一、脫硫的發(fā)展與應(yīng)用
1、全國火電廠二氧化硫排放狀況:
1998年全國火電裝機(jī)容量為20988萬千瓦,占總裝機(jī)容量的75.7%。二氧化硫的排放約為780萬噸,占全國二氧化硫排放量的37.%。由于酸雨和二氧化硫污染造成農(nóng)作物、森林和人體的健康等方面的問題,所以治理煙氣脫硫成為我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要因素。
2、國家對(duì)S02的治理要求:
法律的要求:
1995年修訂的《中華人民共和國大氣污染防治法》提出:”兩區(qū)”內(nèi)的火電廠新建或已建項(xiàng)目不能采用低硫煤的,必須建設(shè)配套脫硫、除塵裝置。
《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB1322-1996),對(duì)1997年1月1日起新、擴(kuò)、改建火電廠,在實(shí)行全廠排放總量控制的基礎(chǔ)上,增加了煙囪二氧化硫排放濃度的限制。
二、煙氣的脫硫方法
1.按濕法煙氣按脫硫劑分類:
(1)鈣 法 脫 硫:
利用硫酸鈣化學(xué)和物理的穩(wěn)定性達(dá)到脫硫目的,原料是石灰石、消石灰等,首先是使SO2溶解:SO2+H2O=H2SO3,H2SO3=HSO3-+H+,HSO3-=H++SO32-
使石灰石溶解:CaO+H2O=Ca(OH)2,Ca(OH)2=Ca2++2OH-,
使兩種溶液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)吸收溶解的SO2:
Ca2++SO32-=CaSO3,CaSO3+(1/2)H2O=CaSO3(1/2)H2O。
對(duì)液體進(jìn)行氧化:
HSO3-+(1/2)O2=H++SO42-,Ca2++SO42-=CaSO4↓,CaSO4+2H2O=CaSO42H2O↓
最后的產(chǎn)物是CaSO42H2O↓(就是石膏),是一種不溶于水的穩(wěn)定物質(zhì),可用于建筑材料和水泥制作的原料。
以上這種方法就是通常所說的石灰石—石膏法煙氣脫硫(FGD)的化學(xué)機(jī)理。
(2)鎂 法 脫 硫:
原料是鎂礦石、氧化鎂等,也經(jīng)過了SO2溶解,MgO溶解:MgO+H2O=Mg(OH)2,MgO+2CO2+H2O=Mg(HCO3)2,
使兩種溶液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)吸收溶解的SO2:Mg(OH)2+SO2=MgSO3+H2O,
Mg(HCO3)2+SO2=MgSO3+H2O+2CO2,MgSO3+H2O+SO2=Mg(HSO3)2,MgO+Mg(HSO3)2=MgSO3+H2O
要完成此過程MgO要有5%的過量。
對(duì)液體進(jìn)行氧化:MgSO3+1/2O2=MgSO4,MgO+SO2+1/2O2=MgSO4在經(jīng)過結(jié)晶濃縮可生產(chǎn)肥料級(jí)的MgSO41H2O,也可生產(chǎn)工業(yè)級(jí)MgSO47HO,如果不進(jìn)行或抑制MgSO3氧化,可以再生脫硫劑并生產(chǎn)硫酸。
(3)氨 法 脫 硫 :
利用氨氣和氨水與二氧化硫和氮氧化物反應(yīng),起到脫硫、脫硝的作用。也是先用水溶解SO2、NO、NO2,形成HSO3、HSO4、HNO3,然后與NH3及氨水發(fā)生化學(xué)反應(yīng):H2SO4+NH3=(NH4)2SO4,HNO+NH3=NH4NO3,SO2+H2O+1/2O2=(NH4)2SO4
H2SO3+NH3=(NH4)2SO3,(NH4)2SO3+H3O+SO2=2NH4HSO3,NH4HSO3+NH3=(NH4)2SO3
(NH4)2SO3在數(shù)小時(shí)內(nèi)可以被大氣氧化:(NH4)2SO3+1/2O2=(NH4)2SO4
氨法的優(yōu)勢(shì)是用量少、二次污染少、副產(chǎn)品用途廣泛(可以作為氨肥)、也可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)再生使用、脫硫、脫硝一次完成,但是氨水的價(jià)格高1200—1500元/噸,配套設(shè)備要求高,一次性投資大。
(4)鈉 法 脫 硫 :
用火堿和純堿作為吸收液進(jìn)行脫硫。SO2在水中與NaOH和Na2CO3反應(yīng):2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O,Na2CO3+SO2=Na2SO3+CO2↑,Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3,NaHSO3+NaOH=Na2SO3+H2O,2NaHSO3+Na2CO3=2Na2SO3+H2O+CO2↑
在吸收液的處理中可以利用Na2SO3與NaHSO3在水中溶解度的不同,使Na2SO3結(jié)晶作為副產(chǎn)品,或者用酸分解處理,使之再生?;饓A和純堿的價(jià)格比較高,且腐蝕性也比較高,在當(dāng)前世界上使用不是很普遍,在鈉法的基礎(chǔ)上,在后期加入石灰石生產(chǎn)石膏可以節(jié)省部分的火堿、純堿,這就是雙堿法。
2.按有無液相介入分類
濕法:進(jìn)入濕吸收劑;排除濕物質(zhì)
濕法是利用堿性溶液為脫硫劑,應(yīng)用吸收原理在氣、液、固三項(xiàng)中進(jìn)行脫硫,脫硫產(chǎn)物和殘液混合在一起,為稀糊狀的流體。操作溫度在44~55℃。
半干法:進(jìn)入濕吸收劑;排除干物質(zhì)
是指在有液相和氣相介入脫硫方法,脫硫產(chǎn)物為干粉狀。操作溫度干法60~80℃。
干法:進(jìn)入干吸收劑;排除干物質(zhì)
是指在無液相介入在干燥狀態(tài)下進(jìn)行脫硫的方法。,如向爐內(nèi)噴干燥的生石灰或石灰石粉末。操作溫度干法800~1300℃。
3.幾種煙氣脫硫工藝經(jīng)濟(jì)性能比較:
煙氣脫硫技術(shù)種類的繁多。目前技術(shù)成熟國內(nèi)外應(yīng)用廣泛的是石灰石/石膏和噴射是干法煙氣脫硫技術(shù),但循環(huán)流化床和海水洗滌式等新型煙氣脫硫技術(shù)正在迅速的為人們所認(rèn)知。
三、脫硫系統(tǒng)及其設(shè)備
脫硫系統(tǒng)
▲吸收塔出口煙道
▲除霧器2級(jí)噴淋區(qū)3~4層
▲入口段煙道
▲吸收塔反應(yīng)槽設(shè)計(jì)
▲池分離器 氧化空氣管攪拌器
脫硫設(shè)備
1、吸收塔設(shè)備―擋板門:
2、吸收塔設(shè)備―噴淋層
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