時(shí)間:2023-03-06 16:04:31
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前言
隨著2014年對(duì)標(biāo)工作和降本增效工作的實(shí)施和考核,作為一名技術(shù)員深感約成本的重要意義,雖然創(chuàng)效困難程度很大,但是如何能夠大幅度的降低成本,除了管理到位,我堅(jiān)信依靠改變工藝和原材料將是最佳途徑,作為一名老燒結(jié)技術(shù)員,當(dāng)看到除塵灰在運(yùn)輸生產(chǎn)過(guò)程中、下料堵倉(cāng)過(guò)程中產(chǎn)生的諸多不利因素和造成現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的二次污染以及給崗位工造成的巨大勞動(dòng)強(qiáng)度后,我想到了型煤工藝,結(jié)合其他廠家的先進(jìn)設(shè)備,我想將除塵灰、燒結(jié)礦返礦再粉碎后再慘加一些如焦沫、無(wú)煙煤等物質(zhì)后,讓其在一定的型煤設(shè)備上高壓下就能造出直徑30-40毫米左右的球狀體,大家知道除塵灰、返礦在一定程度上是燒熟了的小粒度燒結(jié)礦,若將其做為鋪底料,對(duì)生成的燒結(jié)礦成品質(zhì)量影響不大,但是產(chǎn)量肯定是增加的,所以想采用除塵灰、返礦做鋪底料工藝;另一方面,自從2013年我們龍鋼燒結(jié)廠有了脫硫工藝后,每日就能產(chǎn)出200-300噸的脫硫石膏,而這些脫硫石膏被當(dāng)作垃圾處理給環(huán)保公司,每車還需付裝運(yùn)費(fèi)150元。根據(jù)自己多年的經(jīng)驗(yàn),我知道石膏的成分主要是二水硫酸鈣,而二水硫酸鈣在1400℃下加熱就會(huì)產(chǎn)生出氧化鈣和二氧化硫,在燒結(jié)工藝條件下,大約1250℃石膏就會(huì)分解成氧化鈣和二氧化硫,大家知道:二氧化硫有95%被燃燒釋放變成三氧化硫,隨煙氣排出,剩下的氧化鈣就是我們理想的熔劑生石灰的主要成分。
一個(gè)大膽的設(shè)想用石膏替代生石灰的工藝就在我的腦子里成型,經(jīng)過(guò)自己多次的私下制作的簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)裝備,用我們現(xiàn)用的混勻礦,加入一定的石膏配比,再經(jīng)過(guò)制粒混勻,終于在臺(tái)車上燒制出了堿度為1.97的54.5%的全鐵品位燒結(jié)礦。雖然粒度組成中大于16毫米以上的比例較少僅占56-42%,轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度僅達(dá)到58-75%,今后還需要繼續(xù)探求更高燒結(jié)礦工藝技術(shù)指標(biāo)。
1 理論、實(shí)踐依據(jù)
大家知道:壓球機(jī)主要用于有色和黑色金屬礦粉的制球造塊,使其直接進(jìn)爐冶煉,提高附加值。凡是冶金行業(yè)廢料,輔料需上爐的,都需要用壓球機(jī)來(lái)完成。例如:鄭州威力特機(jī)械設(shè)備有限公司研發(fā)生產(chǎn)的型煤壓球機(jī)、干粉壓球機(jī)、脫硫石膏壓球機(jī)等壓球機(jī)系列產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量可靠、一機(jī)多用。同時(shí)具有成型壓力大、主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)可調(diào)、結(jié)構(gòu)緊湊、便于維修、配有螺旋送料裝置特點(diǎn)。適合大、中、小型企業(yè)建立具有一定生產(chǎn)規(guī)模的生產(chǎn)線。
成功案例:冶金企業(yè)把粉狀物料壓成球團(tuán),回爐冶煉,擴(kuò)大了物料的使用范圍;耐火材料企業(yè)把粉料壓成球團(tuán),煅燒后提高了物料的純度;化肥企業(yè)利用粉煤壓成球團(tuán)制造氣型煤,達(dá)到降耗增收;這些都是各類企業(yè)利用球團(tuán)技術(shù)的范例。樣品球如圖1。
結(jié)論:綜上所述,可見(jiàn)將除塵灰、返礦壓制成20-40mm球狀體是可行的。
2 將脫硫石膏燒制成生石灰的理論研究
2.1 脫硫石膏介紹
脫硫石膏是煙氣脫硫中石灰石粉末與二氧化硫反應(yīng)產(chǎn)生的工業(yè)副產(chǎn)物,主要成分是二水硫酸鈣,其特點(diǎn)是:純度高、成分穩(wěn)定、粒度小、粉狀、游離水約12-17%,顆粒大小、粒徑分布均勻,級(jí)配較差,標(biāo)稠用水量大,含有一定量的碳酸鈣和較多的水溶性鹽,根據(jù)燃燒的煤種和煙氣除塵效果的不同,脫硫石膏從外觀上呈現(xiàn)不同的顏色,一般我們視角看到的都是灰黃色或灰白色,質(zhì)量?jī)?yōu)良的脫硫石膏是純白顏色。但實(shí)際呈現(xiàn)的是灰色、黃色、灰褐色、紅褐色等。
粉狀脫硫石膏在運(yùn)輸和生產(chǎn)中有諸多不便,由于其含水分比較大,運(yùn)輸成本高,其次也是最主要問(wèn)題,濕基脫硫石膏粘結(jié)性強(qiáng),直接生產(chǎn)線上應(yīng)用很容易粘堵輸送裝置、料斗、球磨機(jī),無(wú)法正常生產(chǎn)。若能把濕基脫硫石膏成球、烘干就可以解決以上問(wèn)題。
2.2 將脫硫石膏制成球狀體不成問(wèn)題
2.2.1 脫硫石膏壓球機(jī)簡(jiǎn)介
根據(jù)石膏性能,鞏義市曙光機(jī)械廠已開(kāi)發(fā)出新型高效節(jié)能壓球機(jī),產(chǎn)量在5~30噸/時(shí),脫硫石膏壓球機(jī)能將脫硫石膏粉末一次性壓制成球,產(chǎn)量大、成球率高。該設(shè)備能將脫硫石膏粉末,在不需要添加任何粘合劑情況下一次性壓制成球,且成球率在95%以上,壓出來(lái)的球硬度很強(qiáng),搬運(yùn)裝卸不宜破碎。
2.2.2 脫硫石膏壓球機(jī)工作原理
脫硫石膏壓球機(jī)成型機(jī)的主要機(jī)型是對(duì)輥成型機(jī)(人們常說(shuō)的壓球機(jī)),它有一對(duì)軸線相互平行、直徑相同、彼此間有一定間隙的圓柱形型輪,型輪上有許多形狀和大小相同、排列規(guī)則的半球窩,型輪是成型機(jī)主部件。在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下,兩個(gè)型輪以相同速度、相反方向轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)物料落人兩型輪之間在結(jié)合處開(kāi)始受壓,此時(shí)原料在相應(yīng)兩球窩之間產(chǎn)生體積壓縮;型輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),球窩逐漸閉合,成型壓力逐漸增大當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)到兩個(gè)球窩距離最小時(shí)成型壓力達(dá)到最大。然后型輪轉(zhuǎn)動(dòng)使球窩逐漸分離,成型壓力隨著迅速減小。當(dāng)成型壓力減至零之前,壓制成的脫硫石膏就開(kāi)始膨脹脫離。
2.2.3 脫硫石膏在生產(chǎn)上的應(yīng)用可能性
龍鋼有155m3石灰豎窯5座,如果將脫硫石膏當(dāng)做30-40mm的石灰石放在
155m3石灰豎窯上進(jìn)行煅燒(窯體設(shè)計(jì)上需要增加一套煙氣脫硫設(shè)施、溫度需要提高到石膏分解溫度范圍內(nèi)),這樣一來(lái),用石膏完全可以生產(chǎn)出替代品石膏灰,成分含量理論上應(yīng)差別不大??紤]到脫硫石膏負(fù)成本,那么用石膏灰替代生石灰(300元/噸),其理論效益相當(dāng)可觀。
3 從專家、教授發(fā)表的學(xué)術(shù)論文看石膏加熱分解成生石灰氧化鈣也是可行的
3.1 上海華東理工大學(xué)著名教授高玲、唐黎華等教授聯(lián)名發(fā)表過(guò)論文《不同氣氛下硫酸鈣高溫分解熱力學(xué)分析》,在此文中明顯指出在氧化氣氛下,溫度達(dá)到1700℃,硫酸鈣很難分解,但在石墨弱還原氣氛下、氫氣氣氛下硫酸鈣的起始溫度均低于1000℃。特別是在氫氣氣氛下,硫酸鈣完全分解的最高溫度不超過(guò)1300℃,再加壓條件下44分鐘后就可100%轉(zhuǎn)化分解。
3.2 教授盧平、章靜在論文《脫硫石膏還原分解特性的實(shí)驗(yàn)研究》中提出了850-1050℃硫酸鈣分解的可行性。
3.3 教授韓翔宇、陳浩侃、李保慶聯(lián)名在論文《硫酸鈣氫氣氣氛下的熱重研究》中指出在氫氣氣氛下、加壓條件下1000℃以前,硫酸鈣分解出的產(chǎn)物主要是硫化鈣,1000℃以后,硫酸鈣和硫化鈣之間發(fā)生固相反應(yīng)會(huì)生成氧化鈣。
4 作者的實(shí)驗(yàn)過(guò)程
總結(jié)以上所述,在理論上和實(shí)踐上,前輩們都給我們指明了方向,經(jīng)過(guò)多次努力,做了實(shí)驗(yàn)如下:
4.1 將石膏用一定的簡(jiǎn)易設(shè)備加壓將其壓制成型為20-40毫米的石膏半球-球體(此設(shè)備及工藝已經(jīng)成熟應(yīng)用在河南、山東等地);
4.2 將其放在實(shí)驗(yàn)室的馬弗爐中進(jìn)行燒灰實(shí)驗(yàn),經(jīng)過(guò)多次的溫度控制和加入一定的催化劑氣體,最終在適當(dāng)?shù)臏囟认陆K于燒成了氧化鈣含量為40%的熟石灰(其成分和生石灰的基本一樣)。
4.3 用現(xiàn)場(chǎng)的含鐵混勻礦垛料,加上多次設(shè)置的配比制成燒結(jié)混合樣,在經(jīng)過(guò)人工混勻制粒后,將其200kg放到400m2臺(tái)車上布料、調(diào)溫,經(jīng)過(guò)多次操作終于在臺(tái)車上燒制出了堿度為1.97的全鐵品位為54.5%的燒結(jié)礦(其他成分基本符合要求,除過(guò)硫含量3.0%)。這樣從理論到實(shí)踐上證明了所想的工藝的可行性。興奮之余,作者將想法告訴現(xiàn)任的上級(jí)技術(shù)領(lǐng)導(dǎo):科長(zhǎng)、調(diào)度長(zhǎng)、技術(shù)廠長(zhǎng),希望得到他們的支持和進(jìn)行下一步較大規(guī)模的實(shí)踐,卻被他們以不成熟擱淺了,實(shí)踐到此為止。
4.4 思考
4.4.1 實(shí)驗(yàn)做出的含硫3.0%的燒結(jié)礦成品樣,對(duì)煉鐵生產(chǎn)來(lái)講是不符合生產(chǎn)需要的,在實(shí)驗(yàn)條件下,其燒結(jié)礦中的硫還未能完全分解掉,在化驗(yàn)室中燒成的氧化鈣只有40%這一點(diǎn)可以證明還未燒透,或者還只是半成品硫化鈣,只有當(dāng)氧化鈣含量化驗(yàn)數(shù)據(jù)在80%左右時(shí)才算試驗(yàn)成功。故還需要做進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究;
4.4.2 當(dāng)采用石膏大量替代生石灰后,龍鋼燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)中的二氧化硫含量將不再是1500-2000mg/m3,有可能增加到3000-5000mg/m3,這將會(huì)增加脫硫設(shè)備的負(fù)貨。
5 結(jié)束語(yǔ)
(1)用除塵灰、返礦制作成20-40mm的鋪底料這一工藝,本身就是一大膽創(chuàng)新,完善它并將其應(yīng)用于燒結(jié)工藝中很有現(xiàn)實(shí)意義:增加產(chǎn)量、變粉為塊,增強(qiáng)燒 結(jié)透氣性、降低成本,這一點(diǎn)領(lǐng)導(dǎo)是認(rèn)同的,但需要增加新設(shè)備投資,然而在可行性操作實(shí)驗(yàn)上,分廠領(lǐng)導(dǎo)不支持,使得計(jì)劃只得停留。
(2)用石膏部分代替或全部代替生石灰工藝更是一次革命:因?yàn)槭鄾](méi)成本、粒度滿足混合料要求、且水分適中。而生石灰的市場(chǎng)價(jià)在300元以上。按每月消耗現(xiàn)在665m2燒結(jié)機(jī)產(chǎn)能需要生石灰84000噸計(jì)算,年節(jié)約在3億余元以上;從環(huán)保角度講,變廢為寶,還能減少生石灰的制造、拉運(yùn)方面的人、財(cái)、物的投資消耗,其社會(huì)效益將會(huì)更加巨大;石膏替代生石灰在燒結(jié)工藝中還可減少給配料環(huán)境造成的污染。由于我廠還未能將石膏沫狀變成球狀體、在石灰窯上燒制出石膏灰的現(xiàn)實(shí),加上我廠領(lǐng)導(dǎo)還擔(dān)心混合料的溫度有所下降以及用此新工藝不成熟有風(fēng)險(xiǎn)。雖然我堅(jiān)持解釋到:生石灰理論上能提高料溫10-15℃,實(shí)際上能提高10℃左右 ,就按10℃的熱量我們完全可以用增加焦沫配比1-2%來(lái)徹底解決料溫問(wèn)題,再綜合計(jì)算成本,燒結(jié)礦的成本還可再降50元以上,其效益也是相當(dāng)可觀的;
(3)考慮到此工藝若能夠被推廣或普及到全社會(huì),這將是一次工業(yè)化革命,其意義將不可估量。非常期待看到或得到全社會(huì)各行專家教授關(guān)于此工藝方面的更工業(yè)化的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果,更希望同行們對(duì)分析研究給予批評(píng)指正和提出寶貴意見(jiàn)。
參考文獻(xiàn)
中圖分類號(hào):TH162 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
1引言
我國(guó)自然資源分布的基本特點(diǎn)是富煤、貧油、少氣,決定了煤炭在我國(guó)一次能源中的重要地位短期內(nèi)不會(huì)改變。根據(jù)《中國(guó)能源發(fā)展報(bào)告》提供的數(shù)據(jù),2012年我國(guó)煤炭產(chǎn)量36.6億噸,其中50%以上用于燃煤鍋爐直接燃燒。預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)發(fā)電用煤需求將可能上升到煤炭總產(chǎn)量的80%,每年將消耗約19.6~25.87億噸原煤。SO2、NOx作為最主要的大氣污染物,是導(dǎo)致酸雨破壞環(huán)境的主要因素,近年來(lái)燃煤電廠用于治理排放煙氣中SO2、NOx的建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用不斷增加,因此研究開(kāi)發(fā)高效能、低價(jià)格的煙氣聯(lián)合脫硫脫硝一體化吸收工藝,有著極其重要的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。
2 聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)
2.1 碳質(zhì)材料吸附法
裝有活性炭的吸附塔吸附煙氣中的SO2,并催化氧化為吸附態(tài)硫酸后,與吸附塔中活性炭一同送入分離塔進(jìn)行分離;然后煙氣進(jìn)入二級(jí)再生塔中,在活性炭的催化作用下NOx被還原成N2和水;在分離塔中吸附了硫酸的活性炭在350℃高溫下熱解再生,并釋放出高濃度SO2。最新的活性炭纖維脫硫脫硝技術(shù)將活性炭制成直徑20微米左右的纖維狀,極大地增大了吸附面積,提高了吸附和催化能力,脫硫脫硝率可達(dá)90%左右[1]。
圖1 活性炭吸附法工藝流程圖
2.2 CuO吸收還原法
CuO吸收還原法通常使用負(fù)載型的CuO當(dāng)作吸收劑,普遍使用的是CuO/AL2O3。此法的脫硫脫硝原理是:往煙氣中注入一定量的NH3,將混合在一起的煙氣通過(guò)裝有CuO/AL2O3吸收劑的塔層時(shí),CuO和SO2在氧化性環(huán)境下反應(yīng)生成CuSO4,不過(guò)CuSO4和CuO對(duì)NH3進(jìn)行還原NOx有著極高的催化性。吸收飽和后的吸附劑被送往再生塔再生,將再生的SO2進(jìn)行回收[2]。其吸收還原工藝流程如圖2所示。
圖2 CuO吸附法工藝流程圖
3 同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)
3.1 NOXSO工藝
NOxSO為一種干式、可再生脫除系統(tǒng),能脫除掉高硫煤煙氣中的SO2與NOx。此工藝能被用于75MW及以上的電站及工業(yè)鍋爐高硫煤煙氣的脫硫脫硝。此工藝再生生成符合商業(yè)等級(jí)的單質(zhì)硫,是一種附加值很高產(chǎn)品。對(duì)期望提高SO2與NOx脫除率的電廠及灰渣整體利用的電廠,該工藝有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力[3]。
圖3 工藝流程圖
3.2電子束法
電子束法[4]即是一種將物理和化學(xué)理論綜合在一起的脫硫脫硝技術(shù)。借助高能電子束輻照煙氣,使其產(chǎn)生多種活性基團(tuán)以氧化煙氣中的SO2與NOx,得到與,再注入煙氣中的NH3反應(yīng)得到與。該煙氣脫硫脫硝工藝流程如圖4所示。
圖4 電子束法脫硫脫硝工藝流程圖
3.3 脈沖電暈等離子體法
脈沖電暈等離子體法可于單一的過(guò)程內(nèi)同時(shí)脫除與;高能電子由電暈放電自身形成,不需要使用昂貴的電子槍,也無(wú)需輻射屏蔽,只用對(duì)當(dāng)前的靜電除塵器進(jìn)行稍微改變就能夠做到,且可將脫硫脫硝和飛灰收集功能集于一身。其設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單易懂,成本相比電子束照射法低得多。對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫脫硝一次性治理所消耗的能量比現(xiàn)有脫除任何一種氣體所要消耗的能量都要小得多,而且最終產(chǎn)品可以作肥料,沒(méi)有二次污染。在超窄脈沖反應(yīng)時(shí)間中,電子得到了加速,不過(guò)對(duì)不產(chǎn)生自由基的慣性大的離子無(wú)加速,所以,此方法在節(jié)能方面有著極大的發(fā)展前景,其對(duì)電站鍋爐的安全運(yùn)行不造成影響。所以,其發(fā)展成為當(dāng)前國(guó)際上脫硫脫硝工藝研究的熱點(diǎn)[5]。其工藝流程如圖5 所示:
圖5 脈沖電暈等離子體法脫硫脫硝工藝流程圖
4 煙氣脫硫脫硝一體化實(shí)例應(yīng)用
本案例是根據(jù)石灰石-石膏濕法煙氣脫硫脫硝工藝試驗(yàn),使變成極易為堿液所吸附的。因?yàn)橹楹0l(fā)電廠脫硫系統(tǒng)在脫硝進(jìn)行前己經(jīng)完成,只用增加脫硝裝置就行。而且脫硫脫硝一體化的重點(diǎn)在于的氧化,所以為實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝一體化技術(shù),深入研究分析氧化劑的試驗(yàn)功效并確定初步工藝參數(shù),為以后工業(yè)試驗(yàn)及示范工程提供理論及試驗(yàn)基礎(chǔ),在珠海發(fā)電廠脫硫裝置同時(shí)進(jìn)行了脫硝測(cè)量[6]。
4.1氧化劑的配制
氧化劑配制:在氧化劑配制槽中,注入適量水及濃度在50%的氧化劑,其主要成分是,攪拌均勻后配制濃度分別是39.5%、30%的氧化劑[7]。
4.2 測(cè)量?jī)x器
煙氣分析儀:英國(guó)KANE公司生產(chǎn)的KANE940,性能是對(duì)、、的濃度以及煙氣溫度,環(huán)境溫度,煙道壓力等分析。煙氣連續(xù)分析儀:德國(guó)MRU公司生產(chǎn)的MGA-5,功能是連續(xù)測(cè)量:、、、、溫度、壓力等;并配備專用數(shù)據(jù)采集處理軟件MRU Online View,自定義采集時(shí)間間隔。
4.3 試驗(yàn)裝置以及流程
測(cè)量是在珠海發(fā)電廠脫硫裝置上進(jìn)行的。脫硝裝置安裝在脫硫系統(tǒng)前部的煙道中,將煙氣注入到脫硫塔之前進(jìn)行脫硝試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程和部分現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)裝置如下圖所示[8]:
圖5 脫硫同時(shí)脫硝測(cè)量示意圖
試驗(yàn)中,煙氣由珠海發(fā)電廠總煙道設(shè)置的旁路煙道引出,由擋板門(mén)4控制煙氣流量。氧化劑從氧化劑泵注入管道,由閥門(mén)1和流量計(jì)一起控制氧化劑總流量,之后將氧化劑分成兩個(gè)支路從噴嘴逆流注入到煙道和煙氣中進(jìn)行混合。在2、3處由各自的閥門(mén)開(kāi)關(guān)控制前后兩支路,其中2處為前閥門(mén),控制前支路;3處為后閥門(mén),控制后支路,前后支路都安裝有兩個(gè)噴嘴。煙氣在6處同氧化劑發(fā)生反應(yīng)后,經(jīng)由圖中5、7煙氣測(cè)點(diǎn)煙氣分析儀連續(xù)記錄試驗(yàn)前、后不同時(shí)間煙氣中、、等濃度變化,分析確定最佳試驗(yàn)參數(shù)。之后將煙氣引入脫硫系統(tǒng)[9]。
4.4 測(cè)量結(jié)果分析
在珠海發(fā)電廠脫硫同時(shí)脫硝測(cè)量中[10]:
(1)氧化度同氧化劑注入煙道的方式有關(guān)。逆流是最宜的氧化劑注入方式,所以,工業(yè)試驗(yàn)中脫硝劑最宜采用逆流注入方式。
(2)試驗(yàn)加入氧化劑后,氧化劑脫硝效果效果,可在工作應(yīng)用中深入分析研究;50%氧化劑試驗(yàn)中,氧化度最高可達(dá)60%左右。
(3)試驗(yàn)中,首先,濃度為50%的氧化劑氧化度最高;其次,整體上濃度在39.5%的氧化劑氧化度高于30%濃度氧化劑的氧化度。有條件情況下,以后的具體應(yīng)用中應(yīng)最宜選用濃度為50%的氧化劑。但出于經(jīng)濟(jì)性和試驗(yàn)效果的考慮,工業(yè)應(yīng)用中普遍選用濃度為35%的氧化劑。
5 結(jié)論
燃煤電廠脫硫脫硝技術(shù)為一項(xiàng)涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的綜合性技術(shù),為了減少燃煤排放煙氣中與對(duì)大氣的污染。其一,改進(jìn)燃燒技術(shù)抑制其生成;其二,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)排煙中與的煙氣脫除工藝設(shè)計(jì)。當(dāng)前,煙氣脫硫脫硝技術(shù)是降低煙氣中的與最為有效的方法,尤其是電子束法、脈沖等離子體法等應(yīng)用更是大大地促進(jìn)了煙氣脫除工藝的發(fā)展。雖然相應(yīng)方法有著很多優(yōu)點(diǎn),但還不完善,均還處在推廣階段。所以,研究開(kāi)發(fā)高效能、低價(jià)格的煙氣聯(lián)合脫硫脫硝一體化吸收/催化劑,研發(fā)新的脫硫脫銷裝置及脫硫脫銷工藝是科研人員工作的方向。
參考文獻(xiàn)
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我國(guó)二氧化硫排放總量居世界首位,火電行業(yè)二氧化硫排放量占我國(guó)二氧化硫排放量的50%左右。我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)決定了燃煤生產(chǎn)的二氧化硫仍要增加。論文參考網(wǎng)。隨著環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)提高,石灰石-石膏法、噴霧干燥法、電子束法、循環(huán)流化床煙氣脫硫法等必定會(huì)廣泛應(yīng)用于火電廠的煙氣脫硫中,隨著科技進(jìn)步會(huì)有很多其它脫硫工藝應(yīng)用于工業(yè)實(shí)踐。
1.石灰/石灰石—石膏法脫硫方法的發(fā)展及應(yīng)用原理
1.1 石灰/石灰石—石膏法脫硫方法的發(fā)展
自20世紀(jì)70年代初日本和美國(guó)率先實(shí)施控制SO2排放以來(lái),許多國(guó)家相繼制定了嚴(yán)格的SO2排放標(biāo)準(zhǔn)和中長(zhǎng)期控制戰(zhàn)略,加速了控制SO2排放的步伐。日本是應(yīng)用煙氣脫硫技術(shù)最早的國(guó)家,石灰/石灰石一石膏法煙氣脫硫技術(shù)最早是由英國(guó)皇家化學(xué)工業(yè)公司提出的。迄今為止,國(guó)內(nèi)外火電廠煙氣脫硫技術(shù)主要采用石灰/石灰石—石膏法,此方法最為成熟、最為可靠且應(yīng)用最為廣泛,占世界上投入運(yùn)行的煙氣脫硫系統(tǒng)的85%以上,我國(guó)大型燃煤發(fā)電機(jī)組的脫硫方式以石灰/石灰石—石膏法工藝為主已成為必然的趨勢(shì)。
1.2 石灰/石灰石—石膏法脫硫方法的該方法脫硫的基本原理是用石灰或石灰石漿液吸收煙氣中的SO2,先生成亞硫酸鈣,然后將亞硫酸鈣氧化為硫酸鈣。論文參考網(wǎng)。副產(chǎn)品石膏可拋棄也可以回收利用。
反應(yīng)原理:用石灰石或石灰漿液吸收煙氣中的二氧化硫分為吸收和氧化兩個(gè)工序,先吸收生成亞硫酸鈣,然后再氧化為硫酸鈣,因而分為吸收和氧化兩個(gè)過(guò)程。
(1)吸收過(guò)程在吸收塔內(nèi)進(jìn)行,主要反應(yīng)如下
石灰漿液作吸收劑:Ca(OH)2+SO2一CaSO3·1/2H2O
石灰石漿液吸收劑:Ca(OH)2+1/2SO2一CaSO3·1/2H2O+CO2
CaSO3·1/2H2O+SO2+1/2H2O一Ca(HSO3)2
由于煙道氣中含有氧,還會(huì)發(fā)生如下副反應(yīng)。
2CaSO3·1/2H20+O2+3H2O一2CaSO4·2H20
(2)氧化過(guò)程在氧化塔內(nèi)進(jìn)行,主要反應(yīng)如下。
2CaSO3·1/2H20+O2+3H2O一2CaSO4·2H20
傳統(tǒng)的石灰/石灰石一石膏法的工藝流程是:將配好的石灰漿液用泵送人吸收塔頂部,經(jīng)過(guò)冷卻塔冷卻并除去90%以上的煙塵的含Sq煙氣從塔底進(jìn)人吸收塔,在吸收塔內(nèi)部煙氣與來(lái)自循環(huán)槽的漿液逆向流動(dòng),經(jīng)洗滌凈化后的煙氣經(jīng)過(guò)再加熱裝置通過(guò)煙囪排空。石灰漿液在吸收SO2后,成為含有亞硫酸鈣和亞硫酸氫鈣的棍合液,將此混合液在母液槽中用硫酸調(diào)整pH值至4左右,送人氧化塔,并向塔內(nèi)送人490kPa的壓縮空氣進(jìn)行氧化,生成的石膏經(jīng)稠厚器使其沉積,上層清液返回循環(huán)槽,石膏漿經(jīng)離心機(jī)分離得成品石膏。論文參考網(wǎng)。
2.影響脫硫的主要因素及其主要對(duì)策
脫硫系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中,影響系統(tǒng)脫硫效率的因素很多,如石灰石粉的粒度、漿液的濃度及吸收塔漿液活度/密度、PH值、漿液的流量、進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的煙氣中 SO2的濃度等。這里只探討煙氣中粉塵及漿液濃度等對(duì)脫硫效率的影響及其主要對(duì)策。
2.1 煙塵對(duì)脫硫效率的影響及對(duì)策
(1)煙塵對(duì)脫硫效率的影響主要有:①煙塵對(duì)脫硫設(shè)備的磨損。在實(shí)際運(yùn)行中由于脫硫系統(tǒng)前面的電除塵效果不好,使進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的煙塵含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)起設(shè)計(jì)要求,對(duì)引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)的通流部分嚴(yán)重磨損。②煙塵在脫硫系統(tǒng)煙道內(nèi)存積致使煙氣流速變小。③煙塵對(duì)脫硫系統(tǒng)設(shè)備GGH的灰堵影響,使得吸收塔部分起到了除塵的作用。④對(duì)吸收SO2反應(yīng)的影響。由于煙塵被漿液截留,使得漿液的PH值不好控制,直接影響對(duì) SO2的吸收效果;同時(shí)由于漿液中混有大量的煙塵,使得對(duì)漿液的密度控制也很不準(zhǔn)確。⑤影響石膏品質(zhì)。在進(jìn)行脫硫石膏脫水時(shí),這些煙塵轉(zhuǎn)入到石膏中,從而影響著對(duì)脫硫石膏的有效利用。
(2)治理煙塵的對(duì)策主要有:①加強(qiáng)電除塵設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)或改造電除塵。由于煤種的變化較多,煙塵的比電阻特性變化也較大,因此應(yīng)根據(jù)煙塵的比電阻特性來(lái)調(diào)整除塵電場(chǎng)的工作電壓;同時(shí)加強(qiáng)對(duì)電除塵的設(shè)備的運(yùn)行維護(hù),確保其運(yùn)行參數(shù)能在正常范圍之內(nèi),尤其是真打除灰設(shè)備必須工作正常。③加強(qiáng)對(duì)GGH運(yùn)行管理與沖洗。加強(qiáng)對(duì)GGH運(yùn)行管理,正常情況下吹灰器能全部覆蓋GGH,能有效地起到減少積灰對(duì)GGH運(yùn)行效果的影響;對(duì)GGH的沖洗需要停運(yùn)GGH,由于環(huán)保的要求,可能只有在停機(jī)時(shí)才可進(jìn)行沖洗工作。
2.2循環(huán)漿液濃度對(duì)脫硫效率的影響及其主要對(duì)策
(1)循環(huán)漿液濃度對(duì)脫硫效率的影響主要有:漿液濃度的選擇應(yīng)控制合適,因?yàn)檫^(guò)高的漿液濃度易產(chǎn)生堵塞、磨損和結(jié)垢,但漿液濃度較低時(shí),脫硫率較低且pH值不易控制。
0 引 言
我國(guó)是世界上的燃煤大國(guó),由燃煤產(chǎn)生的二氧化硫(SO2)和酸雨污染已成為我國(guó)大氣污染的主要特征。近年來(lái),我國(guó)政府對(duì)環(huán)境治理非常重視,治理的力度也在不斷加大。一九九八年國(guó)務(wù)院曾以國(guó)函[1998]5號(hào)文批復(fù)了國(guó)家環(huán)保局制定的“酸 雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)劃分方案”,明確提出了對(duì)于新建、擴(kuò)建、改建火電項(xiàng)目,其燃煤含硫量大于1%的必須建設(shè)脫硫設(shè)施,現(xiàn)有電廠燃煤含硫量大于1%的在2010年前必須分期 分批建成脫硫設(shè)施或采取減排二氧化硫措施,環(huán)保正成為優(yōu)先于企業(yè)發(fā)展的前提。
目前,傳統(tǒng)的脫硫方式,脫硫效率低,設(shè)備成本高,運(yùn)營(yíng)費(fèi)用大,節(jié)能減排效果不理想。頂峰熱電公司因地制宜,最終決定利用集團(tuán)公司鹽化工的生產(chǎn)廢電石泥作脫硫劑,以廢治廢來(lái)達(dá)到煙氣脫硫的目的。本文就此作粗淺探討。
1 我廠脫硫工藝流程:
結(jié)合我廠實(shí)際,我廠脫硫工藝采用了爐內(nèi)摻燒脫硫劑(電石泥)固硫,和爐外煙氣FGD濕法脫硫相結(jié)合的二段式脫硫方式。生成副產(chǎn)物未氧化的亞硝酸鈣(CaSO31/2H2O)與自然氧化產(chǎn)物石膏(CaSO42H2O)的混合物直接拋棄。
1.爐內(nèi)脫硫:
過(guò)程:用電石泥作固硫劑,煤泥經(jīng)刮板機(jī)進(jìn)入下倉(cāng),在下倉(cāng)投入電石泥,與煤泥按一定比例混摻,由預(yù)壓螺旋送至攪拌倉(cāng),再次攪拌均勻后由濃料泵送至鍋爐本體內(nèi)進(jìn)行燃燒,達(dá)到固硫的效果。
優(yōu)點(diǎn):爐外脫硫設(shè)施前SO2濃度可以降至500-800mg/m3,電石泥的固硫率在30%左右。
無(wú)需添加任何其他設(shè)備即可進(jìn)行,節(jié)約成本及設(shè)備投入。
爐內(nèi)固硫過(guò)程示意圖
2.爐外脫硫:
過(guò)程:整個(gè)爐外脫硫系統(tǒng)主要由脫硫劑制備系統(tǒng)、吸收循環(huán)系統(tǒng)、副產(chǎn)物處理系統(tǒng)、配電及自動(dòng)控制系統(tǒng)四大部分組成。
電石泥投入化灰池,清水泵開(kāi)啟注入清水,然后進(jìn)入攪拌池,攪拌均勻使之與水充分混合,制備成為電石漿液。加漿泵經(jīng)管道將漿液送至脫硫塔。首先煙氣與漿液直接接觸脫硫,然后4臺(tái)漿液循環(huán)泵分別將電石漿液打入脫硫塔上部的噴淋裝置,電石漿液經(jīng)霧化后再次與煙氣中的SO2反應(yīng),進(jìn)一步除去煙氣中的SO2。脫硫過(guò)程中所產(chǎn)生的未氧化的亞硝酸鈣(CaSO31/2H2O)與自然氧化產(chǎn)物石膏(CaSO42H2O)的混合物經(jīng)排渣系統(tǒng)排至沉灰池。
優(yōu)點(diǎn):整個(gè)脫硫系統(tǒng)位于煙道末端,除塵系統(tǒng)后,其脫硫過(guò)程的反應(yīng)溫度適中;
濕法煙氣脫硫反應(yīng)是氣液反應(yīng),脫硫反應(yīng)速度快,脫硫效率高,鈣利用率高;
系統(tǒng)可利用率高、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)簡(jiǎn)單、運(yùn)行人員少、能確保人員和設(shè)備的安全、能有效地節(jié)約和合理利用能源;
系統(tǒng)位于鍋爐引風(fēng)機(jī)之后,且有旁通煙道,脫硫系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立,運(yùn)行不會(huì)影響主體設(shè)施,且維護(hù)檢修方便;
爐外脫硫過(guò)程示意圖
2 電石泥脫硫機(jī)理
在燃燒過(guò)程中,燃煤中的硫可以分為有機(jī)硫和黃鐵礦硫兩大部分,硫分在加熱時(shí)析出,如果環(huán)境中的氧濃度較高,則大部分被氧化為SO2而很少部分殘存于爐渣中。電石泥的主要成分是Ca(OH)2。
1. 反應(yīng)機(jī)理
Ca(OH)2+ SO2= CaSO3.1/2H2O+1/2H2O
CaSO3 .1/2H2O+3/2H2O+1/2O2=CaSO4+ H2O
影響循環(huán)流化床鍋爐脫硫效率的主要影響因素:(1)Ca、S摩爾比的影響。Ca、S摩爾比被認(rèn)為是影響脫硫效率和SO2排放的首要因素,根據(jù)試驗(yàn)表明,Ca、S摩爾比為1.5~2.5時(shí),脫硫效率最高,而繼續(xù)增加Ca、S摩爾比或脫硫劑量時(shí),脫硫效率增加的較小,而且繼續(xù)增加脫硫劑的投入量會(huì)帶來(lái)其他副作用,如增加物理熱損失,影響燃燒工況等。(2)床溫的影響。床溫的影響主要在于改變了脫硫劑的反應(yīng)速度、固體產(chǎn)物分布。從而影響脫硫效率和脫硫劑的利用率。有關(guān)文獻(xiàn)表明,床溫控制在850~900℃時(shí),能夠達(dá)到較高的脫硫效率。(3)脫硫劑粒度的影響。
2.計(jì)算用量
根據(jù)電石泥脫硫理論,按照給煤含硫量1.6%,Ca、S摩爾比2.5,電石渣中含水、雜質(zhì)比例45%(其中含水40%,雜質(zhì)5%),其余成分Ca(OH )2,07年我廠全年總耗煤約為耗煤量104253噸量計(jì)算,
(Ca的摩爾質(zhì)量40,O的摩爾質(zhì)量16,H的摩爾質(zhì)量1)
進(jìn)行理論計(jì)算
我廠每年產(chǎn)S量:
104253×1.6%=1668.048(噸)
每年需Ca量:
2.5×40×1668.048/32=5212.65(噸)
每年需Ca(OH)2量:
(5212.65/40) ×74=9643.4025(噸)
理論需要消耗電石泥量:
9643.4025/(65%)=14836(噸)
3.脫硫試驗(yàn)
為了驗(yàn)證脫硫效果,對(duì)加電石渣進(jìn)行脫硫加以記錄(一小時(shí)中4次記錄值)
表1為脫硫試驗(yàn)的有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)(本數(shù)據(jù)來(lái)自煙氣在線檢測(cè)系統(tǒng)顯示值)
表1
4.?dāng)?shù)據(jù)分析
按照一定的比例加入電石泥,脫硫效率可以達(dá)到90%,能夠?qū)⒍趸虻呐欧艥舛冉档絿?guó)家環(huán)保要求的480mg/m3以下。
5.存在問(wèn)題
由于煤泥中攪拌添加電石泥,添加比例不好控制,攪拌不均勻,導(dǎo)致煤泥打空,容易出現(xiàn)個(gè)別點(diǎn)排放量超標(biāo)。
6.建議
增加電石泥給料和輸送設(shè)備,確保摻燒比例及摻燒均勻。
3 結(jié) 論
(l) 我廠采用爐內(nèi)摻燒脫硫劑(電石泥)固硫,和爐外煙氣脫硫FGD濕法脫硫相結(jié)合的二段式脫硫方式脫硫取得成功,脫硫效果能夠達(dá)到國(guó)家環(huán)保要求。
(2)按照每年用煤炭10萬(wàn)t計(jì)算,可以消耗近1.4萬(wàn)t電石廢渣。不僅減少了這些廢渣對(duì)環(huán)境的污染,而且為以廢治廢開(kāi)辟了新的途徑。
(3)利用廢電石渣作為脫硫劑,不再采購(gòu)石灰石大大地節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用。
(4)系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單、運(yùn)行人員少、能確保人員和設(shè)備的安全。
4參考文獻(xiàn)
一、 石灰石一石膏法煙氣脫硫(FGD)工藝簡(jiǎn)介
該工藝是將石灰石粉加水制成漿液作為吸收劑,在吸收塔與原煙氣充分接觸混合,煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及從塔下部鼓入的空氣進(jìn)行氧化反應(yīng)生成硫酸鈣,主要反應(yīng)方程1.SO2 + H2O → H2SO3 吸收
2.CaCO3 + H2SO3 → CaSO3 + CO2+ H2O 中和
3.CaSO3 + 1/2 O2 → CaSO4 氧化
4.CaSO3 + 1/2 H2O → CaSO3•1/2H2O 結(jié)晶
5.CaSO4 + 2H2O → CaSO4•2H2O
結(jié)晶硫酸鈣達(dá)到一定飽和度后,結(jié)晶形成石膏.吸收塔石膏排出泵排出石膏漿液經(jīng)濃縮、脫水,使其含水量小于 10%,然后用輸送機(jī)送至石膏貯倉(cāng)堆放。脫硫后的凈煙氣經(jīng)除霧器除去霧滴,由煙囪排入大氣。由于吸收塔內(nèi)吸收劑漿液通過(guò)循環(huán)泵反復(fù)循環(huán)與煙氣接觸,吸收劑利用率很高,鈣硫比 較低,脫硫效率可大于95%.
二、FGD吸收塔溢流危害
吸收塔漿液溢流流入原煙道,漿液中的硫酸鹽和亞硫酸鹽隨溶液滲入防腐內(nèi)襯及其毛細(xì)孔內(nèi),當(dāng)水分蒸發(fā),漿液會(huì)析出硫酸鹽和亞硫酸鹽的結(jié)晶體,體積膨脹,使防腐內(nèi)襯產(chǎn)生應(yīng)力,尤其是帶結(jié)晶水的鹽,在干濕交替條件作用下 ,體積會(huì)膨脹達(dá)幾十倍,產(chǎn)生更大的應(yīng)力,導(dǎo)致內(nèi)襯嚴(yán)重剝離。,煙氣脫硫。若是未防腐的煙道,會(huì)在煙道壁產(chǎn)生垢下腐蝕,大大縮短煙道的使用壽命和檢修周期影響脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行。
溢流到煙道的漿液會(huì)造成煙道嚴(yán)重積灰,會(huì)增大煙道阻力,影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,
若運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)溢流較晚,溢流漿液到達(dá)增壓風(fēng)機(jī)出口,會(huì)對(duì)增壓風(fēng)機(jī)葉片造成嚴(yán)重沖擊,損壞葉片或葉片斷裂,迫使脫硫系統(tǒng)停運(yùn)的嚴(yán)重設(shè)備事故,甚至主機(jī)停運(yùn)的非停事故。
三、 FGD吸收塔溢流原因分析
液位過(guò)高,容易使吸收塔內(nèi)水平衡失控,導(dǎo)致吸收塔的溢流;液位過(guò)低,吸收塔脫硫效率低不能滿足排放要求,且漿液密度偏高,加劇管路磨損.正確監(jiān)視吸收塔的液位,防止虛假液位 (泡沫)的產(chǎn)生,吸收塔液位控制對(duì)吸收塔穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要.
我們采用的是雙變送器單獨(dú)引壓的測(cè)量方式,完全排除熱工測(cè)量回路的影響,還是不能給出一個(gè)讓運(yùn)行人員信服的解釋。于是我們想到用一個(gè)簡(jiǎn)單且直觀的方法來(lái)觀測(cè)吸收塔的實(shí)際液位,那就是利用U型連通器的原理,從液位變送器的沖洗法蘭處引出透明的四氟管到溢流口等高處,四氟管口對(duì)空敞口。,煙氣脫硫。,煙氣脫硫。液位DCS顯示10米,用皮尺實(shí)測(cè)透明管液面高度為10.15米。此時(shí)運(yùn)行人員開(kāi)始向上提升液位,到顯示值為10.9米時(shí),皮尺測(cè)得液位高度為11.2米。此時(shí),溢流管口(溢流管口設(shè)計(jì)高度為13.4米)有黑色泡沫開(kāi)始流出,隨著液位得慢慢升高,泡沫的顏色逐漸由黑轉(zhuǎn)黃,隨后有少量漿液和泡沫混合物流出。,煙氣脫硫。DCS液位顯示11.5米,皮尺測(cè)的液位高度為11.6米,有大量漿液溢流。,煙氣脫硫。穩(wěn)定液位,觀察10分鐘左右,溢流出的全是漿液。開(kāi)始降低液位,在DCS液位顯示為11米時(shí)溢流開(kāi)始減少,直到液位顯示為10.5米左右才沒(méi)有漿液溢出。,煙氣脫硫。
通過(guò)以上觀察,我們查閱大量相關(guān)資料,和運(yùn)行人員一起共同討論,一致認(rèn)為,導(dǎo)致脫硫裝置吸收塔溢流的主要原因是:
1、吸收塔液面存在大量氣泡和泡沫、雜質(zhì)而產(chǎn)生虛假液位;
2、運(yùn)行人員監(jiān)盤(pán)不認(rèn)真,調(diào)整不當(dāng)或不及時(shí);
四、FGD吸收塔溢流應(yīng)對(duì)措施
1) 鍋爐投油時(shí)暫時(shí)停運(yùn)脫硫塔;
2) 降低運(yùn)行液位;
3) 控制槳循泵出力;
4) 控制氧化風(fēng)量
5) 及時(shí)排放脫硫廢水;
6) 及時(shí)補(bǔ)充新鮮漿液,保持漿液質(zhì)量;
7) 控制漿液密度,及時(shí)脫水;
8) 添加消泡劑,如燒堿等;
9) 采用純度高的石灰石制漿;
10) 定期開(kāi)啟煙道底部疏水閥進(jìn)行疏水;
11) 提高工藝水品質(zhì);
一、油品脫硫的意義
原油中的硫化物是對(duì)石油加工過(guò)程及其產(chǎn)品影響最大的非烴組分,限制油品中的硫含量對(duì)人類生存環(huán)境具有重大意義。2013年12月18日,國(guó)標(biāo)委實(shí)施第五階段《車用汽油》標(biāo)準(zhǔn),即“國(guó)五”汽油標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施,也意味著我國(guó)車用汽油將有一個(gè)新的提升。自2014年1月1日起,“國(guó)三”標(biāo)準(zhǔn)將廢止;2018年1月1日起,現(xiàn)行“國(guó)四”標(biāo)準(zhǔn)將廢止,全國(guó)將統(tǒng)一實(shí)行“國(guó)五”標(biāo)準(zhǔn)。2012年5月31日起,北京就已實(shí)行京Ⅴ汽油標(biāo)準(zhǔn),其中規(guī)定硫含量不超過(guò)10ppm。為此生產(chǎn)低硫含量的清潔油品已成為當(dāng)務(wù)之急。
二、非加氫脫硫工藝方法
非加氫脫硫技術(shù),可以使在加氫條件下很難脫除的噻吩類硫化物如苯并噻吩、二苯并噻吩等組分在較溫和的條件下脫除,不需要?dú)錃猓瑥亩档筒僮鞒杀?。從整體上來(lái)說(shuō),油品非加氫脫硫技術(shù)主要有以下幾種。
2.1 吸附技術(shù)
吸附脫硫的基本原理是使用吸附性能較好且可再生的固體吸附劑,通過(guò)吸附作用對(duì)油品中的含硫化合物進(jìn)行選擇性吸附,從而降低油品中的硫含量。迄今為止,國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的典型吸附脫硫工藝技術(shù)有:IR-VAD工藝[1],S-Zorb[2]工藝。
IR-VAD技術(shù)采用多級(jí)吸附方式,用氧化鋁基選擇性固體吸附劑處理液態(tài)烴。在吸附過(guò)程中,吸附劑在移動(dòng)床中逆流與液體烴接觸,吸附劑可循環(huán)使用。該技術(shù)能有效的脫除液體烴中的雜原子,特別是硫、氧、氮的化合物,脫硫率在90%以上。
Phillips石油公司的S-Zorb脫硫吸附劑將鋅和其他金屬載于一種專利技術(shù)制備的載體上。載體組分主要是氧化鋅、二氧化硅、氧化鋁,金屬組分可為Co和Ni或者Ni和Cu。采用該技術(shù)可以將汽油中的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)從800mg/L降至25mg/L以下,而抗爆指數(shù)損失
2.2 萃取技術(shù)
萃取脫硫是根據(jù)有機(jī)硫和烴類化合物在某一溶劑中的溶解度不同的原理進(jìn)行脫硫的。萃取脫硫可在低溫低壓,甚至常溫常壓下進(jìn)行,但是溶劑的選擇必須滿足有機(jī)硫在溶劑中有很大的溶解度,有機(jī)硫和溶劑的沸點(diǎn)不同,確保經(jīng)濟(jì)上的可行性。
福建煉油化工公司[3]將萃取和堿洗兩種方法結(jié)合起來(lái),采用甲醇-堿洗復(fù)合溶劑萃取法,不僅達(dá)到了脫硫的目的,同時(shí)還能顯著的提高催化裂化柴油的儲(chǔ)存安定性,萃取溶劑經(jīng)蒸餾回收甲醇后可以循環(huán)利用。
2.3 膜分離技術(shù)
Grace Dacison和Sulzert[4]膜分離系統(tǒng)公司正在合作開(kāi)發(fā)一種能生產(chǎn)超低硫汽油的技術(shù),效益很好。這種被稱為S-brahe的新工藝采用膜分離技術(shù)將FCC產(chǎn)品中的硫濃縮在一小段餾分中。這一技術(shù)的目標(biāo)是用于處理低到中等沸程的汽油。這種簡(jiǎn)單的膜分離系統(tǒng)是將進(jìn)料的汽油餾分分割成兩段產(chǎn)品,四分之三體積流量的餾分的硫含量低于30μg/g,另一股較小的流量則集中了絕大部分硫化物,需要作進(jìn)一步處理。
2.4 絡(luò)合技術(shù)
油品中含硫化合物的脫除可以通過(guò)選擇合適的絡(luò)合劑與其形成配合物,再通過(guò)過(guò)濾或選擇合適的助溶劑及稀釋劑萃取出含硫化合物[5]。經(jīng)常使用的絡(luò)合劑有水楊酸、有機(jī)磷酸和EDTA等。該法尤其適合于柴油的精制脫硫,能提高脫硫率,較其它方法大大簡(jiǎn)化。
楊洪云[6]等開(kāi)發(fā)出溶劑絡(luò)合萃取脫硫工藝,脫除柴油中的含硫化合物,脫硫率可達(dá)67.2%,柴油回收率達(dá)96%。該技術(shù)適合沒(méi)有加氫能力的中小企業(yè)的直餾柴油脫硫,但真正工業(yè)化還需要進(jìn)行一定的實(shí)驗(yàn)工作。
2.5 烷基化技術(shù)
英國(guó)BP公司[7]開(kāi)發(fā)出用于汽油噻吩類含硫化合物脫除的OATS技術(shù)。該技術(shù)利用酸性催化劑(多為固體酸催化劑)使汽油中的噻吩類含硫化合物與汽油中的烯烴進(jìn)行烷基化反應(yīng),然后利用蒸餾的方法除去生成的高沸點(diǎn)含硫化合物,從而脫除汽油中的硫。烷基化脫硫技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化,必須解決好以下問(wèn)題:催化劑的酸性適中,能夠有效地控制副反應(yīng)的發(fā)生,提高噻吩類烷基化的選擇性;固體酸催化劑應(yīng)具有較好的活性、穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度,避免活性組分的流失。
2.6 氧化脫硫
氧化脫硫技術(shù)在常溫常壓下進(jìn)行,不耗費(fèi)氫氣,設(shè)備投資較少,對(duì)催化加氫難以脫除的二苯并噻吩類化合物有較高的脫硫效率,能達(dá)到超深度脫硫的要求,是一項(xiàng)很有前途的脫硫技術(shù),目前研究最多的主要是H2O2氧化法。
Petro star公司[8],自1996年開(kāi)始研究柴油氧化/萃取脫硫工藝,已開(kāi)發(fā)成功一種低費(fèi)用的選擇性氧化脫硫法(CED技術(shù))。實(shí)驗(yàn)室小試可將柴油含硫量從4200μg/g降至100μg/g,而對(duì)燃料的其他性質(zhì)沒(méi)有影響。該法采用過(guò)醋酸和過(guò)硫酸為氧化劑,將噻吩類含硫化合物選擇性氧化成砜,液-液萃取除去,使用的DMSO萃取劑價(jià)格低廉,經(jīng)蒸餾回收,最后經(jīng)固體吸附劑吸附脫硫。據(jù)估計(jì),此法工業(yè)規(guī)模裝置的操作費(fèi)用為15.82美元/m3,而傳統(tǒng)加氫方法高達(dá)22.15 -34.81美元/m3。該法適合中小型煉廠單獨(dú)使用或作為大型煉廠加氫裝置的補(bǔ)充。
三、結(jié)論
油品非加氫脫硫技術(shù)因具有裝置投資少,操作簡(jiǎn)單,對(duì)油品性質(zhì)影響小等優(yōu)點(diǎn),受到廣泛關(guān)注,是一類具有發(fā)展前景的脫硫工藝。其中,氧化脫硫能夠順利脫
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除傳統(tǒng)HDS技術(shù)難以脫除的烷基取代二苯并噻吩類含硫化合物,減少?gòu)S環(huán)境污染,被稱為面向21世紀(jì)的綠色脫硫工藝,已成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。
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一、 概述
由于天然氣礦場(chǎng)集輸系統(tǒng)是天然氣集輸配系統(tǒng)的子系統(tǒng),是整個(gè)系統(tǒng)的源頭部分。所以這篇論文在全面總結(jié)現(xiàn)有天然氣礦場(chǎng)集輸及處理生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,扼要介紹了目前天然氣礦場(chǎng)集輸管網(wǎng)以及礦場(chǎng)集輸工藝流程,著重介紹了天然氣集輸與處理的主要內(nèi)容之一即天然氣凈化,并對(duì)生產(chǎn)過(guò)程所使用凈化技術(shù)的原理、工藝流程及應(yīng)用做了比較全面的敘述。希望通過(guò)此論文的總結(jié)能使即將從事天然氣工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域的我們比較系統(tǒng)的了解一些天然氣工業(yè)方面的常用工藝技術(shù)。
二、 天然氣集輸與處理
1 天然氣礦場(chǎng)集輸
天然氣的集輸包括采集和輸送兩部分,這兒主要介紹氣田內(nèi)部集輸管網(wǎng)和集輸工藝流程。集輸工藝技術(shù)水平的高低,對(duì)降低天然氣生產(chǎn)成本、提高安全、平穩(wěn)供氣的可靠性及保護(hù)環(huán)境都有直接的影響。因此,它在天然氣工藝中的作用十分重要。
2 集輸工藝流程
在井場(chǎng)里,最主要的裝置是采氣樹(shù),它是由閘閥、四通(或三通)等部件構(gòu)成的一套管匯。在采氣樹(shù)節(jié)流閥之后,接有控制和測(cè)量流量及壓力、溫度的儀表,以及用來(lái)處理氣體中的凝液和機(jī)械雜質(zhì)的設(shè)備,構(gòu)成了一套井場(chǎng)流程。在這種流程中,所有用來(lái)調(diào)節(jié)氣井工作、分離氣體中雜質(zhì)、計(jì)量氣量和凝析油量、防止水合物形成等的設(shè)備和儀表,都直接布置和安裝在距井口不遠(yuǎn)的地方。
天然氣自井中采出經(jīng)針型閥節(jié)流降壓、水套加熱爐加熱,再經(jīng)二級(jí)節(jié)流降壓后進(jìn)入分離器,在分離器中分離游離水、凝析油和機(jī)械雜質(zhì),氣體通過(guò)計(jì)量后進(jìn)入集氣干線。從分離器分離出的液體經(jīng)計(jì)量、油水分離后,水可回注入地層,液烴輸至煉油廠處理。
這種井場(chǎng)單井常溫分離工藝流程一般適用于氣田建設(shè)初期氣井少、分散、壓力不高、用戶近、供氣量小、不含硫(或甚微)的單井氣處理。其缺點(diǎn)是井口須有人值守,造成定員多,管理分散,污水不便于集中處理等困難。但對(duì)井間距離遠(yuǎn)、采氣管線長(zhǎng)的邊遠(yuǎn)井,這種集氣方式仍然是適宜的。
(2) 常溫分離的集氣站流程
對(duì)于凝析油含量不多的天然氣,只須在礦場(chǎng)集氣站內(nèi)進(jìn)行節(jié)流調(diào)壓和分離計(jì)量等操作就可以了。在這種情況下,可以采用常溫分離的集氣站流程,以實(shí)現(xiàn)各氣井來(lái)的天然氣的節(jié)流調(diào)壓和分離計(jì)量等操作。下面介紹常用的集中常溫分離流程。
對(duì)于氣體基本上不含固體雜質(zhì)和游離水(或者是在井場(chǎng)已對(duì)氣體進(jìn)行初步處理)的情況下,可采用二級(jí)節(jié)流、一級(jí)加熱、一級(jí)分離的流程。任何一口井的天然氣到集氣站,首先經(jīng)過(guò)一級(jí)節(jié)流,把壓力調(diào)到一定的壓力值(以不形成水合物為準(zhǔn)),再經(jīng)過(guò)換熱器加熱天然氣使其溫度提高到預(yù)定的溫度,然后進(jìn)行二級(jí)節(jié)流,把壓力調(diào)到規(guī)定的壓力值。盡管天然氣中飽和著水汽,但由于經(jīng)過(guò)換熱器的加熱提高了天然氣的溫度,所以節(jié)流后不會(huì)形成水合物而影響生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)節(jié)流降壓后的天然氣,再通過(guò)分離器,將天然氣中所含的固體顆粒、水滴和少量的凝析油脫除后,經(jīng)孔板流量計(jì)測(cè)得其流量,通過(guò)匯管送入輸氣管線。而從分離器下部將液體(水和凝析油)引入計(jì)量罐,分別量得水和凝析油數(shù)量后,再將水和凝析油分別送至水池和油罐。
對(duì)于氣體中含有固體雜質(zhì)和游離水較多的情況,可采用二級(jí)節(jié)流、一級(jí)加熱、二級(jí)分離的流程。從氣井來(lái)的天然氣經(jīng)一級(jí)節(jié)流降壓后進(jìn)入一級(jí)分離器,將氣體中含有的游離水和固體雜質(zhì)分離掉,以免堵塞換熱器和增加熱負(fù)荷。氣體經(jīng)換熱器把溫度提高到預(yù)定的值后,再進(jìn)行二級(jí)節(jié)流,降到規(guī)定的壓力值,然后進(jìn)入二級(jí)分離器,將天然氣中含有的凝析液和機(jī)械雜質(zhì)等分離掉。最后,氣體經(jīng)過(guò)流量計(jì)到匯管集中,再輸入輸氣干線。從分離器下部分出的液體(水和凝析油)引入計(jì)量罐,分別測(cè)得其數(shù)量后,再將水和凝析液引至水池和油罐。
3. 天然氣凈化
進(jìn)入長(zhǎng)輸管道的商品天然氣必須達(dá)到以下3個(gè)方面的要求:
(1)經(jīng)濟(jì)效益的要求。天然氣作為商品的經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在燃燒過(guò)程中的發(fā)熱量(熱值)。顯然,其中存在過(guò)多的二氧化碳或氮?dú)饩筒荒軡M足發(fā)熱量的要求。盡管世界各國(guó)的氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)天然氣發(fā)熱量的規(guī)定有所不同,但均作出明確的要求,否則就不能作為商品供應(yīng)。
(2)環(huán)境保護(hù)的要求。商品天然氣中所有的含硫組分在燃燒中將轉(zhuǎn)化為二氧化硫而排入大氣,是導(dǎo)致酸雨的主要污染源之一,因而必須按氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)加以脫除。
可見(jiàn),為使粗天然氣能經(jīng)濟(jì)而有效地輸送與利用,必須根據(jù)有關(guān)氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定脫除其中若干雜質(zhì)組分,此工藝過(guò)程即稱為天然氣凈化。
一般認(rèn)為,天然氣凈化工藝包括天然氣脫硫脫碳、脫水、硫磺回收及尾氣處理4類工藝。天然氣脫硫脫碳及脫水是為了達(dá)到商品天然氣的質(zhì)量指標(biāo);硫磺回收及尾氣處理則是為了綜合利用和滿足環(huán)保要求。國(guó)外也常將天然氣凈化稱為天然氣處理,有時(shí)還稱為天然氣調(diào)質(zhì)。
參考文獻(xiàn)
[1] 蘇建華,許可方,宋德琦.天然氣礦場(chǎng)集輸與處理[M].石油工業(yè)出版社,2004:8-18.
中圖分類號(hào):TU723.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
隨著當(dāng)前工業(yè)化的快速發(fā)展,大氣環(huán)境受到了比較嚴(yán)重的污染,比如二氧化硫和氮氧化物已經(jīng)成為主要污染物。而煙氣脫硫與其他脫硫方法有所不同,具有大規(guī)模商業(yè)化的性質(zhì),是控制酸雨和二氧化硫污染比較重要的技術(shù)手段措施。隨著社會(huì)技術(shù)的進(jìn)步,煙氣脫硫脫硝技術(shù)也不斷更新發(fā)展。但是在以煤炭為主要原料的企業(yè)中,在很大程度上就會(huì)增加額外的成本,很容易使企業(yè)背負(fù)比較沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此,要不斷引進(jìn)先進(jìn)技術(shù),積累經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),不斷降低企業(yè)的投資成本,保證脫硫脫硝一體化技術(shù)良性運(yùn)行。
一、傳統(tǒng)的脫硫脫硝一體化技術(shù)
就目前而言,使用比較普遍的延期脫硫除塵技術(shù)主要包括以下幾種技術(shù):石灰石——濕法,這種方法具有不少的優(yōu)點(diǎn),原料價(jià)格比較便宜,脫硫率比較高,占有的市場(chǎng)份額比較高,但是投資成本比較高,很容易形成二次污染,需要得到比較好的維護(hù);旋轉(zhuǎn)噴霧半干法,與第一種方法相比,投資成本較低,最終的產(chǎn)物為煙硫酸鈣;爐內(nèi)噴鈣增濕活化法,脫硫率比較高,相應(yīng)的投資成本比較低,產(chǎn)物也是亞硫酸鈣,但是很容易產(chǎn)生爐內(nèi)的結(jié)渣;海水煙氣脫硫法,施工工藝比較簡(jiǎn)單,脫硫率很高,整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中安全可靠,同時(shí)投資成本比較低,但是海水煙氣脫硫技術(shù)需要設(shè)置在海邊,而且海水溫度比較低,溶解氧的程度較高。氨法煙氣脫硫法,主要以合成氨為原料,需要建立在化肥廠附近,產(chǎn)物主要包括氨硫等;簡(jiǎn)易濕式脫硝除塵一體化技術(shù),脫硫脫硝率比較低,但是投資造價(jià)比較低,脫硫的主要原料為燒堿或者廢堿等,需要建立在有廢堿液排放工廠附近,在進(jìn)行有效中和后,然后把產(chǎn)生的廢水輸送到污水處理廠。
二、原理分析
在進(jìn)行脫硫脫硝過(guò)程中,主要考慮到原料、產(chǎn)物以及鈣硫比等。首先,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的快速發(fā)展,大量的新興產(chǎn)業(yè)不斷崛起,許多舊的產(chǎn)業(yè)也不斷退出市場(chǎng)。在煙氣脫硫項(xiàng)目在建設(shè)過(guò)程中,需要投入比較大的投資,如果其中的工藝和原料過(guò)度依賴于化肥廠等,就會(huì)受到很大的限制,很有可能不能保證正常運(yùn)轉(zhuǎn),很難取得比較良好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中,石灰石和石灰作為中和劑的煙氣脫硫技術(shù)得到了最為廣泛的認(rèn)同和應(yīng)用,但是石灰石——石膏煙氣脫硫技術(shù)需要將石灰石粉磨至200到300目,因此還需要建立一座粉磨站,這樣不僅會(huì)增加企業(yè)的項(xiàng)目投資造價(jià)的成本,還會(huì)導(dǎo)致噪聲粉塵污染,另外,脫硫的產(chǎn)物和反應(yīng)物混在一起,在一定程度上提高了鈣硫比,同時(shí)在也增加了其中運(yùn)行的費(fèi)用。如果采用煙氣脫硫脫硝除塵一體技術(shù),就可以在同一個(gè)裝置內(nèi)完成,這樣就可以利用簡(jiǎn)單的設(shè)備,降低投資成本和運(yùn)行費(fèi)用,大大增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,還可以保護(hù)環(huán)境,防止污染。
其次,采用濕法脫硫,脫硫率比較高,主要產(chǎn)物包括硫酸鈣和亞硫酸鈣的混合物,這種中和產(chǎn)物二次利用可能性比較低,但要做好回收和維護(hù)工作,一旦中和產(chǎn)物的亞硫酸鈣流到河湖中,具有比較強(qiáng)的還原性,在很大程度上會(huì)損耗掉水中的氧氣,導(dǎo)致水中生物大量死亡。另一方面,由于這種物質(zhì)溶解速度比較慢,會(huì)長(zhǎng)時(shí)間的存留在水中,就會(huì)嚴(yán)重破壞整個(gè)水體環(huán)境,產(chǎn)生極為惡劣的影響。因此,在排放中和產(chǎn)物中,要清除其中有害雜質(zhì)。
最后,鈣硫比例的控制同樣不能忽視,當(dāng)硫鈣比接近1的時(shí)候,才有可能保證最大限度的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。就目前而言,濕法脫硫的方法很容易把剩余的反應(yīng)物與脫硫的產(chǎn)物無(wú)法有效分離,這樣很難實(shí)現(xiàn)理想中的鈣硫比。因此,把反應(yīng)物以顆粒狀態(tài)存在就會(huì)有效解決這個(gè)問(wèn)題,整個(gè)投資的資金和成本也會(huì)相應(yīng)減少,提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效益。
因此,在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中,比較理想的煙氣脫硫技術(shù)應(yīng)該保證脫硫率在90%以上,其中中和劑為石灰石,鈣硫比要達(dá)到或者接近1,最終的產(chǎn)物中不能含有亞硫酸鈣等雜志,才能真正降低成本,防止二次污染,實(shí)現(xiàn)全線的自動(dòng)控制,要盡量減少對(duì)周邊企業(yè)的依賴性,有效利用煙氣余熱。這是一種比較理想的煙氣脫硫技術(shù)模式,卻很難真正實(shí)現(xiàn),主要原因主要包括以下幾個(gè)方面:在脫硫過(guò)程中,石灰石顆粒在脫硫過(guò)程中會(huì)迅速溶解,但PH必須小于4,與此同時(shí),CaCO3的溶解物在PH小于4的情況下,對(duì)二氧化硫就會(huì)喪失吸收能力。在二氧化硫溶于水后,就會(huì)生成亞硫酸和硫酸,與石灰石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后,就會(huì)生成亞硫酸鈣和硫酸鈣,同時(shí)會(huì)依附于石灰石顆粒的表面,堆積就會(huì)越來(lái)越多,在很大程度上阻礙反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行下去。另外,硫酸鈣和亞硫酸鈣都屬于吸收產(chǎn)物,其中硫酸鈣析出同時(shí)不產(chǎn)生亞硫酸鈣是比較有難的。以上問(wèn)題能否有效的解決,成為煙氣脫硫技術(shù)工藝能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)以及保證整個(gè)項(xiàng)目裝置有效安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。
三、煙氣脫硫脫硝除塵技術(shù)分析
煙氣脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)就是通過(guò)煙水混合器,有效利用二次噴射的原理把產(chǎn)生的煙吸收到水中,然后在溶解器把煙和水進(jìn)行均勻的混合溶解,使煙氣中的顆粒在水的作用下,進(jìn)行沉淀,同時(shí)把有害氣體溶解在水中,有效清除二氧化硫、氮氧化物以及粉塵等有害物質(zhì),這種技術(shù)除塵效率、脫硫率和脫硝率都比較高,比較適用于燃煤、燃?xì)狻⑷加偷裙I(yè)窯爐的凈化工程,具有成本較低、性能較高以及壽命比較長(zhǎng)的特點(diǎn)。
總的來(lái)說(shuō),整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用的設(shè)備比較少。主要包括煙水混合器、均勻溶解器、水泵以及水池;另一方面,適用于多種工藝流程:廢物丟棄、石膏回收以及化肥回收等。
在進(jìn)行煙氣脫硫脫硝除塵過(guò)程中,要采取一定的防腐措施,做好溶液的配置工作。溶液配置要呈堿性,要把溶液均勻的加入水池的循環(huán)液中,保證PH值在8到9之間,就可以使堿溶液中的堿和煙氣的二氧化硫等酸性氧化物,在經(jīng)過(guò)充分的化學(xué)反應(yīng)后形成鹽。因此,溶液要保持一定的弱堿性,降低腐蝕性。要采用耐堿和耐酸的材料,主要包括不銹鋼、陶瓷以及耐火材料。另外,還要對(duì)溶液中的PH值進(jìn)行隨時(shí)的監(jiān)控和監(jiān)測(cè),保證萬(wàn)無(wú)一失。
在設(shè)置廢物排出系統(tǒng)過(guò)程中,沉淀池要進(jìn)行圓形的設(shè)計(jì),把底部設(shè)置成漏斗形狀,同時(shí)還要安裝沉淀物收集器,保證濃度比較大的漿液集中在漏斗內(nèi),然后用泥漿泵將漿液抽出,對(duì)于產(chǎn)生的廢水澄清后,可以進(jìn)行循環(huán)利用。其中丟棄物可以應(yīng)用在建筑材料中,石膏主要用于工業(yè)。
在使用脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)后,除塵率可以達(dá)到100%,脫硫率在97%以上,脫硝率在90%以上,同時(shí)把二氧化硫轉(zhuǎn)化為石膏。
石膏法的工藝流程圖
與此同時(shí),要做好脫硝工作,就是采取有效措施對(duì)氮氧化物,主要要一氧化氮和二氧化氮。其中一氧化氮屬于惰性氧化物,雖然溶于水,但不能生成含氮的含氧酸,在常溫條件下可以與氧發(fā)生反應(yīng),生成二氧化氮。二氧化氮是一種強(qiáng)氧化劑,可以把二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫,二氧化氮在溶于水后,生成硝酸和亞硝酸。
脫硝的方法主要包括干法和濕法,在通常條件下,干法脫硝率在80%左右,同時(shí)成本比較高。因此,可以采用濕法脫硝。由于一氧化氮和二氧化氮都溶于水,可以采用還原的方法還原氮?dú)?,還原劑為亞硫酸銨。如果氮氧化物不能夠全部被還原,剩余的部分就可以變成亞硝酸銨和硫酸銨被分解出來(lái)做成化肥。
就目前而言,脫硫脫硝一體化技術(shù)工藝已經(jīng)成為控制煙氣污染的重點(diǎn)和熱點(diǎn),雖然有的企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始使用,但是較高的成本限制了大規(guī)模的使用,因此,要不斷開(kāi)發(fā)新技術(shù)和新工藝,不斷降低投資成本和運(yùn)行費(fèi),不斷提高脫硫脫硝的效率。
四、結(jié)論
綜上所述,煙氣脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)在清理二氧化硫以及氮氧化物,治理空氣污染方面發(fā)揮了重要的作用,具有高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)以及環(huán)保的特點(diǎn),能夠有效促進(jìn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
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1前言
我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó),煤炭在中國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的比例高達(dá)75%以上。我國(guó)的電力結(jié)構(gòu)中,火電機(jī)組裝機(jī)容量約占全國(guó)總裝機(jī)容量的75%,發(fā)電量約占全國(guó)總發(fā)電量的80%。我國(guó)排放的SO2總量中有90%來(lái)自于燃煤,電力行業(yè)排放的SO2約占全國(guó)的50%以上。SO2的排放可以導(dǎo)致酸雨,酸雨不僅可導(dǎo)致森林退化,湖泊酸化,水生生物種群減少,農(nóng)田土壤酸化,建筑物腐蝕等環(huán)境問(wèn)題,同時(shí)也對(duì)人體健康產(chǎn)生直接影響[1]。
目前控制燃煤電廠SO2排放的途徑主要有燃燒前脫硫、燃燒中脫硫、燃燒后脫硫3種方式。我國(guó)發(fā)電廠用煤多為低硫煤,在發(fā)電站爐膛內(nèi),煤粉中的可燃硫分在空氣的作用下迅速轉(zhuǎn)化成SO2,由于爐膛內(nèi)溫度高,不利于脫硫,因此燃燒后脫硫即煙氣脫硫(FGD)是目前控制SO2排放最行之有效的途徑,也是國(guó)際上普遍采用的一種方式[2]。
2燃煤電廠煙氣脫硫技術(shù)
煙氣脫硫的主要方法有干法煙氣脫硫、半干法煙氣脫硫和濕法煙氣脫硫,基本原理是都化學(xué)反應(yīng)中的酸、堿中和反應(yīng)。煙氣中的SO2是酸性物質(zhì),通過(guò)與堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),生成亞硫酸鹽或者硫酸鹽,從而將煙氣中的SO2脫除[3]。SO2與堿性物質(zhì)間的反應(yīng)在堿性溶液中發(fā)生稱為濕法煙氣脫硫,在固體堿性物質(zhì)的濕潤(rùn)表面發(fā)生稱為干法或半干法煙氣脫硫[4]。
2.1濕法脫硫技術(shù)
世界各國(guó)的濕法煙氣脫硫工藝流程、形式和機(jī)理大同小異,主要是以堿性溶液為脫硫劑吸收煙氣中的SO2,濕法煙氣脫硫是指吸收劑為液體或漿液。由于是氣液反應(yīng),所以反應(yīng)速度快,效率高,脫硫劑利用率高 [5]。
2.1.1石灰石/石灰-石膏法煙氣脫硫技術(shù)
石灰石/石灰-石膏法是技術(shù)最成熟、應(yīng)用最多、運(yùn)行狀況最穩(wěn)定的方法,世界各國(guó)在300 MW及以上機(jī)組的大型火電廠中,90%以上采用濕式石灰石/石灰-石膏法煙氣脫硫工藝,對(duì)高硫煤,脫硫率可在90%以上,對(duì)低硫煤,脫硫率可在95%以上[6]。
石灰石/石灰-石膏法主要工藝流程為:煙氣經(jīng)除塵器除去粉塵后進(jìn)入吸收塔,從塔底向上流動(dòng),石灰石或石灰漿液從塔頂向下噴淋,煙氣中的SO2與吸收劑充分接觸反應(yīng),生成亞硫酸鈣和硫酸鈣沉淀物,落人沉淀池。潔凈煙氣通過(guò)換熱器加熱后經(jīng)煙囪排向大氣。主要的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理為:
石灰法:
石灰石法:
這種半水亞硫酸鈣含水率40%-50%,不易脫水,且難溶于水,容易引起結(jié)垢。我國(guó)大多采用強(qiáng)制氧化,即向吸收塔下部循環(huán)氧化槽中鼓入空氣,使亞硫酸鈣充分氧化生成石膏,氧化率高達(dá)99%。這樣脫硫副產(chǎn)品是石膏,可以回收利用。
石灰石/石灰-石膏法的主要優(yōu)點(diǎn)是:
(1)煤種適用范圍廣;
(2)脫硫效率高,吸收劑利用率高;
(3)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率高,運(yùn)行可靠;
(4)脫硫劑來(lái)源豐富且廉價(jià)。
但是缺點(diǎn)也比較明顯:
(1)一次性投資和運(yùn)行費(fèi)用高;
(2)占地面積較大,系統(tǒng)操作復(fù)雜;
(3)磨損腐蝕現(xiàn)象較為嚴(yán)重;
(4)副產(chǎn)物石膏和脫硫廢水較難處理[7]。
2.1.2氨法煙氣脫硫技術(shù)
氨是一種良好的堿性吸收劑,其堿性強(qiáng)于石灰石吸收劑,相比鈣法脫硫,氨法是氣液反應(yīng)過(guò)程,反應(yīng)速度快,SO2的吸收率高,有很高的硫效率,同時(shí)相對(duì)于鈣法系統(tǒng)簡(jiǎn)單、設(shè)備體積小、能耗小,成本低[8]。
氨法脫硫的原理是采用氨水作為脫硫吸收劑,氨水與煙氣在吸收塔中接觸混合,煙氣中的SO2與氨水反應(yīng)生成亞硫酸銨,亞硫酸銨經(jīng)過(guò)氧化反應(yīng)后,生成硫酸銨溶液,經(jīng)結(jié)晶、脫水、干燥后即可制得化學(xué)肥料硫酸銨。
氨法脫硫工藝的主要技術(shù)特點(diǎn):
(1)副產(chǎn)品硫酸銨易于處理;
(2)氨水與SO2的反應(yīng)速度快,系統(tǒng)簡(jiǎn)單,投資費(fèi)用較低;
(3)不存在結(jié)垢和堵塞現(xiàn)象;
(4)無(wú)廢水、廢渣排放。
2.1.3海水煙氣脫硫技術(shù)
燃煤電廠煙氣濕法脫硫常用的技術(shù)還有海水脫硫法。海水有一定的堿度和水化學(xué)特性,自然堿度大約為1.2~2.5mmol/L,具有天然的酸堿緩沖能力及吸收SO2的能力。海水脫硫工藝就是利用海水的這種特性來(lái)脫除煙氣中的SO2。因此該方法可用于燃煤含硫量不高并以海水作為循環(huán)冷卻水的海濱電廠[9]。
海水脫硫法的原理是用海水作為脫硫劑,在吸收塔內(nèi)對(duì)煙氣進(jìn)行逆向噴淋洗滌,煙氣中的SO2被海水吸收成為液態(tài)SO2。液態(tài)的SO2在洗滌液中發(fā)生水解和氧化作用,洗滌液被引入曝氣池,采用提高pH值抑制SO2。
海水脫硫技術(shù)的主要特點(diǎn):
(1)工藝簡(jiǎn)單,無(wú)需制備脫硫劑,系統(tǒng)可用率高;
(2)脫硫效率高,可達(dá)90%以上;
(3)投資低,運(yùn)行費(fèi)用低;
(4)有一定的地域限制,且只能適用于含硫量小的中、低硫煤;
(5)不產(chǎn)生任何廢物,工藝簡(jiǎn)單、系統(tǒng)運(yùn)行可靠。
2.2干法脫硫技術(shù)
干法脫硫是指脫硫過(guò)程中脫硫劑、脫硫產(chǎn)物為干態(tài)。常見(jiàn)的干法脫硫技術(shù)有活性焦脫硫技術(shù),電子束脫硫技術(shù),煙氣循環(huán)流化床技術(shù)等,目前日本、韓國(guó)以及德國(guó)應(yīng)用較為廣泛和成熟。我國(guó)成都熱電廠已經(jīng)對(duì)電子束煙氣脫硫技術(shù)實(shí)施示范工程。
2.2.1活性焦脫硫技術(shù)
活性焦脫硫技術(shù)是60年展起來(lái)的一種以物理、化學(xué)吸附原理榛礎(chǔ)的干法脫硫工藝,其過(guò)程機(jī)理如下:
活性焦脫硫技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于脫硫過(guò)程中SO2被轉(zhuǎn)化為H2S04進(jìn)而可以轉(zhuǎn)化為元素硫或其它產(chǎn)品,工藝簡(jiǎn)單,二次污染較輕[10]。
近年來(lái),諸多的研究機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)出了用于脫除煙氣中S02的蜂窩狀活性炭,可將SO2吸附、催化轉(zhuǎn)化成SO3,進(jìn)而制得工業(yè)級(jí)硫酸。
彭宏[11]等研究蜂窩活性炭的脫硫性能,陳紅芳[12]等研究了活性炭材料在煙氣脫硫脫硝技術(shù)中的應(yīng)用,王艷莉[13]等研究了載釩量對(duì)蜂窩狀V205/ACH催化劑同時(shí)脫硫脫硝活性的影響,結(jié)果都表明,蜂窩狀活性炭具有較好的二氧化硫轉(zhuǎn)化活性,因此具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景
2.2.2電子束照射法脫硫技術(shù)
這是一種較新的脫硫工藝,其原理為在煙氣進(jìn)入反應(yīng)器之前先加入氨氣,然后在反應(yīng)器中用電子加速器產(chǎn)生的電子束輻照煙氣,使水蒸汽與氧等分子激發(fā)產(chǎn)生氧化能力很強(qiáng)的自由基,這些自由基可以使煙氣中的SO2和N2很快氧化,產(chǎn)生硫酸與硝酸,再和氨氣反應(yīng)形成硫酸銨和硝酸銨[14]。經(jīng)過(guò)脫硫后的煙氣溫度高于露點(diǎn),不需再熱系統(tǒng),可直接排放。
電子束照射法脫硫工藝的主要特點(diǎn):
(1)不產(chǎn)生廢水、廢渣;
(2)可同時(shí)脫硫、脫硝,具有90%以上的脫硫率和80%以上的脫硝率;
(3)系統(tǒng)簡(jiǎn)單,操作方便,易于控制;
(4)對(duì)硫分和煙氣量的變化有較好地適應(yīng)性和負(fù)荷跟蹤性;
電子束煙氣脫硫是靠電子束加速器產(chǎn)生高能電子的,因而需要大功率的電子槍,還需要防輻射屏蔽;投資很大,廠用電高,關(guān)鍵部件電子槍壽命較低,吸收劑需氨水,且運(yùn)行、維護(hù)技術(shù)要求高,一定程度上限制了它的大量應(yīng)用[15]。
2.3半干法脫硫技術(shù)
半干法脫硫工藝的特點(diǎn)是,反應(yīng)在氣、固、液三相中進(jìn)行,利用煙氣顯熱蒸發(fā)吸收液中的水分,使最終產(chǎn)物為干粉狀。半干法脫硫一般選用CaO或Ca(OH)2為脫硫劑。
2.3.1旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法
旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法一般用生石灰作吸收劑,生石灰經(jīng)熟化變成具有較好反應(yīng)能力的熟石灰,熟石灰漿液經(jīng)高達(dá)15000~20000 r/min的高速旋轉(zhuǎn)霧化器噴射成均勻的霧滴,霧滴一經(jīng)與煙氣接觸,便發(fā)生強(qiáng)烈的熱交換和化學(xué)反應(yīng),迅速地將大部分水分蒸發(fā),產(chǎn)生含水量很少的固體灰渣[16]。
旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣脫硫反應(yīng)過(guò)程包含4個(gè)步驟:1)吸收劑制備;2)吸收劑漿液霧化;3)霧粒與煙氣混合、吸收SO2并燥;4)脫硫廢渣排出[17]。
與濕法煙氣脫硫工藝相比,旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單、投資和運(yùn)行費(fèi)用低、占地面積?。煌瑫r(shí)其運(yùn)行可靠,不會(huì)產(chǎn)生結(jié)垢和堵塞,只要控制好干燥吸收器的出口煙氣溫度,對(duì)設(shè)備的腐蝕性也不高。由于其干式運(yùn)行,脫硫副產(chǎn)物易于處理,但是技術(shù)要求高、反應(yīng)生成物太細(xì)小、除塵不易和腐蝕嚴(yán)重等問(wèn)題[18]。脫硫效率可達(dá)75%~90%,略低于濕法脫硫效率。。
2.3.2爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化法(LIFAC法)
此種工藝由芬蘭IVO公司開(kāi)發(fā),是在爐內(nèi)噴鈣工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。傳統(tǒng)爐內(nèi)噴鈣工藝的脫硫效率僅為20%~30%,而LIFAC法在空氣預(yù)熱器和除塵器間加裝一個(gè)活化反應(yīng)器噴水增濕,促進(jìn)脫硫反應(yīng),脫硫效率可達(dá)70%~75%[19]。
爐內(nèi)噴鈣加尾部增濕活化技術(shù)脫硫主要分為兩段,第一段碳酸鈣分解為CaO,CaO與SO2反應(yīng),第二段CaO遇水生成Ca(OH)2再次與SO2反應(yīng),最終產(chǎn)物生成CaS03,CaS04等[20]。具體過(guò)程如下:在燃煤鍋爐內(nèi)適當(dāng)溫度區(qū)噴射石灰石粉,并在爐后煙道內(nèi)增設(shè)活化反應(yīng)器,在反應(yīng)器入口噴水,水在反應(yīng)器中完全蒸發(fā),將煙氣中在爐內(nèi)沒(méi)有反應(yīng)及高溫?zé)Y(jié)失去活性的CaO迅速水合反應(yīng)生成高活性的Ca(OH)2,用以脫除煙氣中的SO2。脫硫率一般為70%一80%。
3結(jié)論與展望
綜上所述,在我國(guó)眾多的煙氣脫硫技術(shù)中,技術(shù)最成熟、運(yùn)行最穩(wěn)定、應(yīng)用最廣泛的還是石灰石/石灰-石膏法,但循環(huán)流化床和海水脫硫等新型煙氣脫硫技術(shù)正在迅速為人們所認(rèn)可。但就總體而言,脫硫效果并不理想,目前仍存在很多的技術(shù)問(wèn)題需要克服,隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng),發(fā)展高效可循環(huán)的脫硫技術(shù)勢(shì)在必行。今后我們要完善和改進(jìn)現(xiàn)有的脫硫技術(shù),積極引進(jìn)和吸收國(guó)外先進(jìn)脫硫技術(shù),開(kāi)發(fā)適應(yīng)我國(guó)情況的脫硫新技術(shù),形成有我國(guó)特色的脫硫技術(shù),同時(shí)開(kāi)發(fā)其副產(chǎn)品的綜合利用,從根本上促進(jìn)我國(guó)電力、環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。
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中圖分類號(hào):X703 文章編號(hào):1009-2374(2015)23-0083-03 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2015.23.043
1 概述
火電廠脫硫廢水來(lái)源于濕法脫硫(FGD)工藝產(chǎn)生的廢水,脫硫廢水污染嚴(yán)重,排水溫度在40℃~50℃之間,懸浮物、含鹽量、重金屬等雜質(zhì)的含量極高?,F(xiàn)有國(guó)內(nèi)電廠脫硫廢水的處理基本采用加藥處理的物化方法,主要是針對(duì)其中的懸浮物以及重金屬離子予以去除,處理出水執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)有《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18466-2005)、《火電廠水質(zhì)石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》(DL/T 997-2006)。
在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中,因脫硫廢水水質(zhì)成分主要為第一類污染物和第二類污染物,在藥劑的物化反應(yīng)下,脫硫廢水中的重金屬離子和懸浮物、pH值等指標(biāo)能達(dá)到排放要求,但廢水中的有機(jī)污染物(COD等)指標(biāo)因工藝流程未對(duì)其進(jìn)行專門(mén)的處理設(shè)計(jì),只是在藥劑反應(yīng)過(guò)程中隨其他污染物排除一部分,其出水參數(shù)很不穩(wěn)定,多數(shù)情況下無(wú)法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),有機(jī)污染物難于去除,已成為眾多電廠脫硫廢水處理排放的一大難題,困擾了很多電廠。
目前,國(guó)內(nèi)環(huán)保形勢(shì)嚴(yán)峻,在節(jié)水和節(jié)能環(huán)保的大形勢(shì)下,很多電廠順應(yīng)國(guó)家環(huán)保形勢(shì)對(duì)脫硫廢水處理提出了零排放處理回用的要求,因此,脫硫廢水中的有機(jī)污染物COD指標(biāo)的去除成為了脫硫廢水處理必須克服的難題。本論文主要針對(duì)脫硫廢水中有機(jī)污染物的去除進(jìn)行分析,研究一種應(yīng)用于脫硫廢水有機(jī)污染物去除的處理
工藝。
2 脫硫廢水的特性
電廠脫硫工藝產(chǎn)生的脫硫廢水主要特征是呈現(xiàn)弱酸性,pH值5~6;主要特點(diǎn)是高懸浮物、高濁度、高黏度、高含鹽量以及難降解有機(jī)物,并含有Hg、Pb、Ni、Hs、As、Cd、Cr等重金屬離子和氟化物,有機(jī)污染物COD的含量一般為150~400mg/L,其中有機(jī)污染物來(lái)源于燃煤過(guò)程及脫硫過(guò)程脫硫劑的一些產(chǎn)物,具有難于降解、處理難度高的特點(diǎn)?;诿摿驈U水的高含鹽、有機(jī)物難降解等特性,并考慮處理過(guò)程中系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,主要考慮采用最利于有機(jī)污染物處理的生物處理方法去除脫硫廢水中的該指標(biāo)。
3 生物處理方法
綜合分析現(xiàn)有的生物處理方法,適用于脫硫廢水特性的生物處理工藝主要有以下五種:
3.1 傳統(tǒng)活性污泥法
活性污泥法是以活性污泥為主體的污水處理技術(shù),它采用人工曝氣的手段使活性污泥均勻分散并懸浮于反應(yīng)器中,與廢水充分接觸,并在有溶解氧的條件下對(duì)廢水中所含的有機(jī)物進(jìn)行微生物的合成和分解等代謝活動(dòng)。而脫硫廢水鹽度對(duì)活性污泥法的影響較大,因此,對(duì)活性污泥進(jìn)行馴化培養(yǎng)出具有良好有機(jī)物降解性能的耐鹽微生物是處理高鹽廢水的重要前提。
3.2 厭氧處理系統(tǒng)
近幾十年來(lái),由于厭氧生物技術(shù)發(fā)展迅速,出現(xiàn)了一大批高效厭氧反應(yīng)器,這些反應(yīng)器中生物固體濃度很高、泥齡很長(zhǎng),處理能力大大的提高,在高濃度的廢水中得以大量應(yīng)用。高濃度的Na+或CL-會(huì)對(duì)厭氧生物產(chǎn)生抑制作用,但是厭氧或兼氧微生物對(duì)鹽的適應(yīng)性和其他離子產(chǎn)生的拮抗作用會(huì)減輕鹽對(duì)微生物的毒害作用,因此厭氧法可應(yīng)用于高含鹽廢水處理系統(tǒng)。
3.3 好氧顆粒污泥
好氧顆粒污泥技術(shù)是將生物自絮凝原理應(yīng)用于好氧反應(yīng)器,使好氧絮狀污泥在一定工藝條件下實(shí)現(xiàn)好氧顆?;:醚躅w粒污泥具有沉降性好、抗負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)、持留生物量高以及脫氮除磷效果好等優(yōu)點(diǎn),而且它還能集好氧、厭氧和兼氧微生物于一體,因此好氧顆粒污泥能夠有效處理各種難降解的廢水。
3.4 嗜鹽菌
嗜鹽菌作為一類新型的、極具應(yīng)用前景的微生物資源,近年來(lái)受到人們的廣泛關(guān)注,它們具有極為特殊的生理結(jié)構(gòu)和代謝機(jī)制,同時(shí)還產(chǎn)生了許多具有特殊性質(zhì)的生物活性物質(zhì),因此被廣泛地應(yīng)用于含鹽量高的廢水處理。
3.5 好氧-厭氧組合工藝
由于單獨(dú)的好氧和厭氧工藝在處理廢水時(shí)受到許多限制,單一的系統(tǒng)往往不能將有機(jī)污染物徹底去除,尤其是難降解的廢水系統(tǒng),因此為了更好地處理高鹽脫硫廢水,往往結(jié)合好氧以及厭氧的組合工藝,以達(dá)到更好的效果。
本文脫硫廢水生物處理工藝將采用好氧-厭氧的組合工藝進(jìn)行處理,針對(duì)廢水中的懸浮物、重金屬指標(biāo)的處理不做論述,生物處理所處理的脫硫廢水是經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)去除此類指標(biāo)后的廢水。
4 好氧-厭氧的組合工藝處理技術(shù)
脫硫廢水中的COD等有機(jī)污染物主要來(lái)自煤(主要成分為有機(jī)質(zhì))、石灰石以及脫硫反應(yīng)生成物中的亞硝酸鹽、亞硫酸鹽等還原性物質(zhì),而B(niǎo)OD則主要是污水中的氮氧化物。經(jīng)過(guò)預(yù)處理處理后,廢水的pH值、懸浮物、重金屬離子、氟化物等污染指標(biāo)被去除,但廢水中的COD、硫酸根等指標(biāo)還未得到去除,需采用生物處理方法進(jìn)一步處理。而硫酸根、氯根等鹽的高含量對(duì)廢水生化存在一定的抑制作用,使脫硫廢水難于生化,因此為提高其可生化性,在生化處理過(guò)程,需投加成分均衡的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)保證生化處理微生物所需的各類營(yíng)養(yǎng)指標(biāo),而在電廠,基本都有生活污水處理系統(tǒng),其水量不大,多在5~15t/h之間,這股水進(jìn)入脫硫廢水系統(tǒng)可以很好地解決營(yíng)養(yǎng)平衡問(wèn)題,且可以提高水的回收量,將電廠生活區(qū)的生活污水引入脫硫廢水系統(tǒng)進(jìn)行綜合處理,將同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩股水的節(jié)水目標(biāo),并保證了脫硫廢水生物處理的基本營(yíng)養(yǎng)條件。
脫硫廢水生物處理系統(tǒng)采用厭氧+好氧的組合處理工藝,厭氧采用EGSB厭氧系統(tǒng),而好氧則采用BAF曝氣生物濾池好氧系統(tǒng)。EGSB厭氧系統(tǒng)通過(guò)培養(yǎng)SRB厭氧細(xì)菌病通過(guò)其代謝作用去除廢水中的SO42-、殘余重金屬離子及部分COD等,而通過(guò)BAF曝氣生物濾池的生化作用將COD、氮等進(jìn)行硝化處理,達(dá)到處理要求,經(jīng)該系統(tǒng)處理后,廢水可進(jìn)入后續(xù)除鹽或其他指標(biāo)處理系統(tǒng),進(jìn)一步處理而獲得高品質(zhì)回用水,脫硫廢水生物處理流程圖如圖1所示:
EGSB厭氧系統(tǒng)適用于低濃度有機(jī)污染物處理系統(tǒng),運(yùn)行過(guò)程培養(yǎng)適于脫硫廢水環(huán)境的SRB厭氧細(xì)菌來(lái)處理污染物,SRB厭氧細(xì)菌是一類能通過(guò)異化作用進(jìn)行硫酸鹽還原的一類細(xì)菌,這種厭氧細(xì)菌雖然生長(zhǎng)緩慢,但具有極強(qiáng)的生存能力且分布很廣泛,SRB厭氧細(xì)菌已經(jīng)成功地應(yīng)用在了與脫硫廢水極類似的多種水處理系統(tǒng)中,它的代謝利用硫酸根作為最終的電子受體,將有機(jī)污染物作為細(xì)胞合成的碳源和電子供體,同時(shí)將硫酸根還原為硫化物,使廢水中的硫酸鹽得以去除。而產(chǎn)生的溶解態(tài)的S2-則與廢水中殘余的重金屬離子反應(yīng)形成金屬硫化物沉淀,可進(jìn)一步去除重金屬離子,此外SRB厭氧細(xì)菌在代謝過(guò)程中分解有機(jī)硫以二氧化碳?xì)怏w的形式
排出。
經(jīng)過(guò)厭氧反應(yīng)后,廢水中的一些重大生化抑制指標(biāo)得以去除,廢水的可生化性提高,因此,廢水進(jìn)入好氧生物系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步處理,好氧生物反應(yīng)系統(tǒng)采用BAF曝氣生物濾池處理系統(tǒng),并接種引入主體處理微生物:嗜鹽菌,適應(yīng)脫硫廢水的高含鹽環(huán)境,曝氣生物濾池是固定化生物反應(yīng)器的一種,近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于各類高含鹽廢水的處理。曝氣生物濾池能夠通過(guò)固定化保護(hù)微生物,降低其在極端環(huán)境中所受的傷害,提高系統(tǒng)對(duì)有毒有害物質(zhì)及環(huán)境沖擊負(fù)荷的耐受力,使系統(tǒng)保持較高的穩(wěn)定性。研究表明,曝氣生物濾池在高含鹽環(huán)境中能保持較高的有機(jī)物去除率。
因脫硫廢水中的鹽分含量過(guò)高,會(huì)對(duì)微生物的活動(dòng)帶來(lái)一定的難度,而曝氣生物濾池接種培養(yǎng)的核心處理載體,嗜鹽菌是專門(mén)在高鹽環(huán)境下生長(zhǎng)的細(xì)菌,由于嗜鹽菌在高鹽環(huán)境下能夠在細(xì)胞內(nèi)聚集鉀離子和小分子極性物質(zhì),調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓,維持細(xì)胞內(nèi)外滲透壓的平衡,幫助從高鹽環(huán)境獲取微生物活動(dòng)所需的水,并且這些極性分子可以迅速合成和失去,快速適應(yīng)外界的環(huán)境變化。嗜鹽菌的蛋白質(zhì)中含有過(guò)量的酸性氨基酸和非極性的殘余物,過(guò)量的酸性物質(zhì)需要陽(yáng)離子平衡附近的負(fù)電荷,所以嗜鹽酶只有在高鹽環(huán)境下才能保持活性。基于嗜鹽菌的反應(yīng)機(jī)理,廢水中的有機(jī)污染物得以去除。
經(jīng)試驗(yàn)研究,在模擬脫硫廢水水質(zhì)情況下,通過(guò)鹽度的不斷提高和變化,曝氣生物濾池的有機(jī)污染物去除率繪制成曲線,鹽度和COD的去除效果關(guān)系如圖2所示:
從圖2中可看出,在脫硫廢水含鹽所屬的10000~24000mg/L的范圍內(nèi),COD的去除率可穩(wěn)定維持在94%~96%之間,在這個(gè)脫硫廢水的鹽度范圍內(nèi),嗜鹽菌能維持其生理代謝的良好活性,對(duì)廢水中的有機(jī)污染物有較強(qiáng)的降解能力。
經(jīng)曝氣生物濾池處理后,廢水中的有機(jī)污染物等指標(biāo)得以去除,脫硫廢水可進(jìn)入下一階段處理流程。
5 結(jié)語(yǔ)
脫硫廢水中有機(jī)污染物的處理是國(guó)內(nèi)外各大火力發(fā)電廠普遍面臨的難題,要實(shí)現(xiàn)脫硫廢水系統(tǒng)節(jié)水回用,必須對(duì)脫硫廢水中的有機(jī)污染物進(jìn)行處理,才能進(jìn)行后續(xù)的膜處理或離子交換系統(tǒng)的除鹽處理,脫硫廢水中有機(jī)污染物處理技術(shù)的研究成功將成為克服脫硫廢水節(jié)水回用難點(diǎn)的一個(gè)突破,也將成為脫硫廢水實(shí)現(xiàn)零排放生物指標(biāo)處理工藝的一種可靠選擇。
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中圖分類號(hào): F407.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
引言:
在我國(guó)的電能結(jié)構(gòu)中,基于燃煤的火力發(fā)電是主要發(fā)電方式,可占據(jù)整個(gè)電能裝機(jī)容量的百分之七十以上。但是在提升能源供給的同時(shí),如果不及時(shí)采取有效的技術(shù)和方法對(duì)燃煤電廠的氮氧化物排放進(jìn)行控制則會(huì)對(duì)我們的生活環(huán)境帶來(lái)的巨大的負(fù)面影響。為消除這種影響必須采用更加高效的煤燃燒技術(shù)和煙氣除塵脫硝脫硫技術(shù)來(lái)降低發(fā)電過(guò)程中生成的氮氧化物。
1.干法煙氣脫硝脫硫技術(shù)在電廠的應(yīng)用
所謂干法煙氣脫硫,是指脫硫的最終產(chǎn)物是干態(tài)的。主要有爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化、荷電干式噴射脫硫法(CSDI法)、電子束照射法(EBA)、脈沖電暈法(PPCP)以及活性炭吸附法等。以下對(duì)爐內(nèi)噴鈣加尾部增濕活化、吸收劑噴射、活性焦炭法作簡(jiǎn)單分析。
1.1爐內(nèi)噴鈣加尾部增濕活化脫硫工藝
爐內(nèi)噴鈣加尾部增濕活化工藝是在爐內(nèi)噴鈣脫硫工藝的基礎(chǔ)上在鍋爐尾部增設(shè)了增濕段,使脫硫的效率大大提高。該工藝的吸收劑多以石灰石粉為主,石灰石粉由氣力噴入爐膛850-1150℃溫度區(qū),石灰石受熱分解為二氧化碳和氧化鈣,氧化鈣與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸鈣。由于反應(yīng)在氣固兩相之間進(jìn)行,受到傳質(zhì)過(guò)程的影響,反應(yīng)速度較慢,吸收劑利用率較低。在尾部增濕活化反應(yīng)內(nèi),增濕水以霧狀噴入,與未反應(yīng)的氧化鈣接觸生成Ca(OH)2進(jìn)而與煙氣中的二氧化硫反應(yīng),進(jìn)而再次脫除二氧化硫。當(dāng)Ca/S為2.5及以上時(shí),系統(tǒng)脫硫率可達(dá)到65%-80%。
在煙氣進(jìn)行脫硫,因?yàn)樵鰸袼募尤霟煔鉁囟认陆担ㄖ挥?5-60℃,一般控制出口煙氣溫度高于露點(diǎn)10-15℃,增濕水由于煙溫加熱被迅速蒸發(fā),未反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物和吸收劑呈干燥態(tài)隨煙氣排出,被除塵器收集下來(lái)。同時(shí)在脫硫過(guò)程對(duì)吸收劑的利用率很低,脫硫副產(chǎn)物是以不穩(wěn)定的亞硫酸鈣為主的脫硫灰,使副產(chǎn)物的綜合利用受到影響。
南京下關(guān)發(fā)電廠2×125MW機(jī)組全套引進(jìn)芬蘭IVO公司的LIFAC工藝技術(shù),鍋爐的含硫量為0.92%,設(shè)計(jì)脫硫效率為75%。目前,兩臺(tái)脫硫試驗(yàn)裝置已投入商業(yè)運(yùn)行,運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性均較高。
1.2吸收劑噴射同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)
1.2.1爐膛石灰(石)/尿素噴射工藝
爐膛石灰(石)/尿素噴射同時(shí)脫硫脫硝工藝由俄羅斯門(mén)捷列夫化學(xué)工藝學(xué)院等單位聯(lián)合開(kāi)發(fā)。該工藝將爐膛噴鈣和選擇非催化還原(SNCR)結(jié)合起來(lái),實(shí)現(xiàn)同時(shí)脫除煙氣中的二氧化硫和氮氧化物。噴射漿液由尿素溶液和各種鈣基吸收劑組成,總含固量為30%,pH值為5~9,與干Ca(OH)2吸收劑噴射方法相比,漿液噴射增強(qiáng)了SO2的脫除,這可能是由于吸收劑磨得更細(xì)、更具活性[17]。Gullett等人采用14.7kW天然氣燃燒裝置進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究[18]。該工藝由于煙氣處理量太小,不能滿足工業(yè)應(yīng)用的要求,因而還有待改進(jìn)。
1.2.2整體干式SO2/NOx排放控制工藝
整體干式SO2/NOx排放控制工藝采用Babcock&Wilcox公司的低NOXDRB-XCL下置式燃燒器,這些燃燒器通過(guò)在缺氧環(huán)境下噴入部分煤和空氣來(lái)抑制氮氧化物的生成。過(guò)??諝獾囊胧菫榱送瓿扇紵^(guò)程,以及進(jìn)一步除去氮氧化物。低氮氧化物燃燒器預(yù)計(jì)可減少50%的氮氧化物排放,而且在通入過(guò)??諝夂罂蓽p少70%以上的NOx排放。無(wú)論是整體聯(lián)用干式SO2/NOx排放控制系統(tǒng),還是單個(gè)技術(shù),都可應(yīng)用于電廠或工業(yè)鍋爐上,主要適用于較老的中小型機(jī)組。
1.3活性焦炭脫硫脫硝一體化新技術(shù)
活性焦炭脫硫脫硝一體化新技術(shù)(CSCR)是利用活性焦炭同時(shí)脫硫脫硝的一體式處理技術(shù)。它的反應(yīng)處理過(guò)程在吸收塔內(nèi)進(jìn)行,能夠一步處理達(dá)到脫硫脫硝的處理效果,使用后的活性焦炭可在解析塔內(nèi)將吸附的污染物進(jìn)行析出,活性焦炭可再生循環(huán)使用,損耗小,損耗的粉末送回鍋爐作燃料繼續(xù)使用。其中活性焦炭是這一處理過(guò)程的關(guān)鍵和重要的因素,它既作為優(yōu)良的吸附劑,又是催化劑與催化劑載體。脫硫是利用活性焦炭的吸附特性;除氮是利用活性焦炭作催化劑,通過(guò)氨,一氧化氮或二氧化氮發(fā)生催化還原反應(yīng)而去除。
活性焦炭吸收塔分為兩部分,煙氣由下部往上部升,活性炭在重力作用下從上部往下部降,與煙氣進(jìn)行逆流接觸。煙氣從空氣預(yù)熱器中出來(lái)的溫度在(120-160)℃之間,該溫度區(qū)域是該工藝的最佳溫度,能達(dá)到最高的脫除率。
煙氣首先進(jìn)入吸收塔下部,在這一段二氧化硫(SO2)被脫除,然后煙氣進(jìn)入上面部分,噴入氨與氮氧化物(NOX)反應(yīng)脫硝。飽含二氧化硫的焦炭從吸收塔底部排放出來(lái)通過(guò)震動(dòng)篩,不合大小尺寸的焦炭催化劑在進(jìn)入解吸塔之前被篩選出來(lái)。經(jīng)過(guò)篩選的活性焦炭再被送到解吸塔頂部,利用價(jià)值較低的活性焦炭被送回到燃煤鍋爐中,重新作為燃料供應(yīng)。
活性焦炭解吸塔包括三個(gè)主要的區(qū)域:上層區(qū)域是加熱區(qū),中間部分是熱解吸區(qū),下面是冷卻區(qū)。
天然氣燃燒器用來(lái)加熱通過(guò)換熱器間接與活性焦炭接觸的空氣,被加熱的空氣和燃料煙氣一起送到煙囪,并排入大氣。在解吸塔的底部,空氣從20℃被加熱到250℃,接著天然氣燃燒器繼續(xù)將空氣加熱到550℃,這部分空氣將在解吸塔的上部被冷卻到150℃。
2.我國(guó)燃煤電廠煙氣脫硝現(xiàn)狀
(1)在脫硝裝置建設(shè)方面來(lái)看,我國(guó)已建脫硝機(jī)組在2008年已超過(guò)1億千瓦。這種建設(shè)現(xiàn)狀是由政府規(guī)定的氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)與燃煤機(jī)組建設(shè)時(shí)的環(huán)境影響評(píng)價(jià)審批共同作用形成的。這說(shuō)明燃煤電廠煙氣脫硝已經(jīng)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)所需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題之一。
(2)在脫硝工藝選擇方面來(lái)看,我國(guó)絕大部分燃煤機(jī)組所使用的脫硝工藝為SCR方法,這種方法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、脫硝效率可以超過(guò)90%,且不會(huì)在脫硝過(guò)程中生成副產(chǎn)物,因而不會(huì)形成二次污染,是國(guó)際中應(yīng)用最為廣泛的脫硝方法。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,基于SCR工藝的煙氣脫硝機(jī)組占我國(guó)總脫硝機(jī)組的比例超過(guò)90%。
(3)在SCR煙氣脫硝技術(shù)設(shè)計(jì)與承包方面來(lái)看,現(xiàn)代煙氣脫硝市場(chǎng)中,我國(guó)國(guó)內(nèi)的承包商基本已經(jīng)具備了脫硝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造、調(diào)試與運(yùn)營(yíng)能力,可基本滿足國(guó)內(nèi)燃煤電廠的煙氣脫硝系統(tǒng)建設(shè)需求。
(4)在SCR關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備方面來(lái)看,雖然我國(guó)大部分燃煤電廠仍舊以引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)為主,但是在引進(jìn)的同時(shí)同樣注意在其基礎(chǔ)上進(jìn)行消化、吸收和創(chuàng)新,部分企業(yè)或公司還開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的SCR關(guān)鍵技術(shù)。在相關(guān)設(shè)備研發(fā)方面,可實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)的設(shè)備有液氨還原劑系統(tǒng)、噴氨格柵設(shè)備、靜態(tài)混合器設(shè)備等,但是諸如尿素水熱解系統(tǒng)、聲波吹灰器、關(guān)鍵儀器儀表等還未實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。
(5)在產(chǎn)業(yè)化管理方面來(lái)看,政府正在逐漸加大對(duì)煙氣脫硝的管理力度,而企業(yè)也正在按照相關(guān)要求制定和執(zhí)行相關(guān)的自律規(guī)范,但是總體來(lái)說(shuō)我國(guó)的煙氣脫硝管理仍處于初級(jí)階段,還需要在借鑒國(guó)外先進(jìn)管理經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)結(jié)合我國(guó)國(guó)情制定符合我國(guó)發(fā)展要求的產(chǎn)業(yè)管理制度。
3.煙氣脫硫脫硝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
(1)在研究煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)的同時(shí),理論研究將會(huì)更加深入,如反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等等,為該項(xiàng)技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室階段,實(shí)現(xiàn)工業(yè)化提供充分的理論和堅(jiān)實(shí)的依據(jù)。
(2)目前,國(guó)內(nèi)外的研究主要集中于煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)這方面則集中在干法上,在以后的研究中,研究人員則加強(qiáng)研究濕法同時(shí)脫硫脫硝技術(shù),為今后鍋爐技術(shù)改造節(jié)約大量資金,減少投資金額,降低投資風(fēng)險(xiǎn),以避免不必要的浪費(fèi)。
(3)研究任何一項(xiàng)煙氣脫硫脫硝技術(shù),都要結(jié)合我國(guó)國(guó)情。因此,應(yīng)主要研發(fā)能夠在中小型鍋爐上廣泛應(yīng)用的高效、低耗、能易操作的同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)。
4.結(jié)語(yǔ)
近年來(lái),我國(guó)電廠的煙氣脫硫脫硝技術(shù)得到了很大的提升,但是它尚處于推廣階段,存在很多問(wèn)題。因此,研發(fā)新型脫硫脫硝技術(shù)與設(shè)備,不斷完善應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù),開(kāi)發(fā)更經(jīng)濟(jì)的、更有效的、更低廉的煙氣脫硫脫硝技術(shù)是科研人員工作的方向。
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