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脱硫脱硝设备介绍 >

雾霾,酸雨,臭氧破坏---当前大气污染问题十分严峻,传统型大气污染尚未得到有效治理的情况下,区域性细颗粒物(PM)污染问题又成为当前棘手问题之一,复合型空气污染问题直接制约国民经济的发展,百姓的日常生活已经受到了严重的影响。“十二五”以来环保部陆续出台大气污染治理的政策,未来五年计划投入1.7万亿于我国大气污染治理,大气治理行业进入高速发展期。 工矿车间粉尘、家居装修等室内空气污染问题导致恶性疾病的事件频发不断,国人迫切需求改善日益恶劣的工作、生活环境,有效防治和治理室内空气质量的空气净化设备。数据显示中国市场空气净化设备的普及率还不到1%,而美国的空气净化产品人均拥有率为31%。中国消费者对空气净化设备的潜在需求非常巨大,市场前景宽阔。

我公司联合清华科研中心研制了智能型模块化的成套脱硫脱硝设备,广泛应用于水泥、电厂、钢铁厂等重污染大型企业,为我国的环保事业添砖加瓦,为“还子孙后代碧水蓝天”做出一定的贡献。以下介绍脱硫脱硝设备的相关知识和使用环境。

1.脱硫脱硝设备介绍

基本内容脱硫就是脱去烟气中的SO2(二氧化硫),脱硝主要是脱去烟气中的NOx(氮氧化物),这两种物质进入大气会形成酸雨,酸雨对人类的危害非常大,所以现在国家一直在提倡环保,以煤炭为燃料的烟气都含有这些物质,特别是火电厂,现在建火电厂都要同时建设脱硫,脱硝现在国家还没有开始强制上。

未来趋势2014 年7 月1 号的减排大限将至,二氧化硫和氮氧化物的排放标准进一步严格。存量市场约有1/3 到1/2 面临二次脱硫改造,而电力和其它工业部门的脱硝市场更会在2013-2014 年达到高峰期。

技术应用

脱硫脱硝处理

脱硫脱硝除尘技术—干法脱硫技术(CFB-FGD)‎

半干法脱硫(CFB-FGD),该工艺分为二级脱硫:在炉膛内喷入石灰石粉脱除部分SO2;在锅炉尾部设置文丘里脱硫塔,并喷入增湿水,有工业污水系统可以直接利用,使未反应的石灰石粉进一步得以利用对烟气进行二次脱硫。其特点是系统简单、投资小、电负荷低、无废水排放、占地面积也较少。但是,由于其脱硫反应是在气固两相之间进行,受到传质过程的影响,反应速度较慢,吸收剂利用率较低。当钙硫比控制在1.5-2.5时,经二级脱硫后,脱硫效率可达80%—90%左右。

CFB-FGD技术特点:

(1)脱硫效率高:脱硫效率可达90%以上,是目前各种干法、半干法烟气脱硫工艺中最高的,可与湿法工艺相媲美;

(2)工程投资费用、运行费用和脱硫成本较低,为湿法工艺的50%~70%。

(3)工艺流程简单,系统设备少,为湿法工艺的40%~50%,且转动部件少,降低了维护和检修费用;

(4)占地面积小,为湿法工艺的30%~40%,且系统布置灵活,非常适合现有机组的改造和场地紧缺的新建机组。

(5)能源消耗低,如电耗、水耗等,为湿法工艺的30%~50%。

(6)能有效脱除SO3、氯化物和氟化物等有害气体,其脱除效率远高于湿法工艺,达90%~99%,腐蚀性较小,可不采用烟气再热器,直接使用干烟囱排放烟气。

(7)对锅炉负荷变化的适用性强,负荷跟踪特性好,启停方便,可在30%负荷时投用,对基本负荷和调峰机组均有很好的适用性。

(8)对燃煤硫分的适应性强,可用于0.3%~6.5%的燃煤硫分。且应用于中低硫煤时(<2%),其经济性优于湿法工艺。

(9)无脱硫废水排放,且脱硫副产品呈干态,不会造成二次污染,对综合利用和处置堆放有利。

工艺流程图:(示意)

 

脱硫示意图

脱硫脱硝除尘技术——双碱法湿式脱硫技术‎

双碱法烟气脱硫技术是克服石灰石—石灰法容易结垢的缺点而发展起来的。由于在吸收和吸收液处理中,使用了两种不同类型的碱,故称为双碱法。双碱法包括了钠钙、镁钙、钙钙等各种不同的双碱工艺,钠钙双碱法是较为常用的脱硫方法之一。

工艺原理:

双碱法烟气脱硫技术是利用氢氧化钠溶液作为启动脱硫剂,配制好的氢氧化钠溶液直接打入脱硫塔洗涤脱除烟气中SO2来达到烟气脱硫的目的,然后脱硫产物经脱硫剂再生池还原成氢氧化钠再打回脱硫塔内循环使用。脱硫工艺主要包括5个部分:(1)吸收剂制备与补充;(2)吸收剂浆液喷淋;(3)塔内雾滴与烟气接触混合;(4)再生池浆液还原钠基碱;(5)石膏脱水处理。

双碱法烟气脱硫工艺同石灰石/石灰等其他湿法脱硫反应机理类似,主要反应为烟气中的SO2先溶解于吸收液中,然后离解成H+和HSO3-;使用Na2CO3或NaOH液吸收烟气中的SO2,生成HSO32-、SO32-与SO42-,反应方程式如下:

1、脱硫反应:

Na2CO3 + SO2 → NaSO3 + CO2↑ (1)

2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O (2)

Na2SO3+ SO2 + H2O → 2NaHSO3 (3)

其中:

式(1)为启动阶段Na2CO3溶液吸收SO2的反应;

式(2)为再生液pH值较高时(高于9时),溶液吸收SO2的主反应;

式(3)为溶液pH值较低(5~9)时的主反应。

2、氧化过程(副反应)

Na2SO3 + 1/2O2 → Na2SO4(4)

NaHSO3 + 1/2O2 → NaHSO4(5)

3、再生过程

Ca(OH)2 + Na2SO3 → 2 NaOH + CaSO3(6)

Ca(OH)2 + 2NaHSO3 → Na2SO3 + CaSO3.1/2H2O +3/2H2O (7)

工艺流程图:(示意)

 

双减

 

工艺特点:

1、采用钠碱作为二氧化硫吸收剂,脱硫液在塔外用石灰再生,因此吸收塔内不会出现结垢的现象。

2、适用范围广,适应低、中、高硫烟气。

3、工艺技术成熟,装置运行可靠性高。

4、工艺先进,运行费用低。

5、工程投资少、经济效益高。

6、对煤种变化的适应性强。

7、节能、节水、节省脱硫剂效果显著。实现双碱法“三高、二低、一小”的特点。即:脱硫效率高、可利用率高、可靠性高;投资成本低、运行费用低;占地面积小。

主要技术参数:

脱硫脱硝设备主要参数

应用范围:

适用于任何锅炉任何工况烟气的脱硫治理工程。

水泥厂脱硝设备应用技术介绍说明‎

水泥厂脱硝技设备主要作用是脱去烟气中的NOx(氮氧化物)、SO2(二氧化硫),由于这两种物质会造成酸雨,对人类的危害非常大,因此要对水泥厂生产形成的烟气进行脱销脱硫处理。

水泥厂脱销技术主要包括低氮燃烧器、分级燃烧法、非选择性催化还原法(SNCR)和选择性催化还原法(SCR)等,各控制技术的脱氮效率如下表所示:
 

NOx 控制技术 低NOx 燃烧器 SCR 分级燃烧 SNCR
脱氮效率 10~15% 85~90% 25~30% 50~70%

1低NOx燃烧器

目前在国内已经有广泛应用,但其效果受窑工况影响较大,一般NOx的排放量不能达到预期效果或效果不明显。

2、SCR 法

SCR 法具有脱氮效率高的优势,在电厂锅炉脱氮被广泛应用。但由于SCR操作温度窗口和含尘量的特殊要求,在国内外水泥生产线上极少使用,主要原因为:(1)出窑的烟气通常用于余热发电,出余热发电系统的烟气温度无法满足SCR 的温度要求;(2)窑尾框架周边基本上没有布置SCR催化剂框架的空间;(3)出窑的烟气中高浓度粉尘及其有害元素易造成催化剂破损和失效;(4)一次性投资大;烟气通过催化剂的阻力增大了窑系统的阻力;(5)催化剂每三年需要更换,运行成本高。

SNCR脱销工艺

3、分级燃烧技术

分级燃烧脱氮的基本原理是在烟室和分解炉之间建立还原燃烧区,将原分解炉用煤的一部分均布到该区域内,使其缺氧燃烧(第一级燃烧区域内空气过剩系数小于1)以便产生 CO、CH4、H2、HCN 和固定碳等还原剂。这些还原剂与窑尾烟气中的NOx发生反应,将NOx还原成N2等无污染的惰性气体。此外,煤粉在缺氧条件下燃烧也抑制了自身燃料型NOx产生,从而实现水泥生产过程中的NOx减排。

4、SNCR脱硝技术

SNCR(选择性非催化还原)技术在旋窑水泥厂脱硝系统上广泛的运用。

该法将氨水(质量浓度20%~25%)或尿素溶液(质量浓度30%~50%)通过雾化喷射系统直接喷入分解炉合适温度区域(850~1050℃),雾化后的氨与NOx(NO、NO2 等混合物)进行选择性非催化还原反应,将NOx转化成无污染的N2。当反应区温度过低时,反应效率会降低;当反应区温度过高时,氨会直接被氧化成N2和NO。

SNCR法的脱硝效率为50%~70%,低于选择性催化还原法(SCR)的脱硝效率(80%~90%),而SNCR法的费用(包括设备费用和操作费用)只有SCR法的1/5左右。

PBA添加剂在湿法脱硫系统中的应用介绍‎

我国是世界上最大的煤炭消费国,煤炭占一次性能源消费总量的70%左右。而火电行业是SO2排放的主要来 源,火电厂的SO2排放量占全部SO2排放量的40%以上。自20世纪90年代以来,我国火电行业使用烟气脱硫技术对SO2的排放进行控制,收到了良好的效果。

石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺因其技术成熟、脱硫效率高、吸收剂来源丰富、价格低廉、副产品可利用等特点而这被广泛采用,成为目前燃煤电厂烟气脱硫应用最广泛的方法。在我国近几年新建的火电厂烟气脱硫工艺技术中,石灰石/石灰-石膏湿法脱硫工艺占了近90%。

火电厂烟气脱硫的困境

近几年来,受燃煤市场供需关系的影响,火电厂的燃煤偏离设计煤种幅度较大,虽采用掺配上煤的方式, 仍然较难控制锅炉燃煤在设计硫分下运行,吸收塔入口SO2浓度超过脱硫系统设计值的情况时有发生。另一方面,我们对环境保护的要求越来越严格,新修订的《火电厂大气污染物排放标准》对SO2排放浓度提出了更高的要求。

基于以上两个方面的压力,很多脱硫装置被迫进行增容改造工作。脱硫装置的增容改造动辄耗资千万,改 造施工周期3至4个月,给电厂带来一定的压力。在不对原有脱硫设备进行增容改造的前提下,应用脱硫添加剂 来满足脱硫系统的设计脱硫效率是目前脱硫行业的研究方向之一。

湿法烟气脱硫添加剂

脱硫添加剂主要分为两个类:有机添加剂和无机添加剂。无机添加剂不仅包括碱类,还包括盐类,如钙、 钠、镁及氨盐等。其中,有机添加剂对脱硫系统的作用是多方面的,除了可以促进SO2的吸收和CaCO的溶解外, 还能够缓冲吸收浆液的pH值,从而提高脱硫效率,降低脱硫成本。因此,选择有机酸作为湿法脱硫工艺的剂具有一定的优势。PBA就是一种由有机酸组成的复合添加剂,它由几个相似族类的分子大小不同且结构组成各异的高分子羟基芳香酸组成。PBA不参与化学反应,添加PBA不会降低氧化空气、石灰石消耗量,也不会减少石膏的产量。

工作原理

1、湿法脱硫化学反应

石灰石-石膏湿法烟气脱硫的化学反应过程由以下五个过程组成:SO2由气相穿过气液界面的扩散、溶解; 溶解的SO2的水合;在碱性介质中的解离;CaCO3固体颗粒的溶解及解离;盐的形成。

脱硫反应的整个过程涉及气液固三相反应,机理相当复杂。在薄膜理论的基础上,提出了多个石灰石悬浮 液吸收SO2的数学模型,这些模型都以增强因子的形式来表达。影响增强因子的因素有多个,其中PBA是一个显 著的因子。PBA能有效增强石灰石浆液反应活性,提高脱硫效率,防止结垢。

2、PBA工作机理及其对脱硫反应的影响

PBA的分子式可表示为R(OH)m(COOH)n,在溶解过程中PBA首先发生水解电离,生成憎水官能团R(OH)m (COO)n和亲水官能团nH。

憎水官能团与H离子结合打破了SO2溶解反应的可逆平衡,因而使H2SO3解离,SO2水合、溶解反应向右移动 ,从而促进了SO2的溶解,减少了气相阻力,加快了总反应速率。亲水官能团nH与OH离子结合打破了CaCO3溶解 反应的可逆平衡,因而使CaCO3解离、Ca(OH)2溶解反应向右移动,从而促进了CaCO3的溶解,减少了液相阻力,加快了总反应速率。其反应方程式为:

R(OH)m(COOH)m—{R(OH)m(COO)n}+{nH}

SO2+H2O—H2SO3—HSO+H

CaCO3+2H2O—Ca(OH)2+H2CO3—Ca+2OH+H2O+CO2

{R(OH)m(COO)n}+H—R(OH)m(COOH)n{nH}+nOH——nH2O

PBA是一种以有机酸为组成成分的添加剂,与其他有机酸添加剂一样,具有一定的pH缓冲作用。研究结果表明,适宜浓度的添加剂,可以降低pH的变化趋于平缓,从而加快烟气中SO2与石灰石浆液间的总传质反应速度,有利于石灰石浆液对SO2的高效吸收。

另外,由于理化作用,PBA添加剂吸附在脱硫生成物CaSO4和CaSO3等晶体颗粒的表面上,阻碍了有成垢可能的微晶粒子间的相互连接碰撞,起到了分散作用。加之PBA可以降低石灰石浆液的表面张力,使临界晶核半径减小,加速了脱硫反应浆液中CaSO4.2H2O的结晶析出,从而使浆液中未结晶的CaSO4处于非饱和状态,阻碍了硬垢的生成,有利于设备的长期有效运行。

3、PBA对浆液中颗粒沉降的影响

PBA能降低浆液表面张力,并减少浆液粘度,增加浆液中颗粒的分散性,降低浆液中颗粒的沉降速度。配置一定浓度的石灰石浆液,经充分搅拌后,让其自然沉降,观测其沉降速度。试验结果表明,加入PBA后使石灰石浆液的沉降速度大为减慢。不加入PBA时,石灰石浆液沉降3h后已清晰地分为清液层和浆液层,并与沉降30h后的情况一样;加入PBA后,沉降5h后分为三层,清液层占总体积的5.0%,稀浆层87.0%,浓浆层8.0%,并且此时稀浆层、浓浆层中分别含 有约1/3、2/3的石灰石;沉降30h后稀浆层、浓浆层分别占总体积的85%、10%,含石灰石分别为1/6、5/6左右。

使用方法

1、适用条件

PBA脱硫催化剂适用于石灰石-石膏湿法脱硫工艺,主要应用于脱硫运营节能降耗和因燃煤硫分增大需要改 造的工程。增效改造技术主要适用于新煤质的烟气量与原煤质相比变化不大,但硫分与原煤质相比增幅较大的 工程案例,这样可以避免改造吸收塔或尽量减少吸收塔的改造。

添加PBA脱硫催化剂,需要针对不同的煤质和运行工况,经过严密的工艺物料平衡计算,确定合理的PBA加 药浓度,以达到理想的效果。PBA不参与化学反应,添加PBA不会降低氧化空气、石灰石消耗量,也不会减少石 膏的产量。因此,在燃煤硫分 增大的工况下,需要适当调整氧化风系统、制浆系统以及脱水系统等辅助系统的出力,以实现对改造后燃煤烟气中高浓度SO2的有效脱除。

2、加药装置及常规加药装置及常规加药法

为了提高运行的自动化水平,一般在脱硫系统中增设1套PBA自动加药系统,包括加药制备及加热储存箱、 计量泵等。加药制备及加热储存箱应留有溢流口、排污口、加药口、维修或清扫用的入孔或手孔、工艺接口、 蒸汽加热盘管等。

PBA添加剂呈弱酸性,有轻微腐蚀性,加药箱及加药管道均应采用不锈钢材质,在加药箱顶部分别设置1 个便于开启且密封严密的加药孔、1个进水管接口,底部设2个溶液排出口;加药箱顶部需加设搅拌器,箱体需设置温度、液位等自动监控装置,测温装置的温度信号可以用于调节箱体加热蒸汽入口管道阀门的开度,以便合理的控制箱内溶液的温度。加药箱内溶液应保证>50度,计算泵应采用具有防腐功能的耐酸泵。

脱硫系统运行过程中添加剂用量不大,一般300MW机组的PBA消耗量在2-8mg/h,可根据物料平衡计算值,一次性加药至需要的添加浓度,后续运行中,根据实际情况调节加药量。PBA呈不规则片状、粉状体,使用时在加药箱中注入工艺水,开启蒸汽加热系统,使药箱内温度达到50度以上,倒入PBA添加剂,启动搅拌系统,添加剂完全溶解后,通过计量泵输送到吸收塔。

3、简易加药法

在已建成的火电厂脱硫系统中,可根据物料衡计算PBA添加剂的需要量,直接将添加剂倒入吸收塔集水池中,利用吸收塔放出的浆液混合搅拌,然后利用集水池泵将药液送入到吸收塔。

工程案例

某电厂2*660MW机组原有脱硫系统采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺,一沪一塔。为了节能降耗,使用PBA脱硫添加剂对其进行改造,以降低脱硫系统的电耗。2*660MW机组原有脱硫系统循环泵数据见表1。

脱硫系统循环泵数据

该电厂使用PBA脱硫添加剂进行节能降耗改造后,停运脱硫系统循环泵1层喷淋层、停运2层喷淋层与不使用PBA时的能耗及经济效益对比价格见表2。其中,PBA添加剂价格为2.4万元/t,电价按0.3元/kW.h计,电机负荷系数以0.8计。喷淋层自上而下分别为A、B、C层,入口SO2浓度(标干态,6%O2)为3095.32mg/m3。

脱硫脱硝数据表2

从表2可以看出,在使用12kg/h添加剂、运行最上一层喷淋层的方案最优,与不使用添加剂相比,可节约运行费用385元/h年运行时间按5000h计,则2台机组可节约费用385万元/a。

结语

PBA脱硫添加剂应用于石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统,能够有效地促进SO2、CaCO3的溶解,缓解浆液pH值,提高脱硫效率。用于燃用燃煤硫分超出设计值的场合,可以有效提高脱硫效率,满足排放标准。并使脱硫系统免于改造或减少改造工作量,节省改造投资,减少停产损失。用于燃用设计煤种、追求节能降耗的场合,可以有效地降低液气比,节省运行成本,经济效益显著。

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