液蒸气压和pH值的影响"
氨法的主要优点是脱硫剂利用率和脱硫效率高,且可以生产副产品"
但氨易挥发,使得吸收剂的消耗量增加,产生二次污染。
此外该法还存在生产成本高!
易腐蚀!
净化后尾气中含有气溶胶等问题。
(3)双碱法脱硫工艺
为了克服石灰/石灰石法容易结垢和堵塞的缺点,发展了双碱法。
该法先用可溶性的碱性清液作为吸收剂吸收50:
然后再用石灰乳或石灰对吸收液进行再生。
双碱法的明显优点是,由于主塔内采用液相吸收,吸收剂在塔外的再生池中进行再生,从而不存在塔内结垢和浆料堵塞问题,从而可以使用高效的板式塔或填料塔代替目前广泛使用的喷淋塔浆液法,减小吸收塔的尺寸及操作液气比,降低成本"
另外,双碱法可得到较高的脱硫率,可达80%以上,应用范围较广,该法的主要缺点是再生池和澄清池占地面积较大。
(4)喷雾干燥法烟气脱硫技术
这种技术属半干法脱硫技术,多数采用旋转喷雾器,石灰浆液作吸收剂,以细雾滴喷入反应器,与二氧化硫反应并同时干燥,在反应器出口,随着水分蒸发,形成了干的颗粒混合物"
其工艺特点是投资较低,设计和运行费用较为简单,占地面积较少,脱硫率一般为60一80%"
在西欧的德国、奥地利、意大利、丹麦、瑞典、芬兰等国家应用比较多"
美国也有巧套装置(总容量500OMW)在运行,燃煤含硫量一般不超过1.5%,脱硫效率均低于90%。
沈阳黎明发动机厂从丹麦引进技术并建成一套S000ONm3/h工业装置,并对低硫煤(含硫率0.97%)烟气进行了脱硫试验,在钙硫比为2.2时,取得80%的系统总脱硫效率。
(5)炉内喷吸收剂/增湿活化烟气脱硫工艺
该法是一种将粉状钙质脱硫剂直接喷入燃烧锅炉炉膛的技术,由于投资及运行费用较低,该类工艺方法在近期内取得较大进展,在西北欧广大国家均已有工业运行装置。
芬兰IVO公司开发了炉内喷钙/活化脱硫工艺(LIFAC),克服了脱硫效率不高及粉尘比阻升高而影响除尘效果的弊端,具体做法是:
在锅炉尾部安活化反应器,将烟气增湿,使剩余的吸收剂活化与502反应"
其工艺简单,占地小,主要适用于中!
低硫煤锅炉,脱硫率一般为60一80%。
其主要缺点是脱硫剂消耗量大,易产生粉灰,使除尘负荷加重"
南京下关电厂引进LIFAC全套技术,配套125MW机组(燃煤含硫率0.92%),设计脱硫率75%。
(6)海水脱硫技术
这是一种投资低,运行费用低,易管理的脱硫工艺,适用于燃煤含硫量不高,并以海水为循环冷却水的电厂。
己投运或工程建设中的国家有挪威、西班牙、英国等沿海国家现有20多套商业运行系统。
烟气处理总量达6.59x106m3/h,相当于装机容量2150MW,其中单项工程最大处理量为l.o3xlo6M3/h,相当于装机容量375Mwl0]。
该法以利用天然纯海水(碱度1.2一2.5们n们以01/1)作为烟气中的二氧化硫吸收剂,工艺简单,无结垢、堵塞现象。
董学德等人曾认为这是一种符合我国国情,并值得在国内火电厂试点的脱硫工艺,但该法产生的废弃物以及热污染对附近海洋生态的影响尚不清楚"
此法已应用于深圳西部电厂一台200MW的机组,在校核工况下,脱硫率七70%,曝气池出口排放海水的pH七6.5,FGD系统出口烟气温度>
=70℃
(7)电子束烟气脱硫技术
该法是采用高能电子束照射烟气,使烟气中的N2、O2和水蒸气等发生辐射反应,生成大量的离子!
自由基!
原子!
电子和各种激发态的原子、分子等活性物质,它们将烟气中的SO2和NOx氧化为SO3和NO2。
这些SO3和NO2与水蒸气反应生成硫酸和硝酸,再与氨反应生成硫酸按与硝酸按。
该工艺特点是同时脱硫脱硝,无废水排放,运行操作简单,副产品可用作氮肥,但其核心设备加速器昂贵限制其推广应用。
1.3我国烟气脱硫技术研究开发进展
八十年代以来,特别是在九五和十五期间,我国自主开发研究了一批烟气脱硫技术,其中较为典型的有:
(l)旋流板塔烟气脱硫法
该法主要是以旋流板塔为吸收塔的一种脱硫方法。
旋流板塔是浙江大学发明的新型塔器,具有负荷高、压降低、不易堵、弹性宽等优点,其综合性能优于国内外普遍使用的湿法吸收器。
浙江大学对旋流板塔烟气脱硫法已有二十年的研究,并承担了七五、九五、十五0863国家重点科技攻关项目脱硫的课题,对旋流板塔法应用各种吸收剂和添加剂时的脱硫机理和应用进行了大量的研究。
该技术己在浙江、江苏、湖南、山东等地推广应用在数十套2t/h~130t/h不同规模的燃煤锅炉上,采用的工艺有双碱法!
石灰法及使用碱性废物法等,脱硫率达60一90%,除尘效率达90~99%,全塔阻力平均为1000Pa。
(2)氧化镁法
清华大学在十五0863计划期间研究了氧化镁法的工艺,该工艺采用氧化镁作为吸收剂,吸收烟气中的二氧化硫,生成亚硫酸镁,同时烟气中的氧与亚硫酸镁发生反应生成硫酸镁。
氧化镁法的工艺路线按回收产品的不同又可以分为氧化镁一硫酸镁回收法和氧化镁——二氧化硫回收法。
前者通过添加氧化池,把吸收浆液中的亚硫酸镁氧化成硫酸镁,硫酸镁的溶解度很大,再通过结晶回收硫酸镁;
后者分离一部分浆液进行分离,得到的亚硫酸镁通过锻烧得到氧化镁,同时回收二氧化硫气体,回收的氧化镁再用于脱硫,二氧化硫则用来制硫酸。
该工艺优点是氧化镁的活性高于氧化钙,与石灰法相比在较低的液气比下可得到与石灰法相同的脱硫效率,同时由于硫酸镁的溶解度大,不会结垢"
氧化镁法的另一个优点是回收产品硫酸镁或硫酸。
但是改工艺受矿产资源的限制,由于氧化镁的价格高,在没有氧化镁资源的地方不合适。
另一方面,氧化镁一一二氧化硫回收法的回收过程中,亚硫酸镁和硫酸镁锻烧后产生的氧化镁活性较低,难以实现循环利用"
目前在工程应用中大都采用氧化镁一硫酸镁的工艺。
(3)半干半湿法
十五期间,中国环境科学研究院发明了自主的半干半湿法烟气脱硫技术,该工艺采用石灰作为脱硫剂,采用脱硫灰循环应用作为辅助脱硫剂成分。
脱硫灰中含有未完全反应的石灰和飞灰,经脱硫塔和预除尘器收集后,通过蒸汽输送重新进入脱硫塔。
石灰在蒸汽输送过程中,CaO变为强活性的Ca(OH)2,循环应用脱硫灰通过蒸汽输送,一部分粉煤灰中的碱性氧化物变为湿碱性的碱性氢氧化物,提高了脱硫剂与502进行反应的活性和石灰的利用率。
它克服旋转喷雾法(SDA)喷雾与磨损,对脱硫剂钙含量要求高,以及炉内喷钙增湿活化法(LIFAC)Ca/S比过高的缺点.具有设备系统简单,占地少、投资低、运行费低、易操作和维修等优点。
目前已应用在垃圾焚烧行业的烟气脱硫上。
(4)碱性废物法
北京市劳动保护研究院在对工业废碱进行了研究之后开发了利用锅炉自身排放碱性物质脱硫的烟气处理技术"
锅炉自身排放的灰渣中含有的氧化钙、氧化镁、氧化钠和氧化钾等碱性金属氧化物的含量范围很宽,它们具有中和酸性物质的作用;
三氧化二铁和三氧化二铝是两性氧化物,在酸性条件下又具有中和酸的能力。
利用这些碱性物质脱硫具有工艺简单,操作方便,基建投资少,运行费用低等特点。
既解决了工业碱性废弃物被抛弃,占用土地,给环境带来的严重污染问题,又可脱除烟气中的二氧化硫,降低脱硫成本,起到了以废治废综合治理环境的目的,有较好的社会、经济效益。
(5)循环流化床
流化床脱硫技术在20世纪60年代开始燃烧中脱硫中得到应用,后来应用到了烟气脱硫中。
浙江大学热能工程研究所和山东大学能源与动力工程研究院在循环流化床烟气脱硫技术方面做的研究较多,并且己应用到工程实例中。
循环流化床烟气脱硫技术与流化床燃烧脱硫技术类似,烟气通过流化床,使吸收剂在流化床内处于流化态,烟气与悬浮的吸收剂发生反应,在流化床出口设置气固分离装置把吸收剂和反应产物分离出来回到流化床内进一步反应,烟气经过除尘以后排放"
循环流化床烟气脱硫技术具有结构简单、占地小、脱硫效率较高、投资和运行费用低等优点,但是对于后续的除尘负荷较大,钙硫比较湿法高。
(6)旋转喷雾干燥法(LsDP)
西南电力设计院等单位经过七五攻关,己建造出自动化水平较高、全套设备国产化,用于高硫煤的中试装置"
应用于四川内江白马电厂70,000Nm/h的烟气处理,烟气中SO2气体含量3,500ppm,脱硫率80%,每年减少502排放量3300t。
(7)磷馁肥法(PAFP)
该法是我国自主开发的一种烟气脱硫技术"
其特点是利用天然磷矿石和氨作为原料,在烟气脱硫过程中副产磷按复合肥料。
已在四川豆坝电厂建成5,000Nm3/h中试装置,系统总脱硫率七95%,副产品磷按复肥含水量三4%,肥料品位(N+PZOS含量)全35%。
(8)脉冲电晕等离子法(ppCp)
该技术利用高电压脉冲在烟气中电晕放电,使SO2和NOx分子氧化并与注入的NH3反应生成硫钱和硝馁,可实现烟气脱硫脱硝,具有电子束辐照法的全部优点,同时一次性投资和运行费用较低,因而受到国内外广泛关注。
该技术也被列入十五国家863计划"
中国工程物理院也己在四川建成20,000Nm3/h的装置。
(9)活性炭纤维法(ACFp)
该技术利用活性炭纤维作催化剂,脱硫率可达95%以上,单位脱硫剂处理能力高于活性炭脱硫一个数量级,且工艺流程简单,设备少,操作容易,投资和运行成本低,并能在消除502污染的同时回收硫资源。
另外我国还在生物法脱硫、电化学脱硫、电子束辐照法、氧化热化学法等。
二、双碱法烟气脱硫工艺
2.1工艺简介
双碱法是先用可溶性的碱性清液作为吸收剂吸收SO2,然后再用石灰乳或石灰对吸收液进行再生,由于在吸收和吸收液处理中,使用了不同类型的碱,故称为双碱法。
钠钙双碱法是以碳酸钠或氢氧化钠溶液为第一碱吸收烟气中的SO2,然后再用石灰或熟石灰作为第二碱,处理吸收液,再生后的吸收液送回吸收塔循环使用。
由于采用钠碱液作为吸收液,不存在结垢和浆料堵塞问题,且钠盐吸收速率比钙盐速率快,所需要的液气比低很多,可以节省动力消耗。
2.2化学反应过程
本方案采用双碱法旋流板塔脱硫除尘工艺:
其基本化学原理可分为脱硫过程和再生过程、氧化过程三部分:
A、脱硫过程:
Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2
(1)
2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O
(2)
Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3(3)
以上三式视吸收液酸碱度不同而异:
碱性较高时(pH>9),
(2)式为主要反应;
碱性较低时,
(1)式为主要反应;
碱性为中性甚至酸性时(5<pH<7),则(3)式为主要反应。
B、再生过程(石灰乳置换再生):
2NaHSO3+Ca(OH)2→Na2SO3+CaSO31/2H2O+3/2H2O(4)
Na2SO3+Ca(OH)2→2NaOH+CaSO31/2H2O(5)
C、氧化反应(不稳定的亚硫酸钙氧化成稳定的硫酸钙):
2CaSO3·
1/2H2O+O2+3H2O→2CaSO4·
2H2O
Ca(HSO3)2+1/2O2+H2O→CaSO4·
H2O+SO2
在石灰乳液(石灰水达到饱和状况)中,中性的Na2HSO3很快跟石灰反应从而释放出Na+,随后生成的SO32-又继续跟石灰反应,反应生成物以半水化合物形式慢慢沉淀下来,从而使钠基得到再生。
可见(Na2CO3、NaOH)只是作为一种起动碱,起动后实际消耗的是石灰,理论上不消耗纯碱(只是排渣时会带出一些,因而有少量损耗)。
当碱性吸收液在洗涤塔洗涤废气时,SO2被吸收,SO2能溶解于水,特别是在碱性溶液中,SO2的溶解度更大,可以认为是全溶和全吸收,pH=10的碱性溶液,溶解SO2后,pH值迅速下降,大约稳定在5-7之间,以后下降缓慢,这是因为SO2在酸性液中溶解很少。
烟气脱硫装置根据SO2的特性采用多级喷淋装置,当一级喷淋装置中喷淋出来的pH值=10的液体吸收SO2后,液体中pH值迅速降至5-7。
此时,液体下落到水封池排出的尘液pH值约为4-6进入置换池,补充pH值及置换出Na离子。
pH值恢复到7左右。
2.3双碱法脱硫装置
本方案设计采用双碱法:
即以钠基(Na2CO3、NaOH)洗涤液进入塔体吸收SO2,脱硫后浆液用钙基(Ca(OH)2、CaCO3)乳液苛化再生,并固化亚硫酸根实施渣水分离后,再入塔循环。
钠基可以再生,消耗很少。
工艺流程主要包括:
脱硫制备系统、烟气系统、SO2吸收系统、脱硫液循环和脱硫渣处理系统、消防及给水部分。
2.3.1低阻高效喷雾脱硫工艺
喷淋塔也成为喷雾塔,是在吸收塔内上部布置几层喷嘴,脱硫剂通过喷嘴喷出形成液雾,通过液滴与烟气的充分接触,来完成传质过程。
空塔喷淋吸收塔主体为矩形塔体,塔体内配置有多个高效喷嘴及高效除雾装置,浆液在吸收塔内通过高效雾化喷嘴雾化,雾化覆盖面积可达200%,形成良好的气液接触反应界面,烟气进入塔内之后,在塔内匀速上升,与雾状喷液进行全面高效混合接触,脱除SO2等酸性气体。
根据燃煤含硫量、脱硫效率等,一般在脱硫塔内布置几层喷嘴。
喷嘴形式和喷淋压力对液滴直径有明显的影响。
减少液滴直径,可以增加传质表面积,延长液滴在塔内的停留时间,两者对脱硫效率均起到积极的作用。
液滴在塔内的停留时间与液滴直径、喷嘴出口速度和烟气流动方向有关。
带雾点的烟气上升至高效除雾装置时,通过除雾装置的作用,气液进行接触二次吸收并同时得到有效分离,从而避免烟气夹带雾沫,最大限度地减少烟气带水现象。
空塔喷淋烟气洗涤技术是现在国际国内技术成熟,最为前沿流行使用的空塔喷淋技术。
1、空塔喷淋是经过大型石灰石-石膏法演变而来的喷淋塔,具有很高的脱硫效率,最高时可达95%;
2、可操作弹性大,对煤种变化适应性强,含硫率在4%以下可确保二氧化硫排放浓度,在锅炉工况110%以下均能正常等等;
3、系统阻力小,运行费用低,权为大型湿法的十分之一;
4、采用进口的除雾技术,烟气含湿量确保符合要求;
5、不存在堵塞问题;
6、设备利用率高,保证与锅炉同步运行达100%以上;
7、空塔投资与其它塔形相差无几;
8、运行操作简便,维护方便,稳定性是其它塔形的三到五倍。
除雾器可安装在吸收塔上部,用以分离净烟气夹带的雾滴。
除雾器出口烟气湿度不大于75mg/Nm3,分为两级布置在脱硫塔上部,设置两级四通道平板式除雾器,一层粗除雾,一层精除雾。
除雾器型式能够保证其具有较高的可利用性和良好的去除液滴效果,且保证脱硫后的烟气以一定流速均匀通过除雾器,防止发生二次携带,堵塞除雾器。
除雾器系统的设计考虑了FGD装置入口的飞灰浓度的影响。
该系统还包括去除除雾器沉积物的冲洗和排水系统,运行时根据给定或可变化的程序,既可进行自动冲洗,也可进行人工冲洗。
设计了合理的冲洗时间和冲洗水量,既能冲洗干净除雾器,又防止生成二次携带。
位于下面的第一级除雾器是一个大液滴分离器,叶片间隙稍大,用来分离上升烟气所携带的较大液滴。
上方的第二级除雾器是一个细液滴分离器,叶片距离较小,用来分离上升烟气中的微小浆液液滴和除雾器冲洗水滴。
烟气流经除雾器时,液滴由于惯性作用,留在挡板上。
由于被滞留的液滴也含有固态物,因此存在挡板上结垢的危险,同时为保证烟气通过除雾器时产生的压降不超过设定值,需定期进行在线清洗。
为此,设置了定期运行的清洁设备,包括喷嘴系统。
冲洗介质为工业水。
一级除雾器的上下面和二级除雾器的下面设有冲洗喷嘴,正常运行时下层除雾器的底面和顶面,上层除雾器的底面自动按程序轮流清洗各区域。
除雾器每层冲洗可根据烟气负荷、除雾器两端的压差自动调节冲洗的频率。
冲洗水由除雾器冲洗水泵提供,冲洗水还用于补充吸收塔中的水分蒸发损失。
2.3.2脱硫系统组成
脱硫系统的工艺流程图和平面布置图见附图1和附图2。
整个工艺由五大部分组成:
(1)脱硫剂制备系统
由成品石灰(粒径小于10mm(100%)的粉状石灰)运至厂里后手工加入石灰消化池进行消化,消化后的石灰浆液自流至再生池中进行脱硫液再生反应。
钠碱由运输车给料至钠碱池,在池中与工艺水进行混合直至达到所需的浓度,自流到再生池。
(2)烟气系统
热烟气自锅炉出来后进入吸收塔,向上流动穿过喷淋层,在此烟气被冷却到饱和温度,烟气中的SO2等污染物被脱硫液吸收。
经过喷淋洗涤后的饱和烟气,经除雾器除去水雾后,通过烟道经引风机进入烟囱排空。
从锅炉出口至脱硫塔进口段的连接烟道采用A3钢制作,并根据需要设置膨胀节。
连接烟道上设有挡板系统,以便于烟气脱硫系统事故时旁路运行。
挡板采用手动抽板阀门,包括1个入口挡板、1个旁路挡板和1个脱硫装置出口挡板。
在正常运行时,入口挡板和出口挡板开启,旁路挡板关闭。
在故障情况下,开启烟气旁路挡板,关闭入口挡板和出口挡板,烟气通过旁路烟道绕过烟气脱硫系统直接排到烟囱。
(3)SO2吸收系统
在吸收塔内,脱硫液中的氢氧化钠与从烟气中捕获的SO2、SO3、HF、HCl等发生化学反应,生成亚硫酸钠和亚硫酸氢钠等物质。
脱硫后的净烟气通过除雾器除去气流中夹带的雾滴后排出吸收塔。
采用喷淋塔作为吸收塔,喷淋塔是目前中小型锅炉脱硫装置中应用较为广泛的脱硫塔,其具有气液流通量大、压降低、操作弹性宽、不易堵、效率稳定等优点。
吸收塔脱硫主要反应原理如下:
a)吸收
在吸收塔中,烟气中的SO2和SO3按照以下反应式被溶液中的水吸收:
SO2+H2O<
==>
H2SO3
SO3+H2O<
H2SO4
b)中和反应
H2SO3和H2SO4必须很快被中和以保证有效的SO2和SO3.吸收。
H2SO3、H2SO4、HCl和HF与悬浮液中碱按以下反应式发生反应:
Na2CO3+H2SO3<
Na2SO3+CO2↑+H2O
Na2CO3+H2SO4<
Na2SO4+CO2↑+H2O
Na2CO3+HCl<
NaCl+CO2↑+H2O
Na2CO3+HF<
NaF+CO2↑+H2O
c)副反应
烟气中所含的氧量将把脱硫反应中生成的亚硫酸钠(Na2SO3)氧化成硫酸钠(Na2SO4):
2Na2SO3+O2<
2Na2SO4
(4)脱硫液循环系统与脱硫渣处理系统
泵前池的脱硫液通过循环水泵泵送到脱硫塔内与烟气接触反应后,从脱硫装置底部排出,排出的含有CaSO4、CaSO3及少量粉尘渣(大部分烟尘在原除尘器中除去)的混合渣浆液体进入再生池、沉淀池,与从石灰浆液池过来的石灰浆液发生再生反应,并进行脱硫副产物的沉淀,上清液流经泵前池,经沉淀后的池底渣浆由人工清出,滤液返流回泵前池,由循环水泵抽送到脱硫装置进行脱硫循环利用。
(5)电气控制系统
①供电方式
系统内的动力设备为分散式布置,均为三相电源供电,厂内民用动力和民用照明为单路三相电源供电分配使用,设计处理系统供电采用放射式供电方式,优点是安全可靠。
②接地系统
处理系统低压配电系统接地接零保护采用TN--
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