【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 種變化的適應(yīng)性強(qiáng)。該工藝適用于任何含硫量的煤種的煙氣脫硫，無(wú)論是含硫量大于 3%的高硫煤，還是含硫量低于 1%的低硫煤，煙氣 液相石膏法脫硫工藝都能適應(yīng)。 4 第一章 煙氣脫硫技術(shù)綜述 煙氣脫硫控制的意義 硫污染問(wèn)題最早是發(fā)達(dá)國(guó)家面臨的突出問(wèn)題。但隨著我國(guó)的工業(yè)迅速發(fā)展，尤其是利用煤炭進(jìn)行火力發(fā)電的工業(yè)中，硫污染越發(fā)嚴(yán)重。 1998 年全國(guó)火電裝機(jī)容量為 20988 萬(wàn)千瓦，占總裝機(jī)容量的 %。二氧化硫排放約為 780 萬(wàn)噸，占全國(guó)二氧化硫排放量的 %,2021 年達(dá) 40%， 2021 年將達(dá)到 60%。預(yù)計(jì) 2020年排放量將達(dá) 3500 萬(wàn)噸。 95 年統(tǒng)計(jì)，由于酸雨和二氧化硫污染造成農(nóng)作物、森林和人體健康等方面的經(jīng)濟(jì)損失約為 1100 多億元，已接近當(dāng)年國(guó)民生產(chǎn)總值的2%，成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要因素。因此對(duì)于減少硫 排放就顯得越發(fā)重要同時(shí)也有利于保護(hù)環(huán)境。目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的方法是煙氣脫硫！ 煙氣脫硫技術(shù)的概述與選擇 按有無(wú)液相介入分類 在電力界尤其是脫硫界以有無(wú)液相介入來(lái)進(jìn)行分類 圖 常用脫硫方法特點(diǎn)比較 濕法是利用堿性溶液為脫硫劑，應(yīng)用吸收原理在氣、液、固三相中進(jìn)行脫硫的方法，脫硫產(chǎn)物和殘液混合在一起，為稀糊狀的流體。濕法脫硫的操作溫度在44－ 55℃ 。 濕法半干法干法海水法電子束法按有無(wú)液相介入分類5 按脫硫劑分類 目前開發(fā)的多種煙氣脫硫技術(shù)，盡管設(shè)備構(gòu)造和工藝流程各不相同，但基本原理都是以堿性物質(zhì)作 SO2的吸收劑。 圖 胺脫硫劑分類 常用的脫硫技術(shù) 近年來(lái)，世界各發(fā)達(dá)國(guó)家在煙氣脫硫 (FGD)方面均取得了很大的進(jìn)展，美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家計(jì)劃在 2021 年前完成 200－－ 610 MW 的 FGD處理容量。 目前國(guó)際上已實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的燃煤電廠煙氣脫硫技術(shù)主要有： (1)濕法脫硫技術(shù)，占 85%左右，其中石灰 石膏法約占 %，其它濕法脫硫技術(shù)約占 %； (2)噴霧干燥脫硫技術(shù)，約占 %； (3)吸收劑再生脫硫法，約占 %； (4)爐內(nèi)噴射吸收劑 /增溫活化脫硫法，約占 %； (5)海水脫硫技術(shù)； (6)電子束脫硫技術(shù)； (7)脈沖等離子體脫硫技術(shù)； (8)煙氣循環(huán)流化床脫硫技術(shù)等。 以濕法脫硫?yàn)橹鞯膰?guó)家有：日本 (約占 98%)、美國(guó) (約占 92%)和德國(guó) (約占90%)等。采用 石灰石 石膏濕法脫硫的優(yōu)點(diǎn)： 技術(shù)成熟可靠，脫硫效率高達(dá) 95%以上，有利于地區(qū)和電廠實(shí)行總量控制；單塔處理煙氣量大， SO2 脫除量大；適以石灰石、生石灰為基礎(chǔ)的鈣法以氧化鎂為基礎(chǔ)的鎂法以合成氨為基礎(chǔ)的氨法以有機(jī)堿為基礎(chǔ)的堿法以亞硫酸鈉、氫氧化鈉為基礎(chǔ)的鈉法按脫硫劑分類6 用于任何含硫量的煤種的煙氣脫硫；物質(zhì)傳遞能力的增強(qiáng)，可一定程度地降低了系統(tǒng)的成本，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)煙氣流速達(dá)到 ；對(duì)鍋爐負(fù)荷變化的適應(yīng)性強(qiáng)（ 30%~100%BMCR）；設(shè)備布置緊湊減少了場(chǎng)地需求；處理后的煙氣含塵量大大減少；吸收劑 (石灰石 )資源豐富，價(jià)廉易得；脫硫副產(chǎn)物（石膏）便于綜合利用，經(jīng)濟(jì)效益顯著 [11]。 石灰石 石膏法煙氣脫硫技術(shù)已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史 ,技術(shù)成熟可靠 ,適用范圍廣泛 ,據(jù)有關(guān)資料介紹 ,該工藝市場(chǎng)占有率已經(jīng)達(dá)到 85%以上。 由于反應(yīng)原理大同小異，本培訓(xùn)教材總結(jié)了一些通用的規(guī)律和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，基本適用于目前市場(chǎng)上常用的各種石灰石 石膏法煙氣脫硫技術(shù)，包括噴淋塔、鼓泡塔、液柱塔等。 煙氣脫硫的前 景 國(guó)家對(duì) SO2的治理要求法律的要求： 1995 年修訂的《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》提出：在 “ 兩區(qū) ” 內(nèi)的火電廠新建或已建項(xiàng)目不能采用低硫煤的，必須建設(shè)配套脫硫、除塵裝置。 國(guó)家污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求： 《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 (GB132231996)，對(duì) 1997 年 1月 1日起新、擴(kuò)、改建火電廠，在實(shí)行全廠排放總量控制的基礎(chǔ)上，增加了煙囪二氧化硫排放濃度限制。 國(guó)務(wù)院對(duì) “ 兩控區(qū) ” 內(nèi)火電廠二氧化硫控制的要求： 《國(guó)務(wù)院關(guān)于酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)有關(guān)問(wèn)題的批復(fù)》 (國(guó)函［ 1998］ 5號(hào) )，即要求 “ 兩 控區(qū) ” 的火電廠做到：到 2021 年底達(dá)標(biāo)排放。新建、改造燃煤含硫量大于 1%的電廠，必須建設(shè)脫硫設(shè)施；現(xiàn)有燃煤含硫量大于 1%的電廠，在 2021 年前分期分批建成脫硫設(shè)施或采取其它具有相應(yīng)效果的減排二氧化硫措施。 隨著國(guó)家有關(guān)控制 SO2排放的行政法令政策與標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格且逐步完善，加大行政政策指導(dǎo)作用，帶動(dòng)政府、企業(yè)及生產(chǎn)工業(yè)聯(lián)合行動(dòng) [12]。根據(jù)《火電廠煙氣脫硫關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備國(guó)產(chǎn)化規(guī)劃要點(diǎn)》、《關(guān)于加快火電廠煙氣脫硫產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的若干意見(jiàn)》，燃用含硫量 =2%或大容量機(jī)組 (=200MW)電廠建設(shè)脫硫裝置時(shí)必須配備煙氣脫硫系統(tǒng)。 2021 年全國(guó)燃煤機(jī)組裝機(jī)容量為 億千瓦，煙氣脫硫機(jī)組容量為 億千瓦，投資按 700 元 /KW 計(jì)算，需安裝脫硫裝置的火電機(jī)組7 保守地按 億 KW 計(jì)算，總投資 ==1750 億元。 由此可見(jiàn)，電廠煙氣脫硫技術(shù)在國(guó)內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用前景。 煙氣脫硫的發(fā)展?fàn)顩r 20 世紀(jì)中后期，主要的工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家頒布了防治大氣污染的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，大大推動(dòng)了煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展。 當(dāng)今世界，無(wú)論煙氣脫硫（ Flue Gas Desulfurization，簡(jiǎn)稱 FGD）裝置發(fā)展的速度、數(shù)量和容量，還是技術(shù)裝備的水平，日本美國(guó)和德國(guó)均屬于世界領(lǐng)先地位。迄今日本擁有 FGD 裝備 1800 余套，總?cè)萘砍^(guò) 50000MW，其中石灰石濕法占 95%以上；美國(guó)的煙氣脫硫從 20 世紀(jì) 70年代中期開始進(jìn)入一個(gè)持續(xù)的快速發(fā)展時(shí)期，目前美國(guó)的 FGD 裝機(jī)容量已超過(guò) 150000MW，其中石灰石濕法占 92%以上；歐洲的 FGD 技術(shù)以德國(guó)發(fā)展最為迅速， 50MW 以上的燃煤鍋爐全部安裝了FGD 裝置，德國(guó) 90%以上的 FGD裝置采用石灰石 石膏法 [4]。 中國(guó)有 50 多家脫硫公司先后引進(jìn)了德國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)的煙氣脫硫技術(shù)裝備，絕大部分是 FGD 石灰石 石膏法。國(guó)內(nèi)已經(jīng)實(shí)施和正在實(shí)施的大型火電發(fā)電機(jī)的煙氣脫硫幾乎都采用了國(guó)外的核心工藝包技術(shù)。 8 第二章 物料衡算 計(jì)算依據(jù) 1．脫硫脫硝系統(tǒng)的處理煙氣量： 1 106m3 ?h。1，常壓， 130℃ 2．年工作日 :310 天；； 3. 脫硫率為 99% 4. 煙氣中的 2SO 含量 31500mg Nm? 5. 煙氣中的其他氣體的摩爾分?jǐn)?shù)：2x %N ?,2x %O ?, ,20x %C ? ,2x %HO ?, 6．催化劑用量： 7．吸收塔操作壓力： 115kPa （絕壓） 8．塔內(nèi)反應(yīng)溫度以及煙氣出口溫度： 60 ℃ 9. 吸收方式：噴淋塔吸收 計(jì)算物料流程圖 煙氣 除塵器鼓風(fēng)機(jī)吸收塔水力旋流器過(guò)濾 副 產(chǎn)品石膏 圖 物料點(diǎn)計(jì)算流程圖 9 煙 氣 除塵器 引風(fēng)機(jī) 吸收塔吸收塔排漿排煙設(shè)施石灰石球磨機(jī)漿液儲(chǔ)槽水力旋流器皮帶過(guò)濾機(jī)輸送機(jī)石膏儲(chǔ)槽廢水 圖 工藝流程圖 吸收塔物料衡算 吸收塔物料衡算圖 圖 吸收塔物料衡算圖 H2O+催化劑乳化液 入口煙氣（ SO2 ，NO， NO2，惰性氣體） O2 H2SO水、催化劑的混合液 排出的煙氣（ SO2， NO，NO2， 02， H2O,CO2 等雜質(zhì)氣體） 10 進(jìn)入吸收塔的物料計(jì)算 進(jìn)入吸收塔的總的煙氣量 q1,v,總煙氣 = 1000000m3 ?h。1 則 q1， n， ,總煙氣 = = ?h。1 煙氣中的 SO2 含量 1500mg?Nm。3 q1， n， SO2 =1500mg? Nm。3 q1,v,總煙氣MSO2= 10。3kg ?Nm。3 1000000Nm3? h。164kg ? kmol。1= ?h。1 q1， n， N2 = q1,n,總煙氣 X1， N2 = ?h。1 %= ?h。1 q1， n， O2 = q1,n,總煙氣 X1， O2 = ?h。1 %= ?h。1 q1， n， CO2 = q1,n,總煙氣 X1， CO2 = ?h。1 %= ?h。1 q1， n， H2O = q1,n,總煙氣 X1， H2O = ? h。1 %= ?h。1 表 進(jìn)入吸收塔的煙氣含量表 SO2 N2 CO2 O2 H2O 總計(jì) 流量 kmol/h 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 煙氣的相對(duì)分子質(zhì)量 M2，煙氣 = MSO2 X1， SO2 +MN2 X1， N2 + MCO2 X1， CO2 +MO2 X1， O2+MH2O X1， H2O= (64 + 28 +44 + 32 +18 )kg? kmol。1 = ?kmol。1 通入煙氣的質(zhì)量 11 q2， m，總煙氣 = q2， n，總煙氣 M2，煙氣= ?h。1 ? kmol。1= ?h。1 參加反應(yīng)的原料計(jì)算 q2， n， SO2 = q1， n， SO2 = ?h。1 脫硫率為 99% 吸收塔吸收的 SO2量為 q吸收， n， SO2 = q2， n， SO2 99% = ?h。1 99% = kmol?h。1 發(fā)生的總反應(yīng)方程式為 2SO2+O2 + 2H2O → H2SO4 由方程式得 q消耗， n， O2 = q吸收， n， SO2 = ?h。1 強(qiáng)制氧化鼓風(fēng)機(jī)理論需要鼓入的空氣的量為 q2， n，理論鼓入空氣 = q消耗， n， O2 5 = ?h。1 5= ?h。1 實(shí)際需要鼓入的空氣應(yīng)該過(guò)量 20% q2， n，實(shí)際鼓入空氣 = q2， n，理論鼓入空氣 120% = ?h。1 鼓入的空氣的質(zhì)量 q2， m，實(shí)際鼓入空氣 = q2， n，實(shí)際鼓入空氣 M空氣= ?h。1 29kg ?kmol。1 = ?h。1 生成硫酸的量為 qH2SO4 = q吸收， n， SO2 = kmol?h。1 12 出吸收塔的煙氣組分計(jì)算 塔內(nèi)反應(yīng)溫度為 60℃，操作氣體總壓力 P總 = 115KPa 在該反應(yīng)溫度下飽和水蒸氣的蒸汽壓為 P飽和水蒸氣 = 水蒸氣飽和率為 α = P飽和水蒸氣 P總100% = 100% = % 出塔煙氣中 SO2摩爾含量 q3， n， SO2 = q2， n， SO2 (1 ? 99%)= ?h。1 1%= ?h。1 加入的空氣多余量全部隨煙氣一起排出 111,2,30 0 7 8 1 2 6 0 1 5 6 2 0 9 3 7 2???????????hk m o lhk m o lhk m o lqqq onnn 消耗實(shí)際鼓入空氣多余空氣 入塔煙氣中的 的量基本不變 111,1,1,3 1 0 7 1 1 5 4 9% 5 7 1 4 6 4 2222 ?? ???????? hk m olhk m olXqqq NnNnNn ，總煙氣 111,1,1,3 0 3 5 7 1 % 5 7 1 4 6 4 2222 ?? ???????? hk m olhk m olXqqq OnOnOn ，總煙氣 11,1,1,1,3 2 8 5 7 1 0 8 9% 5 7 1 4 6 4 2222 ?? ???????? hkm o lhkm o lXqqq COnCOnCOn 總煙氣 比較上述數(shù)據(jù)可以知道，加入的多余空氣相對(duì)于進(jìn)口的煙氣量很少，因此可以忽略不計(jì)。 由于煙氣量很大，勢(shì)必會(huì)帶出很大部分的水蒸氣 帶出的水蒸氣的摩爾量為 1,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3)(222222???????????????????????hk m o lqqqqqqqqqqqqqnnnnOHnCOnOnNnnSOnnOHnn煙氣蒸發(fā)水量煙氣蒸發(fā)水量煙氣蒸發(fā)水量煙氣蒸發(fā)水量多余空氣煙氣蒸發(fā)水量出塔總水量）（水蒸氣飽和率出塔總的煙氣量?13 23 n 3 n 3111q q +98 35 .9 2 + 73 45 .9 89= 17 18 1. 90 9n H Oqk m ol h k m ol hk m ol h????? ? ??， ， 出 塔 總 水 量 ， ， 煙 氣 蒸 發(fā) 水 量 ， ， 表 出吸收塔的氣體組分含量 氣體 SO2 N2 H2O CO2 O2 總計(jì) 流量 kmol/h 摩爾分?jǐn)?shù) % 0 100