1、(1)原料(中和剂)廉价易得,脱硫率高。(2)工程投资和运行费用要低到应用企业能承担得了。(3)工艺流程简单,运行可靠,易于调控且对锅炉正常运行无不良影响。(4)对各种含硫煤(油)具有较好的适应性。(5)不造成二次污染,诸如水污染、粉尘、噪声等。二、推理分析(1)原料(中和剂)随着市场经济的发展和社会的进步,原来意义上的百年老店越来越少,每年都有大量的新兴产业掘起,每年都有大量的老产业退出市场。烟气脱硫项目一般都需要投入大量资金,如果原料和工艺依赖于临近的工厂(如合成氨、化肥、废碱排放等),那么这个项目很可能由于这些工厂的关停并转而中途停止运转,使该项目投资得不到应有的经济和社会效益。所以以石
2、灰石、石灰为中和剂的烟气脱硫技术为大多数业内专家所认同。以石灰为中和剂成本高于石灰石,且需要设备、构筑物及监测设备较多;使用石灰石成本低且反应易于控制,是最具实用性的中和剂。传统的“石灰石石膏法烟气脱硫”需要将石灰石粉磨至200300目,这样就需要建一座粉磨站,既增加投资,又造成了一定程度的“噪声”和“粉尘”污染,且其产物与反应物混合在一起,造成钙硫比的提高,增加了运行费用。如果采用脱硫脱硝除尘一体化技术,即可实现脱硫脱硝除尘同时在一个装置内完成,具有设备简单、投资小、运行费用低,大幅度提高经济效益。(2)产物湿法脱硫,脱硫率最高(可达90%以上),中和产物有两种,硫酸钙CaSO4和亚硫酸钙C
3、aSO3,通常是两种物质的混和物,中和产物被完全再利用的可能性不大,如果亚硫酸钙(CaSO3)一但进入水体,由于它具有很强的还原性,会迅速耗尽水中的溶解氧,使水中鱼类大量死亡,甚至灭绝,因为它溶解速度很慢,其污染物会在很长时间内存在,严重破坏水体生态环境,所以中和产物中不含亚硫酸钙(CaSO3)最为安全,既可再利用创造价值也可安全排放。(3)钙硫比钙硫比(Ca/S)是决定运行费用的重要因素,Ca/S=1是经济运行的极限状态,也就是说哪种脱硫工艺Ca/S实现或接近1,那么它就可能实现真正意义的经济运行。目前的湿法脱硫,剩余反应物与脱硫产物混合在一起被排除掉无法分离,所以很难实现理想的Ca/S,
4、如果反应物以颗粒状态存在,解决这个问题,实现理想的Ca/S较为容易,而且设备和资金投入也随之减少,有利于实现真正意义的经济运行。三、理想模型综上所述,最理想的烟气脱硫工艺应该是: (1)湿法脱硫(脱硫率可达90%以上)。(2)中和剂为石灰石。(3)钙硫比(Ca/S)为1。(4)产物为硫酸钙且不含亚硫酸钙杂质。(5)投资少,工艺简单,运行费用低廉,无二次污染。(6)控制参数少,测控设备成熟,可实现全线自动控制。(7)运行中的中间循环物质由锅炉及电厂废液补充,对周边企业无依赖性。(8)充分吸收与利用烟气余热。这个理想的模型如果能够实现,很可能成为烟气脱硫技术中最为理想的运行模式,它的推广和应用可以
5、创造巨大的市场机会和社会价值,但要真正实现这种理想模式却很难,主要原因是:(1)石灰石颗粒要迅速溶解,PH值必须小于4,但PH值小于4时CaCO3的溶解物对SO2几乎不吸收。(2)SO2溶于水生成的H2SO3及被氧化生成的H2SO4,与石灰石颗粒反应后生成的CaSO3和CaSO4会附着在石灰石颗粒的表面,而且越反应堆积越多,使反应很难继续进行下去。(3)CaSO4与CaSO3同为吸收产物,使CaSO4析出且不产生CaSO3是比较困难的。可以说这3个问题是“石灰石法”脱硫的真正的难以愈越的天险,能否解决这3个问题是这个工艺能否达到预定目标及其装置能否稳定运行的关键。四、循环架桥理论既然是天险就应
6、该架起一座桥梁把它愈越过去,经研究发现脱硫脱硝除尘一体化技术具有架桥作用。脱硫脱硝除尘一体化技术,系环保技术领域烟气净化技术。它是通过烟水混合器利用二次喷射原理把烟吸入水中,在均匀溶解器中将烟气和水进行充分地均匀地混合和溶解,从而使烟气中的飞灰和颗粒被水吸湿而沉淀,有害气体溶于水中,利用化学方法清除烟气中的SO2、NOX和粉尘。这种方法是通过附图所示的工作原理图来实现的。它的除尘效率100%;脱硫效率98%;脱销效率90%以上。它的烟气混合器同时又是一台引风机。它适用于燃煤(汽、油)锅炉及各种工业窑炉等的烟气净化技术工程。系统结构简单,成本低,性能价格比高,节能,耐高温,寿命长。图1 工作原理
7、图系统的技术特征简介1)结构简单设备少(如图1)烟水混合器:由水喷管和拉法尔喷管组成,构成二级喷射机构。用于把烟气吸入水中。均匀溶解器:是一种洗烟设备,用于把烟全部溶于弱碱水中,灰尘被水弄湿而变重,有害气体和碱起化学反应生成盐。水泵:动力设备。水池:上水池,沉淀池和下水放气池。2)适合于多种工艺流程(详细见附件)废物丢弃法:适用于各种规格的燃煤(油、气)锅炉;燃煤中含硫量小;采用脱硫脱硝除尘一体化工艺流程。石灰、石灰石作脱硫剂。回收石膏法:适用于各种规格的燃煤(油、气)锅炉,燃煤中含硫量大;石灰作脱硫剂。回收化肥法:气氨、氨水或固体碳酸氢铵作吸收剂。3)防腐措施溶液配置:溶液配置成呈碱性,避免
8、酸存在于溶液中。如图1所示,稀碱溶液连续均匀地加入到上水池循环液中,使其PH值保持在8-9之间,在均匀溶解器中碱溶液中的碱和烟气中的SO2等酸性氧化物反应生成盐。在沉淀池中溶液的PH值保持在7-8之间。溶液保持弱碱性,腐蚀性最小。选择耐酸耐碱材料:不锈钢、陶瓷、耐火材料等耐磨耐酸碱材料。对溶液的PH值自动进行监控监测。4)废物排除系统沉淀池设计成圆形,底部成漏斗形,安装沉淀物收集器使浓度大的浆液集中在漏斗中,用泥浆泵抽出。泥浆中的废水澄清后循环使用。丢弃物用于建筑材料,石膏用于工业,肥料用于农业。五、石膏法工作原理图前级用于干法除尘器(如电除尘器等)除去90%的粉尘,便于回收再用,后级采用脱硫
9、脱硝除尘一体化技术(本方案),除尘效率100%;97%,脱硝效率90%以上,并将SO2转化为石膏。1、石膏法的工艺流程图2、化学反应方程式如下Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O2CaSO3+O2=2CaSO4CaSO3+1/2H2O=CaSO31/2H20CaSO4+2H2O=CaSO42H2OCaSO31/2H20+O2+2H2O=2CaSO42H2ONO+NO2+H2O+O2=2HNO3Ca(OH)2+2HNO3=Ca(NO3)2+H2O六、回收化肥法(氨-亚硫酸铵法)适用范围燃煤中含硫量大;采用脱硫脱硝除尘一体化,除尘器效率100%;脱销效率90%工艺流程。工艺流程图1、固体碳酸
10、氢铵作为氨源的工艺流程图如下:2、氨水作为氨源的工艺流程图如下:3、脱硫工艺流程说明化学反应方程式如下:2NH4HCO3+SO2=(NH4)2SO3+H2O+2CO2 (A)(NH4)2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3 (B)吸收过程以(B)式为主,而2NH4HSO3在产生过程中只是补入吸收系统使部分2NH4HSO3再生为(NH4)2SO3,以保持循环吸收液碱度(SO2/NH3)基本不变。若烟气中有氧,则(NH4)2SO3+O2/2=(NH4)2SO4。通常烟气中含有少量SO3,则有:NH4HCO3+SO2+H2O=(NH4)2SO4+ NH4HSO3。NH4HSO3呈酸性。需加固体碳
11、酸氢铵中和后,使NH4HSO3转变为(NH4)2SO4;NH4HSO3+ NH4HCO3= NH4HSO3H2O+CO2 (C)(C)式为吸热反应,溶液不经冷却即可降到0左右。由于(NH4)2SO3比NH4HSO3在水中的溶解度大,则溶液中NH4HSO3H2O过饱和结晶析出,将此溶液经离心分离可制得固体亚铁。七、脱销工艺流程说明1、何为脱硝?所谓脱硝,指的是除去烟气中的NOX,NOX主要是NO和NO2组成,而NO含量占90%以上。要除去烟气中的NO和NO2,就必须研究NO和NO2的性质。NO是一种惰性氧化物,它虽然溶于水,但不能生成氮的含氧酸。在0时,一体积水可溶解0.07体积的NO。NO最特
12、殊的化学性质是加合作用,在常温下能与空气中的氧化合,生成红棕色的NO2。NO是不稳定的,和O2相遇,能使O2分裂成氧原子,并和其中的一个氧原子结合成NO2。NO2是红棕色有特殊臭味的气体,在-10左右聚合成N2O4,在120时N2O4全部分解成NO2,温度再高NO2开始分解成NO和O2。NO2是一种强氧化剂,它能把SO2氧化成SO3。NO2溶于水生成硝酸和亚硝酸。NO2的毒性是NO的5倍。NO和NO2是怎样产生的呢?一般情况下N2和O2不发生化合反应。氮氧化合物是在空气中放电时或在高温燃烧过程中产生的,首先生成NO,然后由NO氧化成NO2。在高温燃烧过程中空气中的氮和燃料中的氮化物等不可能燃烧
13、的物质与氧起化学反应,首先形成NO,随后它的一部分在烟道内与氧化合形成NO2,大部分的NO从烟囱中排入大气,并与大气中的氧结合成NO2。而未被氧化成NO2的NO就在大气中与NO2共存下来。在燃烧过程中燃烧气体温度越高,过剩空气越多,形成NO量就越多。即在燃烧效率越高的情况下,NO越容易生成。这种燃烧方式生成的NOX中NO占90%以上,NO2较少。按照常用的燃烧方式。煤的燃烧物中NOX的含量为500-1500ppm。2、湿法脱硝脱硝方法分为干法和湿法两种。干法脱硝效率在80%左右,且成本较高。这里采用湿法脱硝。NO2溶于水生成硝酸和NO:3NO2+H2O=2HNO3+NO当氧气足够时:4NO2+
14、O2+2H2O=4HNO3NO虽然溶于水,但不能生成氮的含氧酸。NO难溶于水成为脱硝的难点。但在“脱硫脱硝除尘一体化技术”中有足够的水使NO溶于水中,有关研究表明当水溶液中硝酸含量12%时,NO的溶解度比在纯水中大100倍,即一体积水能溶解7体积的NO。设烟气开始溶于水中时水是纯净,首先是NO2溶于水中生成HNO3,如果NO2在水中不被还原,按照“脱硫脱硝除尘一体化技术”中烟水的比例计算,2小时44分钟后,水溶液中硝酸的含量将为12%左右。因此可以说NO溶于水中是不成问题的。NO和NO2既然都已溶于水中。采用还原法将它们还原成N2气。还原法使用的还原剂为(NH4)2SO3和NH4HSO3,它们
15、正是氨法脱硫工艺中的产物。还原剂就已在溶液中,脱硝就已经在均匀溶解器中悄悄地进行着。因为NOX在烟气中的数量都很小,还原剂(NH4)2SO3和NH4HSO3的数量是足够的。如果NOX的数量不能全部被还原,剩余的部分将变成NH4NO3被留在溶液中和(NH4)2SO4一起被从溶液中分离出来做为化肥。它们化学反应方程式为:2NO+O2=2NO2+27千卡NO+NO2+H2O=4HNO2NO2+2H2O=HNO2+HNO3NH3+HNO3=NH4NO3NH3+HNO2=N2+2H2ONH4OH+HNO3=NH4NO3+H2ONH4OH+HNO2=N2+3H2ONO+NO2+3(NH4)2SO3=N2+
16、3(NH4)2SO4NO+NO2+3NH4HSO3=N2+3NH4HSO44NO2+H2O+3(NH4)2SO3=N2+3(NH4)2SO4+2HNO34NO2+H2O+3NH4HSO3=N2+3NH4HSO4+2HNO3NH4OH+NH4HSO4=(NH4)2SO4H2O3、脱硫脱硝除尘效果1)脱硫率:98%2)脱硝率:90%3)除尘效率:100%八、技术工艺特点(1)造价和运行费用极低,运行管理工作量极少。(2)工艺简单,可实现全程自动化控制。(3)测控参数少(PH值、温度、液位),测控技术成熟。(4)各流程均有成熟技术可借鉴。(5)适合各种规模的电站及工业锅炉。(6)对各种含硫煤(油)具
17、有较好的适应性。(7)对燃烧装置无不良影响,生产工艺、原料来源及产物应用对周边企业无依赖性。(8)有利于烟气余热的吸收和利用。(9)不造成(水体、噪声、粉尘等)二次污染。(10)脱硫脱硝除尘在同一个装置内完成。一次性投资,脱硫率98%,脱硝率90%以上,除尘率100%,均可进行达标排放。(11)运行费用低。比传统脱硫方法降低运行费用50%-80%左右。九、烟气脱硫降低费用目前的烟气脱硫技术存在最大的问题是技术复杂,造价高,运行费用大。一台300MW(30万千瓦)发电机组烟气脱硫,一般采用比较成熟的石灰石-石膏湿法烟气脱硫,脱硫效率95%左右,每年减少二氧化硫排放量约1万吨,每脱除1万吨二氧化硫
18、的能力建设投资约11.5亿元,电厂烟气脱硫设施的运行耗电量较大,一年的脱硫剂、用电和人工等运行费在1600万元左右,摊到每度电的脱硫费用约0.03元,而上网电价的脱硫补贴只有0.015元。现时几十吨的锅炉多数用双碱法,近年烧碱(用作烟气脱硫剂)的销售价成倍提高,脱硫运行费用随之大幅度升高。在煤价升幅50%多和竞价上网的双重压力下,加上脱硫补贴缺口大,高成本的脱硫设施能否坚持正常运行面临严峻的考验。我国脱硫产业常常面临脱硫运行成本高,国家补贴的脱硫电价,无法使脱硫装置保本运行,采用本技术后,能使目前脱硫系统因运行成本高而停用的SO2净化设备进行运转,真正实现脱硝运行费用“零”投资,无成本,大幅度
19、降低运行费用,大量节约水资源,节约电厂传统脱硫技术因磨损大、结垢严重、系统复杂、配套设备多、维护工作量大,和脱硫系统因(石灰乳法)脱硫堵塞、结垢、腐蚀、磨损、运行费用高、耗电量大给厂内造成的巨大损失,真正实现节能减排,提高效益,可取消浆液循环泵,取消氧化风机,取消制浆系统,取消石灰石球磨机等,大大节约系统的用电量,本脱硫方法与传统的(石灰乳)脱硫方法相比,脱硫效率98%以上,脱硝效率90%以上,可降低运行费用50%-80%,是脱硫领域的一次创新和一项重大突破,在国内外尚属首创。无论对低硫煤、中硫煤、高硫煤,均能达到与传统(石灰乳)法脱硫相当的效果,实现脱硫系统运行费用零投资,无成本脱硫,脱硫塔排出的吸收液,重复利用,循环脱硫,即节约了大量的水资源,又减少了脱硫系统设备系统管道的堵塞和结垢,省去了传统湿法脱硫工艺中庞大的制浆系统,省去了废液和废水处理设备,整套系统大为简化,设备投资大为降低。十、烟气脱硫技术对比与传统的石灰乳脱硫方法脱硫相比,即解决了用水量大,浪费水资源,系统容易结垢、堵塞等问题,又可解决脱去烟气中SO2的问题,一举两得,脱硫效率97%以上,脱硝效率90%以上,除尘率100%,不需大的投资建设脱硝设备,无成本,大幅度降低运行费用,提高经济效益,真正实现节能减排,循环经济,变废为宝,实现国家可持续发展。
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