1、1第八章第八章 硫氧化物的污染控制硫氧化物的污染控制o 1. 硫循环及硫排放o 2.燃烧前和燃烧中脱硫技术与工艺(自学）o 3.燃烧后脱硫技术及其研究进展o 4.燃煤二氧化硫污染控制技术综合评价2硫氧化物的污染关注热点硫氧化物的污染关注热点o 早期早期n 局地环境中二氧化硫的浓度升高o 近近100100年来年来n 二氧化硫等酸性气体导致的酸沉降o 最近最近n 二氧化硫等气态污染物形成的二次微细粒子3硫循环与硫排放硫循环与硫排放4硫循环与硫排放硫循环与硫排放o 人类使用的化石燃料都含有一定量的硫o 燃料燃烧时，其中的硫大部分转化为SO222SOSO 32242CaCOSO0.5OCaSOCO 人
2、为活动是造成人为活动是造成SO2大量排放的主要原因大量排放的主要原因大部分大部分SO2的控制方法都可以用以下反应表示的控制方法都可以用以下反应表示32242CaCOSO0.5OCaSOCO 人为活动是造成人为活动是造成SO2大量排放的主要原因大量排放的主要原因大部分大部分SO2的控制方法都可以用以下反应表示的控制方法都可以用以下反应表示5硫循环与硫排放硫循环与硫排放o 我国SO2排放的年际变化6国外防治国外防治SO2污染的方法主要有：清洁生产工艺、采用污染的方法主要有：清洁生产工艺、采用低硫燃料低硫燃料、燃料燃料脱硫脱硫、燃料固硫燃料固硫及及烟气脱硫烟气脱硫等。其中，烟气脱硫居主要地位。含硫的
3、矿物等。其中，烟气脱硫居主要地位。含硫的矿物燃料（主要是煤），燃烧后产生的燃料（主要是煤），燃烧后产生的SO2烟气排出，其中烟气排出，其中SO2含量达到含量达到3.5%以上，便可以采用一般接触法，制以上，便可以采用一般接触法，制H2SO4的流程进行反应，既可控制的流程进行反应，既可控制SO2对大气的污染，又可回收硫磺，这里着重讨论的是低浓度（含量在对大气的污染，又可回收硫磺，这里着重讨论的是低浓度（含量在3.5%以下）以下）SO2的控制和回收技术，即所谓的控制和回收技术，即所谓烟道脱硫烟道脱硫HGP(Hue Gas Desulfurization)流程，亦有书将排烟中去除流程，亦有书将排烟中去
4、除SO2的技术简称的技术简称“排烟脱硫排烟脱硫”（Flue Gas Desulfurization)。目前烟气脱硫方法有一百多种，可用于工。目前烟气脱硫方法有一百多种，可用于工业上的仅有十几种。业上的仅有十几种。按是否回收烟气中硫为有用物质分，烟气脱硫有按是否回收烟气中硫为有用物质分，烟气脱硫有回收法回收法和和抛弃法抛弃法二二类。类。按完成脱硫后的直接产物是否为溶液或浆液分，烟气脱硫又可分为按完成脱硫后的直接产物是否为溶液或浆液分，烟气脱硫又可分为湿法、半干法和干法湿法、半干法和干法三类。三类。按脱硫原理划分：吸收法、吸附法、催化转化法按脱硫原理划分：吸收法、吸附法、催化转化法烟气脱硫的主要方
5、法烟气脱硫的主要方法7用于工业装置上的排烟脱硫应注意以下几个原则：用于工业装置上的排烟脱硫应注意以下几个原则：（1）工艺原理及流程应简单，装置紧凑，易于操作和管理；）工艺原理及流程应简单，装置紧凑，易于操作和管理；（2）具有较高的脱硫效率，能长期连续运转，经济效果好，节）具有较高的脱硫效率，能长期连续运转，经济效果好，节省人力，占地面积小；省人力，占地面积小；（3）脱硫过程中不产生二次污染物，回收产物应无二次污染；）脱硫过程中不产生二次污染物，回收产物应无二次污染；（4）脱硫用的吸收剂价格便宜且又易获得；）脱硫用的吸收剂价格便宜且又易获得；（5）在工艺方法选择上应尽可能考虑到回收有用的硫资源。
6、）在工艺方法选择上应尽可能考虑到回收有用的硫资源。烟气脱硫的主要方法烟气脱硫的主要方法8方 法 脱 硫 剂 及 操 作 主 要 产 物 石灰石/石灰石膏法 亚硫酸钙法 CaCO3/Ca(OH)2浆液吸收，空气氧化 CaCO3/Ca(OH)2浆液吸收 CaSO42H2O CaSO31/2H2O 间接石灰石/石灰： 钠钙双碱法 碱式硫酸铝法 液相催化氧化法 Na2CO3/NaOH/Na2SO3溶液吸收 Al2(SO4)3Al2O3溶液吸收,空气氧化 H2O 吸收，Fe3+/Mn2+催化氧化 再生：CaCO3/ Ca(OH)2 CaSO31/2H2O CaSO42H2O CaSO42H2O 海水脱硫
7、 海水中 CO32-、HCO3-等碱性物质 硫酸盐，排入大海 钠碱法：威尔曼洛德法 亚硫酸钠法 Na2SO3溶液循环吸收，加热分解、补充 Na2CO3 Na2CO3溶液吸收，浓缩、结晶 高浓度 SO2 Na2SO3 氨吸收法：氨酸法 亚硫酸铵法 NH3的水溶液吸收，H2SO4分解 NH3/NH4HCO3溶液吸收，浓缩、结晶 SO2，(NH4)2SO4 (NH4)2SO3 湿 法 回 收 法 金属氧化物法：氧化镁法 氧化锌法 Mg(OH)2浆液吸收，吸收产物干燥、煅烧 ZnO 烟灰浆液吸收，酸/热分解/空气氧化 SO2 SO2/ZnSO4 喷雾干燥法（SDA） 向喷雾干燥器喷 Ca(OH)2浆液
8、，反应、蒸发 CaSO4，CaSO3干粉 炉内喷钙炉后活化法(LIFAC) 炉内喷 CaO 粉，炉后加水活化，反应、蒸发 CaSO4，CaSO3干粉 半 干 法 循 环 流 化 床 烟气循环流化床（CFB） 回流式循 环流化床（RCFB） 新型一体化脱硫系统(NID) 气体悬浮吸收脱硫（GSA） CaO 粉和水喷入循环流化床，反应、蒸发 CaO 粉和水喷入循环流化床，反应、蒸发 Ca(OH)2粉和水混合后进流化床反应、蒸发 Ca(OH)2浆液喷入循环流化床，反应、蒸发 CaSO4，CaSO3干粉 荷电干粉喷射脱硫（SDSI） Ca(OH)2干粉荷电后喷入烟道反应 CaSO4，CaSO3干粉 干
9、 法 回 收 法 电子束照射法（EBA） 活性炭吸收法 催化氧化法 SO2、NO 被自由基氧化后与水汽成酸，再铵化 活性炭吸附、氧化为 SO3，H2O 再生 催化氧化为 SO3 ，与 H2O 生成硫酸 硫酸铵、硝酸铵 稀 H2SO4 浓 H2SO4 当前全世界的主要脱硫方法当前全世界的主要脱硫方法9国家环境保护国家环境保护“十二五十二五”规划规划专栏专栏1 1：“十二五十二五”环境保护主要指标环境保护主要指标序号序号指指 标标2010年年2015年年2015年比年比2010年增长年增长1化学需氧量排放总量（万吨）化学需氧量排放总量（万吨）2551.72347.6-8%2氨氮排放总量（万吨）氨氮
10、排放总量（万吨）264.4238.0-10%3二氧化硫排放总量（万吨）二氧化硫排放总量（万吨）2267.82086.4-8%4氮氧化物排放总量（万吨）氮氧化物排放总量（万吨）2273.62046.2-10% 5地表水国控断面劣地表水国控断面劣类水质的比例（类水质的比例（%）17.7605个百分点个百分点6地级以上城市空气质量达到二级标准以上的比例（地级以上城市空气质量达到二级标准以上的比例（%）72808个百分点个百分点“十二五十二五”期间，空气环境质量评价范围由期间，空气环境质量评价范围由113个重点城市增加到个重点城市增加到333个全国个全国地级以上城市，按照可吸入颗粒物、二氧化硫、二氧化
11、氮的年均值测算，地级以上城市，按照可吸入颗粒物、二氧化硫、二氧化氮的年均值测算，2010年地级以上城市空气质量达到二级标准以上的比例为年地级以上城市空气质量达到二级标准以上的比例为72%。 10u持续推进持续推进电力行业污染减排电力行业污染减排。新建燃煤机组要同步建设。新建燃煤机组要同步建设脱硫脱硝设脱硫脱硝设施施，未安装脱硫设施未安装脱硫设施的现役燃煤机组要的现役燃煤机组要加快淘汰或建设脱硫设施加快淘汰或建设脱硫设施，烟，烟气脱硫设施要按照规定气脱硫设施要按照规定取消烟气旁路取消烟气旁路。加快燃煤机组低氮燃烧技术改。加快燃煤机组低氮燃烧技术改造和烟气脱硝设施建设，单机容量造和烟气脱硝设施建设
12、，单机容量3030万千瓦以上（含）的燃煤机组要万千瓦以上（含）的燃煤机组要全部加装脱硝设施。加强对脱硫脱硝设施运行的监管，对不能稳定达全部加装脱硝设施。加强对脱硫脱硝设施运行的监管，对不能稳定达标排放的，要限期进行改造。标排放的，要限期进行改造。u加快其他行业脱硫脱硝步伐。推进加快其他行业脱硫脱硝步伐。推进钢铁行业二氧化硫排放总量控制钢铁行业二氧化硫排放总量控制，全面实施烧结机烟气脱硫，新建烧结机应配套建设脱硫脱硝设施。加全面实施烧结机烟气脱硫，新建烧结机应配套建设脱硫脱硝设施。加强水泥、石油石化、煤化工等行业二氧化硫和氮氧化物治理。石油石强水泥、石油石化、煤化工等行业二氧化硫和氮氧化物治理。
13、石油石化、有色、建材等行业的工业窑炉要进行脱硫改造。新型干法水泥窑化、有色、建材等行业的工业窑炉要进行脱硫改造。新型干法水泥窑要进行低氮燃烧技术改造，新建水泥生产线要安装效率不低于要进行低氮燃烧技术改造，新建水泥生产线要安装效率不低于60%60%的的脱硝设施。因地制宜开展燃煤锅炉烟气治理，新建燃煤锅炉要安装脱脱硝设施。因地制宜开展燃煤锅炉烟气治理，新建燃煤锅炉要安装脱硫脱硝设施，现有燃煤锅炉要实施烟气脱硫，东部地区的现有燃煤锅硫脱硝设施，现有燃煤锅炉要实施烟气脱硫，东部地区的现有燃煤锅炉还应安装低氮燃烧装置。炉还应安装低氮燃烧装置。 加大二氧化硫和氮氧化物减排力度加大二氧化硫和氮氧化物减排力度
14、11实施多种大气污染物综合控制。实施多种大气污染物综合控制。深化深化颗粒物污染控制颗粒物污染控制。加强工业烟粉尘控制，推进燃煤电厂、水。加强工业烟粉尘控制，推进燃煤电厂、水泥厂除尘设施改造，钢铁行业现役烧结（球团）设备要全部采用高泥厂除尘设施改造，钢铁行业现役烧结（球团）设备要全部采用高效除尘器，加强工艺过程除尘设施建设。效除尘器，加强工艺过程除尘设施建设。2020蒸吨（含）以上的燃煤蒸吨（含）以上的燃煤锅炉要安装高效除尘器，鼓励其他中小型燃煤工业锅炉使用低灰分锅炉要安装高效除尘器，鼓励其他中小型燃煤工业锅炉使用低灰分煤或清洁能源。加强施工工地、渣土运输及道路等扬尘控制。煤或清洁能源。加强施工
15、工地、渣土运输及道路等扬尘控制。加强挥发性有机污染物和有毒废气控制。加强石化行业生产、输送和存储过程挥发性有机污染物排放控制。鼓励使用水性、低毒或低挥发性的有机溶剂，推进精细化工行业有机废气污染治理，加强有机废气回收利用。实施加油站、油库和油罐车的油气回收综合治理工程。开展挥发性有机污染物和有毒废气监测，完善重点行业污染物排放标准。严格污染源监管，减少含汞、铅和二口恶英等有毒有害废气排放。12推进城市大气污染防治。在大气污染联防联控重点区域，建立区域空气环境质量评价体系，开展多种污染物协同控制，实施区域大气污染物特别排放限值，对火电、钢铁、有色、石化、建材、化工等行业进行重点防控。在京津冀、长
16、三角和珠三角等区域开展臭氧、细颗粒物（PM2.5）等污染物监测，开展区域联合执法检查，到2015年，上述区域复合型大气污染得到控制，所有城市空气环境质量达到或好于国家二级标准，酸雨、灰霾和光化学烟雾污染明显减少。实施城市清洁空气行动，加强乌鲁木齐等城市大气污染防治。实行城市空气质量分级管理，尚未达到标准的城市要制定并实施达标方案。加强餐饮油烟污加强餐饮油烟污染控制和恶臭污染治理染控制和恶臭污染治理。实施多种大气污染物综合控制。实施多种大气污染物综合控制。13*水力旋流分离器水力旋流分离器*真空皮带脱水机及附属设备真空皮带脱水机及附属设备*压力雾化喷嘴压力雾化喷嘴*除雾器除雾器*回转式和强制热媒
17、水循环式烟气换热器回转式和强制热媒水循环式烟气换热器*搅拌设备搅拌设备*特大容量的脱硫干风机特大容量的脱硫干风机*强制氧化用大流量高压离心风机强制氧化用大流量高压离心风机*脱硫脱硫DCS系统控制软件等。系统控制软件等。n目前我国已具备条件开发烟气脱硫的设备有：目前我国已具备条件开发烟气脱硫的设备有：（以湿式石灰石（以湿式石灰石- -石膏法工艺为例）石膏法工艺为例）14* *大容量脱硫湿风机大容量脱硫湿风机* *重要的检测采样一次元器件（包括进、出口重要的检测采样一次元器件（包括进、出口SO2SO2检测仪、检测仪、烟尘检测仪、浆液浓度计、浆液流量计等）及其控制烟尘检测仪、浆液浓度计、浆液流量计等
18、）及其控制系统系统* *关键部位阀门关键部位阀门* *喷淋系统喷淋系统* *除雾器除雾器* *大容量循环浆泵大容量循环浆泵* *烟气换热器烟气换热器* *真空皮带脱水机等。真空皮带脱水机等。n 目前仍需进口的设备有：目前仍需进口的设备有：15 湿式石灰石湿式石灰石- -石膏法是将石灰石粉制成浆液，石膏法是将石灰石粉制成浆液，在吸收装置中将烟气中的在吸收装置中将烟气中的SOSO2 2脱除而副产石膏脱除而副产石膏的方法。该方法是目前应用最广的一种烟气脱的方法。该方法是目前应用最广的一种烟气脱硫（硫（FGDFGD）方法。脱硫率可达）方法。脱硫率可达95%95%以上，运行以上，运行可靠，技术最为成熟，
19、可适用于高、中、低硫可靠，技术最为成熟，可适用于高、中、低硫煤。最大缺点是设备庞大，占地面积大，投资煤。最大缺点是设备庞大，占地面积大，投资和运行费用高。和运行费用高。烟气脱硫工艺烟气脱硫工艺1.1.湿式石灰石湿式石灰石- -石膏法烟气脱硫石膏法烟气脱硫1617湿式石灰石湿式石灰石石膏法工艺过程石膏法工艺过程 o 吸收塔自下而上分为三个区：吸收塔自下而上分为三个区：o 循环槽：浆液储存器和反应器，主要反应：石灰石溶循环槽：浆液储存器和反应器，主要反应：石灰石溶解、亚硫酸盐氧化生成石膏。解、亚硫酸盐氧化生成石膏。o 洗涤区（喷淋层）：布置有多层喷嘴，根据处理烟气洗涤区（喷淋层）：布置有多层喷嘴，
20、根据处理烟气量决定开启层数。量决定开启层数。 o 气体区在喷淋层上部至吸收塔出口，中间装有除雾器。气体区在喷淋层上部至吸收塔出口，中间装有除雾器。18o 系统包括以下系统包括以下4个主要工艺过程：个主要工艺过程：o * 向循环槽中加入新鲜浆液；向循环槽中加入新鲜浆液；o * 吸收吸收SO2并进行反应生成亚硫酸钙；并进行反应生成亚硫酸钙；o * 亚硫酸钙氧化生成石膏（二水硫酸钙）；亚硫酸钙氧化生成石膏（二水硫酸钙）；o * 从循环槽中分离出石膏。从循环槽中分离出石膏。o 吸收塔中总的反应式如下：吸收塔中总的反应式如下：o CaCO3+2SO2+H2O = Ca(HSO3)2+CO2 o 含含Ca
21、CO3的浆液从吸收塔上部喷入，吸收烟气中的的浆液从吸收塔上部喷入，吸收烟气中的SO2，生成生成Ca(HSO3)2 并落入循环槽中，然后通过鼓入的空气并落入循环槽中，然后通过鼓入的空气使使Ca（HSO3）2氧化成氧化成CaSO4, 结晶生成石膏：结晶生成石膏：o Ca(HSO3)2+O2+ CaCO3+3 H2O =2CaSO4.2H2O+CO2 湿式石灰石湿式石灰石石膏法工艺过程石膏法工艺过程 19o 当循环槽浆液中的石膏达到一定当循环槽浆液中的石膏达到一定过饱和度过饱和度时（约时（约130%130%），抽出一部分送往石膏处理站，制成工业石膏。），抽出一部分送往石膏处理站，制成工业石膏。同时向
22、循环槽中加入新鲜浆液，以保持吸收剂浆液的同时向循环槽中加入新鲜浆液，以保持吸收剂浆液的pHpH值。值。o 石膏浆液石膏浆液 一级脱水（含水量达到一级脱水（含水量达到40%40%）并用新鲜水）并用新鲜水冲洗冲洗 真空皮带脱水（含水率达到真空皮带脱水（含水率达到10%10%以下），以便进以下），以便进一步利用。一步利用。o 吸收后烟气吸收后烟气 除雾器除雾器 气气- -气换热器升温气换热器升温 排入大排入大气。气。o 定期冲洗除雾器。冲洗水落入槽中，保持系统水平衡。定期冲洗除雾器。冲洗水落入槽中，保持系统水平衡。湿式石灰石湿式石灰石石膏法工艺过程石膏法工艺过程 20湿式石灰石湿式石灰石石膏法工艺控
23、制原理石膏法工艺控制原理 SO2的吸收过程的吸收过程o 在湿式石灰石在湿式石灰石石膏脱硫工艺中，浆液吸收石膏脱硫工艺中，浆液吸收SO2是一个是一个气液传气液传质质过程，分为过程，分为4个阶段：个阶段：o * 气态反应物质从气相主体向气气态反应物质从气相主体向气-液界面的传递；液界面的传递；o * 气态反应物穿过气气态反应物穿过气-液界面进入液相并发生反应；液界面进入液相并发生反应；o * 液相中的液相中的CaCO3由液相主体向相界面附近的反应区迁移；由液相主体向相界面附近的反应区迁移；o * 反应生成物从反应区向液相主体的迁移。反应生成物从反应区向液相主体的迁移。21用水吸收一般被认为是物理吸
24、收过程，过程的机理可用双膜理论来用水吸收一般被认为是物理吸收过程，过程的机理可用双膜理论来分析分析。o o 气液界面气液界面o SO2扩散方向扩散方向o o 气相主体气相主体 液相主体液相主体o 气膜气膜 液膜液膜o o o o 双膜理论示意图双膜理论示意图 根据双膜理论，根据双膜理论， SO2以分子扩散的方式通过气膜和液膜，其传递阻力为两膜以分子扩散的方式通过气膜和液膜，其传递阻力为两膜阻力之和。研究发现，阻力之和。研究发现，SO2在气相中的扩散常数远远大于液相扩散常数，所以在气相中的扩散常数远远大于液相扩散常数，所以SO2传递的阻力主要集中在液膜。传递的阻力主要集中在液膜。 为了克服液膜阻
25、力，使吸收过程能快速进行，工程上采用了两项措施：为了克服液膜阻力，使吸收过程能快速进行，工程上采用了两项措施：1.增增加液气比，并使之高度湍动，同时使液滴的颗粒尽可能小，以增大气加液气比，并使之高度湍动，同时使液滴的颗粒尽可能小，以增大气-液传质液传质面积；面积；2.在吸收液中加入化学活性物质，本工艺是加入了在吸收液中加入化学活性物质，本工艺是加入了CaCO3。22o SO2进入液相，首先发生如下一系列反应：进入液相，首先发生如下一系列反应： SO2+H2O H2SO3 H2SO3 H+ HSO3- HSO3- H+ SO32- o 方程式表示的溶液成分与溶液的方程式表示的溶液成分与溶液的pH
26、值有关值有关。湿式石灰石湿式石灰石石膏法工艺控制原理石膏法工艺控制原理 23o 下图表示了与下图表示了与pHpH值这种关系。值这种关系。 pH 10 SO32- 存在区存在区 5 HSO3- 存在区存在区 SO2+H2O 与与 H2SO3 平衡区平衡区 只有当只有当pH值较高值较高时，时，HSO3-的二级电离才会产生较高浓度的的二级电离才会产生较高浓度的SO32-。以上反应。以上反应都是可逆反应，要使都是可逆反应，要使SO2的吸收不断进行下去，就必须中和电离产生的的吸收不断进行下去，就必须中和电离产生的H+，即降低吸收液的酸度。即降低吸收液的酸度。CaCO3的作用就是中和的作用就是中和H+。当
27、吸收液中的吸收剂反应。当吸收液中的吸收剂反应完后，如果不添加新的吸收剂或添加量不足，吸收液的酸度将迅速提高，完后，如果不添加新的吸收剂或添加量不足，吸收液的酸度将迅速提高，pH值将迅速下降，当值将迅速下降，当SO2溶解达到饱和后，溶解达到饱和后，SO2的吸收就告终止。的吸收就告终止。 224o 根据根据MillerMiller等人的研究，等人的研究，HSOHSO3 3- -离子在离子在pHpH值为值为4.54.5时氧化时氧化速率最大，但实际运行时浆液的速率最大，但实际运行时浆液的pHpH值为值为5.45.45.85.8，此种情，此种情况下，况下，HSOHSO3 3- -离子很难被氧化，为此，工
28、艺上向循环槽中离子很难被氧化，为此，工艺上向循环槽中鼓入空气，使鼓入空气，使HSOHSO3 3- -强制氧化成强制氧化成SOSO4 42 2- -。更加大了。更加大了SOSO2 2溶解溶解的推动力，从而使的推动力，从而使SOSO2 2不断地由气相转移到液相不断地由气相转移到液相。 o HSO3转化成转化成SO42-，并与，并与Ca2+发生反应，生成发生反应，生成CaSO4，最后生，最后生成有用的石膏：成有用的石膏： Ca2+SO42+2H2O CaSO42H2Oo 如果生成粗颗粒结晶（约如果生成粗颗粒结晶（约100m）石膏，易于分离和脱水。石膏）石膏，易于分离和脱水。石膏晶体如果是层状、针状或
29、非常细的颗粒，不仅非常难脱水，而晶体如果是层状、针状或非常细的颗粒，不仅非常难脱水，而且还可能引起系统结垢。且还可能引起系统结垢。必须进行控制。必须进行控制。石膏的结晶石膏的结晶湿式石灰石湿式石灰石石膏法工艺控制原理石膏法工艺控制原理 25石膏溶液的相对过饱和度石膏溶液的相对过饱和度 =（C- CC- C* *）/ C/ C* *式中式中:石膏溶液的相对过饱和度石膏溶液的相对过饱和度 CC溶液中石膏的实际浓度溶液中石膏的实际浓度 C C* *工艺条件下，石膏的平衡浓度。工艺条件下，石膏的平衡浓度。当当C C C C* *时，溶液中不会有晶体析出；时，溶液中不会有晶体析出；当当C CC C* *
30、时，溶液中将首先出现晶种，时，溶液中将首先出现晶种， 并逐渐形成结晶。并逐渐形成结晶。 湿式石灰石湿式石灰石石膏法工艺控制原理石膏法工艺控制原理 26晶种生成晶种生成和晶体增长晶体增长过程 27湿式石灰石湿式石灰石石膏法的主要设备设计要点石膏法的主要设备设计要点 o 吸收塔是湿式石灰石吸收塔是湿式石灰石石膏法的关键设备。早期：填料塔，但由于石膏法的关键设备。早期：填料塔，但由于填料塔易堵塞。现在：空塔。填料塔易堵塞。现在：空塔。o 传统空塔气速低、处理气量小，因此各国都在提高空塔气速上下功传统空塔气速低、处理气量小，因此各国都在提高空塔气速上下功夫。这直接牵涉到设备投资的大小。夫。这直接牵涉到
31、设备投资的大小。o 国外最大的空塔气速达国外最大的空塔气速达4.5m s 主要设备设计要点主要设备设计要点o 吸收塔吸收塔: : 塔径、塔高、喷嘴、除雾器塔径、塔高、喷嘴、除雾器o 浆液循环槽浆液循环槽o 石膏制备系统石膏制备系统 水力旋流器、真空皮带脱水机水力旋流器、真空皮带脱水机o 气气- -气换热器气换热器 2829o 塔径与空塔气速、处理烟气量的关系：塔径与空塔气速、处理烟气量的关系：o o D4Vs uo 式中式中塔径，塔径，mo Vs 操作条件下气体体积流量，操作条件下气体体积流量，Nm3 so u 混合气体线速度，混合气体线速度，m s塔径的确定塔径的确定30塔高的确定塔高的确定
32、 o 塔高依吸收段的高度而定。吸收段的高度是高脱塔高依吸收段的高度而定。吸收段的高度是高脱硫率的重要保证。硫率的重要保证。 o 吸收段高度的确定原则是保证气吸收段高度的确定原则是保证气- -液有充分的接液有充分的接触时间，以保证吸收剂与触时间，以保证吸收剂与SOSO2 2充分反应。确定了吸充分反应。确定了吸收段高度之后，再考虑喷嘴布置、除雾器、塔底气收段高度之后，再考虑喷嘴布置、除雾器、塔底气流分布、浆液循环槽等。最后确定塔高。塔体高度流分布、浆液循环槽等。最后确定塔高。塔体高度的确定还要考虑与配套系统的整体关系，以确定其的确定还要考虑与配套系统的整体关系，以确定其水平标高。水平标高。31喷嘴
33、的设计与选择喷嘴的设计与选择 o 喷嘴的设计要求：喷嘴的设计要求： . .满足吸收剂喷淋量满足吸收剂喷淋量; ;. .使喷出的液滴具有尽可能大的比表面积，以增大气液的接触使喷出的液滴具有尽可能大的比表面积，以增大气液的接触面积，提高反应活性和反应速率。面积，提高反应活性和反应速率。o 国内外对用于空塔喷嘴的研究和使用上，大约有四个方向。国内外对用于空塔喷嘴的研究和使用上，大约有四个方向。. .喷嘴的结构。喷嘴的结构。. .喷嘴在塔内的布置。喷嘴在塔内的布置。. .喷射方向。喷射方向。. .喷射速度。喷射速度。32除雾器的设计与选择除雾器的设计与选择n 除雾器的类型：除雾器的类型： 重力沉降、重
34、力沉降、 惯性碰撞、惯性碰撞、 离心分离、离心分离、 吸附过滤、吸附过滤、 静电吸引等。静电吸引等。n 电厂烟气脱硫中对除雾器的要求：电厂烟气脱硫中对除雾器的要求： 处理能力大、气液分离效果好、阻力低、防堵能力强、便于清洗、操作处理能力大、气液分离效果好、阻力低、防堵能力强、便于清洗、操作周期长。周期长。 n 浆液循环槽是烟气脱硫系统中重要的化学反应场所。在这里进行着石浆液循环槽是烟气脱硫系统中重要的化学反应场所。在这里进行着石灰的溶解、灰的溶解、HSO32- 的氧化和石膏的结晶。要求循环槽中要保持相对稳定的的氧化和石膏的结晶。要求循环槽中要保持相对稳定的灰石浆液浓度、石膏的过饱和度（浓度）和
35、浆液的灰石浆液浓度、石膏的过饱和度（浓度）和浆液的pH值。这三者必须维值。这三者必须维一个相对的平衡关系，这要从浆液循环槽的结构和容积上去考虑。一个相对的平衡关系，这要从浆液循环槽的结构和容积上去考虑。n浆液循环槽的附属系统，包括氧化空气的导入、浆液的搅拌等都要在浆液循环槽的附属系统，包括氧化空气的导入、浆液的搅拌等都要在设计上考虑。设计上考虑。n要设计一个浆液事故储槽。要设计一个浆液事故储槽。浆液循环槽浆液循环槽33石膏制备系统包括石膏制备系统包括2 2个部分：个部分：o 水力旋流器：石膏与石灰石分离，使石膏含水率达到水力旋流器：石膏与石灰石分离，使石膏含水率达到40%40%，同，同时对石膏
36、进行洗涤，除去氯、氟、铁等杂质。时对石膏进行洗涤，除去氯、氟、铁等杂质。o 真空皮带脱水机：使石膏的含水率降到真空皮带脱水机：使石膏的含水率降到10%10%以下。以下。o 大型真空皮带脱水机及其附属装置目前尚在进行国产化开发。大型真空皮带脱水机及其附属装置目前尚在进行国产化开发。 石膏制备系统石膏制备系统o 将除尘后的高温烟气降温（将除尘后的高温烟气降温（9090左右），使由吸收塔排出的冷左右），使由吸收塔排出的冷烟气（烟气（5555左右）升温。左右）升温。o 气气- -气换热器的种类：翅管式、热管式、回转式、强制热煤水循气换热器的种类：翅管式、热管式、回转式、强制热煤水循环式等。设计时需要考
37、虑设备的选型、结构、换热面积、传热速环式等。设计时需要考虑设备的选型、结构、换热面积、传热速率和运行阻力，气率和运行阻力，气- -气换热器虽多采用不锈钢制作，但也要严重关气换热器虽多采用不锈钢制作，但也要严重关切它的腐蚀问题。切它的腐蚀问题。o 目前用于烟气脱硫的大型气目前用于烟气脱硫的大型气- -气换热器也在进行国产化开发中。气换热器也在进行国产化开发中。气气- -气换热器（气换热器（G.G.HG.G.H）34湿式石灰石湿式石灰石-石膏法石膏法FGD主要运行参数及控制主要运行参数及控制 o a.空塔气速空塔气速 o b.液气比液气比o c.脱硫效率脱硫效率o d.浆液浓度（浆液浆液浓度（浆液
38、pH值）值）o e.系统中的防垢系统中的防垢o f.石膏的质量控制石膏的质量控制35a.a.空塔气速空塔气速 o 填料塔填料塔:1.52m/s，板式塔、空塔：，板式塔、空塔：2m/s以上，湍球塔：以上，湍球塔：4m/s左右。填料塔操作时不能产生左右。填料塔操作时不能产生“液泛液泛”；板式塔不能；板式塔不能产生产生“喷塔喷塔”；湍球塔不能产生；湍球塔不能产生“短路短路”等。等。o 空塔气速越高，处理能力越大，但塔高也必须越高，要空塔气速越高，处理能力越大，但塔高也必须越高，要考虑气液接触时间。使用空塔脱硫时，空塔气速一般控制考虑气液接触时间。使用空塔脱硫时，空塔气速一般控制在在23 m/s左右，
39、烟气在塔内的停留时间左右，烟气在塔内的停留时间1.54.5s。SO2浓浓度越高，停留时间应越长。停留时间与度越高，停留时间应越长。停留时间与SO2的去除率成正的去除率成正比，但不是线性关系。比，但不是线性关系。o 高的空塔气速会造成严重的雾沫夹带，这将给除雾器增高的空塔气速会造成严重的雾沫夹带，这将给除雾器增加负担。加负担。36o 脱硫效率的重要保证。液气比增大，气液传质速率增大，脱硫效率的重要保证。液气比增大，气液传质速率增大，从而增大从而增大SO2去除率。在工程中，允许最小的液气比（去除率。在工程中，允许最小的液气比（L/G）min由吸收剂浆液特性、控制结垢和堵塞决定。实际由吸收剂浆液特性
40、、控制结垢和堵塞决定。实际L/G比比（L/G）min要大许多。可根据以下原则考虑：文丘里或喷要大许多。可根据以下原则考虑：文丘里或喷淋塔，气淋塔，气-液接触面积与液接触面积与L/G成正比，因此成正比，因此L/G与脱硫效率有与脱硫效率有直接的正比关系，而与直接的正比关系，而与SO2浓度无关。浓度无关。b.b.液气比液气比p 经验表明，当液气比大于经验表明，当液气比大于5.3l/m3时，时，SO2的脱硫率平均为的脱硫率平均为87%，液气比小于液气比小于5.3l/m3时，脱时，脱S率低于率低于78%。在低密度的栅条填料塔。在低密度的栅条填料塔中，气体流速速度在中，气体流速速度在1.62.5m/s，液
41、气比宜在，液气比宜在0.88.2l/m3(标态标态)之之间，当液气比为间，当液气比为1.4 l/m3，气速为，气速为2.4 m/s时控制时控制SO2总传质速率总传质速率ka为为1085mol/(m3.h.kpa),此时，过程主要受气膜阻力。此时，过程主要受气膜阻力。 37石灰石颗粒大小对脱石灰石颗粒大小对脱S S率及石灰石的利用率均有影响，粒度率及石灰石的利用率均有影响，粒度小，比表面积大，与小，比表面积大，与SO2SO2起反应的效率高，石灰石色利用率大，起反应的效率高，石灰石色利用率大，大粒度太小，则石灰石得粉碎过程消耗的电能太大。一般控制大粒度太小，则石灰石得粉碎过程消耗的电能太大。一般控
42、制石灰石的粒度在石灰石的粒度在200300200300之间。之间。d.石灰石的粒度石灰石的粒度c.脱硫效率脱硫效率o 烟气量、气液接触时间、烟气进口烟气量、气液接触时间、烟气进口SO2浓度、浆液浓度、浆液pH值等因值等因素，都直接影响着脱硫效率。素，都直接影响着脱硫效率。o 脱硫负荷增大时，脱硫效率下降。气液接触时间长，脱硫效脱硫负荷增大时，脱硫效率下降。气液接触时间长，脱硫效率高。率高。o 当进口浓度增大，脱硫效率成直线下降。当进口浓度增大，脱硫效率成直线下降。o 当浆液的当浆液的pH值在值在5.45.8之间时，可以获得高的脱硫效率之间时，可以获得高的脱硫效率。38o 浆液浓度浆液浓度是保证
43、脱硫效率的又一个重要因素。必须严格控制浆液是保证脱硫效率的又一个重要因素。必须严格控制浆液pHpH值在值在5.45.85.45.8之间，这要靠浆液浓度来控制。之间，这要靠浆液浓度来控制。pHpH值下降：补值下降：补充新鲜浆液。在大型脱硫装置中，这些都是由自动控制系统来完充新鲜浆液。在大型脱硫装置中，这些都是由自动控制系统来完成的，但在设计程序上要有设定。成的，但在设计程序上要有设定。e.e.浆液浓度浆液浓度（浆液（浆液pHpH值）值） 3940f.f.系统中的防垢系统中的防垢o 系统中易结垢的部位包括除雾器、浆液循环槽和管路系统。系统中易结垢的部位包括除雾器、浆液循环槽和管路系统。o 除雾器要
44、定期用不含石膏的新水冲洗。提高石灰石利用率，除雾器要定期用不含石膏的新水冲洗。提高石灰石利用率，有助于防止除雾器结垢。有助于防止除雾器结垢。o 循环槽中主要是防止循环槽中主要是防止CaSOCaSO3 3和和CaSOCaSO4 4的结垢。过低的温度的结垢。过低的温度（4040）和较高的）和较高的pHpH值（值（6 6）易形成）易形成CaSOCaSO3 3结垢。维结垢。维持浆液中合适的晶种密度、控制浆液温度在持浆液中合适的晶种密度、控制浆液温度在6060以下可以以下可以防止防止CaSOCaSO4 4结垢结垢。41o 固体垢物来自：固体垢物来自：（1）石灰系统中当pH9时，烟气中CO2 进入水相与C
45、a2+生成CaCO3垢；（2）在石灰系统中较高 pH下，H2SO3在水中主要离解出H+和SO32-，SO32-和Ca2+生成的CaSO31/2H2O的溶解度很小（0.0043g/100g水,18），易结晶析出形成片状软垢；（3）CaSO42H2O结晶析出形成硬垢。 o 防垢措施：防垢措施：（1）控制浆液的pH值不宜过高，石灰系统pH8.0，石灰石系统pH6.2；（2）控制CaSO4的过饱和度1.2， （3）采用添加剂己二酸、Mg2+、NH3等抑制结垢和堵塞。 421、过饱和度是首要因素。一般维持过饱和度在1.251.30的范围内。2、pH值会改变亚硫酸盐的氧化速率，因此，用控制浆液pH值可影响
46、过饱和度，工艺上一般控制浆液浓度在20%左右。3、使用颗粒小的石灰石粉（4060m ），提高浆液的化学反应活性。4、保证浆液循环槽的温度在4060之间，可保证生成的石膏为二水石膏。g.石膏的质量控制石膏的质量控制 5、氧化空气量的影响。通常根据浆液中亚硫酸盐的含量，计算出所需的理论空气量，然后乘上一个1.82.5的系数。6、机械力对石膏结晶的影响是双向的，因此，搅拌强度是工艺设计和运行方式控制的难点。7、石膏脱水工序影响脱硫石膏的纯度。间接石灰石间接石灰石/ /石灰法石灰法1.双碱法双碱法 （1）钠钙双碱法 先用碱或碱金属盐（NaOH、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO3等）的水溶液吸收S
47、O2，然后用石灰石/石灰浆液将吸收SO2后的溶液再生，再生浆液经液固分离后，滤渣（亚硫酸钙和少量硫酸钙）外运，溶液在贮槽补充碱和水后循环脱硫。 o 吸收塔内吸收SO2的反应为2NaOH+SO2Na2SO3+H2ONa2CO3+SO2Na2SO3+CO2 Na2SO3+SO2+H2O2NaHSO3p 副反应 Na2SO3+1/2O2Na2SO4p 再生反应器内的反应为 Ca(OH)2+Na2SO3+1/2H2O2NaOH+CaSO31/2H2OCa(OH)2+2NaHSO3Na2SO3+CaSO31/2H2O+3/2H2OCaCO3+2NaHSO3Na2SO3+CaSO31/2H2O+1/2H2
48、O+CO2Ca(OH)2+Na2SO4+2H2O2NaOH+CaSO42H2O。 再生并分离出来的NaOH或Na2SO3溶液循环脱硫，滤渣可抛弃也可加工为石膏回收（2 2）钙钙双碱法）钙钙双碱法 塔内用来自循环池的亚硫酸钙（第一钙）浆液脱硫并生成Ca(HSO3)2，脱硫浆液返回循环池，池内加入Ca(OH)2(第二钙)浆液与Ca(HSO3)2反应，再生出亚硫酸钙循环脱硫。脱硫：CaSO31/2H2O+SO2+1/2H2OCa(HSO3)2再生：2Ca(HSO3)2+Ca(OH)2 2CaSO31/2H2O+3/2H2O 2.2.碱式硫酸铝法碱式硫酸铝法 吸收 Al2(SO4)3Al2O3+3SO
49、2Al2(SO4)3Al2(SO3)3氧化 Al2(SO4)3Al2（SO3）3+3/2O22Al2(SO4)3再生 Al2(SO4)3+3CaCO3+6H2OAl2(SO4)3Al2O3+ 3CaSO42H2O+3CO2 48烟气循环流化床脱硫技术烟气循环流化床脱硫技术 o 烟气循环流化床脱硫技术是把固体流态化技术引入到烟气循环流化床脱硫技术是把固体流态化技术引入到烟气脱硫工艺中的一项新技术，在烟气脱硫工艺中的一项新技术，在2020世纪世纪8080年代以后有年代以后有了很大发展。了很大发展。o 烟气循环流化床是采用含湿量为烟气循环流化床是采用含湿量为3%3%5%5%的石灰粉作的石灰粉作为脱硫
50、剂，在流化床中与高速流动的烟气接触完成脱硫。为脱硫剂，在流化床中与高速流动的烟气接触完成脱硫。在流化床尾部除下来的吸收剂经增湿后循环使用。在钙在流化床尾部除下来的吸收剂经增湿后循环使用。在钙硫比为硫比为1.11.11.51.5的情况下，脱硫率可达的情况下，脱硫率可达80%80%90%90%。49烟气循环流化床工艺系统简单，运行可靠，占地面积小，投烟气循环流化床工艺系统简单，运行可靠，占地面积小，投资和运行费用低，无废水排放，是一种较好的干法脱硫工艺。资和运行费用低，无废水排放，是一种较好的干法脱硫工艺。 Ca(OH)2 + SO2 CaSO3 + H2O C a(OH)2 + SO2 +1/2
