脱硫除尘论文综述.docx

课程设计综述报告

课程设计名称： 大气污染控制工程

课程设计题目：燃煤锅炉烟气脱硫除尘系统设计

学 院 名 称： 环境与化学工程学院

专业：环境工程 班级：120223

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20 年 月 日

脱硫除尘综述

摘 要：我国的能源以燃煤为主,而燃煤造成的环境污染严重。本文综述了国内外各类烟气脱硫技术，并简述了各方法的原理、优缺点及其适用范围。
关 键 词：燃煤烟气 脱硫技术 湿法 干法 半干法
引言
煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧会产生二氧化硫等污染物的排放,其中以煤燃烧产生的污染最为严重。我国的原煤中灰分、硫分含量比较高,大部分煤的灰分在25%～28%,硫分含量变化范围比较大,从0.1%～10%不等。我国商品煤的平均含硫量约为1.13%。煤中硫可分为可燃硫和不可燃硫,可燃硫及其化合物在高温下与氧发生反应,生成SO2。我国的SO2排放量与煤消耗量有密切关系,
1983～1991年两者的相关系数达到0.96。随着燃煤量的增加,燃煤排放SO2也不断增长,早在1995年我国SO2排放就达到2370万t,已超过欧洲和美国。近几年排放量虽有下降,但仍居世界第一位。
大气中的SO2的沉降有干式和湿式两种。干式沉降时,附着在颗粒物上的SO2,经转化后生成的硫酸盐借重力作用回地面、水域、植被表面和建筑物上,其中细微粒子可能经呼吸道、皮肤进入人体,对整个大自然造成了很大危害。湿式沉降就是通常所说的酸雨(pH <5 .6)。湿式沉降形成酸雨有三条途径:(1)SO2 经液相氧化反应生成SO42-,被降水洗脱带到地面;(2)SO2 经气相氧化并与水气反应生成SO42-,被降水洗脱降到地面;(3)气态的SO2被降水吸收,生成HSO3-降到地面。酸雨对水生态系统、农业生态系统、森林生态系统、建筑物和材料以及人体健康等方面都有危害。在“1990～1995 年联合国系统中期环境方案”中,酸雨被列为“重大攸关问题”之一。酸雨对水生生物的危害主要是:对水质的酸化,使水域环境中食物链受到破坏, 造成物种灭绝或减少;对水质的酸化使水中的金属离子浓度增加, 对水生生物毒性增加。酸雨对森林生态系统的危害引起森林树木叶片黄化、落叶, 甚至死亡。酸雨对农业生态系统的危害主要表现为引起农作物的减产。可以加速建筑物和材料的腐蚀, 从而破坏各种材料、建筑物和人工制品。对人体健康的影响是间接的和潜在性的。
烟气脱硫技术的分类及其特点
一、烟气脱硫技术的分类
烟气脱硫技术按照工艺方案可分为：湿法脱硫工艺、半干法脱硫工艺和干法脱硫工艺。烟气脱硫技术发展初期多采用湿法工艺技术，最近的几年里，国家大力提倡采用半干法工艺脱硫除尘。但由于半干法工艺存在的一些问题，当今的烟气脱硫发展的趋势逐渐地转变为干法脱硫除尘工艺技术。
二、各类烟气脱硫技术的特点
1．湿法脱硫工艺
湿法脱硫工艺中，脱硫剂和脱硫生成物均为湿态，其脱硫过程是气液反应，反应速度快，脱硫效率高，脱硫剂利用率高，其中以湿法石灰石一石膏洗涤工艺最为成熟，应用也最为广泛。湿法石灰石一石膏洗涤工艺的典型流程为：从除尘器出来的烟气经过一个换热器，然后进入吸收塔，在吸收塔内sO：直接和磨细的石灰悬浮液接触并被吸收。新鲜的石灰浆液不断的加入到吸收塔底部的蓄液槽中，洗涤后的烟气通过除雾器、换热器和烟囱排人大气。该工艺脱硫效率可保证在95％以上，同时也存在废水的二次污染、石膏结垢堵塞、脱硫产物的处理比较麻烦、烟气温度较低不利于扩散、工艺较复杂、运行费用高、占地面积和投资较大等一些问题。
2．半干法脱硫工艺
半干法烟气脱硫市场占有率仅次于湿法。该工艺是利用烟气显热蒸发石灰浆液中的水分，同时在于燥的过程中，石灰与烟气中的sO：反应生成亚硫酸钙。喷雾干燥烟气脱硫是典型的半干法脱硫工艺，其工艺流程包括：吸收剂的制备、吸收剂浆液雾化、雾粒与烟气的接触混合、液滴蒸发与SO：吸收、灰渣排出和再循环。
半干法工艺较简单，干态产物易于处理，无废水产生，投资一般低于传统湿法，但存在以下几个方面的问题：①容器和管道的堵塞；②吸收塔内固体沉积结垢；③喷雾器磨损；④烟道和除尘器的腐蚀；⑤除尘器压降增加。
3．干法脱硫工艺
干法烟气脱硫工艺在无液相介入，完全干燥的状态下进行，所以脱硫效率较湿法低。随着干法脱硫工艺的日益完善，再加上干法工艺流程简单、投资少、运行费用低等因素，干法脱硫工艺已开始在燃煤电厂推广应用。干法脱硫工艺可以分为：炉内喷钙、管道喷射和混合喷射等。
(1)炉内喷钙
炉内喷钙是把干的吸收剂直接喷到锅炉炉膛的气流中，炉膛内的热量将吸收剂煅烧成具有活性的CaO从而与烟气中的sO：发生反应。与其他脱硫工艺相比炉内喷钙对炉膛内的温度要求很高，温度越高反应速度增大，但温度过高，CaO就会发生烧结，活性降低。所以炉内喷钙脱硫效率取决于在临界温度范围内的停留时间。
(2)管道喷射
管道喷射是直接将脱硫剂喷人烟气管道中，一般脱硫剂有消石灰、钠基吸收剂或石灰浆等。这种方案投资省，能耗低，但存在脱硫效率低，以及管道的沾污和腐蚀的问题。
湿法烟气脱硫一体化技术[1]
湿法脱硫系统
湿法(WFGD)是整个脱硫系统位于烟道的末端，在除尘系统之后；脱硫过程在溶液中进行，吸附剂和脱硫生成物均为湿态。脱硫过程的反应温度低于露点，脱硫后的烟气一般需经再加热才能从烟囱排出。使用最广泛的湿法烟气脱硫技术，主要是石灰石/ 石灰洗涤法，占整个湿法烟气脱硫技术的367%。该技术具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点，但存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染等问题。包括石灰石- 石膏湿法烟气脱硫技术、氨法烟气脱硫技术、双碱法烟气脱硫技术、金属氧化物吸收法、活性炭吸附法等，对于低浓度SO2 吸收效果较好。
湿法烟气脱硫一体化装置
一、喷雾除尘脱硫装置。喷雾除尘脱硫装置是一种非常典型的脱硫除尘一体化装置，具有结构简单、压力损失小、操作稳定脱硫除尘效率商等优点，但是需要严格控制喷嘴的雾化效果，并且在使用某些脱硫剂（如石灰）时容易发生堵塞现象。根据气液相对运动的不同，喷雾除尘脱硫装置可以分为逆流型和错流型。逆流型是烟气向上运动，雾滴由喷嘴喷出向下运动，使气液得以充分棍合，完成除尘脱硫过程；错流型是雾滴由喷嘴向下喷出，而烟气水平流动，此外，在一些喷雾脱硫塔中，还有采用顺流型的，即烟气向上运动，雾滴由喷嘴向上喷出，与烟气同向流动，来增加气液接触时间，提高传质效果同时与逆流布置相比可以减小压力损失，但是在应用中还是以逆流型更为常见。
二、文丘里除尘脱硫装置。文丘里除尘脱硫装置由收缩管、喉管和扩散管组成。当烟气由进气管道进入收缩管后，流速逐渐增大气体的压力能逐渐转变为动能，在喉管入口处气流速度达到最大，沿喉管周边布置的喷嘴喷出的液滴被高速气体雾化和加速，气液充分混合，在扩散管中，气流速度减小，而压力回升，使尘粒凝聚速度加快，增加了对细微粉尘的捕集效果，在此过程中同时完成脱硫过程。该装置具有投资省、占地少、工艺简单、运行费用低等优点，但是脱硫除尘效率较低，而且耗电量大。常与其他除尘脱硫装置配合使用，很少单独使用。
三、旋风水膜除尘脱硫装置。由于旋风水膜除尘脱硫装置通常采用麻石作为壳体，所以又称为麻石水膜除尘脱硫装置，其基本原理是：烟气切向高速进入装置内部，旋转上升，依靠离心作用，将尘粒甩到装置的湿内壁上，然后被溢流堰上流下的碱液洗涤下来。除尘效果不错，但是脱硫效率较低。
四、旋流塔板除尘脱硫装置。旋流塔板除尘脱硫装置是在麻石水膜除尘脱硫装置的基础上演变而来：在麻石水膜除尘脱硫装置的基础上，增加1-6层旋流塔板，对气体的旋转起接力作用”，盲板布水结构也加强了，除尘和脱硫效率都有很大的提高。用溶液作为脱硫剂时，其脱硫效率可达70%～84%，己成功应用于220t/h锅炉的烟除尘脱硫，是目前我国自行研制的处理量最大的除尘脱硫装置。
半干法脱硫除尘一体化技术[2]
一、半干法脱硫除尘一体化技术原理
该技术利用换热器将烟气温度降低后进入脱硫塔, 烟气中的二氧化硫与高速喷入的浆液细雾滴进行充分的混合反应, 之后再与喷入的水雾混合进一步降低温度至露点以下, 以达到高效脱硫的效果, 因为温度越接近露点脱硫反应速率越高。进入分离器后, 分离的颗粒从分离器落下循环回到脱硫塔继续参与脱硫反应, 以提高脱硫剂的利用率, 置换的热量用来加热脱硫后的低温烟气, 不但使烟气温度达到了袋式除尘器进气温度范围, 也使得水分充分蒸发,不至于烟气温度低于其露点温度而导致袋式除尘器清灰困难。烟气进入袋式除尘器后, 粉尘和没有充分反应的脱硫剂被滤袋捕集下来, 继续与二氧化硫发生反应, 因此, 袋式除尘器成了捕集粉尘、脱硫剂和提供脱硫反应场所等功能的装置, 更好地提高了脱硫效率和脱硫剂的利用率。
二、半干法脱硫除尘一体化技术工艺过程
半干法脱硫除尘一体化技术的工艺过程包括:脱硫剂的制备、脱硫剂的浆液雾化、雾粒与烟气的接触混合、烟气降温和升温、液滴蒸发与SO2 吸收、灰渣排出、灰渣再循环、烟气进入袋式除尘器。
三、半干法脱硫化学反应机理
生石灰制浆:CaO +H2O →Ca(OH)2
SO2 被液滴吸收:SO2 +H2O →H2SO3
吸收剂与SO2 的反应:
Ca(OH)2 +H2SO3 →CaSO3 +2H2O
液滴中CaSO3 过饱和沉淀析出:
CaSO3(aq)→CaSO3(s)
部分CaSO3(aq)被溶于液滴中的氧气所氧化生成CaSO4(aq):
CaSO3(aq)+1/2O2 →CaSO4(aq)
部分CaSO4 难溶于水, 便会迅速沉淀析出固态CaSO4 :
CaSO4(aq)→CaSO4(s)
烟气中的其他酸性气体为SO3 、HCl 等也会同时与Ca(OH)2反应, 而且SO3 和HCl 的脱除率高达95 %, 远大于湿法脱硫工艺中SO3 和HCl 的脱除率。
四、半干法脱硫一体化各部分介绍
(1)脱硫剂制备系统
半干法脱硫除尘一体化技术大多采用CaO 含量尽可能高的石灰作脱硫剂。脱硫剂通过浆液池变成高浓度浆液(里面配有过滤器清除大颗粒杂质),以备旋转喷雾器高速喷射。
(2)换热系统
换热器在整个系统中是比较关键的设备。首先烟气通过换热器降低温度再进入脱硫塔和经旋转喷雾器高速喷射的浆液充分反应。再就是从分离器出来的烟气又要通过换热器来加热增温进入除尘器进行再循环脱硫除尘。
(3)灰渣及再循环系统
从分离器出来的灰渣中含有相当数量反应剩余的氧化钙, 大多数煤飞灰也含有一定碱性物质。为了减少新鲜脱硫剂的耗量, 提高脱硫剂的利用率, 将部分脱硫灰渣再循环利用是必要的。脱硫灰渣再循环可使系统脱硫率提高10 ～ 15 个百分点。同时灰渣的再循环改善了传质条件, 有利于雾粒干燥, 从而改善了脱硫塔塔壁结垢的趋势。
(4)分离系统
分离器在整个技术系统中也起到了很关键的作用, 从脱硫塔中出来的烟气通过分离器把大的颗粒分离出来, 然后从分离器下面再进入脱硫塔继续参于脱硫反应, 从而提高脱硫剂的利用率。
(5)除尘系统
从分离器出来的烟气中含有没有充分反应的脱硫剂被袋式除尘器的滤袋捕集后又可以与SO2 反应, 这样就增加了脱硫剂的利用率。另外, 袋式除尘器的除尘效率高, 在目前环保要求越来越严格的情况下, 袋式除尘器是最为理想的除尘设备。
五、半干法脱硫一体化技术特点
(1)技术先进; (2)脱硫效率高;(3)Ca/S 比低;(4)投资省;(5)占地小;(6)耗水量低;(7)脱硫产物容易处理, 无二次污染;(8)自动控制水平高。
干法脱硫除尘一体化技术[3]
一、工艺流程简介
本工艺的主要技术是通过向含有粉尘和二氧化硫的烟气中喷射熟石灰干粉和反应助剂来实现脱硫的。二氧化硫和熟石灰在反应助剂的辅助下充分发生化学反应，形成固态硫酸钙(Ca,SO。)，附着在粉尘上或凝聚成细微颗粒，随粉尘一起被袋式除尘器收集下来。该工艺中主要包括：急冷反应塔系统、消石灰及反应助剂的储存、计量及输送系统、除尘反应系统和飞灰输送系统等。
(1)急冷反应塔系统
由于本系统中采用袋式除尘器，滤袋的使用温度限定了进入除尘器的烟气的澎度，其最低温度不得低于露点温度，最高温度不得高于190。C。另外，急冷反应塔还起到一个增湿的作用，从而提高脱硫效率。在急冷反应塔中，对喷水量和水滴直径要求严格，否则引起急冷反应塔湿壁和后续管道的腐蚀。为了防止湿壁引起反应塔腐蚀，除在反应塔内部铺设防腐材料外，在反应塔内壁设置了空气幕，保护急冷反应塔不被腐蚀。烟气由急冷反应塔上部的进气口进入塔内(塔体内的上部设有气流均布装置)，通过塔顶周围布置的双流体喷嘴喷雾降温，使烟气温度降至170。C左右，再由急冷反应塔下部排气口通过烟道至袋除尘器进气口。在烟气通过急冷反应塔过程中，由于喷雾降温和烟道通道面积的扩大，烟气中粒径较大的粉尘在重力作用下会沉降在反应塔的灰斗仓内，经灰斗仓底的螺旋除灰机和飞灰排出阀排出。
(2)消石灰及反应助剂的储存、计量及输送系统
吸收剂消石灰要求Ca(OH)：干粉，含水在0．5％以下，纯度90％，200目。通过气力输送至圆形钢仓内储存备用。为了防止消石灰结块，储料仓灰斗壁设有流化板，压缩空气通人流化板使粉尘流态化。消石灰通过单管螺旋预给料机送入螺旋计量秤。螺旋计量秤根据烟气的硫含量来计量消石灰，计量后的消石灰人物料汇总小仓。干法脱硫工艺单选用吸收剂的情况下，其脱硫效率一般只能达到50％左右。所以必须选用反应助剂提高脱硫效率，经过特殊制备的反应助剂可使脱硫率提高到90％以上。和消石灰一样，反应助剂经过流化板、单管螺旋预给料机和螺旋计量秤计量后，人物料汇总小仓。物料汇总小仓后设置粉料供料机，通过加速器利用罗茨鼓风机提供的高压空气把消石灰和反应助剂混合物经管道吹送至除尘器进气口烟道内，并随烟气气流进入除尘器内部。
(3)除尘器系统
本系统中的除尘器已不单单是去除烟气中的粉尘j它集脱硫和除尘于一体的袋式除尘器。烟气进入除尘器进气管在负压作用下，较均匀的进入除尘器的各个室，烟气中反应混合物在除尘器的滤袋表面吸附形成一层预过滤层，当sO：气体通过预涂层时，就与这些药剂反应而被除去。‘经过了烟道内的反应和预过滤层的反应，除尘效率已达到了90％以上。调节除尘器的清灰间隔，使预过滤层的脱硫剂消石灰充分反应，生成CaSO。。当除尘器清灰时预过滤层脱落落入灰斗，由于飞灰的湿含量较大，为防止在管道内沉积而腐蚀管道，将不再循环利用，直接螺旋输送机送人灰库，净化后的烟气由后排风机排人大气。
(4)飞灰输送
除尘器滤袋过滤下来的粉尘，通过设在灰斗排灰口的回转卸灰器和螺旋输送机送人汇总螺旋输送机入仓式泵进料小仓，通过仓式泵经管道送至飞灰库。
二、脱硫效率
干法脱硫工艺最主要的问题就是干法脱硫效率较低，而影响脱硫效率的主要因素有：SO：的浓度吸收剂的-坐、Ca／S摩尔比、反应温度和停留时间、反应助剂的添加、反应的相对湿度和氯化物的含量。该套干法脱硫除尘一体化的工艺中，针对这些影响因素采取了相应的措施以提高脱硫效率。
(1)在吸收剂的选择方面，我们选择200目的消石灰而不是石灰石。因为从化学反应来看，氢氧化物的反应活性比碳酸盐高，从而可以加快反应速率提高脱硫效率。
(2)Ca／S摩尔比对脱硫效率的影响最为主要。从试验和理论上看，脱硫效率随着Ca／S摩尔比的增加而增加，但当Ca／S摩尔比超过1．5时，再增加脱硫剂，脱硫效率提升幅度较小。本系统中Ca／S控制在1．5—2．0之间。既保证了最大的脱硫效率又保证了脱硫剂的最大使用率，降低脱硫成本。
(3)反应温度和停留时间是影响脱硫效率的重要参数。在管道喷射中降低趋近饱和温度到l 10c或以下，脱硫率最大。烟气性质不同饱和温度也就不同，因此管道烟气脱硫反应温度是根据现场工况进行调节的。停留时间即脱硫反应时间，在保证了最佳的反应温度的情况下，脱硫反应所需的时间约为1—2秒。本系统的脱硫反应不仅在管道中进行，在除尘器的滤袋表丽还继续二次反应，保证了充足的反应时间。
(4)添加剂使用的是我们新研发的特殊反应助剂，它具有大的表面积和孔隙率，可以将脱硫效率提高到90％以上。
(5)相对湿度对脱硫效率的影响较大，相对湿度越高，蒸发所需时间越长，延长了脱硫反应时间从而提高了脱硫效率
(6)氯离子的存在能使△t (高于露点的温度)保持较高的温差，可以明显提高脱硫效率，而且，氯离子与脱硫剂反应生成氯化钙，氯化钙是一种多孔隙率物质，在一些脱硫工艺中，氯化钙作为添加剂使用，以提高脱硫效率。从实践中看，该套工艺运用于电厂脱硫和垃圾焚烧厂脱硫，其脱硫效率不同，垃圾焚烧厂的脱硫效率高于电厂脱硫效率的原因也在于垃圾焚烧厂的烟气中氯含量较高。
燃煤锅炉烟气脱硫除尘中存在的问题
1 、脱硫效率低，除尘效果差
以目前我国数量较多的中小燃煤锅炉为例，大多数的中小燃煤锅炉烟气处理分为三个阶段。一是燃烧前的处理阶段。就是在煤炭进行燃烧前，先对煤炭进行脱硫处理，以降低燃烧时排放的硫化物量。但我国目前的燃煤脱硫技术还存在一定的问题，受到应用条件和其他因素的限制，高效的脱硫技术不能很好的普及，造成大多数企业在燃煤事前处理阶段的效果不理想。二是燃烧过程中的处理阶段。煤炭的燃烧过程会产生大量的烟气， 烟气中含有大量的粉尘和硫化物等污染物。因此，脱出硫化物和烟尘的最佳阶段就是燃烧过程。但是燃烧过程中去除硫和烟尘是十分复杂的， 目前我国中小型燃煤锅炉脱硫率仅在50%左右，多数不符合国家的标准。三是燃烧后的处理阶段。燃烧完成后通过对烟气的处理来去除烟气中的硫和烟尘，但受技术、设备和操作等因素的制约，我国目前的燃煤锅炉的企业在这方面做的并不好。
2、缺乏技术创新
随着科学技术的不断进步，电力能源和其他可再生的资源在人们生产生活中利用的比例越来越高，在欧美等发达国家，中小型燃煤锅炉已禁止使用。我国对于大气污染问题上的认识的较晚，相应的治理技术和设备也与发达国家存在一定的差距。因此，对于燃煤锅炉脱硫除尘技术的创新和研发，还需进一步努力。
3、缺乏资金投入
燃煤锅炉脱硫除尘技术的应用好坏，很大程度上依靠设备、场地等方面的支持。对于燃煤锅炉脱硫除尘技术应用时，应选用符合自身技术需求的相关配套设备，并且提供合适的厂房。目前我国企业在生产过程中将资金主要投入到生产方面，而对于烟气处理方面的投入较少，造成燃煤锅炉烟气脱硫技术不能很好的发挥处理效果。
烟气脱硫除尘存在问题的解决对策
1 、加强技术管理和研发力度
首先，技术人员应加强管理，对现有技术应用中存在的问题，及时发现，及时改正，不断的完善与发展相关技术。目前，我国大多数城市和地区在燃煤锅炉脱硫除尘技术的应用过程中，都存在不同程度的问题，难以达到预期的设计目标。因此，有关人员应加强对烟气脱硫除尘技术的研究，根据自身的污染特点出发，研究出更加适合本地区、本企业的燃煤锅炉脱硫除尘技术。
2、 加大企业的资金投入
燃煤锅炉烟气脱硫除尘技术应用与发展的最关键的问题就是资金投入，因此在今后的工作中，企业应加大烟气污染问题的重视，承担起企业的社会责任，满足国家的烟气排放标准。积极的加大技术研发和设备改造的资金投入，建立起完善的配套设施，满足烟气脱硫除尘的技术需求。
结语
燃煤锅炉排放的粉尘严重破坏大气环境并威胁着人类的健康，我国对于粉尘的治理已经非常重视，并将节能环保行业列为国家的七大战略新兴产业之首，在“十二五”期间，烟气除尘行业将会面临重大发展机遇和严峻的挑战。因此，在以后的工作中，当地政府及生产企业应转变思路，加强环境保护意识，对燃煤锅炉脱硫除尘技术的发展提供支持，减少烟尘对大气环境的污染，造福子孙后代。
参考文献
[1]曾令可.湿法烟气脱硫除尘一体化研究[J].中国陶瓷工业.2009.2(16):39-40
[2]章勤华.半干法烟气脱硫除尘一体化技术[J].工业锅炉.2004.6(88):32-36
[3]穆璐莹.干法脱硫除尘一体化技术研究[J].中国环境科学学会学术年会优秀论文集.2006:2545-2548