电厂脱硝火电厂脱硫脱硝技术图解

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引导阅读

目前，烟气脱硫技术有几十种。根据脱硫过程中是否加水以及脱硫产物的干湿形式，烟气脱硫可分为湿法、半干法和干法三种。

湿法脱硫技术成熟，效率高，操作简单。

一、湿法烟气脱硫技术

优点:湿法烟气脱硫技术是气液反应，反应速度快，脱硫效率高，一般高于90%，技术成熟，适用范围广。湿法脱硫技术成熟，生产运行安全可靠，在众多脱硫技术中一直占据主导地位，占脱硫总装机容量的80%以上。

缺点:产品为液体或污泥，难以处理，设备有腐蚀性，洗涤后的烟气需要再加热，能耗高，占地面积大，投资和运行成本高。系统复杂，设备庞大，用水量大，一次性投资高，一般适用于大型电厂。

分类:常用的湿法烟气脱硫技术有石灰石-石膏法、间接石灰石-石膏法、柠檬吸收法等。

技术路线

A、石灰石／石灰-石膏法

原理:利用石灰石或石灰浆吸收烟气中的SO2，生成亚硫酸钙。分离出的亚硫酸钙可以丢弃或氧化成硫酸钙，并以石膏的形式回收。目前是世界上技术最成熟、运行条件最稳定的脱硫工艺，脱硫效率达到90%以上。

目前，传统的石灰石/石灰-石膏烟气脱硫工艺在中国市场上应用广泛。钙基脱硫剂吸收二氧化硫产生的亚硫酸钙和硫酸钙由于溶解度低，在脱硫塔和管道中容易形成结垢和堵塞。与石灰石脱硫技术相比，双碱烟气脱硫技术克服了石灰石-石灰法易结垢的缺点。

B 、间接石灰石-石膏法:

常见的间接石灰石-石膏法有钠碱双碱法、碱性硫酸铝法和稀硫酸吸收法。

原理:钠碱、碱性氧化铝(Al2O3 nH2O)或稀硫酸(H2SO4)吸收

SO2，生成的吸收液与石灰石反应再生生成石膏。该方法操作简单，二次污染少，无结垢堵塞，脱硫效率高，但石膏产品质量差。

C、柠檬吸收法：

原理:柠檬酸(H3C6H5O7 H2O)溶液具有良好的缓冲性能。SO2气体通过柠檬酸盐液体时，烟气中的SO2与水中的H反应生成H2SO3络合物，SO2吸收率在99%以上。

该方法仅适用于低浓度SO2烟气，不适用于高浓度SO2气体的吸收。

此外，还有海水脱硫法、磷铵复合肥法、液相催化法等湿法烟气脱硫技术。

工艺路线

1.石灰石(石灰)-石膏湿法烟气脱硫工艺

石灰石(石灰)石膏脱硫系统包括烟气换热系统、吸收塔脱硫系统、脱硫浆液制备系统、亚硫酸钙氧化系统、石膏脱水系统等。这种工艺是世界上最成熟、应用最广泛的技术。

脱硫过程如下:烟气通过除尘器和换热系统进入脱硫塔，在吸收塔中与石灰乳液接触，使浆液吸收烟气中的SO2生成硫酸钙，然后通过硫酸钙氧化系统氧化成石膏。该工艺脱硫效率可达95%以上，适用范围广，工艺成熟，运行稳定。它是大中型燃煤电厂脱硫工艺的首选方法之一。工艺流程见下图:

2.氧化镁-七水硫酸镁回收法烟气脱硫工艺

氧化镁法脱硫的基本原理类似于石灰石(石灰)法，即烟气中的SO2被氧化镁浆液吸收，主要产生三水合物和水合亚硫酸镁，然后氧化产生稳定溶解的硫酸镁，再将硫酸镁浓缩结晶，最终产生硫酸镁7H2O成品；简要流程如下。

3.双碱烟气脱硫工艺

双碱法利用可溶性碱性清液作为吸收剂，在吸收塔中吸收SO2，然后将大部分吸收液排出吸收塔，用石灰乳再生吸收液。

由于吸收液和吸收液的处理采用两种不同类型的碱，故称为双碱法。双碱法包括钠钙法、镁钙法、钙钙法等各种双碱法。钠钙双碱法是常用的脱硫方法之一，已成功应用于电站和工业锅炉。

4.湿法氨烟气脱硫工艺

氨法脱硫工艺是以氨为吸收剂脱除烟气中SO2的工艺。该工艺一般分为三个主要步骤:硫磺吸收、中间产品处理和副产品制造；根据工艺和副产物的不同，可分为氨-硫酸铵肥料法、氨-磷酸铵肥料法、氨-酸法、氨-亚硫酸铵法等

该工艺主要由脱硫洗涤系统、浓缩系统、烟气系统、氨储存系统、硫酸铵生产系统(如果非氨-硫酸铵规律是该工艺对应的副产品生产系统)、电气自动控制系统等组成。

5.电石渣-石膏烟气脱硫工艺

电石是有机合成工业的重要原料，主要用于生产乙炔，进一步生产聚氯乙烯(PVC)、醋酸乙烯(VAc)、氯丁橡胶(CR)等化工产品和金属加工(切割和焊接等)。).电石渣是电石生产乙炔时产生的废渣。除Ca(OH)2外，还含有Fe2O3、SiO2、Al2O3的氧化物和氢氧化物及少量有机物。

电石渣中含有大量的Ca(OH)2，呈强碱性，是很好的二氧化硫吸收剂。实验结果表明，电石渣的脱硫能力比商品氢氧化钙高20%，产品成本仅为商品氢氧化钙的三分之一。

其工艺流程与石灰石-石膏法基本相同，包括烟气系统、脱硫剂制备系统、吸收循环系统、副产品处理和电气自动控制系统。

6.造纸白泥-石膏烟气脱硫工艺

造纸白泥的主要成分是碳酸钙、氧化镁、二氧化硅等。CaCO3和MgO溶于水，溶于水后呈碱性，是脱硫所用的主要成分。而且由于含有Ca、Mg、Na等多种碱性成分，其综合脱硫性能相对优于单独使用石灰石/石灰粉。

其工艺流程与石灰石-石膏法基本相同，包括烟气系统、脱硫剂制备系统、吸收循环系统、副产品处理和电气自动控制系统。

二、干法烟气脱硫技术

优点:干法烟气脱硫技术是一种气-气反应，与湿法脱硫系统相比，具有设备简单、占地面积小、投资和运行成本低、操作方便、能耗低、产品易处置、无污水处理系统等优点。

缺点:但反应速度慢，脱硫率低，高级率可达60-80%。但目前该方法脱硫效率低，吸收剂利用率低，磨损结垢严重，设备维护困难，设备运行稳定性和可靠性低，使用寿命短，限制了该方法的应用。

分类:常用的干法烟气脱硫技术有活性炭吸附法、电子束辐射法、荷电干吸收剂喷射法、金属氧化物脱硫法等。

典型的干法脱硫系统是将脱硫剂(如石灰石、白云石或熟石灰)直接喷入炉内。以石灰石为例，脱硫剂在高温煅烧时形成多孔氧化钙颗粒，与烟气中的SO2反应生成硫酸钙，从而达到脱硫的目的。

干法烟气脱硫技术已应用于钢铁行业的大型转炉和高炉，但不适用于中小型高炉。干法脱硫技术的优点是工艺简单，没有污水和酸处理问题，能耗低，特别是净化后烟气温度高，有利于烟囱废气扩散，不会产生“白烟”现象。净化后的烟气无需二次加热，腐蚀性低；其缺点是脱硫效率低、设备庞大、投资大、占地面积大、操作技术要求高。常见的干法脱硫技术如下。

A 、活性碳吸附法：

原理:SO2被活性炭吸附，催化氧化成三氧化硫(SO3)，然后与水反应生成H2SO4。饱和的活性炭可以用水洗涤或加热再生，同时可以产生稀H2SO4或高浓度SO2。可获得副产物H2SO4、液体SO2和元素硫，可有效控制SO2排放，回收硫资源。

Xi交通大学对活性炭技术进行了改进，开发出了成本低、选择性吸附性能强的ZL30和ZIA0，进一步完善了活性炭工艺，使烟气中SO2的吸附率达到95.8%，达到国家排放标准。

B 、电子束辐射法：

原理:烟气经高能电子束辐照产生大量活性物质，将烟气中的SO2和氮氧化物氧化成SO3和二氧化氮(NO2)，进一步生成H2SO4和硝酸(NaNO3)，被氨(NH3)或石灰石(CaCO3)吸收剂吸收

C 、荷电干式吸收剂喷射脱硫法（CD．SI）:

原理:吸收剂高速流经喷涂单元产生的高压静电电晕充电区，使吸收剂携带静电电荷。当吸收剂喷入烟气流时，吸收剂因电荷相同而相互排斥，表面充分暴露，从而大大提高脱硫效率。该方法为干法处理，无设备污染和结垢，无废水废渣，副产品也可用作肥料，无二次污染物，脱硫率达90%以上，设备简单，适应性广。但这种方法是通过电子束加速器产生高能电子；一般大型企业需要大功率电子枪，对人体有害，所以需要辐射屏蔽，所以操作维护要求高。四川省成都热电厂已建成电子脱硫装置，烟气中SO2的脱硫已达到国家排放标准。

D 金属氧化物脱硫法：

原理:根据SO2是一种比较活泼的气体的特性，氧化锰(MnO)、氧化锌(ZnO)、氧化铁(Fe3O4)、氧化铜(CuO)等氧化物对SO2有很强的吸附能力。常温或低温下，金属氧化物吸附SO2在高温下，金属氧化物与SO2反应形成金属盐。然后，通过热分解法、洗涤法等再生吸附质和金属盐。这是一种干法脱硫方法。虽然没有污水、废酸、无污染，但这种方法一直没有推广，主要是脱硫效率低、设备庞大、投资大、运行要求高、成本高。这项技术的关键是开发新的吸附剂。

以上SO2烟气处理技术目前应用广泛。虽然脱硫率相对较高，但工艺复杂，运行成本高，污染防治不彻底，造成二次污染，与我国实现经济与环境协调发展的总体政策不相适应。因此，有必要探索和研究新的脱硫技术。

三、半干法烟气脱硫技术

半干法脱硫包括喷雾干燥脱硫、半干半湿法脱硫、粉粒喷动床脱硫、烟气喷雾脱硫等。

A 喷雾干燥法：

喷雾干燥脱硫法是一种利用机械或气流的动力将吸收剂分散成极细的雾滴，雾滴与烟气形成相对较大的接触表面积的气液热交换、传质和化学反应的脱硫方法。常用的吸收剂有碱液、石灰乳、石灰石浆液等。目前大部分设备使用石灰乳作为吸收剂。一般来说，这种方法的脱硫率为65% ~ 85%。其优点:脱硫在气、液、固三相状态下进行，工艺设备简单，产品为干CaSO和CaSO，易于操作，设备无严重腐蚀和堵塞，用水量相对较小。缺点:自动化要求高，吸收剂用量难以控制，吸收效率低。因此，选择和开发合理的吸收剂是该方法面临的新难题。

B 半干半湿法：

半干半湿法是介于湿法和干法之间的一种脱硫方法，其脱硫效率和脱硫剂利用率也介于二者之间。该方法主要适用于中小型锅炉的烟气处理。该技术的特点是:投资少，运行成本低，脱硫率比湿法脱硫技术低，但总氮仍高达70%，腐蚀少，占地少，工艺可靠。与湿法脱硫系统相比，工业上常用的半干半湿法脱硫系统省略了制浆系统，将Ca(OH):水溶液的喷淋改为CaO或Ca(OH):粉末和水雾。与干法脱硫系统相比，克服了炉内喷钙法SO2和CaO反应效率低、反应时间长的缺点，提高了脱硫剂的利用率，工艺简单，具有良好的发展前景。

C 粉末一颗粒喷动床半千法烟气脱硫法:

原理:含有SO2的烟气通过预热器进入粉末喷动床，脱硫剂预先制成粉末并与水混合，以浆液的形式从喷动床顶部连续喷入喷动床，与喷动颗粒充分混合，与热烟气接触同时脱硫和干燥。脱硫反应后的产物以干粉的形式从分离器中吹出。这种脱硫技术使用石灰石或熟石灰作为脱硫剂。它脱硫率和脱硫剂利用率高，对环境影响小。然而，入口空气温度、床内相对湿度和反应温度之间有严格的要求。当浆液含水率和反应温度控制不当时，脱硫剂会粘壁。

D 烟道喷射半干法烟气脱硫:

该方法利用锅炉和除尘器之间的烟道作为反应器进行脱硫，不需要额外的吸收容器，大大降低了工艺投资，操作简单，所需场地小，适合在国内开发应用。半干法烟气喷雾烟气脱硫是将吸收剂浆液喷入烟气中，浆液滴蒸发反应，反应产物以干粉形式离开烟气。

四、新兴的烟气脱硫方法

近年来，科学技术突飞猛进，环境问题上升到法律层面。中国科技人员已经开发了一些新的脱硫技术，但大多数仍处于实验阶段，需要进一步的工业应用验证。

1.硫化碱脱硫法

Outokumpu公司开发的碱金属硫化物脱硫方法主要是以工业级硫化钠为原料，吸收SO2工业烟气，产品以产生硫磺为目的。反应过程相当复杂，产生Na2SO4、Na2SO3、Na2S203、S、Na2Sx等物质。从产品中可以看出，该工艺能耗高，副产物价值低。华南理工大学石林的研究表明，过程中各种含硫化合物的含量随反应条件的变化而变化，溶液的pH值控制在5.5 ~ 6.5之间。加入少量添加剂TFS。然后产品中主要产生Na2S203，通过过滤蒸发可以得到高附加值的5H 0 Na2S203，脱硫率高达97%，反应过程为SO2 Na2S=Na2S203 S，这一脱硫新技术已通过中试，正在推广应用。

2. 膜吸收法

以有机高分子膜为代表的膜分离技术是近年来发展起来的一种新型气体分离技术，已得到广泛应用，尤其是在水净化和处理方面。中科院大连理化所研究员金梅创造性地利用膜吸收脱除SO2气体，取得了显著的效果，脱硫率达90%。其过程如下:他们用聚丙烯介质空纤维膜吸收器和NaOH溶液作为吸收液脱除SO2气体，其特点是用多孔膜将SO2气体从NaOH吸收液中分离出来，SO2气体通过多孔膜中的孔隙到达气液界面，SO2和NaOH迅速反应达到脱硫的目的。该方法是膜分离技术与吸收技术相结合的新技术，具有能耗低、操作简单、投资少等优点。

3 微生物脱硫技术

根据微生物参与硫循环的各种过程并获得能量的特点，微生物烟气脱硫的机理是在好氧条件下，通过脱硫菌的间接氧化作用将烟气中的SO2氧化成硫酸，细菌从中获得能量。

生物脱硫与传统的化学和物理脱硫相比，基本没有高温、高压、催化剂等外部条件。且在常温常压下操作，工艺流程简单，无二次污染。国外是以地热电站每天5t h: s的切除量为基础；微生物脱硫的总成本计算为常规湿法的50%。无论是有机硫还是无机硫，一旦燃烧，都会产生无机硫SO2，被微生物间接利用。因此，发展微生物烟气脱硫技术具有很大的潜力。在实验室条件下，四川大学王安等人选择氧化亚铁芽孢杆菌进行脱硫研究，在低液气比下脱硫率达到98%。

烟气脱硫技术的发展趋势

目前各种现有技术各有利弊，需要具体应用分析，从投资、运行、环保等方面选择合适的脱硫技术。随着科学技术的发展，一项新技术的出现将涉及许多不同的学科。因此，关注其他学科的最新进展和研究成果，并将其应用于烟气脱硫技术，是开发微生物脱硫和电子束脱硫等新型烟气脱硫技术的重要途径，这些技术因其独特的特点将会有很大的发展。随着人们对环境控制的日益重视和工业烟气排放量的不断增加，投资和运行成本低、脱硫效率高、脱硫剂利用率高、污染少、无二次污染的脱硫技术将成为未来烟气脱硫技术发展的主要趋势。

各种烟气脱硫技术在脱除SO2的过程中取得了一定的经济、社会和环境效益，但仍存在一些不足。随着生物技术和高新技术的不断发展，电子束脱硫、生物脱硫等一系列高科技、适用的脱硫技术将取代传统的脱硫方法。

五、脱硝技术

根据氮氧化物的形成机理，氮减排的技术措施可分为两类:

一是从源头治理。并控制煅烧时产生的NOx。技术措施如下:①采用低氮燃烧器；(2)在煅烧炉和管道中分级燃烧以控制燃烧温度；③改变配料方案，使用矿化剂降低熟料烧成温度。

另一个是来自治理的末端。控制烟气中氮氧化物排放的技术措施有:①“分级燃烧SNCR”，国内已试点；②选择性非催化还原(SNCR)已在中国试点；③选择性催化还原(SCR)，目前欧洲只有三线实验；③SNCR/SCR联合脱硝技术，国内水泥脱硝没有成功经验；④生物脱硝技术(处于研发阶段)。

国内脱硝技术尚处于探索和示范阶段，尚未得到科学总结。各种设计流程、技术路线、设备设施是否科学合理可靠？脱氮效率、运行成本、能耗和二次污染物排放量都将通过实践进行检验。

脱硝技术具体可以分为：

燃烧前脱氮:

(1)加氢脱氮，

(2)洗涤

燃烧过程中的脱氮:

(1)低温燃烧，

(2)低氧燃烧，

(3)FBC燃烧技术，

(4)采用低NOx燃烧器，

(5)煤粉浓缩分离，

(6)烟气再循环技术

燃烧后脱氮:

(1)选择性非催化还原脱硝(SNCR)，

(2)选择性催化还原脱硝(SCR)，

(3)活性炭吸附，

(4)电子束脱硝技术

1.选择性催化还原脱硝技术

SCR脱硝工艺利用催化剂将烟气中的NOx与来自还原剂供给系统的氨气在一定温度(270~400℃)下混合，然后产生氮气和水，从而减少NOx的排放，减少烟气对环境的污染。

在SCR反应过程中使用的还原剂可以是液氨、氨水(25%NH3)或尿素。

SCR脱硝工艺系统可分为液氨储运系统(液氨作为还原剂)、氨制备及供应系统、氨/空气体混合系统、氨喷射系统、烟气系统、SCR反应器系统和氨应急处理系统等。

大型燃煤机组SNCR脱硝效率可达25% ~ 40%，小型机组可达80%。由于这种方法受锅炉结构尺寸的影响很大，所以常作为低氮燃烧技术的补充处理方法。其工程造价低，布局简单，占地面积小，适合老厂改造，新厂可按锅炉设计使用。

选择性催化还原是目前最成熟的烟气脱硝技术。它是一种炉后脱硝方法，于20世纪60年代末~ 70年代在日本首次投入商业运行。它利用还原剂(NH3、尿素)在金属催化剂的作用下选择性地与NOx反应生成N2和H2O，而不是被O2氧化，所以被称为“选择性”。目前世界上流行的SCR工艺主要分为氨SCR和尿素SCR。这两种方法都是用氨还原氮氧化物，在催化剂的作用下，将氮氧化物(主要是一氧化氮)还原成对大气影响不大的N2和水，还原剂是NH3。

目前，用于SCR的催化剂大多以二氧化钛为载体，V2O5或V2 O5 -WO3或V2O5-MoO3为活性组分，可制成蜂窝、平板或波纹三种类型。烟气脱硝中使用的SCR催化剂可分为高温催化剂(345℃ ~ 590℃)、中温催化剂(260℃ ~ 380℃)和低温催化剂(80℃ ~ 300℃)。不同的催化剂有不同的合适反应温度。如果反应温度低，催化剂的活性会降低，导致脱硝效率降低，如果催化剂继续在低温下运行，催化剂会永久性损坏；如果反应温度过高，NH3容易被氧化，增加了氮氧化物的量，会引起催化剂材料的相变，从而降低催化剂的活性。目前，国内外的SCR系统大多采用高温催化剂，反应温度在315℃-400℃之间。该方法在实际应用中的优缺点如下。

优点:该方法脱硝效率高，价格相对低廉，在国内外工程中应用广泛，已成为电厂烟气脱硝的主流技术。

缺点:燃料含有硫，燃烧时会产生一定量的SO3。在有氧条件下，随着催化剂的加入，SO3的生成量大大增加，过量的NH3生成NH4HSO4。NH4HSO4具有腐蚀性和粘性，会对尾部烟道设备造成损坏。虽然SO3这一代人有限，但其影响力不可低估。此外，催化剂中毒现象也不容忽视。

2.选择性非催化还原(SNCR)脱硝技术

SNCR法主要是将含氮还原剂(尿素、氨水或液氨)喷入850 ~ 1100℃的烟气中，使其发生还原反应，脱除氮氧化物，生成氮气和水。在一定的温度范围内，有氧气存在的情况下，含氮还原剂对NOx的还原具有选择性，反应中不需要催化剂，所以称为选择性非催化还原。SNCR系统主要设备采用模块化设计，主要由还原剂储运模块、稀释水模块、混合计量模块和注射模块组成。

3.SCR可控硅组合工艺脱硝技术

SNCR/SCR组合工艺是SNCR技术和SCR技术的联合应用，即在炉膛上部850 ~ 1100℃的高温区，采用尿素等作为还原剂，通过计量分配和输送装置将还原剂精确分配到各喷枪，然后通过喷枪喷入炉膛，实现脱硝。过量逸出的氨随烟气进入炉膛后，与少量催化剂一起进入SCR脱硝反应器，实现二次脱硝。

SNCR/SCR混合脱硝系统主要由还原剂储存与制备、运输、计量与分配、喷射系统、烟气系统、SCR脱硝催化剂与反应器、电气控制系统组成。

六、锅炉企业的脱硫脱硝技术应用总结

在锅炉企业的脱硫脱硝技术中，国内现有的锅炉生产厂家多采用煤或煤气作为燃烧介质。

国内使用最成熟的技术是FGD法(利用吸收剂或吸附剂去除烟气中的二氧化硫)；

选择性催化还原技术是脱硝的主要方法。

烟气脱硫方法的技术比较

SCR脱硝技术是目前世界上最主流的脱硝方法。该方法可以在现有烟气脱硫工艺下增加脱硝装置。在含氧气氛中，还原剂与废气中的no发生有限反应的催化过程称为选择性催化还原。合适的催化剂和还原剂应具有以下特征:

1)还原剂应具有高反应性。

2)还原剂可以选择性地与NOx反应，但不能与烟气中的大量氧化物质反应。

3)还原剂一定要便宜，这样去除过程才能低成本操作。