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    Flue gas desulfurization
    煙氣脫硫

    煙氣脫硫工藝簡介:

    煙氣脫硫(Flue gas desulfurization,簡稱FGD,FGD技術中,按脫硫劑的種類劃分,可分為以下五種方法:以CaCO3(石灰石)為基礎的鈣法,以MgO為基礎的鎂法,以Na2SO3為基礎的鈉法,以NH3為基礎的氨法,以有機堿為基礎的有機堿法。



    煙氣脫硫基本原理

    化學原理:煙氣中的SO2 實質上是酸性的,可以通過與適當的堿性物質反應從煙氣中脫除SO2。煙道氣脫硫最常用的堿性物質是石灰石(碳酸鈣, CaCO3)、生石灰(氧化鈣,CaO)和熟石灰(氫氧化鈣,Ca(OH)2)。石灰石產量豐富,因而相對便宜,生石灰和熟石灰都是由石灰石通過加熱來制取。有時也用碳酸納(純堿)、碳酸鎂和氨等其它堿性物質。所用的堿性物質與煙道氣中的SO2發生反應,產生了一種亞硫酸鹽和硫酸鹽的混合物(根據所用的堿性物質不同,這些鹽可能是鈣鹽、鈉鹽、鎂鹽或銨鹽)。亞硫酸鹽和硫酸鹽間的比率取決于工藝條件,在某些工藝中,所有亞硫酸鹽都轉化成了硫酸鹽。SO2與堿性物質間的反應或在堿溶液中發生(濕法煙道氣脫硫技術),或在固體堿性物質的濕潤表面發生(干法或半干法煙道氣脫硫技術)。



    在濕法煙氣脫硫系統中,堿性物質(通常是堿溶液,更多情況是堿的漿液)與煙道氣在噴霧塔中相遇。煙道氣中SO2溶解在水中,形成一種稀酸溶液,然后與溶解在水中的堿性物質發生中和反應。反應生成的亞硫酸鹽和硫酸鹽從水溶液中析出,析出情況取決于溶液中存在的不同鹽的相對溶解性。例如,硫酸鈣的溶解性相對較差,因而易于析出;硫酸鈉和硫酸銨的溶解性則好得多。在干法和半干法煙道氣脫硫系統中,或使煙氣穿過堿性吸收劑床噴入煙道氣流中,或使固體堿性吸收劑與煙道氣相接觸。無論哪種情況,SO2都是與固體堿性物質直接反應,生成相應的亞硫酸鹽和硫酸鹽。為了使這種反應能夠進行,固體堿性物質必須是十分疏松或相當細碎。在半干法煙道氣脫硫系統中,水被加入到煙道氣中,以在堿性物質顆粒物表面形成一層液膜,SO2溶入液膜,加速了與固體堿性物質的反應。

     

    工藝方法

    世界上普遍使用的商業化技術是鈣法,所占比例在90%以上。按吸收劑及脫硫產物在脫硫過程中的干濕狀態又可將脫硫技術分為濕法、干法和半干(半濕)法。濕法FGD技術是用含有吸收劑的溶液或漿液在濕狀態下脫硫和處理脫硫產物,該法具有脫硫反應速度快、設備簡單、脫硫效率高等優點,但普遍存在腐蝕嚴重、運行維護費用高及易造成二次污染等問題。干法FGD技術的脫硫吸收和產物處理均在干狀態下進行,該法具有無污水廢酸排出、設備腐蝕程度較輕,煙氣在凈化過程中無明顯降溫、凈化后煙溫高、利于煙囪排氣擴散、二次污染少等優點,但存在脫硫效率低,反應速度較慢、設備龐大等問題。半干法FGD技術是指脫硫劑在干燥狀態下脫硫、在濕狀態下再生(如水洗活性炭再生流程),或者在濕狀態下脫硫、在干狀態下處理脫硫產物(如噴霧干燥法)的煙氣脫硫技術。特別是在濕狀態下脫硫、在干狀態下處理脫硫產物的半干法,以其既有濕法脫硫反應速度快、脫硫效率高的優點,又有干法無污水廢酸排出、脫硫后產物易于處理的優勢而受到人們廣泛的關注。按脫硫產物的用途,可分為拋棄法和回收法兩種。

     

    目前,國內外常用的煙氣脫硫方法按其工藝大致可分為三類:濕式拋棄工藝、濕式回收工藝和干式工藝。其中變頻器在設備中的應用為節約能源做出了巨大貢獻。

     

    干式脫硫

     

    干式煙氣脫硫工藝

     

    該工藝用于電廠煙氣脫硫始于80年代初,與常規的濕式洗滌工藝相比有以下優點:投資費用較低;脫硫產物呈干態,并和飛灰相混;無需裝設除霧器及再熱器;設備不易腐蝕,不易發生結垢及堵塞。其缺點是:吸收劑的利用率低于濕式煙氣脫硫工藝;用于高硫煤時經濟性差;飛灰與脫硫產物相混可能影響綜合利用;對干燥過程控制要求很高。



    噴霧脫硫

     

    噴霧干式煙氣脫硫工藝

    噴霧干式煙氣脫硫(簡稱干法FGD),最先由美國JOY公司和丹麥NiroAtomier公司共同開發的脫硫工藝,70年代中期得到發展,并在電力工業迅速推廣應用。該工藝用霧化的石灰漿液在噴霧干燥塔中與煙氣接觸,石灰漿液與SO2反應后生成一種干燥的固體反應物,最后連同飛灰一起被除塵器收集。我國曾在四川省白馬電廠進行了旋轉噴霧干法煙氣脫硫的中間試驗,取得了一些經驗,為在200300MW機組上采用旋轉噴霧干法煙氣脫硫優化參數的設計提供了依據。



    煤灰脫硫

     

    粉煤灰干式煙氣脫硫技術

    日本從1985年起,研究利用粉煤灰作為脫硫劑的干式煙氣脫硫技術,到1988年底完成工業實用化試驗,1991年初投運了首臺粉煤灰干式脫硫設備,處理煙氣量644000Nm/h。其特點:脫硫率高達60%以上,性能穩定,達到了一般濕式法脫硫性能水平;脫硫劑成本低;用水量少,無需排水處理和排煙再加熱,設備總費用比濕式法脫硫低1/4;煤灰脫硫劑可以復用;沒有漿料,維護容易,設備系統簡單可靠。

    濕法脫硫


    FGD工藝

     

    世界各國的濕法煙氣脫硫工藝流程、形式和機理大同小異,主要是使用石灰石(CaCO3)、石灰(CaO)或碳酸鈉(Na2CO3)等漿液作洗滌劑,在反應塔中對煙氣進行洗滌,從而除去煙氣中的SO2。這種工藝已有50年的歷史,經過不斷地改進和完善后,技術比較成熟,而且具有脫硫效率高(90%98%),機組容量大,煤種適應性強,運行費用較低和副產品易回收等優點。據美國環保局(EPA)的統計資料,全美火電廠采用濕式脫硫裝置中,濕式石灰法占39.6%,石灰石法占47.4%,兩法共占87%;雙堿法占4.1%,碳酸鈉法占3.1%。在中國的火電廠、鋼廠,90%以上采用濕式石灰/石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝流程。但是在中國臺灣、日本等脫硫處理較早的國家和地區,基本采用鎂法脫硫,占到95%以上。



     

    其主要優點是脫硫效率高,同步運行率高,且其吸收劑的資源豐富,副產品可吸收,商業價值高。目前,鎂法脫硫在日本等煙氣控制嚴格的地區應用較多,尤其最早進行脫硫開發的日本地區有100多例應用,臺灣電站有95%以上是用的鎂法。對硫煤要求不高,適應性好。無論是高硫煤還是低硫煤都有很好的脫出率,可達到98%以上。

     

    鎂法脫硫主要的問題是吸收劑單價較高,副產品設備復雜。但是優點是高脫除率,高運行率,副產品經濟效益好等。

     

    濕法FGD工藝較為成熟的還有:海水法;氫氧化鈉法;美國DavyMckee公司Wellman-LordFGD工藝;氨法等。

     

    在濕法工藝中,煙氣的再熱問題直接影響整個FGD工藝的投資。因為經過濕法工藝脫硫后的煙氣一般溫度較低(45℃),大都在露點以下,若不經過再加熱而直接排入煙囪,則容易形成酸霧,腐蝕煙囪,也不利于煙氣的擴散。所以濕法FGD裝置一般都配有煙氣再熱系統。目前,應用較多的是技術上成熟的再生(回轉)式煙氣熱交換器(GGH)。GGH價格較貴,占整個FGD工藝投資的比例較高。近年來,日本三菱公司開發出一種可省去無泄漏型的GGH,較好地解決了煙氣泄漏問題,但價格仍然較高。前德國SHU公司開發出一種可省去GGH和煙囪的新工藝,它將整個FGD裝置安裝在電廠的冷卻塔內,利用電廠循環水余熱來加熱煙氣,運行情況良好,是一種十分有前途的方法。


    脫硫的防腐保護

    脫硫系統中常見的主要設備為吸收塔、煙道、煙囪、脫硫泵、增壓風機等主要設備,濕法脫硫等工藝具有介質腐蝕性強、處理煙氣溫度高、SO2吸收液固體含量大、磨損性強、設備防腐蝕區域大、施工技術質量要求高、防腐蝕失效維修難等特點。因此,該裝置的腐蝕控制一直是影響裝置長周期安全運行的重點

    問題之一。脫硫的防腐主要有以下幾個方面:

     

    1、吸收塔、煙囪中的應用

     

    2、雙流式塔盤防腐保護

    某電廠在2010年對洗滌器升級時安裝了新型雙流式塔盤。在2011年的檢驗中表明,在塔盤較低表面上形成的沉積物區域下面,基底金屬產生了較深的點蝕。用高壓水將沉積物清洗干凈,改變流量噴嘴試著控制結垢。被腐蝕的區域需要進行涂層保護,以防止進一步的破壞。采用阿克-20防腐涂層為塔盤替換下來的陳舊的“碗狀物”進行涂層,效果非常好。

     

    3、煙道脫硫防腐保護

    研發新陰極防腐系統,可用于燃燒系統的廢氣處理或者空氣污染控制設施的保護–有效控制(電流控制)高溫/極酸腐蝕環境(150,pH-2)薄涂層解決方案。



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