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脱硫方式的比较

发布时间:2017/08/27 点击量:

1. 湿法脱硫技术比较
当前我国环境形势相当严峻,在新颁布的国家标准《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)中,对电厂的SO2排放提出了更严格的要求,必须采用湿法脱硫技术,才能使SO2的排放浓度满足环保要求。
湿法工艺是指脱硫剂以液浆形式喷入反应器,而脱硫产品也以液浆形式排出的系统。适用于中小型锅炉烟气脱硫技术,依采用的脱硫剂不同,常用的主要有石灰(石)法、氧化镁法、双碱法、氨法等几类。湿法脱硫因其脱硫效率高、适应范围广而得到广泛运用,市场占有率为85%以上。中小型脱硫产物的处理国内外多采用抛弃法处理。
A、 石灰(石)/石膏湿法脱硫工艺  
石灰(石)/石膏湿法脱硫工艺是采用石灰石(CaCO3)或石灰(CaO)作脱硫吸收剂原料,经消化处理后加水搅拌制成氢氧化钙(Ca(OH)2)作为脱硫吸收浆。石灰或吸收剂浆液喷入吸收塔,吸附其中的SO2气体,产生亚硫酸钙,进而氧化为硫酸钙(石膏)副产品。  
该工艺的优点主要是: 
 (1)脱硫效率高,在Ca/S比小于1.1的时候,脱硫效率可高达90%以上; (2)吸收剂利用率高,可达到90%;  
(3)吸收剂资源广泛,价格低廉;  
(4)适用于高硫燃料,尤其适用于大容量电站锅炉的烟气处理;  
(5)副产品为石膏,高品位石膏可用于建筑材料。  
该工艺的缺点是:  
(1)系统复杂,占地面积大;  
(2)造价高,一次性投资大;(在美国,单位一般造价在 $150— 200/kW;在中国,重庆珞璜电厂一期烟气脱硫工程2×360MW脱硫装置占电厂总投资的11.15%,太原第一热电厂高速平流简易湿式300MW机组的600000m3/h脱硫装置的单位造价约RMB650元/kW,杭州半山电厂2×125MW和北京第一热电厂 2×410t/h锅炉脱硫装置单位造价更高达 RMB 1600/KW);  
(3)运行问题较多——由于副产品CaSO4易沉积和粘结,所以,容易造成系统积垢,堵塞和磨损;(而双减法在系统内产物是NaSO3,不会造成堵塞和积垢)  
(4)运行费用高,高液/气比所带来的电、水循环和耗量非常大; 
(5)副产品处理问题——目前,世界上对该副产品处理,主要采用抛弃和再利用两种方法:西欧和日本因缺乏石膏资源,所以用此副产品做建筑用石膏板,与此同时,当地建筑规范也为该产品的推广使用提供了方便。但对副产品石膏的成分要求严格(CaSO4>96%)。在美国,因天然石膏资源丰富,空地较多,过去一般采用抛弃处理。在中国,天然石膏资源丰富,而石灰石的成分却很难保证,因此脱硫石膏的成分不稳定,建筑行业很难采用;对于建在城市近郊或工业区的需要脱硫的电厂,又很难容纳大量石膏渣液的抛弃,即使有空闲场地抛弃,从长远来讲,仍然可能造成固体废弃物的二次污染。因而副产物处理存在问题。  
(6)由于该工艺技术成熟,运用广泛,目前国家有相应技术规范,但国家环保总局在脱硫技术指导文件中明确指出该种方法适用于大型电站锅炉的脱硫,中小锅炉运用存在规模不经济等问题。  
(7)为适应国内中小型锅炉的烟气脱硫,对该工艺进行了改造运用,减少脱硫剂制备和石膏生成系统尚可,但其他部分的或缺带来诸多问题,因此要谨慎用之。    
B、双碱法脱硫工艺  
为降低钠基脱硫的运行费用,发展了“双碱法”工艺。“双碱法”是指脱硫吸收过程采用反应性能好的钠基或镁基吸收剂,其产生的副产品又与钙基吸收剂反应,将钠基或镁基脱硫吸收剂再生还原重复使用,再生反应中产生的石膏成为最终副产品。运用钠基高效脱硫,消耗的却是廉价的石灰石(石灰),该工艺综合石灰法与钠碱法的特点,解决了石灰法的效率低、易结垢问题,又具备钠碱法吸收效率高的优点。由于脱硫和再生反应的复杂性,此法的理想实现有一定的工艺难度,目前正在逐步实践和成熟中,适用于中小型锅炉脱硫使用。脱硫副产物为亚硫酸钙或硫酸钙(氧化后),或将其氧化后制成石膏;或者直接将其与粉煤灰混合,可增加粉煤灰的塑性,增加粉煤灰作为铺路底层垫层材料的强度。多数直接与锅炉灰渣一起集中处理,不产生二次污染。   
C、氨法脱硫工艺
该脱硫工艺以氨水为吸收剂,副产品为硫酸铵。氨法脱硫作为一种脱硫工艺,在国内外都做过不少研究,但均停留在试验和小规模运用阶段。目前主要运用于氨来源丰富方便和硫酸铵便于处理的企业,如化肥厂或其附近。该工艺运用受限,究其原因主要有如下几个:
(1) 简单氨法脱硫充其量只是表面上的脱硫,由于其喷水回收法实际上会造成大量的亚硫酸铵的泄漏和氨的泄漏,而亚硫酸铵易于分解(受热60-70℃即开始分解)出SO2,实际上等于没处理,而且氨的泄漏本身又增加了污染。
(2)由德国比晓夫公司拥有专利技术的深度氨法脱硫工艺,虽然用专利技术解决了亚硫酸铵和氨气气溶胶泄露的问题,但仍无法避免亚硫酸铵分解的问题。而且其系统之复杂、投资之大要远远超过简易氨法脱硫。
(3)氨法脱硫的副产物亚硫酸铵/硫酸铵的去向是氨法脱硫的另一个大问题:(a)如果不回收,排向水体,会对环境水体造成巨大污染,引发富营养化等问题。国家环保法有明确规定,环境水体绝不容许排放亚硫酸铵/硫酸铵。同时,如果副产物不回收,则运行成本太高,企业不可能承受;(b)如果将副产物制成氨肥,则投资成本大大增加,而且氨肥能否销售得出去也是一个未知数,毕竟市场氨肥的需求有限,氨法脱硫产生的氨肥的品质与普通市面上售氨肥的差别也是一个问题,硫酸铵是一种低质氮肥,国内产量过剩,长期使用会使土壤板结。
(4)氨法脱硫的脱硫剂氨的运输、贮存、防泄漏均有一定要求对于靠近城镇区域内而言,易造成居民的抗议。
氨法脱硫的优点:
(1)适用范围广,不受含硫量、锅炉容量的限制。
由于吸收剂氨比石灰石或石灰活性大,并且在设计时也考虑留有一定的裕度,因而氨法脱硫装置对煤质变化、锅炉负荷变化的适应性强。这在我国能源供应紧张、来什么煤烧什么煤的情况下,更显现出它的优势。氨法脱硫的特点之一是含硫越高,硫酸铵的产量就越大。
(2)脱硫效率很高,很容易达到95%以上。脱硫后的烟气不但二氧化硫浓度很低,而且烟气含尘量也大大减少。
(3)吸收剂易采购,可有三种形式:液氨、氨水、碳铵。
(4)氨法脱硫装置对机组负荷变化有较强的适应性,能适应快速启动、冷态启动、温态启动、热态启动等方式;适应机组负荷35%BMCR~140%BMCR状态下运行。
(5)国内外有成功运行的实例,运行可靠性好,无结垢问题发生。
总之,简易氨法脱硫肯定不行,深度氨法脱硫的选择要特别慎重。对于脱硫剂取得十分容易,废液又有去向的企业采用氨法 脱硫技术也许是一个不错的选择。   
D、氧化镁脱硫法   
根据氧化镁再生反应的特性,通过外部再生诱导结晶工艺,生成高pH 值、高吸收活性的亚硫酸钠、亚硫酸镁混合吸收清液,并采用与循环吸收清液特性相适应的高效雾化喷淋吸收技术来提高吸收效率,从而达到高脱硫效率、高运行可靠性、低投资费用、低运行成本的目的。
氧化镁吸收SO2的湿法脱硫方式是目前适合于中、小型锅炉烟气脱硫技术最为成熟的脱硫方式之一。综合氢氧化镁脱硫法具有以下四个特点:
(1) 氧化镁原料取得容易 
目前包括在日本、首尔、东南亚地区、台湾地区等均有普遍使用的实绩和经验,而所使用的的氧化镁大部分均来自大陆地区。我国拥有丰富的氧化镁资源,储量约为160亿吨,占全世界的80%左右,环渤海湾的山东、辽宁地区以及山西都有丰富的产量。由于广泛地运用,使该技术相对于其他脱硫技术更加成熟。   
(2) 循环液呈溶液状,不易结垢,不会堵塞
氧化镁湿法的脱硫产物硫酸镁是一种溶解度很大的物质,因此在吸收塔脱硫的反应过程中,不似石灰石(石灰)/石膏法会产生结垢或堵塞的问题。   
(3) 脱硫后溶液,处理后可直接排放,无二次污染。   
石灰石(石灰)/石膏法、氨/硫铵法、氧化镁法等所产生的产物都能综合利用,但不同的回收方式都导致脱硫系统复杂、一次投资和运行费用的提高。因此,是否考虑脱硫副产物的利用,都必须针对每个项目进行综合分析,如果氢氧化镁脱硫产物进行综合利用,可在浓缩干燥后再煅烧回用氧化镁,同时还可生产硫酸;脱硫产物也可在一定控制条件下生产附加值较大的七水硫酸镁。但根据目前国内外运行之经验,综合考虑初投资和运行费用等,针对中小型锅炉使用的氢氧化镁脱硫法一般均使用抛弃法,即产生的硫酸镁溶液经过滤后,将废液直接排入河流或海中。当然,部分电厂可以根据自身条件,将废液排入冲灰渣水池中再利用,或排入全厂废水处理系统中统一处理。   
(4)脱硫效率高。脱硫剂为高浓度、高吸收活性的亚硫酸镁溶液,其脱硫效率高于95%,能将烟气中( SO2) 降低至50 mg /m3 以下。
(5)投资省。采用高pH 值的清液循环体系,无需考虑设备的腐蚀性,设备材质为普通碳钢,因此投资较普通的氧化镁法脱硫技术降低10%以上。
(6)运行成本低。由于吸收液的吸收活性好,气液比为1 500 ~2 000,较其他湿法脱硫技术高,吸收液循环量小,脱硫塔阻力小,电耗低。同时,由于该系统中氧化镁无需熟化,较需蒸汽熟化的传统氧化镁技术而言,直接节省了蒸汽消耗。
(7)运行可靠性高。采用高pH 值清液循环体系,不会造成管路堵塞和设备腐蚀,脱硫装置可靠性高。
(8) 烟气波动适应性强。采用清液循环体系,溶液吸收活性高,与一般烟气脱硫系统相比,具有更高的适应烟气波动性能,烟气可在20% ~ 110%波动。
(9) 脱硫产物易处置。亚硫酸镁清液法脱硫产物为硫酸镁溶液,简单处理即能达标排放,其中的污泥主要为原料氧化镁中所含杂质,其污泥量仅为石灰石- 石膏法的1 /20,污泥量极少便于处理。

脱硫方式 石灰石-石膏法 双碱法 循环流化床法 亚硫酸镁法
企业 邢台国泰 湖州热电 临沂发电 长江热能
额定蒸发量(t/hr) 1024 2*75 1*220 3*75
脱硫效率 >95% 90% 90% >95%
运行成本(元/吨SO2) 1260 1810 2560 996
液气比 16 4.5   2
脱硫电耗率 1.35% 0.81% 1.15% 0.4%
吸收系统压损(Pa) 2500 1000 3450 <500
钙硫比(镁硫比) 1.03 1.15 1.25 1.05
吸收液PH区间 6.0-5.4 6.8-5.8   8.5-6.2
吸收液性状 浆液 清液 固态粉末 清液 
脱硫 
产物
成分 固体CaSO4 固体CaSO3 固体CaSO3 硫酸镁溶液
处置途径 卫生填埋 卫生填埋 卫生填埋 达标废水排放
 
综上所述,每一种脱硫技术都有其特点,适用于不同的脱硫环境和要求。电厂依据自身环境标准要求、现场情况、脱硫剂供应和锅炉规模及燃煤含硫多少,结合脱硫技术特点,选择投资省、技术成熟完善、运行安全可靠费用低和无二次污染的实用技术。对于大量中小型燃煤锅炉或脱硫改造工程,由于情况各异或限于投资,对适宜脱硫技术的选择变得尤为重要。   
《燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策》的通知(环发[2002]26号)中规定燃用含硫量≥2%煤的机组、或大容量机组(≥200MW)的电厂锅炉建设烟气脱硫设施时,宜优先考虑采用湿式石灰石—石膏法工艺,脱硫率应保证在90%以上,投运率应保证在电厂正常发电时间的95%以上。
针对65t/h—670t/h电站锅炉,选择何种技术,要依据企业具体情况和当地环保标准要求而定,要选择成熟运用技术,确保安全可靠运行,以能够因地制宜、以废治废的技术工艺为最佳。
 

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