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专题   工业锅炉脱硫脱销
 
我国干式烟气脱硫技术现状浅析
来源: 中国电力网 加入收藏
特别推荐:《工业锅炉》征订 2014/2/19 16:26:43
 
 

摘要:我国是世界上二氧化硫排放量最多的国家,控制二氧化硫大量排放是遏制酸沉降污染恶化、防治空气污染的有效途径。本文重点介绍了干式脱硫技术:CDSI工艺、喷雾干燥法、LIFAC工艺和循环流化床技术等。

干式脱硫是指无论加入的脱硫剂是干态或湿态的,其脱硫的最终反应产物都是干态的。最主要的干式脱硫技术有三类:喷雾干燥法、炉内喷钙法和循环流化床排烟脱硫法。

荷电干式吸收剂喷射脱硫技术

荷电干式吸收剂喷射脱硫技术(CDSI)基本原理是吸收剂以高速流过喷射单元产生的高压静电电晕充电区,使吸收剂得到强大静电荷(通常是负电荷)。当吸收剂通过喷射单元的喷管被喷射到烟气流中,吸收剂颗粒由于都带同种电荷,因而相互排斥很快在烟气中扩散,形成均匀的悬浮状态,使每个吸收剂粒子的表面充分暴露在烟气中,大大增加与SO2反应机率,从而提高了脱硫效率;而且吸收剂粒子表面的电晕,还大大提高了吸收剂的活性,降低了同SO2完全反应所需的滞留时间,一般在2s左右即可完成化学反应,从而有效地提高了SO2的去除效率。除提高吸收剂化学反应效率外,荷电干式吸收剂喷射系统对小颗粒(亚微米级PM10)粉尘的清除效率也很有帮助,带电的吸收剂粒子把小颗粒吸收在自己的表面,形成较大的颗粒,提高了烟气中粉尘的平均粒径,因而提高了相应除尘设备对亚微米级颗粒的去除效率[1]。

CDSI系统脱硫后的生成物为干燥的、溶解度很低的CaSO3及少量CaSO4,可用作建筑料,无二次污染问题。CDSI法的优点是投资少,占地面积小,工艺简单、可靠,而且是纯干法脱硫,不会造成二次污染。其缺点是对干吸收剂粉末中Ca(OH)2的含量、粒度及含水率等要求较高,因而限制了其推广 [3]。CDSI系统适用于中小型锅炉的脱硫,与各种除尘设备联合使用以达到脱硫除尘的目的。

喷雾干燥法烟气脱硫技术

喷雾干燥是以单一工序将溶液、乳液、悬浮液和浆状物料加工成粉状干燥制品的一种干燥方法。自20世纪初欧洲将喷雾干燥技术开发作脱脂牛乳的干燥以来,现在已经广泛运用于食品、化工、医药、环保等领域。在喷雾干燥反应器中,石灰浆液被雾化为微细的石灰浆滴(

喷雾干燥与传统湿法脱硫相比,具有系统简单,运行维护方便、投资少、运行费用低、经济效益好、操作简便、干燥后的废渣易于处理、不产生腐蚀,克服了二次污染等问题,并有相对较高的脱硫效率等优点,因而得到迅速推广应用。自1978年北美安装了第一套工业装置以来,发展迅猛,已有12个国家采用。

干法喷钙脱硫—LIFAC工艺

炉内喷钙炉后活化(LimestoneInjection intotheFurnaceandActivationof CalciumOxide,LIFAC)脱硫工艺是在传统的炉内喷钙工艺的基础上发展起来的石灰石喷射脱硫工艺。传统的炉内喷钙工艺脱硫效率很低,仅为20%~30%,LIFAC工艺在除尘器前加装了一个活化反应器,喷水增湿,使未反应的石灰转化成氢氧化钙。因此,加快了脱硫反应速度,使烟气的脱硫效率提高到70%~80%。LIFAC工艺相对简单,基建投资费用一般比湿法烟气脱硫工艺低50%;由于其吸收剂价格低廉、储量丰富,又降低了使用寿命期间的运行费用。

LIFAC工艺是一种较成熟的干法烟气脱硫工艺,在欧美都有商用业绩。芬兰Inkoo 电厂4号机组(250MW)于1990年投运,美国Richmond电厂2号机组(60MW)于1992 年投运,加拿大PoplarRiver电厂1号机组 (300MW)于1990年投运,加拿大Shand电厂发电机组(300MW)于1992年投运。

LIFAC工艺需要在锅炉与电除尘器之间设置活化塔在工艺的第1步,磨细的石灰石粉通过气力方式喷人锅炉炉膛中温度为900~ 1250℃的区域在炉内发生的化学反应包括石灰石的分解和煅烧,SO2和SO3与生成的CaO 之间的反应[6]。颗粒状的反应产物与飞灰的混合物被烟气流带人活化塔中:

在工艺的第2步,剩余的CaO与水反应,在活化塔内生成Ca(OH)2,而Ca(OH)2很快与SO2反应生成CaSO3,其中部分CaSO3 被氧化成CaSO4:

脱硫产物呈干粉状,大部分与飞灰一起被电除尘器收集下来,其余的从活化塔底部分离出来从电除尘器和活化塔底部收集到的部分飞灰通过再循环返回活化塔中,工艺流程见图3-3。LIFAC工艺的脱硫灰有多种用途,包括用于筑路、土地回填、废矿回填或作为制砖的原材料。该工艺不但不产生废水,还可在增湿活化塔中消耗电厂部分废水。

该工艺优点:一是没有废水产生,不会造成二次污染;二是可以利用原有的除尘装置,投资较低,占地面积较少[7]。缺点:一是需要改造原有锅炉;二是对锅炉效率有一定影响,降低发电量约1%;三是钙的利用率较低,钙硫比约2.5,四是活化器内喷水量较大,易引起器内结垢腐蚀[8]。该工艺由芬兰 IVO公司和Tempella公司共同开发,我国南京下关电厂和抚顺电厂引进了该技术。

循环流化床脱硫技术

从反应原理上看,烟气循环流化床脱硫过程是吸收过程和吸附过程的综合。

(1)SO2气体的经历。烟气中的SO2进入循环流化床后,先是与底部浓相区的床料粒子接触。由于一些颗粒表面附有CaO或 Ca(OH)2,因此在物理吸附的同时,也发生化学吸附。随着烟气的上升,SO2分子就会与喷人反应器内大水滴,浆滴以及刚刚裹上水滴或浆滴的床料粒子相碰撞[11]。在这个阶段,SO2可能溶人不断蒸发的水滴,或与浆滴发生反应,或与裹在床料粒子表面的浆滴反应,生成CaSO3·0.5H2O。当SO2气体上升时,未反应的SO2气体浓度降低,反应速度慢,但反应仍在进行[12]。同时,水分的蒸发使水蒸汽分压相对增加,促使反应继续进行,到达循环流化床出口,反应器内反应结束。进入分离器后,在分离器内还可发生反应,出分离器后,气固分离,整个反应结束。

(2)灰浆滴的经历。将石灰与水喷人反应器底部,被雾化后进人流化床。雾化后的浆滴,由于含有较多的水分,极易与SO2发生反应,生成CaSO3·1.5H2O。同时也可能与床料、水滴相碰撞发生粘附,继续与SO2反应。进入分离器后,已蒸发干的极细的部分随气流离开系统,而颗粒较大以及粘附于床料表面的那部分在反应器内上下循环参加反应,直至排出床外。由于循环流化床特有的性能以及颗粒运动的独特方式,使得颗粒之间互相摩擦碰撞磨损,经常暴露出新反应表面,从而使得脱硫剂可以充分利用。

脱硫反应的复杂性使得循环流化床中的脱硫反应机理更加复杂,吸收与吸附同时存在。

利用循环流化床脱硫反应时间长,钙利用率高,在较低的钙硫比下,可达到与湿法相当的脱硫率、处理后的烟气可直接排出,无需加热、无废水排出,对环境污染小。但脱硫后的产物为CaSO3、CaSO4、未反应的 CaO与飞灰的混合物,综合利用受到一定的限制;流化床烟气脱硫系统的阻力大,烟气一次性经过循环流化床的停留时间短;循环流化床很难流化某类粒子,并且运行的稳定性不是很好。

循环流化床烟气脱硫已得到了工业化。

近年来的发展主要是致力于和其它技术结合应用,如通入流化介质以提高反应表面积的颗粒—循环流化床半干法烟气脱硫,以及结合烟气悬浮技术而开发的循环悬浮式半干法烟气脱硫技术等[13]。这些脱硫技术无一例外都提高了脱硫率和脱硫剂利用率。

 
 
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