脱硫培训教材.doc
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1、燃煤电厂石灰石/石膏湿法烟气脱硫技术培训教材中电投远达环保工程有限公司二一一年七月前 言近几年,我国烟气脱硫产业得到了较快发展,建设了相当数量的烟气脱硫设施。随着大量石灰石/石膏湿法烟气脱硫装置投入运行,脱硫装置已经成为除锅炉、汽轮机和发电机外燃煤电站运行人员操作与管理的主要装置,其运行与管理的水平直接影响到电站的经济性与安全性。为满足脱硫运行/维护岗位人员培训的需求,中电投远达环保工程有限公司组织技术人员,在全面总结已投产的57个工程项目117套环保装置的建设、运行经验基础上,编写了这本燃煤电厂石灰石/石膏湿法烟气脱硫技术,作为公司内部培训及用户培训的教材。本书主要包括法规政策、烟气脱硫理论
2、知识、设备运行与维护等内容。本书首先介绍了脱硫装置运行和维护的必备知识,以及岗位技能所具备的专业知识。其次,结合仿真上机操作的辅助教学手段,对石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统的运行与维护进行了重点讲解。在编写过程中,得到了中国电力投资集团公司各级领导、广大同仁的大力支持,在此表示感谢!由于水平有限,加之时间紧迫,错误在所难免,希各位同行批评斧正。编者:2011年07月目 录第一部分 绪论3第一节 我国二氧化硫的排放现状3一、二氧化硫的来源3二、我国二氧化硫的排放现状3第二节 我国二氧化硫的污染状况4一、酸雨污染不断加重4二、硫沉降量持续增加6三、以细颗粒物为主的其他污染问题日益突出6四、城市二氧化
3、硫和氮氧化物污染形势严峻7第三节 二氧化硫控制的政策法规7第二部分 石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统与主要设备9第一节 常见的几种烟气脱硫技术9一、湿法烟气脱硫技术9二、半干法/干法烟气脱硫技术15第二节 石灰石-石膏湿法脱硫技术的主要化学反应19一、脱硫反应机理19二、吸收塔中不同区域的主要化学反应21第三节 石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺流程及主要设备23一、石灰石浆液制备系统24二、烟气系统30三、SO2吸收系统38四、石膏脱水系统47五、工艺水、工业水系统50六、浆液排放与回收系统50七、压缩空气系统51第三部分 脱硫装置的运行51第一节 脱硫装置的启动与停运51一、脱硫装置的停运51二、脱
4、硫装置的启动52第二节 脱硫装置的运行维护53一、脱硫装置的运行调节53二、脱硫装置的运行维护54三、脱硫装置运行安全性56第三节 脱硫装置常见故障57一、6kV电源中断57二、380V电源中断58三、工艺水中断58四、增压风机跳闸58五、吸收塔循环泵全停58六、工业水中断59七、锅炉排烟SO2浓度超过脱硫系统设计允许值59八、泵运行中出现无流量现象59九、脱水机异常和故障处理59十、吸收塔浆液pH异常59十一、火灾60 第一部分 绪论第一节 我国二氧化硫的排放现状一、二氧化硫的来源二氧化硫主要来源于含硫化石燃料如煤和重油的燃烧,其中煤约占全世界与能源有关的二氧化硫排放总量的80%,剩余的20
5、%来自石油,它们所占的比例因各国能源结构而异。城市环境空气中的二氧化硫主要来自火力发电厂、工业锅炉、金属冶炼厂、造纸厂、生活取暖、炊事、垃圾焚烧及柴油机动车的排放等。我国是一个以煤炭为主要能源的国家,煤炭一直占我国能源的生产和消耗的70%以上,而且在已探明的一次能源储备中,煤炭仍是主要能源。2002年,在我国的一次能源生产和消费中,煤炭分别占总量的70.7%、66.1%,石油分别占总量的17.2%、23.4%,天然气分别占3.2%、2.7%,水电和核电分别占8.9%、7.8%。2004年6月30日,我国能源中长期发展规划纲要(20042020年)(草案)提出了“以煤炭为主体,电力为中心,油气和
6、新能源全面发展”的战略,据此预测,到2050年,煤在一次能源中所占比例仍在50%以上。因此,我国能源结构的特点决定了二氧化硫主要来自于燃煤排放。二、我国二氧化硫的排放现状最近十多年来,我国二氧化硫排放总体呈逐步增长态势。1995年,我国二氧化硫排放量达到2370万t,首次超过欧洲和美国,成为世界二氧化硫排放第一大国。其后,得益于一系列控制减排措施,二氧化硫排放量曾一度得到控制。但随着近年来电力的高速发展,二氧化硫排放量又开始上升,并且自2005年起,我国连续多年二氧化硫的排放总量位于世界第一,且于2006年达到了创纪录的2588.8万t,2007年二氧化硫排放量同比有所减少,但仍处高位。图1-
7、1示出了近十几年我国二氧化硫排放量的情况。图1-1 近些年我国SO2排放量的情况第二节 我国二氧化硫的污染状况大量的环境监测资料表明,由于大气层中的酸性物质增加,地球大部分地区上空的云水正在变酸,如不加控制,酸雨区的面积将继续扩大,给人类带来的危害也将与日俱增。现已确认,大气中的二氧化硫和二氧化氮是形成酸雨的主要物质。大气中的二氧化硫和二氧化氮主要来源于煤和石油的燃烧。据统计,全球每年排放进大气的二氧化硫约1亿t,二氧化氮约5000万t,所以,酸雨主要是人类生产活动和生活造成的。美国测定的酸雨成分中,硫酸占60%,硝酸占32%,盐酸占6%,其余是碳酸和少量有机酸。而如前所述,中国的酸雨主要是硫
8、酸型,大都是由于排放二氧化硫造成的。 目前,全球已形成三大酸雨区。我国覆盖四川、贵州、广东、广西、湖南、湖北、江西、浙江、江苏和青岛等省市部分地区,面积达200多万平方公里的酸雨区是世界三大酸雨区之一。世界上另两个酸雨区是以德、法、英等国为中心,波及大半个欧洲的北欧酸雨区和包括美国和加拿大在内的北美酸雨区。我国酸雨区面积扩大之快、降水酸化率之高,在世界上是罕见的。“八五”期间,酸雨污染区己由西南等少数地区扩展到长江以南、青藏高原以东的大部分地区及四川盆地,1995年,年均降水pH值小于5.6的区域已占到国土面积的40%左右,硫沉降量超临界负荷的面积为210万km2,占国土面积的21.9%。19
9、98年我国酸雨区由南向北迅速扩大,已超过国土面积的40%。当前我国酸雨和二氧化硫的污染状况主要有以下特点:一、酸雨污染不断加重酸雨监测结果表明,二十世纪九十年代全国降水酸度总体上保持稳定状态,2000年以后降水酸度呈现出总体升高的趋势,到2005年,降水中的硫酸根和硝酸根的平均浓度分别升高12%和40%。我国酸雨区主要分布在长江以南,青藏高原以东,包括浙江、江西、福建、湖南、贵州、重庆等省市的大部分地区,以及广东、广西、四川、湖北、安徽、江苏和上海等省市的部分地区,北方部分地区也开始出现酸性降水。重酸雨区的面积由2002年占国土面积的4.9%增加到2005年的6.1%。图1-2 2006年全国
10、酸雨发生频率区域分布图1.酸雨影响的城市比例在2006年524个参加监测统计的城市(县)中,283个城市(县)出现至少1次以上的酸雨,占54.0%。6个市(县)(浙江建德市、象山县、湖州市、安吉县、嵊泗县、重庆江津市)酸雨频率为100%。2006年全国酸雨发生频率区域分布图如图1-5所示。2.全国酸雨发生频率分布2006年,全国酸雨发生率在5%以上区域占国土面积的32.6%,酸雨发生率在25%以上区域占国土面积的15.4%(见图1-2)。3.全国酸雨区域分布2006年,全国酸雨分布区域主要集中在长江以南,四川、云南以东的区域。主要包括浙江、江西、湖南、福建、贵州、重庆的大部分地区,以及长江、珠
11、江三角洲地区(见图1-3)。图1-3 全国酸雨区域分布图4.各地区酸雨强度比较(1)降水pH值2006年,全国22个省份受到酸雨影响,其中浙江、湖南、江西、重庆、四川五省市70%以上的城市受到酸雨影响(见图1-4)。图1-4 各地区降水pH平均值25%的城市比例二、硫沉降量持续增加监测和研究结果表明,我国存在五个硫沉降强度高值区:以贵州为中心的西南区、以长三角为中心的华东区、以珠三角为中心的华南区、冀鲁豫地区和京津冀地区。硫沉降强度超过临界负荷的区域占全国陆地面积的20%以上,其中重庆贵州一带、长三角和珠三角地区的硫沉降强度严重超临界负荷。三、以细颗粒物为主的其他污染问题日益突出二氧化硫和氮氧
12、化物不仅造成酸雨污染,而且在长距离输送过程中经化学转化形成硫酸盐和硝酸盐粒子,从而引起区域范围的细颗粒物污染。研究表明,目前我国部分地区可吸入颗粒物中硫酸根和硝酸根离子的贡献达到15g/m3。细颗粒物不仅对人体健康造成危害,也导致了大气能见度降低。在一些大中型城市,大气中的氮氧化物污染还引起了臭氧浓度升高,产生光化学烟雾污染,北京、广州、深圳等城市的大气臭氧浓度时有超标。四、城市二氧化硫和氮氧化物污染形势严峻2005年,341个城市空气质量监测结果表明,22.6%的城市空气中二氧化硫年均浓度超过国家二级标准,6.5%的城市超过国家三级标准,约1/3的城市人口生活在空气二氧化硫浓度超标的环境中。
13、“十五”以来,113个大气污染防治重点城市空气中的二氧化氮年均浓度呈现总体升高趋势。北京、广州、上海、杭州、宁波、南京、成都、武汉等大城市空气中二氧化氮浓度相对较高。第三节 二氧化硫控制的政策法规我国政府十分重视二氧化硫排放的治理,相继出台了多项法规、政策和措施,并制定了一系列的治理计划。(1)1987年全国六届全国人民代表大会常务委员会颁布了大气污染防治法。1995年,全国人大第一次修订了大气污染防治法,并首次提出了划定酸雨控制区和二氧化硫污染控制区(即两控区)的要求。(2)1996年国家环保总局修订了火电厂大气污染物排放标准,在大气污染防治法的基础上进一步规定了燃煤电厂二氧化硫排放浓度限值
14、。2003年12月,国家环保总局对该标准又做了进一步修订,规定燃煤电厂的二氧化硫排放要求更高,其中新建机组的二氧化硫排放浓度必需小于400mg/m3。(3)1998年1月,面对我国二氧化硫排放的严峻形势,公布的国务院关于酸雨控制区和二氧化硫污染控制区有关问题的批复,又进一步要求:除以热定电的热电厂外,禁止在大中城市城区及近郊区新建燃煤火电厂;新建、改造燃煤含硫量大于1%的电厂,必须建设脱硫设施;现有燃煤含硫量大于1%的电厂,要在2000年前采取减排二氧化硫的措施,在2010年前分期分批建成脱硫设施或采取其他具有相应效果的减排二氧化硫的措施;化工、冶金、建材、有色等污染严重的企业,必须建设工艺废
15、气处理设施或采取其他减排措施。(4)2000年全国人大根据我国二氧化硫治理形势,再次修订了大气污染防治法,并明确了排污收费、超标违法的原则。(5)2002年,国家环境保护总局、国家经贸委、科技部根据新修订的大气污染防治法,联合发布了燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策。政策中规定:电厂锅炉、大型工业锅炉和窑炉使用中、高硫份燃煤的,应安装烟气脱硫设施;中小型工业锅炉和炉窑,应优先使用优质低硫煤、洗选煤等低污染燃料或其他清洁能源;城市民用炉灶鼓励使用电、燃气等清洁能源或固硫型煤替代原煤散烧。同年9月19日,国务院批准国家环保总局提出的两控区酸雨和二氧化硫污染防治“十五”计划。计划中要求,继续加大两控区
16、二氧化硫污染防治力度,控制火电厂二氧化硫排放,加快建设一批火电厂脱硫设施,新建、扩建和改建火电机组必须同步安装脱硫装置或采取其它脱硫措施。(6)2003年1月2日,国务院为了落实新修订的大气污染防治法中提出的排污收费的制度,发布排污费征收使用管理条例,自2003年7月1日起实施。二氧化硫排污费标准2003年7月、2004年7月和2005年7月开始分别为0.21元/kg、0.42元/kg和0.63元/kg。(7)2006年,国家环保总局又与各省政府、六大电力集团签定污染物削减目标责任书,规定了各省和六大电力公司“十一五”二氧化硫总量目标、控制措施和重点治理项目;还规定国家环保总局每年对执行情况进
17、行考核,将考核结果上报国务院并向社会公布。目前,国家正在探索一些包括经济上扶持在内的手段,鼓励和支持企业控制二氧化硫排放。如利用国债和环保补助资金支持一批重点火电脱硫项目建设、给予脱硫的老机组增加上网电价、电厂剩余总量控制指标可以进行交易、开展BOT方式建设脱硫设施试点,以及发展回收资源的脱硫技术,并给脱硫副产物综合利用减免税政策等。各地方部门也加大了对火电企业的污染控制力度。(1)严格执行新的火电厂污染物排放标准。(2)因地制宜制订措施削减二氧化硫排放量。山东、湖南、湖北、吉林等省2003年底前已经关停了辖区内5万kW以下燃煤凝气式小机组。福建、上海、天津、吉林、广东、云南等地正着手把二氧化
18、硫排污费列入专项资金,支持重点火电厂脱硫项目的建设。上海、天津、福建等地正在研究制定发电环保折价优惠政策和环保优先的发电调度管理办法。(3)坚决落实国务院批复的“两控区”污染防治计划。对重点项目中的火电厂脱硫项目建立督办制度,要求定期上报项目进展情况,并将在主要媒体上进行公示。(4)积极争取国家资金支持。2008年国家发改委已经投入5个亿的国债资金用于脱硫,同时国家环保总局也将在2008年及以后的排污费中拿出相应的比例用于支持火电厂脱硫以及相应的在线监测装置的建设。(5)编制国家酸雨控制“十一五”计划和2020年远景规划。其目的就是要在确保控制二氧化硫和酸雨污染的前提下,给电厂一定的提前量,使
19、得企业能够了解国家的污染控制政策走向,做好本企业的污染防治工作。国家依据各地的自然条件、经济条件和环境容量,以确保科学性、稳定性和长期性的原则,制订了火电厂二氧化硫配额分配方法和原则。第二部分 石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统与主要设备第一节 常见的几种烟气脱硫技术一、湿法烟气脱硫技术1. 石灰石石膏湿法脱硫技术石灰石-石膏湿法发展历史较长,是目前世界上脱硫技术最成熟,使用业绩最多,运行状况较为稳定的脱硫工艺。石灰石/石灰-石膏湿法烟气脱硫工艺采用石灰石或石灰作为脱硫吸收剂,石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌制成吸收浆液。以石灰石为吸收剂的主要脱硫反应为:SO2+H2OH2SO3CaCO3+H2S
20、O3CaSO3+CO2+H2OCaSO3+O2CaSO4CaSO4+H2OCaSO42H2O图2-1 典型石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺流程图典型的石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺如图2-1所示。在石灰石浆液制备部分,石灰石经过磨制后与水混合得到固体质量分数在20%-30%左右的浆液。来自锅炉的烟气一般经过除尘设备、烟气换热器后,进入吸收塔洗涤,净化后的烟气再通过换热器升温后,通过烟囱排入大气。该法优点是适用煤种含硫量范围广,脱硫效率高(大于95%),吸收剂利用率高(大于90%),设备运转率高,技术成熟,石灰石来源丰富且廉价、石灰石吸收剂无加工污染,还适用于大机组和多煤种,脱硫产物石膏可以经处理后综合利
21、用。但实践中也存在着一些问题:1)生成的脱硫渣是二水石膏,如果不能综合利用,需要堆在灰场;2)产生大量废水需要再处理;3)存在积垢、堵塞、腐蚀、磨损等问题;4)工艺复杂,工程投资大,运行费用高。日本、德国、美国的火力发电厂采用的烟气脱硫装置约90%采用此工艺。 我国绝大多数火电厂烟气脱硫装置也采用此工艺。同时,我国也已形成了部分具有自主知识产权的湿法脱硫工艺,如远达环保的YD-BSP烟气脱硫工艺,国电龙源环保的龙源湿法烟气脱硫技术,苏源环保的OI2WFGD脱硫技术等,这些技术的应用均取得了良好的效果。2. 氨法脱硫技术(1)氨硫铵法脱硫技术采用氨水作为脱硫吸收剂,与进入反应塔的烟气接触混合,烟
22、气中SO2与氨水反应,生成亚硫酸铵,与空气进行氧化反应,生成硫酸铵溶液,主要反应为:SO2H2O2NH3 (NH4)2SO3(NH4)2SO3+SO2H2O2NH4HSO3在吸收塔底槽,亚硫酸铵被吹入的空气氧化生成硫酸铵:(NH4)2SO3+1/2O2H2O(NH4)2SO4其工艺流程如图2-2所示。锅炉引风机(或脱硫增压风机)出来的烟气,经换热降温至100左右进入脱硫塔用氨溶液循环吸收生产亚硫酸铵;脱硫后的图2-2氨硫氨法脱硫工艺流程图烟气经除雾器进入再热器加热至70左右后进入烟囱排放。氨水吸收SO2后,形成的亚硫酸铵在吸收塔底部氧化成硫酸铵溶液,再将硫酸铵溶液泵打入过滤器,除去溶液中的烟尘
23、送入蒸发结晶器。硫酸铵溶液在蒸发结晶器中蒸发结晶,生成的结晶浆液流入过滤离心机分离得到固体硫酸铵(含水量23%),再进入干燥器,干燥后的成品入料仓进行包装,即可得到商品硫酸铵化肥, 该技术具有以下特点:脱硫效率高,能满足任何当地的环保要求;对烟气条件变化适应性强;副产物为0.20.6mm的硫酸铵晶体,在某些地区可作肥料;整个系统不产生废水和废渣;能耗低;可靠性和实用性高。(2)新氨法(NADS)烟气脱硫技术与现有的氨法相比,新氨法在工艺上更为灵活,其原理如下: SO2H2OxNH3(NH4)rH2rSO3(NH4)rH2rSO3x/2 H2SO4x(NH4)2SO4SO2H2O或 (NH4)r
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