电厂燃煤锅炉同时脱硫脱氮技术Word文件下载.docx
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2、几种典型的脱氮技术
对于电厂燃煤锅炉排放的SO2和NOx,近年来各国相继开发了许多同时脱氮的方法,下面就几种方法进行技术、经济比较。
2.1 排烟循环流化床
排烟循环流化床(FGD-CFB)是80年代初由德国Lurgi开发的,该也是世界上第一台燃烧煤的循环流化床锅炉的开发者,后来又把循环流化床技术引入脱硫领域,取得了良好的效果。
该技术在德国有三家进行开发研究,丹麦的FLS正在做。
该法脱硫脱氮属于燃烧中处理,脱硫采用循环流化床,脱氮采用低氮燃烧。
2001年我国在四川白马电厂300MW机组建示范工程。
排烟循环流化床优点:
①投资费用较低。
②脱硫装置不需要太大空间。
③固硫剂产物以固态排放。
排烟循环流化床问题:
①燃烧中采用低氮烧燃,脱氮效果不能保证。
②由于锅炉内喷射CaO吸收剂进行脱硫,产生CaCO3和煤灰一起排出,易造成二次污染。
③控制排烟温度70℃,需要有排烟加热装置〔1〕。
2.2 组合法(FGC)
这种方法是用石灰石石膏法湿式脱SO2:
(FGD)和选择性催化还原法(SCR)脱NOx组合的技术〔2〕。
据介绍,德国、日本、美国等国家多数采用这种方法。
该组合技术中湿法脱硫效率高(90%~98%),吸收塔自身紧凑,但该法的问题是耗水量大,而且必须进行排水的深度处理,生成的大量副产品石膏应用也有限,在进入烟囱前需要加热提高温度。
该组合技术中氨选择性催化剂还原法的缺点是,脱氮的催化剂寿命维护比较麻烦,工艺中生成的胺化合物有堵塞系统的弊病等〔3〕,因此使该组合法的推广应用受到影响。
2.3 电子束法(EBA)
为了克服以上方法的缺点,国际上开发了许多同时脱硫脱氮的技术,电子束法既是属于同时脱硫脱氮的典型方法之一。
电子束法是利用电子加速器产生的高能粒子照射,使其SO2和NOx氧化生成硫酸和硝酸,再与添加的氨反应生成硫酸氨和硝酸氨。
该技术首先是日本茬原制作所1970年着手研究,又经过与原子能研究所合作研究,1974年进行了1000/Nm3h-1、1万/Nm3h-1规模不同的气体试验,从而肯定了这种干法技术。
受美国部委托,在椹萨斯洲又进行了1.4万/Nm3h-1的改进试验,在西德进行了2.0万//Nm3h-1规模的试验,都取得了很好的结果。
其它有些国家也在研究。
我国2000年由中国工程物理研究院在四川绵羊投资2000万元建造一套电子束辐射烟气脱硫脱氮工业试验装置,烟气处理量3000~12000//Nm3h-1,脱硫率90%,脱氮率70%电子束法处理烟气的优点:
①用一个过程能同时脱硫脱氮,且去除效率高。
②能够生成硫酸氨和硝酸氨副产品作化肥用,没有。
③是干法过程,没有及其处理设施。
④因为不用催化剂,所以不存在催化剂中毒,影响使用寿命的问题。
⑤设备结构简单,对烟气条件变化适应性强,容易控制〔4、5〕。
电子束处理法存在问题:
①该法耗电量大,由此占的运行费用很高。
②烟气辐射装置还不适合用于大规模应用系统。
③处理后的烟气仍然存在排放氮、硫酸和一氧化二氮的可能性〔6〕。
2.4 活性焦吸附法
该法是用活性焦进行烟气的同时脱硫和脱氮。
SO2是通过活性焦的微孔催化吸附作用,生成硫酸储存于焦碳微孔内,通过热,生成总量虽少,但含SO2浓度很高气体,根据需要再去转换成各种有价值的副产品,如高纯硫磺、液态SO2、浓硫酸、化肥等。
NOx是在加氨的条件下,经活性焦的催化作用生成水和氮气再排入大气。
该工程的主要设备是脱硫脱氮塔,活性焦在塔内由上往下移动,烟气横向交叉通过活性焦炭层,因此烟气中的尘也被除掉〔7〕。
活性焦和活性炭是不同的两种炭质吸附材料。
活性炭的综合强度(耐压、耐磨损、耐冲击)低,而且表面积大,若用移动床,因吸附、往返使用损耗大,存在着经济性问题,因此人们研究出比活性炭比表面积小,但强度高的成型活性焦炭,具有更好的脱硫、脱氮性能,用于烟气的同时脱硫脱氮。
活性焦吸附法是西德BF(Bergbau-Forschung)公司在1967年开发的,日本的三井矿山(株)公司根据日本的环境标准对其进行了改进,吸收了西德BF公司的成功经验,于1981年到1983年进行了1000/Nm3h-1规模的试验,在此基础上又于1984年10月在自家的燃煤电厂建立了处理能力3万/Nm3h-1的工业试验装置。
经过改进和调整,达到长期、稳定、连续地运转,脱硫率几乎100%,脱氮率在80%以上,被日本通商产业省认定为第一号商品化装置。
(根据设备运转结果,获得了各种,肯定了该技术,并定名为三井BF法。
同时建立了3000/ta-1成型活性焦的商品化制造厂。
在我国1991年,由辽宁省科学研究所承担“同时脱硫脱氮综合利用一体化”项目,并于2001年通过了辽宁省科技厅技术鉴定。
该成果主要在三井BF方法基础上进行改进,利用我国煤炭特点(灰分高>10%)研制出活性焦,其比表面积低,强度高,脱硫率90%,脱氮率80%,并且初期脱硫率、脱氮率均高于三井BF法,取得满意效果〔8〕。
活性焦吸附法脱硫脱氮的优点:
①具有很高的脱硫率(98%)。
②能除去湿法难以除去的SO3。
③能除去中的HCl、HF、砷、硒、汞,是深度处理的技术。
④在低温下(100~200℃)能得到高的脱氮率(80%),因而不需要升温装置。
⑤具有除尘功能。
⑥过程中不用水,无需处理装置,没有二次污染问题。
⑦碱、盐类对活性焦炭没有影响,不存在吸附剂中毒问题。
⑧建设费用低,使用动力小则运行费用低。
⑨厂地面积小也可以建设。
⑩可以副产品,高纯硫磺(99.95%)或浓硫酸(98%)或高纯液态SO2,其中任选一副产品。
活性焦吸附法脱硫脱氮的主要问题:
①固态的热吸收剂循环使用,是机械的方式,操作较复杂。
②吸附剂在运行中有磨损消耗,是成本的主要部分。
③烟气通过吸附床有较大的压力降由于以上特点,因此在美国政府调查报告中认为,该技术是最先进的烟气脱硫脱氮技术〔9〕
3、经济分析
由于排烟循环流化床是属于燃烧中进行脱硫脱氮,处理方法不同于其他三种方法(燃烧后烟气处理),所以不列入经济比较之内。
根据美国部(DOE)报告,一个500MW的火力发电厂,用湿法脱硫(FGD)其设备费用为175/kw,运行费用18mille/kwh,在其后组合进SCR法脱氮,设备费为125/kw,运行费为6.2mille/kwh(催化剂使用寿命按6年计算,若按4年寿命则为7.6mille/kwh)〔10〕,因此合计起来该组合法脱硫脱氮的设备费用为300/kw,运行费为24.2mille/kwh。
活性焦吸附法按300MW规模的火电厂烟气同时脱硫脱氮,其设备费用为175~225/kw,运行费用为10.8mille/kwh。
电子束法100MW规模的电厂,烟气同时脱硫脱氮,根据美国部报告的数据,设备费用是247/kw,运行费是21.6mille/kwh。
根据日本报道,电子束法用于500MW规模的电厂,设备费是组合法的70%~80%,运行费是组合法的90%,由此计算,500MW规模的电厂,电子束法的设备费是210~240/kw,运行费是21.7mille/kwh,这个数值与美国能源部报告的数值是一致的。
通过以上分析这三种方法的经济比较结果见表1。
表1 三种脱硫脱氮方法的经济比较
项目组合处理法电子束法活性焦吸附法
设备占的空间比例100%40%较小
设备费$/kw300210~240175~225
(占的比例)100%70%~80%65%~75%
运行费用mille/kwh24.221.710.8
(占的比例)100%90%45%
电厂规模MW500500300
注:
活性焦吸附法是按300MW计算的,若按500MW同样规模比较,经济效益会更好。
根据表1经济分析结果表明,活性焦吸附法的设备费用和运行费用都比较低,需要的建设空间也小,尤其是运行费用是电子束法的50%,所以活性焦吸附法在经济上具有竞争力。
4、结语
活性焦吸附法虽然开发历史较短,但是进展速度非常快,日本在1981年开始进行了1000/Nm3h-1烟气脱硫脱氮试验,到1989年即在西德建立了32/万Nm3h-1的电厂燃煤烟气处理装置,处理效果非常好。
相比之下,电子束法尽管开发的历史较早(1970年),在技术上也有许多优点,但是由于大容量的电子加速器功率较大,耗电高,价格昂贵,建设燃煤电厂大型的实用规模的处理装置比较困难,因此实际进展速度并不快。
活性焦吸附法脱硫脱氮有完整的工艺系统,最终可以得到高质量的副产品,随着我国经济的快速发展,对环境质量要求将愈来愈高,必将对二氧化硫、氮氧化物制定更加严格的排放标准,所以一方面可以满足当前对SO2控制的要求,又要为控制NOx作技术准备。
因此,这种技术即属于超前性,又具有推动环境可持续发展的战略意义。
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