烟气脱硫脱硝

硫的循环
大气
目前主要的烟气脱硫方式
CO2
SO2 SO3
CaCO3
雨
雨
CaSO4
硫酸盐
硫酸钙
海洋
燃烧 煤、石油、
天然气Hale Waihona Puke Baidu
冶炼 Cu、Zn、 Pb和Ni等
沉积
陆地
烟气脱硫脱硝
Noel de Nevers, Air Pollution Control Engineering (2nd Edition), 2000, 清华大学出版社, McGraw-Hill
鼓泡床
喷淋床
填充床
烟气
烟气
烟气
液体
液体
液体
烟气
烟气
烟气
液体
液体
液体
特点：
特点：
特点：
• 气液接触较好
• 气液接触差
• 气液接触好
• 烟气压降高
• 烟气压降低 烟气脱硫脱硝
• 单位压降的传质最好
Noel de Nevers, Air Pollution Control Engineering (2nd Edition), 2000, 清华大学出版社, McGraw-Hill
烟气湿法脱SO2举例－洗涤塔
多层 喷林 系统
烟气
脱硫 烟气 除雾器
吸收区 气液
P415, 图11.6 分布器
除雾器
水喷嘴 炭化硅 浆液喷嘴
氧化区
循环泵
搅拌
空气
气液分布器
烟气脱硫脱硝 Noel de Nevers, Air Pollution Control Engineering (2nd Edition), 2000, 清华大学出版社, McGraw-Hill
烟气脱硫脱硝
燃煤是我国的主要污染源
87％SO2，67％NOX，60％烟尘，（汞、VOCs、CO2 ）
排 放 量 和 控 制 量
万吨
6000 5000 4000 3000 2000 1000
0
SO2 2000
NOX
排放量
▲ • 2010: 2300万吨 2020: 1200万吨 •
NOX的控制量？
2010
3 0.016
10 3
15
气液接触时间短(3 s) 主要发生SO2溶解
进料石灰石/SO2，mol/mol Air/SO2, mol/mol 循环间的液体停留时间，min
氧化区固体停留时间，min
1.1
1.5
6
液体停留时间长
18
溶解SO2的反应
烟气脱硫脱硝 Noel de Nevers, Air Pollution Control Engineering (2nd Edition), 2000, 清华大学出版社, McGraw-Hill
烟气中SO2的脱除
主要方式：CaCO3 (S) + SO2 + 0.5 O2 → CaSO4 (S) + CO2
反应方式？
• 固体CaCO3 → 破碎为细粉 - CaCO3 与煤混合燃烧 → 固定床 循环流化床 - CaCO3 与烟气接触 → 流化床
• 浆状CaCO3 - 大量浆液与烟气接触 → 湿法吸收
燃烧温度需低于
CaSO4的分解温度 (950-1200 oC)
- 少量浆液与烟气接触 → 半干法吸收
• 间接CaCO3 利用强碱液与烟气接触，再将硫转移至Ca
烟气脱硫脱硝
循环流化床燃烧脱SO2
烟气脱硫脱硝 姚强等《洁净煤技术》 2005 化学工业出版社
湿法脱SO2：CaCO3浆液Scrubbing－FGD
烟气湿法脱SO2举例－工艺流程
至
脱硫烟气
废水 处理
去烟囱
旋风分离
除尘烟气 粉碎的石灰石
空气
风机
脱硫塔
清水
湿 固体
固体 排出泵
真空过 滤带
浆液循环
循环水
石膏
烟气脱硫脱硝 Noel de Nevers, Air Pollution Control Engineering (2nd Edition), 2000, 清华大学出版社, McGraw-Hill
烟气湿法脱SO2举例－化学与化工基础
• 气体的溶解 • 固体的沉降 • 固体的反应
• 其他
亨利常数、溶解度与浆液的pH SO2的溶解度很低，提高浆液的pH有利（加强碱） 高pH会使得CO2转化为碳酸盐，消耗有效组分
难溶物质的溶度积（CaSO4） 任何部位的结垢
CaCO3表面生成CaSO4壳，阻碍CaCO3的利用 扩散与反应，提高固体的孔隙（加Mg） CaCO3溶解度的提高（低pH，但降低SO2溶解度） CaSO3氧化为CaSO4
• 除雾器堵塞 小液滴随气流上升，下游设备结垢 将纤维除雾器改为栅板状，间歇清水喷洗
• 钙利用率低 CaSO4在CaCO3颗粒表面形成壳 加大塔底容积（浆液停留时间），提高CaCO3溶解量
• 液固分离差 CaSO3·0.5H2O形成片状小结晶，阻碍脱水 提高塔低氧化速率，提高CaSO4的量
现有问题：设备和运行昂贵、运行问题、大量固体废物
烟气湿法脱SO2举例－运行数据
烟气进口温度，oC 出口温度，oC
烟气SO2浓度，ppm SO2脱除效率，％ 烟气压降，atm
204 52
1000 90
0.025
烟气热量损失大 低温难以自然排烟 烟气需再加热
烟气气速，m/s 烟气进口温度下的液/气比，m3/m3 淋洗区高度，m 液滴尺寸，mm 浆液固含量，％
2020 2000
2010
2020
• 硫排放 全国硫酸产量；硫＋硝 全国合成氨产量 • 50万台工业锅炉、4亿千瓦煤电装机容量
烟气脱硫脱硝
S和N
还原态 元素态
高温、高压、 催化
氧化态 I
高温
氧化态 II
常温
与H2O 反应 常温
与NH3 反应 常温
生化过程常 温、常压、
高温、 催化
NH3← H2S←
喷淋液滴的蒸发 浆液组成复杂(CaCO3, CaSO4·2H2O, CaSO3·0.5H2O) 固液分离（Hydroclone，真空过滤）
烟气脱硫脱硝
烟气湿法脱SO2举例－问题及解决方法
• 对钢材腐蚀 许多其他污染物，氯化物（酸性条件下） 增加排水量，降低系统中的氯化物浓度
• 结垢和堵塞 CaSO4等，阀门、泵、控制设备等 控制循环浆液中石膏量，防止石膏过饱和？
烟气脱硫脱硝 Noel de Nevers, Air Pollution Control Engineering (2nd Edition), 2000, 清华大学出版社, McGraw-Hill
N
→NO →NO2 →HNO3 →NH4NO3
S
→SO2 →SO3 →H2SO4 →(NH4)2SO4
煤热解-气化产物
煤燃烧产物
酸雨
肥料
烟气脱硫脱硝 Noel de Nevers, Air Pollution Control Engineering (2nd Edition), 2000, 清华大学出版社, McGraw-Hill