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脫硫脫硝除塵解決方案
脫硫脫硝除塵解決方案

脫硫脫硝除塵解決方案

簡(jiǎn)單說(shuō)明:
脫硫產(chǎn)品就選擇脫硫塔,河北四明環(huán)保設備有限公司專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)各種不同型號的脫硫塔。...

脫硫脫硝除塵解決方案 詳細說(shuō)明
脫硫產(chǎn)品就選擇脫硫塔,河北四明環(huán)保設備有限公司專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)各種不同型號的脫硫塔。
一、提出背景

隨著(zhù)世界各國工業(yè)化進(jìn)程的不斷加深,SO2、NOX污染已超過(guò)煙塵污染成為大氣環(huán)境的第一大污染物。煙氣脫硫(FGD)有別于其他脫硫方式是世界上唯一大規模商業(yè)化應用的脫硫方法,是控制酸雨和SO2污染的最為有效的和主要的技術(shù)手段。

目前,世界各國對煙氣脫硫都非常重視,已開(kāi)發(fā)了數十種行之有效的脫硫技術(shù),其中廣泛采用的煙氣脫硫技術(shù)有:
(1)石灰/石灰石—濕法。
(2)旋轉噴霧半干法(LSD)。
(3)爐內噴鈣增濕活化法(LIFAC)。
(4)海水煙氣脫硫法。
(5)氨法煙氣脫硫。
(6)簡(jiǎn)易濕式脫硫除塵一體化技術(shù)。

石灰/石灰石—石膏濕法,具有適用煤種寬、原料廉價(jià)易得、脫硫率高(可達90%以上)等諸多優(yōu)點(diǎn),占據最大的市場(chǎng)份額,但投資和運行費用大,運行維護量大。
旋轉噴霧法脫硫率較濕法低(能達到80%—85%),投資和運行費用也略低于濕法。產(chǎn)物為亞硫酸鈣(CaSO3)。
爐內噴鈣尾部增濕法,脫硫率可達70%—80%,工程造價(jià)較低。產(chǎn)物為亞硫酸鈣(CaSO3),易造成爐內結渣。
海水煙氣脫硫技術(shù),工藝簡(jiǎn)單,系統運行可靠,脫硫率高(可達90%以上)運行費用低。脫硫系統需要設置在海邊且海水溫度較低,溶解氧(OC)較高。
氨法除硫通常以合成氨為原料,產(chǎn)物為硫氨等。需要鄰近合成氨工廠(chǎng)及化肥廠(chǎng)。
簡(jiǎn)易濕式脫硫除塵一體化技術(shù),脫硫率低(60%左右),造價(jià)較低原料為工業(yè)廢堿及燒堿,需要臨近有廢堿液排放的工廠(chǎng),中和后,廢水需排入污水廠(chǎng)進(jìn)行處理。
煙氣脫硫的技術(shù)及裝置雖然日臻完善,但在大多數國家,尤其是在能源結構中煤炭占較大比例的國家中,其推廣和普及卻舉步唯艱,拿我國來(lái)說(shuō),近20年來(lái)花巨資引進(jìn)的技術(shù)和裝置難以推廣,巨額的投資和高昂的運行費用使企業(yè)背上了沉重的負擔,難以承受。所以說(shuō)具有真正推廣普及意義的技術(shù)和裝置還有待于繼續研究和開(kāi)發(fā)。

在現在國際國內市場(chǎng)競爭異常激烈的條件下,要研究開(kāi)發(fā)一種新的技術(shù)和設備裝置,使其能大規模普及應用,應具備以下幾個(gè)特征:
(1)原料(中和劑)廉價(jià)易得,脫硫率高。
(2)工程投資和運行費用要低到應用企業(yè)能承擔得了。
(3)工藝流程簡(jiǎn)單,運行可靠,易于調控且對鍋爐正常運行無(wú)不良影響。
(4)對各種含硫煤(油)具有較好的適應性。
(5)不造成二次污染,諸如水污染、粉塵、噪聲等。

二、推理分析
(1)原料(中和劑)
隨著(zhù)市場(chǎng)經(jīng)濟的發(fā)展和社會(huì )的進(jìn)步,原來(lái)意義上的百年老店越來(lái)越少,每年都有大量的新興產(chǎn)業(yè)掘起,每年都有大量的老產(chǎn)業(yè)退出市場(chǎng)。
煙氣脫硫項目一般都需要投入大量資金,如果原料和工藝依賴(lài)于臨近的工廠(chǎng)(如合成氨、化肥、廢堿排放等),那么這個(gè)項目很可能由于這些工廠(chǎng)的關(guān)停并轉而中途停止運轉,使該項目投資得不到應有的經(jīng)濟和社會(huì )效益。所以以石灰石、石灰為中和劑的煙氣脫硫技術(shù)為大多數業(yè)內專(zhuān)家所認同。以石灰為中和劑成本高于石灰石,且需要設備、構筑物及監測設備較多;使用石灰石成本低且反應易于控制,是最具實(shí)用性的中和劑。
傳統的“石灰石—石膏法煙氣脫硫”需要將石灰石粉磨至200—300目,這樣就需要建一座粉磨站,既增加投資,又造成了一定程度的“噪聲”和“粉塵”污染,且其產(chǎn)物與反應物混合在一起,造成鈣硫比的提高,增加了運行費用。如果采用脫硫脫硝除塵一體化技術(shù),即可實(shí)現脫硫脫硝除塵同時(shí)在一個(gè)裝置內完成,具有設備簡(jiǎn)單、投資小、運行費用低,大幅度提高經(jīng)濟效益。
(2)產(chǎn)物
濕法脫硫,脫硫率最高(可達90%以上),中和產(chǎn)物有兩種,硫酸鈣CaSO4和亞硫酸鈣CaSO3,通常是兩種物質(zhì)的混和物,中和產(chǎn)物被完全再利用的可能性不大,如果亞硫酸鈣(CaSO3)一但進(jìn)入水體,由于它具有很強的還原性,會(huì )迅速耗盡水中的溶解氧,使水中魚(yú)類(lèi)大量死亡,甚至滅絕,因為它溶解速度很慢,其污染物會(huì )在很長(cháng)時(shí)間內存在,嚴重破壞水體生態(tài)環(huán)境,所以中和產(chǎn)物中不含亞硫酸鈣(CaSO3)最為安全,既可再利用創(chuàng )造價(jià)值也可安全排放。
(3)鈣硫比
鈣硫比(Ca/S)是決定運行費用的重要因素,Ca/S=1是經(jīng)濟運行的極限狀態(tài),也就是說(shuō)哪種脫硫工藝Ca/S實(shí)現或接近1,那么它就可能實(shí)現真正意義的經(jīng)濟運行。目前的濕法脫硫,剩余反應物與脫硫產(chǎn)物混合在一起被排除掉無(wú)法分離,所以很難實(shí)現理想的Ca/S, 如果反應物以顆粒狀態(tài)存在,解決這個(gè)問(wèn)題,實(shí)現理想的Ca/S較為容易,而且設備和資金投入也隨之減少,有利于實(shí)現真正意義的經(jīng)濟運行。

三、理想模型
綜上所述,最理想的煙氣脫硫工藝應該是:
(1)濕法脫硫(脫硫率可達90%以上)。
(2)中和劑為石灰石。
(3)鈣硫比(Ca/S)為1。
(4)產(chǎn)物為硫酸鈣且不含亞硫酸鈣雜質(zhì)。
(5)投資少,工藝簡(jiǎn)單,運行費用低廉,無(wú)二次污染。
(6)控制參數少,測控設備成熟,可實(shí)現全線(xiàn)自動(dòng)控制。
(7)運行中的中間循環(huán)物質(zhì)由鍋爐及電廠(chǎng)廢液補充,對周邊企業(yè)無(wú)依賴(lài)性。
(8)充分吸收與利用煙氣余熱。

這個(gè)理想的模型如果能夠實(shí)現,很可能成為煙氣脫硫技術(shù)中最為理想的運行模式,它的推廣和應用可以創(chuàng )造巨大的市場(chǎng)機會(huì )和社會(huì )價(jià)值,但要真正實(shí)現這種理想模式卻很難,主要原因是:
(1)石灰石顆粒要迅速溶解,PH值必須小于4,但PH值小于4時(shí)CaCO3的溶解物對SO2幾乎不吸收。
(2)SO2溶于水生成的H2SO3及被氧化生成的H2SO4,與石灰石顆粒反應后生成的CaSO3和CaSO4會(huì )附著(zhù)在石灰石顆粒的表面,而且越反應堆積越多,使反應很難繼續進(jìn)行下去。
(3)CaSO4與CaSO3同為吸收產(chǎn)物,使CaSO4析出且不產(chǎn)生CaSO3是比較困難的。
可以說(shuō)這3個(gè)問(wèn)題是“石灰石法”脫硫的真正的難以愈越的天險,能否解決這3個(gè)問(wèn)題是這個(gè)工藝能否達到預定目標及其裝置能否穩定運行的關(guān)鍵。 

四、循環(huán)架橋理論
既然是天險就應該架起一座橋梁把它愈越過(guò)去,經(jīng)研究發(fā)現脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)具有架橋作用。脫硫脫硝除塵一體化技術(shù),系環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域煙氣凈化技術(shù)。它是通過(guò)煙水混合器利用二次噴射原理把煙吸入水中,在均勻溶解器中將煙氣和水進(jìn)行充分地均勻地混合和溶解,從而使煙氣中的飛灰和顆粒被水吸濕而沉淀,有害氣體溶于水中,利用化學(xué)方法清除煙氣中的SO2、NOX和粉塵。這種方法是通過(guò)附圖所示的工作原理圖來(lái)實(shí)現的。它的除塵效率100%;脫硫效率>98%;脫銷(xiāo)效率>90%以上。它的煙氣混合器同時(shí)又是一臺引風(fēng)機。它適用于燃煤(汽、油)鍋爐及各種工業(yè)窯爐等的煙氣凈化技術(shù)工程。系統結構簡(jiǎn)單,成本低,性能價(jià)格比高,節能,耐高溫,壽命長(cháng)。


系統的技術(shù)特征簡(jiǎn)介
1)結構簡(jiǎn)單設備少(如圖1)
煙水混合器:由水噴管和拉法爾噴管組成,構成二級噴射機構。用于把煙氣吸入水中。
均勻溶解器:是一種洗煙設備,用于把煙全部溶于弱堿水中,灰塵被水弄濕而變重,有害氣體和堿起化學(xué)反應生成鹽。
水泵:動(dòng)力設備。
水池:上水池,沉淀池和下水放氣池。
2)適合于多種工藝流程(詳細見(jiàn)附件)
廢物丟棄法:適用于各種規格的燃煤(油、氣)鍋爐;燃煤中含硫量??;采用脫硫脫硝除塵一體化工藝流程。石灰、石灰石作脫硫劑。
回收石膏法:適用于各種規格的燃煤(油、氣)鍋爐,燃煤中含硫量大;采用脫硫脫硝除塵一體化工藝流程。石灰作脫硫劑。
回收化肥法:適用于各種規格的燃煤(油、氣)鍋爐,燃煤中含硫量大;采用脫硫脫硝除塵一體化工藝流程。氣氨、氨水或固體碳酸氫銨作吸收劑。
除塵效率100%;脫硫效率>97%;脫硝效率>90%以上。適用于煉鋼廠(chǎng)、水泥廠(chǎng)等工業(yè)窯爐。耐高溫壽命長(cháng)。
3)防腐措施
溶液配置:溶液配置成呈堿性,避免酸存在于溶液中。如圖1所示,稀堿溶液連續均勻地加入到上水池循環(huán)液中,使其PH值保持在8-9之間,在均勻溶解器中堿溶液中的堿和煙氣中的SO2等酸性氧化物反應生成鹽。在沉淀池中溶液的PH值保持在7-8之間。溶液保持弱堿性,腐蝕性最小。
選擇耐酸耐堿材料:不銹鋼、陶瓷、耐火材料等耐磨耐酸堿材料。
對溶液的PH值自動(dòng)進(jìn)行監控監測。
4)廢物排除系統
沉淀池設計成圓形,底部成漏斗形,安裝沉淀物收集器使濃度大的漿液集中在漏斗中,用泥漿泵抽出。泥漿中的廢水澄清后循環(huán)使用。
丟棄物用于建筑材料,石膏用于工業(yè),肥料用于農業(yè)。

五、石膏法工作原理圖
前級用于干法除塵器(如電除塵器等)除去>90%的粉塵,便于回收再用,后級采用脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)(本方案),除塵效率100%;脫硫效率>97%,脫硝效率>90%以上,并將SO2轉化為石膏。
1、石膏法的工藝流程圖


2、化學(xué)反應方程式如下
Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O
2CaSO3+O2=2CaSO4
CaSO3+1/2H2O=CaSO3•1/2H20
CaSO4+2H2O=CaSO4•2H2O
CaSO3•1/2H20+O2+2H2O=2CaSO4•2H2O
NO+NO2+H2O+O2=2HNO3
Ca(OH)2+2HNO3=Ca(NO3)2+H2O

六、回收化肥法(氨-亞硫酸銨法)適用范圍
適用于各種規格的燃煤(油、氣)鍋爐;燃煤中含硫量大;采用脫硫脫硝除塵一體化,除塵器效率100%;脫硫效率>98%;脫銷(xiāo)效率90%工藝流程。氣氨、氨水或固體碳酸氫銨作吸收劑。

工藝流程圖
1、固體碳酸氫銨作為氨源的工藝流程圖如下:

2、氨水作為氨源的工藝流程圖如下:

3、脫硫工藝流程說(shuō)明
化學(xué)反應方程式如下:
2NH4HCO3+SO2=(NH4)2SO3+H2O+2CO2    (A)
(NH4)2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3         (B)
吸收過(guò)程以(B)式為主,而2NH4HSO3在產(chǎn)生過(guò)程中只是補入吸收系統使部分2NH4HSO3再生為(NH4)2SO3,以保持循環(huán)吸收液堿度(SO2/NH3)基本不變。
若煙氣中有氧,則(NH4)2SO3+O2/2=(NH4)2SO4。通常煙氣中含有少量SO3,則有:
NH4HCO3+SO2+H2O=(NH4)2SO4+ NH4HSO3。NH4HSO3呈酸性。需加固體碳酸氫銨中和后,使NH4HSO3轉變?yōu)?NH4)2SO4;
NH4HSO3+ NH4HCO3= NH4HSO3•H2O+CO2      (C)
(C)式為吸熱反應,溶液不經(jīng)冷卻即可降到0℃左右。由于(NH4)2SO3比NH4HSO3在水中的溶解度大,則溶液中NH4HSO3•H2O過(guò)飽和結晶析出,將此溶液經(jīng)離心分離可制得固體亞鐵。

七、脫銷(xiāo)工藝流程說(shuō)明
1、何為脫硝?所謂脫硝,指的是除去煙氣中的NOX,NOX主要是NO和NO2組成,而NO含量占90%以上。要除去煙氣中的NO和NO2,就必須研究NO和NO2的性質(zhì)。
NO是一種惰性氧化物,它雖然溶于水,但不能生成氮的含氧酸。在0℃時(shí),一體積水可溶解0.07體積的NO。NO最特殊的化學(xué)性質(zhì)是加合作用,在常溫下能與空氣中的氧化合,生成紅棕色的NO2。NO是不穩定的,和O2相遇,能使O2分裂成氧原子,并和其中的一個(gè)氧原子結合成NO2。
NO2是紅棕色有特殊臭味的氣體,在-10℃左右聚合成N2O4,在120℃時(shí)N2O4全部分解成NO2,溫度再高NO2開(kāi)始分解成NO和O2。NO2是一種強氧化劑,它能把SO2氧化成SO3。NO2溶于水生成硝酸和亞硝酸。NO2的毒性是NO的5倍。

NO和NO2是怎樣產(chǎn)生的呢?一般情況下N2和O2不發(fā)生化合反應。氮氧化合物是在空氣中放電時(shí)或在高溫燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的,首先生成NO,然后由NO氧化成NO2。在高溫燃燒過(guò)程中空氣中的氮和燃料中的氮化物等不可能燃燒的物質(zhì)與氧起化學(xué)反應,首先形成NO,隨后它的一部分在煙道內與氧化合形成NO2,大部分的NO從煙囪中排入大氣,并與大氣中的氧結合成NO2。而未被氧化成NO2的NO就在大氣中與NO2共存下來(lái)。
在燃燒過(guò)程中燃燒氣體溫度越高,過(guò)??諝庠蕉?,形成NO量就越多。即在燃燒效率越高的情況下,NO越容易生成。這種燃燒方式生成的NOX中NO占90%以上,NO2較少。
按照常用的燃燒方式。煤的燃燒物中NOX的含量為500-1500ppm。

2、濕法脫硝
脫硝方法分為干法和濕法兩種。干法脫硝效率在80%左右,且成本較高。這里采用濕法脫硝。
NO2溶于水生成硝酸和NO:
3NO2+H2O=2HNO3+NO
當氧氣足夠時(shí):
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
NO雖然溶于水,但不能生成氮的含氧酸。在0℃時(shí),一體積水可溶解0.07體積的NO。NO難溶于水成為脫硝的難點(diǎn)。但在“脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)”中有足夠的水使NO溶于水中,有關(guān)研究表明當水溶液中硝酸含量>12%時(shí),NO的溶解度比在純水中大100倍,即一體積水能溶解7體積的NO。設煙氣開(kāi)始溶于水中時(shí)水是純凈,首先是NO2溶于水中生成HNO3,如果NO2在水中不被還原,按照“脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)”中煙水的比例計算,2小時(shí)44分鐘后,水溶液中硝酸的含量將為12%左右。因此可以說(shuō)NO溶于水中是不成問(wèn)題的。

NO和NO2既然都已溶于水中。采用還原法將它們還原成N2氣。還原法使用的還原劑為(NH4)2SO3和NH4HSO3,它們正是氨法脫硫工藝中的產(chǎn)物。還原劑就已在溶液中,脫硝就已經(jīng)在均勻溶解器中悄悄地進(jìn)行著(zhù)。因為NOX在煙氣中的數量都很小,還原劑(NH4)2SO3和NH4HSO3的數量是足夠的。如果NOX的數量不能全部被還原,剩余的部分將變成NH4NO3被留在溶液中和(NH4)2SO4一起被從溶液中分離出來(lái)做為化肥。它們化學(xué)反應方程式為:
2NO+O2=2NO2+27千卡
NO+NO2+H2O=4HNO2
NO2+2H2O=HNO2+HNO3
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
NH3+HNO3=NH4NO3
NH3+HNO2=N2+2H2O
NH4OH+HNO3=NH4NO3+H2O
NH4OH+HNO2=N2+3H2O

NO+NO2+3(NH4)2SO3=N2+3(NH4)2SO4

NO+NO2+3NH4HSO3=N2+3NH4HSO4

4NO2+H2O+3(NH4)2SO3=N2+3(NH42SO4+2HNO3

4NO2+H2O+3NH4HSO3=N2+3NH4HSO4+2HNO3


NH4OH+NH4HSO4=(NH4)2SO4•H2O
3、脫硫脫硝除塵效果
1)脫硫率:98%
2)脫硝率:90%
3)除塵效率:100%

八、技術(shù)工藝特點(diǎn)
(1)造價(jià)和運行費用極低,運行管理工作量極少。
(2)工藝簡(jiǎn)單,可實(shí)現全程自動(dòng)化控制。
(3)測控參數少(PH值、溫度、液位),測控技術(shù)成熟。
(4)各流程均有成熟技術(shù)可借鑒。
(5)適合各種規模的電站及工業(yè)鍋爐。
(6)對各種含硫煤(油)具有較好的適應性。
(7)對燃燒裝置無(wú)不良影響,生產(chǎn)工藝、原料來(lái)源及產(chǎn)物應用對周邊企業(yè)無(wú)依賴(lài)性。
(8)有利于煙氣余熱的吸收和利用。
(9)不造成(水體、噪聲、粉塵等)二次污染。
(10)脫硫脫硝除塵在同一個(gè)裝置內完成。一次性投資,脫硫率98%,脫硝率90%以上,除塵率100%,均可進(jìn)行達標排放。
(11)運行費用低。比傳統脫硫方法降低運行費用50%-80%左右。

九、煙氣脫硫降低費用
目前的煙氣脫硫技術(shù)存在最大的問(wèn)題是技術(shù)復雜,造價(jià)高,運行費用大。一臺300MW(30萬(wàn)千瓦)發(fā)電機組煙氣脫硫,一般采用比較成熟的石灰石--石膏濕法煙氣脫硫,脫硫效率95%左右,每年減少二氧化硫排放量約1萬(wàn)噸,每脫除1萬(wàn)噸二氧化硫的能力建設投資約1~1.5億元,電廠(chǎng)煙氣脫硫設施的運行耗電量較大,一年的脫硫劑、用電和人工等運行費在1600萬(wàn)元左右,攤到每度電的脫硫費用約0.03元,而上網(wǎng)電價(jià)的脫硫補貼只有0.015元?,F時(shí)幾十噸的鍋爐多數用雙堿法,近年燒堿(用作煙氣脫硫劑)的銷(xiāo)售價(jià)成倍提高,脫硫運行費用隨之大幅度升高。在煤價(jià)升幅50%多和競價(jià)上網(wǎng)的雙重壓力下,加上脫硫補貼缺口大,高成本的脫硫設施能否堅持正常運行面臨嚴峻的考驗。

我國脫硫產(chǎn)業(yè)常常面臨脫硫運行成本高,國家補貼的脫硫電價(jià),無(wú)法使脫硫裝置保本運行,采用本技術(shù)后,能使目前脫硫系統因運行成本高而停用的SO2凈化設備進(jìn)行運轉,真正實(shí)現脫硝運行費用“零”投資,無(wú)成本,大幅度降低運行費用,大量節約水資源,節約電廠(chǎng)傳統脫硫技術(shù)因磨損大、結垢嚴重、系統復雜、配套設備多、維護工作量大,和脫硫系統因(石灰乳法)脫硫堵塞、結垢、腐蝕、磨損、運行費用高、耗電量大給廠(chǎng)內造成的巨大損失,真正實(shí)現節能減排,提高效益,可取消漿液循環(huán)泵,取消氧化風(fēng)機,取消制漿系統,取消石灰石球磨機等,大大節約系統的用電量,本脫硫方法與傳統的(石灰乳)脫硫方法相比,脫硫效率98%以上,脫硝效率90%以上,可降低運行費用50%-80%,是脫硫領(lǐng)域的一次創(chuàng )新和一項重大突破,在國內外尚屬首創(chuàng )。無(wú)論對低硫煤、中硫煤、高硫煤,均能達到與傳統(石灰乳)法脫硫相當的效果,實(shí)現脫硫系統運行費用零投資,無(wú)成本脫硫,脫硫塔排出的吸收液,重復利用,循環(huán)脫硫,即節約了大量的水資源,又減少了脫硫系統設備系統管道的堵塞和結垢,省去了傳統濕法脫硫工藝中龐大的制漿系統,省去了廢液和廢水處理設備,整套系統大為簡(jiǎn)化,設備投資大為降低。

十、煙氣脫硫技術(shù)對比
與傳統的石灰乳脫硫方法脫硫相比,即解決了用水量大,浪費水資源,系統容易結垢、堵塞等問(wèn)題,又可解決脫去煙氣中SO2的問(wèn)題,一舉兩得,脫硫效率97%以上,脫硝效率90%以上,除塵率100%,不需大的投資建設脫硝設備,無(wú)成本,大幅度降低運行費用,提高經(jīng)濟效益,真正實(shí)現節能減排,循環(huán)經(jīng)濟,變廢為寶,實(shí)現國家可持續發(fā)展。

十一、社會(huì )經(jīng)濟意義
濕法脫硫技術(shù)是最具商業(yè)優(yōu)勢的脫硫技術(shù),“脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)”使(濕法)煙氣脫硫設備及裝置的小型化、普及化成為可能,使治理SO2污染在一些經(jīng)濟條件較差的國家和地區的普及應用成為可能。它的經(jīng)濟、高效、節能、環(huán)保、集控的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)有利于為眾多企業(yè)所接受,為經(jīng)濟的可持續發(fā)展和環(huán)境科技的進(jìn)步做出應有的貢獻。

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