文献综述－烟气脱硫技术进展.doc

1、文献综述题目：280t/h燃煤锅炉湿式石灰石/石膏烟气脱硫工程初步设计Title：Preliminary design of wet limestone gypsum flue gas desulfurization process for 2 x80t / h coal-fired boiler烟气脱硫技术进展 摘要：随着现代工业的发展，煤炭燃烧排放的SO2量日渐增多，SO2会导致酸雨形成，对环境和人体危害极大，因此，我们应该采取有效的措施控制SO2排放。本文分析了烟气脱硫技术发展现状，从工艺流程及原理、影响因素和优缺点三个方面展开，详细介绍了石灰石-石膏法、氧化镁法、海水烟气脱硫技术、喷雾

2、干燥法、电子束辐照法。关键词：SO2；烟气脱硫；原理；影响因素；优缺点Research progress of flue gas desulfurizationAbstract: with the development of modern industry, the volume of SO2 emissions from coal combustion increased day by day. SO2 lead to the formation of acid rain, which has a serious effect on environment and human health

3、, so we should take effective measures to control SO2 emissions. The paper analyzes the development status of flue gas desulfurization and introduces FGD, magnesia wet flue gas desulfurization, seawater flue gas desulfurization, spray drying method, electron beam irradiation method in detail from as

4、pects of process and principle, influence factors, advantages and disadvantages.Keywords: SO2; flue gas desulfurization; principle; influence factors; advantages and disadantages1引言我国煤炭资源丰富，煤炭占一次性能源消费总量的70%左右1。煤燃烧产生多种大气污染物2，其中，SO2 是一种污染范围广，污染严重的典型大气污染物质。我国SO2年排放量2000万吨以上，居世界首位，主要由SO2排放所导致的酸雨污染面积达国土面

5、积的30%3。SO2 主要产生于电力、冶金、化工等工业部门排放的废气，是酸雨的重要形成原因之一，酸雨使土壤和水体酸化，威胁水生生物和陆生动植物生存，严重破坏生态环境，腐蚀建筑物，危害人类健康。因此，SO2 的控制成为控制大气污染和保护生态环境的紧迫任务之一。目前，控制SO2 的方法有：燃烧前脱硫、燃烧过程中脱硫、末端烟气脱硫以及采用低硫燃料和清洁能源替代4。其中，烟气脱硫是目前使用最广泛的方法。2烟气脱硫技术发展现状传统的SO2 烟气脱硫技术按脱硫剂和脱硫产物的形态可分为：湿法、干法和半干法。湿法脱硫工艺主要有：石灰石-石膏法、双碱法、碳酸钠法、海水烟气脱硫技术、氧化镁法、钠碱法、氨法、柠檬酸

6、盐法。干法脱硫工艺主要有：活性炭吸附法、电子束辐照法、脉冲电晕等离子法、金属氧化物硫化法。半干法主要有：喷雾干燥法、炉内喷钙尾部增湿法循环硫化床法。目前已实现工业应用的燃煤烟气脱硫技术中，湿法脱硫技术约占85%，其中石灰石-石膏法为36.7%，喷雾干燥法脱硫技术约为8.4%，炉内喷钙增湿活化法约占1.9%1。下面将从湿法、干法和半干法脱硫工艺中选择具有代表性的几种工艺进行介绍，这几种工艺分别是石灰石-石膏法、氧化镁法、海水烟气脱硫技术、喷雾干燥法、电子束辐照法。石灰石-石膏法是目前应用最广泛的方法；氧化镁法产生的固体废气物可回收利用，产生的废气可用于制酸，利用效率高；海水烟气脱硫技术经济成本低

7、，一些沿海电厂可因地制宜采用这种脱硫技术；喷雾干燥法因输送液体的量小，系统压力小，能耗低，是半干法脱硫的代表；电子束辐照法有脱硫效率高，副产品可以做肥料等特点，也逐渐被运用在在工业生产中。2.1 石灰石-石膏法2.1.1 工艺流程及原理石灰石-石膏法脱硫的基本原理是用石灰石或石灰浆液吸收烟气中的二氧化硫，Li等5,通过实验发现，在300-600时，SO2先与CaO反应生成CaSO3 ，SO2再和CaSO3 反应生成CaSO4，因而可分为吸收和氧化两个过程6。石灰石-石膏法烟气处理系统由吸收剂制备和供应系统、烟气系统、吸收氧化系统（吸收塔）、石膏处理系统、电气与控制系统、辅助设备系统组成7。锅炉

8、烟气经除尘，冷却后送入吸收塔，在吸收塔内用配置好的石灰石或石灰浆液洗涤含SO2 的烟气，洗涤净化后的烟气经除雾和再热后排放。吸收塔是吸收烟气的关键场所。它自下而上分为三个区域：循环槽、洗涤区、气体区7，反应流程如图1所示。循环槽是吸收剂浆液的储存器和反应器，在这里的主要反应是新鲜石灰石的溶解、亚硫酸盐氧化生成硫酸盐石膏；洗涤区即喷淋层，布置有多层吸收剂浆液喷嘴，根据处理烟气量决定开启层数，吸收浆液自喷嘴喷出，与烟气接触，发生化学反应，被吸收；气体区是装在喷淋层上部至吸收塔出口之间的除雾器，可以除去烟气中的大部分水分，减轻对后续系统的腐蚀。反应机理分为四步： 将含CaCO3的悬浮液从吸收塔上部注

9、入，与从吸收塔下部进入的烟气接触，烟气中的SO2被水溶解：SO2 (气)+H2OH2 SO3 H+ +HSO3- 2H+ +SO32- 在H+ 作用下，悬浮液中的CaCO3 发生解离反应：H+ +CaCO3 Ca2+ +HCO3- 解离产生的电解质离子结合，生成CaSO3nH2O，化学反应方程式为：Ca2+ + SO32- +0.5H2OCaSO30.5H2O Ca2+ +HSO3- +2H2OCaSO32H2O+ H+ 生成的CaSO3nH2O 落入循环槽中，然后通过鼓入的空气使CaSO3 氧化生成CaSO4 ，结晶生成石膏：2CaSO30.5H2O +O2 +3H2O=2CaSO4 2H2

10、O 由于浆液循环使用，浆液中除石灰石外还含有大量的石膏，当石膏达到一定的饱和度，抽出一部分浆液送往石膏处理站，制成工业石膏，同时向循环槽中加入新鲜浆液，以保持吸收浆液的pH值。经过淋洗的烟气通过除雾器去除水雾，并经过再热器使温度升高到露点以上后排入大气中。为防止反应物在除雾器上结垢，须定期冲洗除雾器。图1 石灰石-石膏法烟气脱硫工艺流程2.1.2 影响因素影响石灰石-石膏法脱硫效果的主要工艺参数包括浆液pH、石灰石粒度、钙硫比、液气比、气体流速、浆液的固体含量、气体中SO2 的浓度等。浆液pH：pH值是石灰石石膏脱硫的重要运行参数，一方面pH值影响SO2的吸收过程，pH值越高，传质系数越大，S

11、O2吸收速度就越快，pH值降低，吸收速度就下降，当pH值下降到4.0时，几乎不能吸收SO2了6。另一方面，pH还影响石灰石和CaSO3的溶解度，随着pH的上升，CaSO3的溶解度明显下降，当溶液pH较低时，石灰石粒子表面易发生钝化现象，抑制化学反应的进行，同时还造成结垢和堵塞4。石灰石粒度：采用石灰石作吸收剂时，固液传质阻力很大，石灰石颗粒的大小对脱硫率和石灰石的利用效率均有影响，Ma等8，研究了石灰石颗粒尺寸对二氧化硫去除效率的影响，结果如图2所示：图2 石灰石颗粒尺寸对SO2去除效率的影响实验选用三种尺寸的石灰颗粒（3.5,5.4和8.9m）来研究脱硫剂尺寸对SO2去除率的影响，从图3中可

12、以看出，SO2的去除效率随着颗粒尺寸的增加而减小，当石灰颗粒更细时，颗粒比表面积增加，这使得SO2与石灰颗粒之间的接触效率增加，反应速度加快。SO2气体与石灰石的反应主要发生在未反应石灰石的外表面8。随着反应的进行，表面或反应区逐渐移向粒子下一层反应产物的中心。对于更细的石灰石颗粒，石灰石的未反应的部分是较小的，这样便提高了SO2的去除效率和石灰的利用率。钙硫比：钙硫比是影响脱硫效率的一个重要因素，Ma等8，研究了钙硫比对二氧化硫去除效率的影响，结果如图3所示。由图3可知，在温度为336K，进口烟气流速为0.7m/s，烟气初始浓度为500-530mg/L，泥浆含水率为25-70，喂浆速率为9.

13、4-12.7g/min的实验条件下，SO2的去除率随着Ca/ S摩尔比增加而迅速增加，当Ca/ S摩尔比增大到一定程度后，SO2去除效率不再随Ca/ S摩尔的增加而上升，逐渐趋于平稳。相反，过大的Ca/S摩尔比会导致二氧化硫吸附剂利用率低。液气比：液气比对于气液相间的传质是一个重要的影响因素，试验表明4，液气比在5.3L/m3 以上时，SO2 去除率平均为87%；液气比小于5.3 L/m3 时，去除率平均为78%。气体流速：在其它条件不变的情况下，提高烟气流速可以提高气液两相的湍动，降低烟气与液滴间的膜厚度，提高传质效果。此外，张学森9认为喷淋液滴下降速度相对降低，使单位体积内持液量增大，同时

14、传质面积增大，也会使脱硫效率增加。郝晓雯10等人认为就目前的技术水平，烟气流速应控在3m/s-4.5m/s之间，脱硫效果最佳。图3 Ca/s摩尔比对SO2去除效率的影温度：Hill等11人对温度对二氧化硫的去除效果进行了研究，结果如图4所示，烟气温度的增加导致吸收效率下降，由于干燥速率随着烟气温度的上升而增加，当烟气温度升高时，吸收二氧化硫的时间便随之缩短，从而降低了二氧化硫的去除效率。 图4 温度对SO2去除效率的影响2.1.3 优缺点石灰石-石膏法是目前世界上技术最成熟、运行状况最稳定的脱硫工艺，脱硫效率达到90%以上12。优点：脱硫效率高：当钙硫比为1.5-2.0时，脱硫效率可达95%以

15、上4；吸收剂利用率高，来源丰富，廉价易得；设备运转率高，新脱硫设备运转率超过98%；缺点：设备易腐蚀：化石燃料燃烧产生的烟气中含有多种微量化学成分，在酸性环境中，它们对金属的腐蚀性相当强，主要的腐蚀类型有化学腐蚀、电化学腐蚀、结晶；容易结垢和堵塞：因吸收剂浆液中的水分蒸发而使固体沉积，CaCO3 沉积或结晶析出；CaSO3 和CaSO4 等溶质从溶液中结晶析出，导致与循环槽相连的阀门、水泵、控制仪器和管道等被腐蚀或堵塞；除雾器堵塞：雾化喷嘴并不能产生尺寸完全均一的雾滴，较小的雾滴会被气流夹带进入烟道，造成烟道腐蚀和堵塞以及喷嘴结垢。2.2 氧化镁法2.2.1 工艺流程及原理氧化镁法的基本原理是以Mg(OH)2作为碱性脱硫剂，吸收烟气中的SO2 ，生成含水的亚硫酸镁和硫酸镁，然后送入流化床进行高温加热，生成MgO和高浓度SO2 。再生的MgO可循环利用，SO2 可回收制酸13，反应流程如图5所示。图5 氧化镁法烟气脱硫工艺流程过程中所发生的化学反应如下：MgO浆液的制备：MgO原料粉和工艺水按照比例混合在一起，制成一定浓度的Mg(OH)2浆液。MgO+ H2OMg(OH)2SO2的吸收：烟气从喷淋塔下部进入，氢氧化镁浆液自上而下与烟气中的SO2进行逆向接