循环流化床锅炉脱硫、脱销及烟气除尘技术探讨

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  [摘 要]2020年我国SO2:排放量将达到3500万吨,NOx排放量将达到2700万吨之多。其中燃煤二氧化硫排放量占二氧化硫排放总量的90%以上,火电站是我国的主要耗煤大户,其次是工业锅炉和取暖锅炉。2002年时,我国火电厂装机容量己达到3,53亿千瓦。因此,削减和控制燃煤SO2和NOx污染,是我国能源和环境保护部门面临的严峻挑战。就循环流化床锅炉脱硫、脱销及烟气除尘技术,本文作了探讨。
  [关键词]循环流化床锅炉 脱硫、脱销及烟气除尘 技术
  中图分类号:X773 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)02-0213-01
  一、SO2的危害及防治
  SO2对人体健康的影响主要是通过呼吸道系统进入人体,与呼吸器官作用,引起或加重呼吸器官的疾病。如鼻炎、咽喉炎、支气管炎、支气管哮喘、肺气肿、肺癌等。大量资料表明,SO2与大气中其他污染物协同作用,对人体健康的危害更大。SO2对植物的危害也比较大。植物对SO2特别敏感,主要通过叶面气孔进入植物体内,在细胞或细胞液中生成SO32-或HSO3-和H+。破坏植物的正常生理机能,使光合作用降低,影响体内物质代谢和酶的活性,从而使叶细胞发生质壁分离、收缩或崩溃,叶绿素分解等。可以说,SO2造成了非常大的社会经济损失。据资料介绍,美国每排放1t SO2造成社会经济损失为220美元,我国平均每吨SO2造成的社会经济损失为1700元人民币。照此计算,我国每年因排放SO2造成的社会经济损失约相当于近千亿人民币,而且使人的寿命缩短38天。火电厂SO2排放量已占SO2排放总量近50%,随着经济发展和电能需求增加,火电厂排放比重将继续增大,火电厂是SO2排放总量控制的重点行业。
  二、循环流化床锅炉脱硫、脱销及烟气除尘技术背景
  我国能源结构是以燃煤为主,煤烟型污染的控制是大气环境保护的重点。应因地制宜、结合国情,根据地区大气环境的特点,开发应用成熟技术、实用技术。在除尘方面,在满足环境质量标准和排放标准的前提下,小型电厂锅炉除尘可选择单元复合多管式除尘器和陶瓷多管除尘器;对于中大型电厂锅炉除尘优先采用多级静电除尘器和袋式除尘,以满足环境质量标准要求。在脱硫脱硝方面,可通过选择低硫煤(0,7%以下),采用循环流化床锅炉,而且在燃烧过程加入石灰石为主的脱硫剂,可以有效的控制SO2的排放。相对较低的燃烧温度也大大降低了NOx的生成。烟气脱硫,我国先后引进并建成了包括石灰石/石灰—石膏法、旋转喷雾干燥法、炉内喷钙炉后活化干法、海水洗涤法和电子束法的示范工程,为电厂因地制宜选用不同的烟气脱硫工艺提供样板。但湿法脱硫工艺是世界上应用最多最为成熟的技术,也是我国重点发展的脱硫技术。我国低NOx燃烧技术也发展很快,通过空气分级燃烧、尾气再循环等改变燃烧条件和燃烧方式,控制燃烧温度,以减少NOx的产生。结合我国国情开发电子束脱硫脱硝技术等,使其SO2、NOx资源回收利用,将会有广阔的应用前景。注重选择引进国外先进、实用技术,通过消化吸收、加速使其国产化、配套化,降低造价。从而可知对于除尘、脱硫、脱硝处理系统的研究对现在的社会发展和未来有着重大的意义。
  三、循环流化床锅炉脱硫、脱销及烟气除尘技术
  当前控制SO2污染的方法主要有三个,分别为燃烧前脱硫、炉内脱硫以及烟气脱硫。控制NOx排放的主要技术大致也可以分为三种:低污染燃烧(低过量空气燃烧、空气分级燃烧、燃料分级燃烧等)、炉膛喷射脱硝(喷氨或尿素、喷入水蒸气、喷入二次燃料等)、烟气脱硝(干法烟气脱硝和湿法烟气脱硝)。烟气脱硝主要有选择性催化还原法、非选择性催化还原法、选择性非催化还原法、氧化铜法及电子束照射法等,湿法脱硝大多具有同时脱硫的效果。
  (一) 脱硫
  第一,燃烧前脱硫。
  燃烧前脱硫就是在煤燃烧前把煤中的硫分脱除掉,燃烧前脱硫技术主要有物理洗选煤法、化学洗选煤法、煤的气化和液化等。煤的燃烧前的脱硫技术尽管还存在着种种问题,但其优点是能同时除去灰分,减轻运输量,减轻锅炉的沾污和磨损,还可回收部分硫资源。
  第二,炉内脱硫。
  炉内脱硫是在燃烧过程中,向炉内加入固硫剂如CaCO3等,使煤中硫分转化成硫酸盐,随炉渣灰排除。典型的技术有LIMB炉内喷钙技术、LIFAC烟气脱硫工艺,其脱硫效率一般为40%~85%。
  炉内喷钙脱硫工艺是将石灰石磨制成30mm左右的微粒,在锅炉900℃的部位喷入,石灰石受热分解成氧化钙和二氧化碳,氧化钙与二氧化硫反应生成硫酸钙而达到脱硫的目的。其炉内化学反应方程为:CaCO3→CaO+CO2 CaO+SO2+O2→CaSO4 CaO+SO3→CaSO4 CaO+2HCl→CaCl2+H2O CaCO3受热分解为CaO的反应速度快,而硫化反应相对缓慢。
  第三,烟气脱硫。
  目前国内外采用的脱硫技术中,主要采用的方法仍然是烟气脱硫,烟气脱硫技术(FGD)是当前应用最广、效率最高的脱硫技术。在烟气脱硫中又分为湿法、干法和半干法三种工艺,其中湿法脱硫工艺占己安装PGD机组总容量的85%左右,
  干法脱硫主要为荷电干式喷射脱硫法、脉冲电晕等离子体法等,干法脱硫工艺简单、无污水处理、能耗低且腐蚀性小,但脱硫效率一般比湿法低。半干法脱硫主要为旋转喷雾干燥法、烟道内喷入吸收剂法等,其特点是:反应在气、液、固三相中进行,具有干法脱硫的某些优点。湿法脱硫主要为石灰/石灰石法、钠碱双碱法、钠盐循环法、碱式硫酸铝一石膏法等,其优点是脱硫率高、操作稳定且经验多,但存在着易造成二次污染,脱硫后的烟气需再加热,易造成腐蚀和结垢等问题。
  湿法FGD工艺占主流,典型的有:石灰石(石灰)-石膏法、海水脱硫法、氧化镁法、氨法等;典型的干(半干)法烟气脱硫工艺的有:烟气循环流化床法、喷雾干燥法、电子束辐照法等。
  (二) 脱硝
  在NOx排放控制方面,包括燃烧过程控制和燃烧后烟气脱硝工艺,燃烧过程控制主要有应用低NOx燃烧器、烟气再循环、空气及燃烧分级燃烧、水和水蒸气的射入等来实现,这些方法总的来说,脱硝效率低,而且对锅炉还会产生一些负面影响。燃烧后烟气脱硝包括湿法和干法,其中干法包括选择性催化还原、非选择性催化还原法、选择性非催化还原法、氧化铜法及电子束照射法等。当前我国对大气污染物的控制要求也在逐步提高,目前国内普遍使用的低NOx燃烧技术已经不能满足要求,寻求新的脱硝方式势在必行。在排放要求很高的一些发达国家例如美国、德国和日本普遍使用的是烟气脱硝。我国国家电力公司在制定的电力科技发展规划中,关于火电厂控制氮氧化物的环保技术主要是大型火电机组低NOx燃烧、烟气脱硝技术。
  (三) 除尘
  除尘方式通常概括为两类,一是干法除尘,二是湿法除尘。于法主要包括旋风除尘、静电除尘和袋式除尘。旋风分离装置已有一百年的历史,初期多用于生产过程中的物料回收及气固分离,随着人们环保要求的日益提高,旋风分离广泛地应用于了气体除尘,并对其提高分离效率、降低压力损失、提高耐磨性能等方面进行了大量研究。静电除尘器是利用静电力将粉尘从气流中除去的一种装置,它具有除尘性能好,能耗低,气流阻力小等优点,并且从低温低压到高温高压均可应用。袋式除尘器是一种高效的烟尘净化设备,其除尘效率可达99.99%。袋式除尘技术对高浓度的烟尘有较好的适应性,可处理的烟尘浓度达1000g/m3以上,适用于半干法/干法烟气脱硫和循环流化床锅炉的烟气处理。
  参考文献
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  [2]胡德双 石固欧 赫春富.循环流化床锅炉烟气脱硫除尘技术改造[J]. 城市环境与城市生态.2001.04期
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  [作者简介] 张玉好(1986—),男,内蒙古人,毕业于内蒙古工业大学,助理工程师,现从事火力发电厂运行工作。
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