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脱硫脱硝


什么是脱硫脱硝
       脱硫脱硝是防治大气污染的重要技术措施之一。2011年11月,环保部网站发布了国家环境保护部和国家质量监督检验检疫总局联合发布的新修订的《火电厂大气污染排放标准》,新标准于2012年1月1日起实施。这也是自2003年以来,环保部更新火电厂大气污染物排放标准。
       脱硫:泛指燃烧前脱去燃料中的硫分以及烟道气排放前的去硫过程。是防治大气污染的重要技术措施之一。脱硫方法一般有燃烧前、燃烧中和燃烧后脱硫等三种。不少烟气脱硫工艺已经在工业中广泛应用,其对各类锅炉和焚烧炉尾气的治理也具有重要的现实意义。
       脱硝:为防止锅炉内煤燃烧后产生过多的NOx污染环境,应对煤进行脱硝处理。分为燃烧前脱硝、燃烧过程脱硝、燃烧后脱硝。根据水泥窑氮氧化物的形成机理,水泥窑降氮减排的技术措施有两大类:一类是从源头上治理。另一类是从末端治理。
关于脱硫脱硝的相关规定
       自2013年1月1日起,将脱硝电价试点范围由现行14个省(自治区、直辖市)的部分燃煤发电机组,扩大为全国所有燃煤发电机组。燃煤发电机组安装脱硝设施、具备在线监测功能且运行正常的,持国家或省级环保部门出具的脱硝设施验收合格文件。
       目前脱硫方法一般有燃烧前、燃烧中和燃烧后脱硫等三种。随着工业的发展和人们生活水平的提高,对能源的渴求也不断增加,燃煤烟气中的SO2 已经成为大气污染的主要原因。减少SO2 污染已成为当今大气环境治理的当务之急。
不少烟气脱硫工艺已经在工业中广泛应用,其对各类锅炉和焚烧炉尾气的治理也具有重要的现实意义。
脱硫脱硝的方法,总结了六种
       1、活性炭法
       该工艺主体设备是一个类似于超吸附塔的活性炭流化床吸附器,在吸附器内,烟气中的SO2被氧化成SO3并溶于水中,产生稀硫酸气溶胶,随后由活性炭吸附。向吸附塔内注入氨,氨与NOx在活性炭催化还原作用下生成N2,吸附有SO2的活性炭可进入脱附器中加热再生。
       2、SNOx(WSA-SNOx)法
       WSA-SNOx法是湿式洗涤并脱除NOx技术。在该工艺中烟气首先经过SCR反应器,NOx在催化剂作用下被氨气还原为N2,随后烟气进入改质器中,SO2在此被固相催化剂氧化为SO3,SO3经过烟气再热器GGH后进入WSA冷凝器被水吸收转化为硫酸。
       3、NOxSO法
       在电除尘器下游设置流化床吸收塔,用硫酸钠浸渍过的γ-Al2O3圆球作为吸收剂,吸收剂吸收NOx、SO2后,在高温下用还原性气体(CO、CH4等)进行还原,生成H2S和N2。
       4、高能粒子射线法
       高能粒子射线法包括电子束(EBA)工艺和等离子体工艺,原理是利用高能粒子(离子)将烟气中的部分分子电离,形成活性自由基和自由电子等,氧化烟气中的NOx。这种技术不仅能去除烟气中的NOx和SO2,还能同时去除重金属等物质。
       5、湿式FGD加金属螯合物法
       仲兆平等发明了喷射鼓泡法用烟气脱硫脱硝吸收液,包括石灰或石灰石浆液、占石灰或石灰石浆液0.05%~0.5%(质量分数)的水溶性有机酸和占石灰或石灰石浆液0.03%~0.3%(质量分数)的铁系或铜系金属螯合物。
       6、氯酸氧化法
       由于氯酸的强氧化性,采用含有氯酸的氧化吸收液可以同时脱硫脱硝,脱硫率可达98%,脱硝率达95%以上,还可以脱除有毒的微量金属元素。除了采用氯酸脱硫脱硝外,采用NaClO3/NaOH同时脱除SO2和NOx也获得较好的效果。
 

 
       装置:脱硫工艺由吸收剂制备系统、烟气吸收及氧化系统、脱硫副产物、脱硫废水处理系统、烟气系统自控、石膏处理系统、废水系统、控制电气系统和在线监测系统组成。
       脱硫原理:当吸收液通过喷嘴雾化喷入烟气时,吸收液分散成细小的液滴并覆盖吸收塔的整个断面。这些液滴在与烟气逆流接触时SO2被吸收。这样,SO2在吸收区被吸收,吸收剂的氧化和中和反应在吸收塔底部的储液区完成并形成石膏。
       主要工艺流程:锅炉引风机出来的烟气经增压风机升压后进入烟气换热器(GGH)热烟侧,与GGH冷烟侧的净烟气进行换热降温,降温后的烟气进入吸收塔下部后折流向上。同时由塔顶喷淋层向下喷出悬浮液滴与烟气逆流接触,发生吸收发应。反应后的洁净饱和烟气经除雾器与GGH冷烟侧换热升温后由烟囱排出,反应产生的石膏浆液送至水力旋流器站,进行石膏初级脱水后,送至真空皮带过滤机进一步脱水,产生脱硫副产品(石膏)。
       优点:脱硫效率高(脱硫率高达95%以上);单机处理烟气量大,可与大型锅炉匹配;技术成熟,运行可靠性好(国外火电厂该法脱硫装置投运率一般可达98%以上);对煤种变化的适应性强(无论是含硫量大于3%的高硫煤,还是含硫量低于1%的低硫煤,该法脱硫工艺都能适应),尤其适应高硫煤;吸收剂资源丰富,价格便宜;脱硫副产物便于综合利用;技术更新较快。
       缺点:工艺流程较复杂,占地面积大,一次性建设投资相对较大,运行费用高,设备容易结垢。
       适用范围:适合大型企业进行烟气脱硫

 


海水法
       装置:脱硫工艺由烟气系统、SO2吸收系统、海水供排水系统、海水恢复系统、电气及控制系统设备等组成。
       脱硫原理:海水法烟气脱硫工艺是利用天然海水的碱度脱除烟气中二氧化硫的一种脱硫方法。它可利用火电厂原有冷却用海水作为脱硫剂,在脱硫吸收塔内,大量海水喷淋洗涤进入吸收塔内的燃煤烟气,烟气中的二氧化硫被海水吸收而除去,净化后的烟气经除雾器除雾、烟气换热器加热后排放。吸收二氧化硫后的海水在曝气池中与海水混合,曝气处理,其中不稳定的亚硫酸根被氧化成为稳定的硫酸根,并使海水的PH值与COD等指标恢复到海水水质标准后排入大海。
       优点:以海水作为吸收剂,节约淡水资源和矿产资源;被吸收的SO2转化成海水中的天然组分硫酸盐,不存在废弃物处理等问题,一定程度上可减少SO2的排放;可以适用中低硫煤;不存在结垢堵塞的问题;不产生任何固体;建设和运行费用较低,便于运行;脱硫效率较高(可以达到90%以上)。
       缺点:受到地域的限制,一般只建在海边;燃料含硫量应控制在1%左右;要求燃料中重金属元素含量低。
       应用范围:海水脱硫适用于靠海边,扩散条件较好,用海水作为冷却水,燃用低、中硫煤的电厂烟气脱硫。

镁法


 
       装置:脱硫装置由增压机、吸收塔、吸收循环泵、氧化风机等设备组成。
       脱硫原理:采用菱镁矿经过煅烧生成的氧化镁,氧化钙作为脱硫吸收剂,将氧化镁和氧化钙通过浆液制备系统制成氢氧化镁,氢氧化钙在脱硫吸收塔内与烟气充分接触,烟气中的二氧化硫与浆液中的氢氧化镁,氢氧化钙进行化学反应生成亚硫酸镁,亚硫酸钙,脱除燃煤烟气中的SO2、SO3、HCl、HF等酸性物质,净化燃煤烟气。
       优点:脱硫率高(可达95%以上);占地面积较小,一次性投资较少;运行费用低;、运行可靠,不会发生积垢、结块、磨损、管路堵塞等故障;适用范围广;脱硫废液回收价值高。
       缺点:系统较复杂;镁盐价格较高;在我国综合利用效率低
       适用范围:广泛适用于电力行业、冶金烧结机烟气、工业锅炉、纸厂等的脱硫工程。

有机胺法
       装置:脱硫工艺由预分离器、吸收装置、解吸装置、胺净化装置组成
       脱硫原理:该工艺利用有机胺溶剂的碱性吸收烟气中的酸性气体SO2,并利用解吸装置使SO2从胺液中脱离出来,得到高纯度的饱和SO2,有机胺再生并循环使用,SO2可用来制硫酸或硫磺。
       优点:脱硫效率高(效率在99%以上);工艺流程简单,需吸收液制备系统,系统操作、维护简单可靠;系统腐蚀小;无二次污染,副产品硫酸和硫磺的商业价值高;吸收液具有较高的抗氧化性、热稳定性和化学稳定性;吸收液具有低起泡性;吸收液的选择性好,对烟气中SO2浓度几乎没有限制。
       缺点:一次投资较大,需硫磺或硫酸回收等下游配套装置;再生蒸汽消耗量较大,能耗成本较高;有机胺氧化过程中生成的少量热稳定盐需要脱除。
       适用范围:有机胺法一般应用于炼油厂脱除H2S,该工艺在选择性脱除H2S上已经取得了巨大成功。

亚硫酸钠法兰
       装置:脱硫工艺包括烟气预处理、SO2吸收、吸收剂再生、SO2回收和产品纯化等工序。
       脱硫原理:该工艺以亚硫酸钠为吸收剂,在低温条件下吸收烟气中二氧化硫,生成亚硫酸氢钠。饱和溶液通过加热、分解重新产生SO2可用于制硫酸或硫磺。由于水的蒸发而使亚硫酸钠结晶,亚硫酸钠结晶经溶解后再用作吸收剂循环使用,故也称之为“亚硫酸钠循环法”。
       优点:脱硫率高;操作管理方便,适应强;吸收塔压力损失小;回收的SO2浓度高,用途较广;吸收剂可循环使用。
       缺点:吸收剂的消耗量大;氧化副产品 Na2SO4的分离困难,结晶水合物中含有亚硫酸钠造成 2 次污染;投资运行费用高。
       适用范围:适合处理大气量的烟气。

氧化锌法
       装置:主要由配浆、洗涤脱硫和固液分离等工序组成。
       脱硫原理:工业中用含氧化锌物料配制成氧化锌浆液,在吸收设备中与低浓度SO2烟气充分接触,利用氧化锌与SO2反应生成亚硫酸锌,通过鼓入空气将亚硫酸锌与亚硫酸氢锌氧化为硫酸锌。
       优点:副产品经济价值高;由于脱硫剂的供应与脱硫副产物后续处理能够与冶炼厂生产相结合,因此工艺流程短且清洁环保、运行成本较低。
       缺点:不能通过氧化就地再生,需更换新的吸附剂;氧化锌使用成本较高;氧化锌吸收液脱硫效率不高;吸收液沉降堵塞严重;设备腐蚀磨损严重;脱硫副产物分离难以达到要求等。
       适用范围:一般适用于硫化氢浓度较低的气体,多用于铅锌冶炼行业

氨法
       装置:以氨(液氨、氨水等)作吸收剂,脱除烟气中的SO2并回收副产物硫酸铵的烟气脱硫工艺。主要由烟气系统、吸收塔系统、氨/水系统、氧化空气系统、硫铵分离系统组成。
       脱硫原理:适用范围广,不受含硫量、锅炉容量的限制;脱硫效率很高(很容易达到95%以上);吸收剂易采购;氨法脱硫装置对机组负荷变化有较强的适应性;氨是良好的碱性吸收剂,吸收剂利用率很高;副产品硫酸氨价值高,经济效益好;环境效益好,无二次污染物;设备不易结垢;占地面积小。氨法的特点是SO2的可资源化,可将污染物SO2回收成为高附加值的商品化产品。副产品硫铵是一种性能优良的氮肥,在我国具有很好的市场前景。
       优点:氨易挥发;亚硫酸铵氧化的困难;硫铵易结晶;亚硫铵气溶胶不好控制。
       适用范围:氨法烟气脱硫技术适用于氨来源可靠的地区,可以广泛应用于火电厂锅炉烟气脱硫、钢铁行业烧结机烟气脱硫、化肥企业及其它工业窑炉烟气脱硫。该技术适用于燃用高中低含硫量煤种的各种炉型,目前在我国已取得应用的装置中,燃煤的含硫量为0.4%~8%。

吸附法
       装置:主要由烟气预处理、吸附剂、SO2回收系统等
       脱硫原理:主要利用多孔性固体吸附剂处理含硫烟气,使烟气中所台的SO2组分吸附于固体表面上,以达到烟气脱硫的目的。
       优点:对低浓度SO2具有很高的净化效率;设备简单;操作方便,可实现自动控制;能有效地回收SO2,实现废物资源化。
       缺点:选择性差;吸附剂的选择复杂;对高浓度SO2效率低。
       适用范围:适用于小型、分散、间歇性的污染源治理。

炉内喷钙法
       装置:脱硫系统由石灰供料系统、脱硫剂输送系统、气化系统组成。
       脱硫原理:石灰石颗粒通过颚式破碎机初步打碎后由物料提升机提升进入柱式磨粉机进行二次粉碎随鼓风机吹入的气流进入细度分析机,细度分析机经过分析后将合格物料送入集成器,大颗粒物料由重力作用继续进入柱式磨粉机进行粉碎。进入集成器的物料经过旋流后成品落入缓冲仓,多余气体进入鼓风机风道。缓冲仓的成品物料经过闸板阀以及旋转输送装置进入输粉管道与罗茨风机的气流混合并由此打入锅炉炉膛内,进行烟气脱硫脱硝。
       优点:流程简单、装置紧凑、占地少;投资省、成本低;脱硫剂成本较低。
       缺点:由于反应在气固两相之间进行,反应速度较慢,吸收剂利用率较低。
       适用范围:适合于中低硫煤燃烧脱硫

旋转喷雾法


 
       装置:主要由吸收剂浆液制备系统、喷雾干燥吸收塔、布袋除尘器或电除尘器等组成
       脱硫原理:该系统有石灰浆制备、喷雾干燥塔和布袋除尘器(或静电除尘器)三部分组成。该系统通过高速旋转喷雾头将石灰浆喷入喷雾干燥塔,与烟气中酸性物充分接触并起中和反应,利用烟气中的余热使石灰浆液中的水分蒸发,脱硫后的烟气经除尘器除尘后排放。
       优点:设备简单,投资和运行费用低,可利用率高;占地面积小;脱硫产物呈干态,无废水排放;运行可靠,不会产生结垢和堵塞;低水耗,低电耗。
       缺点:以石灰浆作为吸收剂,品质要求严格,价格高;副产品利用价值不高。
       适用范围:脱硫率大约75%-90%,只适合中、低硫煤燃烧脱硫。

烟气循环流化床法


 
       装置:主要由吸收剂制备系统、二氧化硫吸收系统、除尘系统、吸收剂再循环系统、自控和在线监测系统等组成。
       脱硫原理:从锅炉尾部排出的含硫烟气被引入循环流化床反应器喉部,在这里与水、脱硫剂和还具有反应活性的循环干燥副产物相混合,石灰以较大的表面积散布,并且在烟气的作用下贯穿整个反应器。然后进入上部筒体,烟气中的飞灰和脱硫剂不断进行翻滚、掺混,一部分生石灰则在烟气的夹带下进入旋风分离器,分离捕捉下来的颗粒则通过返料器又被送回循环流化床内,生石灰通过输送装置进入反应塔中。由于接触面积非常大,石灰和烟气中的SO2能够充分接触,在反应器中的干燥过程中,SO2被吸收中和。
       优点:固体吸附剂利用率高;脱硫效率高(在90﹪以上);工程投资费用、运行费用和脱硫成本较低;工艺流程简单,系统设备少;占地面积较小;能源消耗低;可实行大型化,投入产出比高;腐蚀性低;产物是固态,便于放置。
       缺点:设备磨损比较严重,系统压力降大;对于吸收剂的要求高;实现自动化比较困难;副产品的化学性质不太稳定。
       适用范围:适用于电厂锅炉、热电站锅炉、工业窑炉、燃油发电机组、垃圾焚化炉。

电厂脱硫工艺流程图及原理
       电厂在进行脱硫脱硝的时候方法是不一样的,所以其工艺流程也不相同,下面,就具体给大家分享一下。
       脱硫工艺又分为两种,具体的流程介绍是
       一、双碱法脱硫工艺
       1、吸收剂制备与补充;2、吸收剂浆液喷淋;3、塔内雾滴与烟气接触混合;4、再生池浆液还原钠基碱;5、石膏脱水处理。
       二、石灰石-石膏法脱硫工艺
       脱硫脱硝工艺简介
       1、石灰石—石膏湿法脱硫

 
       工艺流程:石灰石与水混合搅拌制成吸收浆液,在吸收塔内,吸收浆液与烟气按触混合,烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应吸收脱除二氧化硫,产物为石膏。脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴,从烟囱排放。
       2、脱硝
       (1)SNCR法(选择性非催化还原法)
       工艺流程:SNCR工艺以炉膛为反应器,在850-1050℃温度范围内,在无催化剂的作用下,直接向炉膛内喷入还原剂氨水或尿素,与NOx发生反应,将NOx还原为N2从而降低NOx排放浓度,此种工艺的的脱硝效率在30-50%之间。
       (2)SCR法(选择性催化还原法)

 
       工艺流程:在锅炉310-410℃位置引出烟气进入 SCR 反应器,在催化剂的作用下,烟气中NOx与还原剂NH3发生反应生成N2,从而降低NOx排放浓度,经过脱硝后的烟气再引入锅炉,此种工艺的脱硝效率在80%以上。
       1、脱硫过程
       CaCO3+SO2+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O+CO2 Ca(OH)2+SO2→CaSO3·1/2H2O+1/2H2O CaSO3·1/2H2O+SO2+1/2H2O→Ca(HSO3)2 
       2、氧化过程
       2CaSO3·1/2H2O+O2+3H2O→2CaSO4·2H2O
       Ca(HSO3)2+O2+2H2O→CaSO4·2H2O+H2SO4
       脱销工艺也分为两种,具体的流程介绍是
       一、SNCR脱硝工艺
       1、采用NH3作为还原剂时:4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O4NH3+2NO+2O2→3N2+6H2O8NH3+6NO2→7N2+12H2O2
       采用尿素作为还原剂时:(NH2)2CO→2NH2+CONH2+NO→N2+H2OCO+NO→N2+CO2
       二、SCR脱硝工艺
       1、氨法SCR
       脱硝工艺
       NO+NO2+2NH3—>2N2+3H2O
       4NO+4NH3+O2—>4N2+6H2O 2NO2+4NH3+O2—>3N2+6H2O
       2、尿素法SCR
       脱硝工艺
       NH2CONH2+H2O→2NH3+CO2 4NO+4NH3+O2→3N2+6H2O 6NO+4NH3→5N2+6H2O
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       脱硫工艺技术原理
       烟气进入脱硫装置的湿式吸收塔,与自上而下喷淋的碱性石灰石浆液雾滴逆流接触,其中的酸性氧化物SO2以及其他污染物HCL、HF等被吸收,烟气得以充分净化;吸收SO2后的浆液反应生成CaSO3,通过就地强制氧化、结晶生成CaSO4•2H2O,经脱水后得到商品级脱硫副产品—石膏,实现含硫烟气的综合治理。
       脱硫工艺流程图
       目前烟气脱硫技术种类达几十种,按脱硫过程是否加水和脱硫产物的干湿形态,烟气脱硫分为:湿法、半干法、干法三大类脱硫工艺。湿法脱硫技术较为成熟,效率高,操作简单。
       传统的石灰石/石灰—石膏法烟气脱硫工艺采用钙基脱硫剂吸收二氧化硫后生成的亚硫酸钙、硫酸钙,由于其溶解度较小,易在脱硫塔内及管道内形成结垢、堵塞现象。双碱法烟气脱硫技术是为了克服石灰石—石灰法容易结垢的缺点而发展起来的。
       技术原理
       1、SO2和SO3的吸收 SO2十H2O→H++HSO3- SO3十H2O→H2SO4 SO2和SO3吸收的关键是提高其他水中的溶解度,PH值越高,水的表面积越大,气相湍流度越高,SO2和SO3的溶解量越大。
       2、与石灰石浆液反应 CaCO3十2H++HSO3-→Ca2+十HSO3-+H2O十CO2 CaCO3十H2SO4 → CaSO4+H2O十CO2 CaCO3 +2HCl→CaCl2+H2O十CO2 本步骤的关键是提高CaCO3的溶解度,PH值越低,溶解度越大。
       系统组成——烟气系统——吸收塔系统——制浆系统——浆液疏排系统——process water 工艺水系统——石膏脱水与储运系统——废水处理系统石灰石。
       脱硝
       燃烧烟气中去除氮氧化物的过程,防止环境污染的重要性,已被尖锐地提了出来。工艺分为:SCR和SNCR。这两种工艺除了由于SCR使用催化剂导致反应温度比SNCR低外,其他并无太大区别,但如果从建设成本和运行成本两个角度来看,SCR的投入至少是SNCR投入的数倍,甚至10倍不止。
       中文名        脱硝
       原理           去除氮氧化物
       概念
       为防止锅炉内煤燃烧后产生过多的NOx污染环境,应对煤进行脱硝处理。分为燃烧前脱硝、燃烧过程脱硝、燃烧后脱硝。
       脱硝技术
       根据水泥窑氮氧化物的形成机理,水泥窑降氮减排的技术措施有两大类:
       一类是从源头上治理。控制煅烧中生成NOx。其技术措施:①采用低氮燃烧器;②分解炉和管道内的分段燃烧,控制燃烧温度;③改变配料方案,采用矿化剂,降低熟料烧成温度。
       另一类是从末端治理。控制烟气中排放的NOx,其技术措施:①“分级燃烧+SNCR”,国内已有试点;②选择性非催化还原法(SNCR),国内已有试点;③选择性催化还原法(SCR),欧洲只有三条线实验;③SNCR/SCR联合脱硝技术,国内水泥脱硝还没有成功经验;④生物脱硝技术(正处于研发阶段)。
       总之,国内开展水泥脱硝,尚属探索示范阶段,还未进行科学总结。各种设计工艺技术路线和装备设施是否科学合理、运行可靠的脱硝效率、运行成本、水泥能耗、二次污染物排放有多少等都将经受实践的检验。
       脱硝的系统工程
       水泥企业采用“SNCR”方法脱硝,并非水泥企业一家之事。它受到不少制约。不仅涉及生产、流通、分配和消费,而且涉及到工业、农业、商业、交通、公安、能源、物价、环保、安全监管和质检等政府多个部门。
       采用SNCR方法脱硝,还原剂是消耗品(但对于SCR脱硝来说催化剂的消费量多)。水泥脱硝一般选用尿素或氨水(不选择液氨 —— 危险品)作还原剂,但是尿素、氨水又是通过合成氨转换而生产出来的,可是合成氨单位产品综合能耗相当高。
       现以重庆18条2500t/d线脱硝为例,若NOx排放的本底值为1000mg/Nm³左右,NOx排放要降到500 mg/Nm³以下,年减排NOx为21060吨,则必须采用SNCR脱硝,若选择氨水(浓度25%)作还原剂,则年需耗氨水62280吨。既相当于消耗合成氨15570吨→必然增加化工厂综合能耗25691吨(标煤)→经信委必然增加化工厂天然气用量和用电指标→必然增加化工厂合成氨水污染物排放(化学需氧量23.36吨、氨氮9.3吨、氰化物0.047吨、SS10.90吨、石油类1.56吨、挥发酚0.031吨、硫化物0.156吨、排水量155700吨)→势必涉及到环保部门对合成氨生产企业污染物控制总量指标→涉及物价部门如何确定用于水泥工业脱硝的氨水、尿素价格以及化工厂增用天然气价格如何确定→涉及增加运送氨水、尿素到水泥厂的社会运量及公安交通安全畅通→涉及农业主管部门将尿素、氨水调出农业系统→涉及市政府节能、减排办公室对水泥企业脱硝增加了单位产品能源消耗和废弃物排放量如何考核→涉及国家标准制定部门修改相关标准→涉及质监部门对水泥产品质量标准检验等。

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