火电厂烟气脱硫技术简述火电厂烟气脱硫技术简述二OO四年三月1 概述我国SO2污染现状2000年全国排放量1995万吨/年“两控区”排放量1316.4万吨/年SO2污染导致我国酸雨区扩大我国是全球三大酸雨区之一，约200万km2年损失1100亿元，合5000元/tSO2煤炭燃烧是SO2污染的主要来源 我国一次能源消耗中煤炭占我国一次能源消耗中煤炭占7575 电煤消耗占全国燃煤的电煤消耗占全国燃煤的5050 火电机组占总装机容量的火电机组占总装机容量的73.373.3 电力工业是削减SO2的主要行业 2000年全国火电厂排放量890万吨/年占全国的44.6“两控区”排放量1316.4万吨/年占“两控区”的48.4电站锅炉集中燃煤便于采取削减措施2SO2控制标准70年前后日本、美国率先制定全国性的SO2控制标准八十年代欧洲国家制定SO2控制标准我国1973年建立SO2控制标准目前我国火电厂受到：排放浓度：mg/m3排放速率：kg/h排放总量：万t/年排污收费的控制2.1部分国家SO2控制标准国家新建电厂现有电厂中国40021001200美国74014801480德国400400日本按K值法计算按K值法计算法国40020004002000韩国1200中国台湾1430400014304000俄罗斯700（2000年后）200030002.2我国现行标准及其他控制法规时段第1时段1996年12月31日第2时段1997年1月1日2003年12月31日第1时段2004年1月1日实施时间2005年1月1日2010年1月1日2005年1月1日2010年1月1日2004年1月1日限值mg/m3210012002100400400GB132232003火电厂大气污染物排放标准对全厂实行排放速率的限制，排放速率与全厂烟囱等效单源高度、风速和排放控制系数P呈正比对电站锅炉实行排放浓度控制“两控区”SO2总量控制1998年1月国函19985号文明确“两控区”及实施SO2总量控制国民经济和社会发展“十五”计划纲要提出2005年“两控区”SO2排放比2000年减少20%国家与地方两控区污染防治规划明确“两控区”在2000年1316.4万吨基础上削减20，设定目标值为1053.2万吨/年排污收费排污费征收使用管理条例2003年7月1日实施从原有“超标排污收费”向“排污即收费、超标加倍”转变排污费征收标准管理办法明确SO2的收费当量为0.95，每当量从0.20元/当量经三年到2005年7月1日上升至0.60元/当量3烟气脱硫技术的发展历程及现状烟气脱硫技术的发展历程及现状31烟气脱硫技术的发展过程烟气脱硫技术的发展过程烟气脱硫技术的发展经历了三个阶段1970年首批排放标准的颁布带来了第一次发展高潮。主要在美国和日本，以湿式洗涤法为主。80年代许多国家相继颁布SO2排放标准，又一次推动了烟气脱硫技术的发展。主要在欧洲，湿法更完善、干法有较大发展1990年以后，美国修订标准，亚洲各国相继制定SO2排放标准，烟气脱硫技术又有新的发展，全球各地FGD建设日趋增加，湿法更优化、干法更完善32烟气脱硫技术现状烟气脱硫技术现状烟气脱硫技术历经30多年的发展，已经成为一种成熟而且稳定的技术特征：脱硫率高可靠性好系统可用率高除此以外，先进工艺还系统简单、管理方便。烟气脱硫工艺的分类通常分为湿法、半干法和干法三类工艺湿法工艺：烟气脱硫工艺吸收剂脱硫副产品工艺名称和主要供货商石灰石/石灰石膏工艺CaCO3Ca(OH)2CaO石膏CaSO3/CaSO4LLB,ABB,GEESI,KHIMHI,SHL, Chemico,BBPBabcock & Hitachi,CT-121,Babcock & Wilcox钠基Na2CO3NaOHNa2SO3海水海水海水Ca(OH)2回到海水中ABB Flkt-Hydro, Bishoff Bechtol氨基NH3(NH4)2SO4LLB,GESSI 半干法及干法工艺烟气脱硫工艺吸收剂脱硫副产品工艺名称和主要供货商半干法半干法喷雾干燥工艺Ca(OH)2CaSO3/CaSO4Niro, ABB Flkt干法干法炉内喷钙CaCO3/Ca(OH)2CaSO3/CaSO4LIMB, R-SOx, ARA烟道喷射CaO/Ca(OH)2CaSO3/CaSO4HYPAS, ADVACATE, E-SOx炉内喷钙加烟气增湿活化CaCO3/Ca(OH)2CaSO3/CaSO4LIFAC烟气循环流化床干法洗涤工艺Ca(OH)2CaSO3/CaSO4CFB：LLB, RCFB：WulffGSA: F. L. Smith部分国家安装FGD的情况国 家石灰石湿法其它湿法喷雾干燥吸收剂喷射其它工艺总 计台容量台容量台容量台容量台容量台容量奥地利37151100378533153175132090加拿大3147521020390083395中 国11319011001100665081790275830丹 麦4152031085130582910芬 兰31060462022804800132760法 国16001600德 国138448731016543631211084012200820652496意大利25104801771302710587日 本4516612220214816814荷 兰7393473934瑞 典21321052712532241191台 湾417003400163082730土尔其533616306966美 国23121692087922775123551320434718782366124576合 计262960282358447113619070506160792515076223087933烟气脱硫技术的发展趋势烟气脱硫技术的发展趋势高脱硫率高脱硫率 优化设计的湿法脱硫率在95以上；喷雾干燥工艺可达8590；改进的LIFAC工艺可达80；CFB工艺的不断优化，脱硫率可保持在9095高可用率高可用率 单塔处理能力不断提高。可用率较高，基本与锅炉同步运行。目前成熟的湿法工艺和先进的CFB等工艺的制造商基本上都能承诺99的可用率工艺流程简化工艺流程简化 先进的脱硫工艺，如NID工艺，流程简单，设备少，不需要对原有的系统作太大的改动，就能获得很高的脱硫率投资和运行费用低投资和运行费用低 湿法脱硫系统的投资费用约占电厂总投资的10左右；干法和半干法一般分别在6和10。目前单位造价约500元/kW在脱硫的同时脱硝在脱硫的同时脱硝 发达国家的控制重点已向氮氧化物转移。今后的装置在脱硫的同时还应有脱硝功能，联合脱硫脱硝成为必然的发展方向4炉内脱硫技术炉内脱硫技术4.1炉内喷钙工艺炉内喷钙工艺原理：原理：吸收剂直接喷入炉膛，在炉膛和下游烟道中与烟气SO2发生反应，生成稳定的脱硫产物。常用吸收剂是石灰石细粉，经高温分解为活性氧化钙，与烟气中SO2反应生成无水硫酸钙CaCO3+热量CaO+CO2CaO+SO2+1/2O2CaSO4+热量同时还能充分吸收烟气中的SO3、氯化物和氟化物。CaO+SO3CaSO4+热量CaO+2HClCaCl2+H2O+热量CaO+2HFCaF2+热量图1炉内喷射工艺流程简图发展和应用发展和应用50年代中期开始70年代初，示范工程的脱硫效率达154070年代中期，德国用Ca(OH)2作为吸收剂效果明显好于石灰石粉90年代中期，美国“CCT”计划三家示范电厂脱硫率达到50新发展反应后吸收剂再循环，再循环物料加入：锅炉对流段790-930区域，即R-SOx工艺物料蒸汽处理喷入空预器后烟道即ARA工艺两种工艺中试的脱硫率90954.2 炉内喷钙增湿活化工艺炉内喷钙增湿活化工艺(LIFAC)原理：原理：同烟道喷射工艺强化管道增湿为气/固/液三相增湿活化塔同时采用物料再循环增加吸收剂利用率图2炉内喷钙尾部增湿工艺(LIFAC)流程图发展与应用80年代初，芬兰Tempalla动力公司开发应用于芬兰、俄罗斯、加拿大、美国和我国南京下关电厂引进2套用于125MW机组加拿大Shand电厂300MW机组PoplarRiver电厂300MW机组美国“CCT”计划第2期示范项目WhiteValley电厂60MW机组脱硫效率8085。炉内喷射和LIFAC工艺的比较特 性炉内喷钙工艺LIFAC脱硫率 35507585吸收剂石灰/石灰石石灰石脱硫副产品的处置与利用灰场堆放土地回填灰场堆放土地回填对电厂现有设备的影响炉膛积灰，空预器有堵塞可能锅炉水冷壁管有结焦的可能灰量增加，除尘器效率会有所提高，排放浓度会增加对系统压降影响最小炉膛积灰，空预器有堵塞可能锅炉水冷壁管有结焦的可能灰量增加对除尘器有影响烟道中可能有积灰烟道压降增加对发电机组的影响锅炉热效率略有下降粉尘排放增加电耗很少增加无废水排放脱硫灰不可出售锅炉热效率略有下降粉尘排放增加除尘器的腐蚀倾向增加电耗有中等程度增加耗水量有中等程度增加无废水排放脱硫灰不可出售运行经验已有商业化运行装置供应商不多已投入商业化运行仅有一家供应商供货费用小于机组投资的5运行费用高占机组总投资575尾部烟气脱硫技术在锅炉空气预热器出口、低温烟气段脱硫的技术称为尾部脱硫技术分类：湿法：石灰石石膏洗涤法、海水洗涤法、双减法等半干法：喷雾干燥法干法：烟道喷射法、烟气循环流化床（CFB)、脱硫除尘一体化工艺(NID)等5.1湿式石灰石烟气脱硫工艺湿法工艺有多种：石灰石/石灰洗涤、氨水洗涤、镁加强石灰洗涤、海水等湿式石灰石/石灰工艺是最传统、最经典和最成熟的工艺之一，使用范围最广泛湿法石灰石工艺分类：按副产品处置方式：石膏法、抛弃法按烟气与介质流向：逆流、顺流、喷射流泡反应等新型工艺：液柱塔、优化的石灰石石膏法等原理石灰石浆液在洗涤塔内吸收烟气SO2SO2H2OH2SO3（溶解）CaCO3+H2SO3CaSO3+CO2+H2O（吸收）在氧化浆池中CaSO3被鼓风氧化CaSO3+1/2O2+2H2OCaSO42H2O （氧化）CaSO3+1/2H2OCaSO31/2H2O湿式石灰石工艺特征特性FGD工艺逆流喷淋塔顺流填料塔喷射流泡反应器脱硫效率()9095以上9095以上9095以上使用的吸收剂石灰或石灰石石灰或石灰石石灰石或石灰石脱硫副产品的处置和利用堆入灰场占地回填商业化石膏堆入灰场占地回填商业化石膏堆入灰场占地回填商业化石膏对电厂现有设备的影响对除尘器没有影响烟气压降为1.2-1.4kPa烟气对烟道和烟囱有腐蚀对除尘器没有影响烟气压降为1.2-1.4kPa烟气对烟道和烟囱有腐蚀对除尘器没有影响烟气压降为2.4-3.6kPa烟气对烟道和烟囱有腐蚀对发电机组的影响电耗大水耗增加电耗大水耗增加电耗大水耗增加运行经验许多电厂应用实例多年运行经验许多制造商可选若干电厂应用实例若干运行经验有若干有经验的供货商若干电厂应用实例若干运行经验仅有一个供货商费用投资占电厂12运行费用高投资占电厂12运行费用高投资占电厂12运行费用高逆流喷淋塔工艺逆流喷淋塔工艺原理用10-15（磨细）石灰石浆液逆流洗涤烟气，烟气中SO2与石灰石反应生成亚硫酸钙，浆液下落至氧化浆池与空气中的氧气反应生成石膏。浆液排放经二级脱水生成含水10的石膏综合利用。烟气进塔前经GGH降温，洗涤后温度约50，再经GGH升温后排放工艺特点：工艺特点：逆流喷淋塔的优点：无内部构件，结垢可能性小；运行阻力相对较低；负荷跟踪特性比填料塔好。它的缺点是体积较填料塔大。逆流喷淋石灰石石膏洗涤塔工艺流程顺流填料塔顺流填料塔原理原理烟气与浆液顺流混合，然后经过填料层，通过填料增加气/固二相的接触时间填料层的厚度根据要求的脱硫率的高低进行调整填料塔喷淋喷嘴可采用低压喷嘴，并可提高浆液的含固量至1525填料塔工艺特点：工艺特点：优点：烟气流速可提高，塔的体积减少，节省占地面积；采用低压喷嘴因而减低了循环泵的电耗；喷嘴寿命较长缺点：塔内构件多，运行中容易产生结垢现象对负荷跟踪性能较差系统阻力大千代田（千代田（CT121）工艺工艺原理烟气通过喷射器直接喷散到吸收剂浆液中经处理后的烟气经抬升进入上层的混气室，然后经除雾器和烟囱排出。CT121的工艺特点：工艺特点：它的特点是在低pH下运行(3.54.5)，低pH运行的优点是：不会发生堵塞和结垢；亚硫酸钙到硫酸钙的氧化过程得到加强；石灰石的溶解度增加，改进了吸收剂利用率。由于JBR强化了烟气颗粒与液体的接触条件，因此能除去亚微米级的粉尘，减少了烟气粉尘的排放。CT121工艺流程图工艺流程图5.2半干法脱硫工艺喷雾干燥工艺半干法脱硫工艺喷雾干燥工艺原理原理以石灰作为吸收剂。石灰消化制成消石灰浆。消石灰浆液经旋转喷雾装置或两相流喷嘴雾化成非常细的液滴，在吸收塔内与烟气混合。通过气、液两相传质反应，同时雾化后的吸收剂浆液滴受热蒸发，形成粉末状的脱硫副产物。烟气由于液滴蒸发而降温，同时烟气中的SO2与吸收剂的Ca(OH)2反应，生成CaSO3；Ca(OH)2+SO2CaSO3+H2OCaSO3+1/2O2+2H2OCaSO4+2H2O反应后烟气由下游除尘器处理，收集脱硫副产物，通过引风机由烟囱排出。发展和应用：发展和应用：喷雾干燥工艺应用广泛。到70年代开始用于电厂烟气脱硫喷雾干燥工艺主要有两种商业化类型：丹麦Niro公司采用高速旋转雾化器分散浆液；烟气从塔顶和塔底以60和40分成两股引入，并反应。塔的高/径比较小，呈矮胖型，占地相对较大ABBFlkt公司的Drypac工艺采用两相流喷嘴，烟气与雾化液滴一起进入吸收塔，塔的高/径比较大，呈细长型，占地较少工艺特点工艺特点喷雾干燥工艺的优点：工艺流程简单，便于操作负荷跟踪特性好脱硫效率高能耗低，约占发电量0.51投资比湿法低缺点采用浆液作为吸收剂，需要配套吸收剂制备系统石灰价格约为石灰石的45倍，因此，运行费用较高雾化装置发生磨损和破裂，寿命有限，需经常调换脱硫产物的综合利用尚待开发喷雾干燥烟气脱硫工艺的流程见图5.3干法脱硫工艺干法脱硫工艺干法脱硫工艺从50年代开始，从烟道喷射工艺发展到目前先进、高效率的NID、CFB等工艺，上述炉内喷射工艺也属于干法工艺干法工艺是指用干的吸收剂脱硫、产生干的脱硫副产品工艺干法通常采用石灰/消石灰为吸收剂增湿过程能较大的优化反应吸收过程干法工艺脱硫效率在设计Ca/S比时从4593主要的干法脱硫工艺特征特性FGD工艺管道喷射工艺CFBNID脱硫率()50709090使用的吸收剂石灰/消石灰石灰石灰副产品的处置和利用灰场堆放土地回填灰场堆放土地回填灰场堆放土地回填对电厂现有设备的影响由于灰量增加对除尘器有影响烟道中可能积灰对系统压降影响最小由于灰量增加对除尘器有影响烟道中可能有积灰烟道压降增加较大由于灰量增加对除尘器有影响烟道中可能有积灰烟道压降增加对发电机组的运行和设备的运行电耗很少增加水耗很少增加脱硫灰不可出售除尘器的腐蚀倾向增加电耗有中等程度增加耗水量有中等程度增加脱硫灰不可出售除尘器的腐蚀倾向增加电耗有中等程度增加耗水量有中等程度增加脱硫灰不可出售运行经验仅有示范装置供应商不多已有成熟的商业运行经验仅三个供应商供货已投入商业化运行仅有一个供应商可供货投资费用小于机组投资的5占机组总投资5-7占机组总投资5运行费用较大中等中等管道喷射工艺原理：原理：将粉状吸收剂喷入空预器和除尘器间烟道，吸收烟气SO2。吸收剂采用CaO或钠基化合物，如碳酸氢钠。用CaO时需要对烟气增湿。发展和应用发展和应用始于在80年代中期用于剩余寿命很短、空间受限制的小型脱硫机组美国“CCT”计划两个示范工程使用钠基和CaO/NaHCO3，脱硫率70工艺特点工艺特点优点投资很低能耗低（用电量小于发电量的0.5）安装简单容易改造（占地少，建设周期短）无废水排放。缺点石灰利用率较低，残余石灰加湿硬化，增加了灰处理的难度烟道壁粘污可能增加脱硫效率低在使用钠基吸收剂时会生成可溶性产物导致灰场污染水体管道喷射脱硫工艺流程图烟气循环流化床脱硫工艺(CFB)原理原理CFB工艺在空预器和除尘器间安装流化塔。烟气塔底进入同喷入的消石灰干粉和增湿水接触并反应塔内烟气流速设计在固/气二相相对速度较高的范围，物料层呈悬浮状烟气SO2被消石灰吸收生成亚硫酸钙。并摩擦不断出现新表面参与反应被烟气带出塔的颗粒由后续除尘器收集并再次回流到吸收塔参与反应主要工艺形式LLB公司：吸收塔百叶式分离器电除尘器/布袋除尘器斜槽回流Wulff公司：吸收塔内循环除尘器/布袋除尘器斜槽回流F.L.Smith公司：吸收塔旋风分离器电除尘器/布袋除尘器螺旋回流发展和应用：发展和应用：80年代用于德国，至少5台容量从50MW100MW机组，在Ca/S1.21.5时，脱硫效率可达到9297。90年以后奥地利、捷克等国使用。目前估计商业运行装置大于30台。最大单塔烟气处理量95万Nm3/h，最大容量为300MW。工艺特点：工艺特点：优点脱硫效率高，适应范围广吸收剂利用率较高占地小，投资及维修费用较低启停方便，负荷跟踪特性好，可在30负荷时投用无污水排放，烟气可不加热可脱除SO3，氯化物和氟化物，对现有烟囱腐蚀小缺点使用石灰作为吸收剂脱硫副产品应用尚待开发烟气循环流化床工艺流程图脱硫除尘一体化工艺（脱硫除尘一体化工艺（NID）原理：原理：出自ABB公司，集除尘和脱硫于一体采用石灰或消石灰，增湿后喷入除尘器前烟道型反应器与SO2反应吸收剂水分蒸发使烟气降温促进反应，吸收剂进入除尘器收集进行二次反应，收集的吸收剂增湿并补充新鲜吸收剂后循环使用脱硫效率达到9095发展和应用：发展和应用：1995年在波兰ElectrowniaLaziska电厂试验装置成功运行，次年1996年在该厂2120MW机组作商业运行2001年浙江巨化公司热电厂280t/h锅炉成功投入商业运行工艺特点：工艺特点：优点：脱硫效率高吸收剂利用率较高占地很小，投资及维修费用较低启停方便，负荷跟踪特性好无污水排放，烟气可不加热可脱除SO3，氯化物和氟化物，因此对现有烟囱腐蚀小缺点：使用石灰作为吸收剂为利用粉煤灰，需在脱硫塔前增加除尘器收集粉煤灰脱硫除尘一体化（NID）工艺流程图6 结束语结束语GB132232003标准和新的“两控区”SO2总量控制削减20对“两控区”内电厂形成了巨大的压力，因此到2010年，电力企业烟气脱硫将是高潮阶段。尽管SO2污染控制有IGCC、AFBC、PFBC等多种先进技术，但是FGD技术仍是现有机组控制排放的良好工艺。FGD技术日趋成熟，主要工艺脱硫率达到95、可用率达到98100，投资和运行费用逐步降低，烟气脱硫有了较好的技术支持。