烟气脱硫历史

从锅炉和炉排废气中脱除二氧化硫的方法已经研究了150多年。早在1850年左右,英国就确立了烟气脱硫的思想。
20世纪20年代,随着英国大型电厂的建设,与大量二氧化硫有关的问题
2日从一个网站开始关注公众。如此
2排放问题直到1929年才引起人们的注意,当时上议院支持了一位土地所有者对曼彻斯特公司巴顿电力厂的索赔,要求赔偿由此造成的土地损失。
2排放。此后不久,就发起了一场反对在伦敦境内修建发电厂的新闻运动。这种强烈抗议导致
2对所有此类电厂的控制。[3] 1931年,伦敦电力公司在巴特西发电站安装了第一台大型烟气脱硫装置。1935年,一个类似于巴特西的烟气脱硫系统在斯旺西电站投入使用。第三个主要烟气脱硫系统于1938年在富勒姆发电站安装。这三个早期的大型烟气脱硫装置在第二次世界大战期间暂停,因为特有的白色蒸汽羽流将有助于敌机的定位。[4]巴特西的烟气脱硫装置在战后重新投入使用,并与位于新班克斯德B发电站的烟气脱硫装置一起与伦敦城相对的地方,分别在1983年和1981年关闭电站之前一直运行。[5]大型烟气脱硫装置直到20世纪70年代才重新出现在公用事业中,当时大多数装置都在美国和日本。
1970年,美国国会通过了1970年清洁空气法案(CAA)。该法授权在美国制定联邦法规,涵盖固定(工业)和移动源的排放,随后由美国环境保护署(EPA)公布。1977年,国会修订了该法案,要求对空气排放进行更严格的控制。[6]为了响应CAA的要求,美国机械工程师协会(ASME)于1978年授权成立了PTC40标准委员会。该委员会于1979年首次召开会议,目的是制定一个标准化的“进行和报告烟气脱硫系统性能试验的程序,并按以下类别报告结果:(a)减排,(b)消耗品和公用事业,(c)废物和产品T特性和数量。”[7]第一个规范草案于1990年由美国机械工程师协会(ASME)批准,1991年由美国国家标准协会(ANSI)通过。PTC 40-1991标准可供受1990年《清洁空气法》修正案影响的机组公用。2006年,PTC40委员会在2005年EPA发布《清洁空气州际规则》(CAIR)后重新召开会议。[8]2017年,修订后的PTC40标准发布。本修订标准(PTC 40-2017)涵盖了干法和可再生烟气脱硫系统,并提供了更详细的不确定度分析部分。目前,世界各地的公司都在使用这一标准。
截至1973年6月,共有42台烟气脱硫机组在运行,日本36台,美国6台,容量从5兆瓦到250兆瓦不等。[9]截至1999年和2000年左右,27个国家都在使用烟气脱硫机组,共有678台烟气脱硫机组在总发电量约为229千兆瓦的情况下运行。ATTS约45%的烟气脱硫能力在美国,24%在德国,11%在日本,20%在其他国家。约79%的机组(约199千兆瓦)使用石灰或石灰石湿法洗涤。大约18%(或25千兆瓦)利用喷雾干燥洗涤器或吸附剂注入系统。

硫酸雾形成

煤和石油等化石燃料可能含有大量硫。当化石燃料燃烧时,大约95%或更多的硫通常转化为二氧化硫(所以
2)。这种转化发生在温度和烟气中氧气的正常条件下。但是,在某些情况下,这种反应可能不会发生。
当烟气含氧量过大时
2进一步氧化成三氧化硫(SO
3)。过多的氧气只是其中之一
3形成。气体温度也是一个重要因素。在大约800°C时,SO的形成
3号优先。另一种方式是这样
3可以通过燃料中的金属催化形成。这种反应尤其适用于重质燃料油,因为重质燃料油中含有大量钒。不管怎样
3是形成的,它的行为不是这样的
它形成一种液体气溶胶,称为硫酸(H
2SO
4)很难去除的雾。一般来说,大约1%的二氧化硫会转化成二氧化硫
三.硫酸雾通常是造成蓝色雾霾的原因,而蓝色雾霾通常出现在烟气羽流消散时。这一问题正越来越多地通过使用湿式静电除尘器来解决。

基本原则
大多数烟气脱硫系统采用两个阶段:一个用于飞灰去除,另一个用于SO
2拆卸。已经尝试去除飞灰和
2个在一个洗涤容器中。然而,这些系统经历了严重的维护问题和低去除效率。在湿法洗涤系统中,烟气通常先经过电除尘器或袋式除尘器的飞灰去除装置,然后进入SO
2-吸收器。然而,在干式喷射或喷雾干燥操作中,SO
2首先与石灰反应,然后烟气通过颗粒控制装置。
与湿法烟气脱硫系统相关的另一个重要设计考虑因素是,从吸收器排出的烟气已被水饱和,并且仍含有一些水
2。这些气体对任何下游设备(如风机、管道和烟囱)具有高度腐蚀性。有两种方法可以减少腐蚀:(1)将气体加热到露点以上,或(2)使用允许设备承受腐蚀条件的结构和设计材料。两种选择都很昂贵。工程师根据现场情况决定使用哪种方法。
用碱固体或溶液擦洗
烟气脱硫吸收塔的方案设计
所以
2是一种酸性气体,因此,典型的吸附剂泥浆或其他用于去除SO的材料
烟气中的2是碱性的。在用碳酸钙进行湿法洗涤时发生的反应
3(石灰石)浆液产生亚硫酸钙(CaSO
3)并且可以用简化的干燥形式表示为:
碳酸钙
3(s)+所以
2(g)→卡索
3(s)+一氧化碳
2(g)
当用Ca(OH)2(熟石灰)浆进行湿法洗涤时,反应也会产生CaSO3(亚硫酸钙),并可以简化的干燥形式表示为:
Ca(OH)2(S)+SO2(G)→CaSO3(S)+H2O(L)
当用mg(oh)2(氢氧化镁)浆液进行湿法洗涤时,反应生成mgso3(亚硫酸镁),并可以简化的干燥形式表示为:
mg(oh)2(s)+so2(g)→mgso3(s)+h2o(l)
为了部分抵消烟气脱硫装置的成本,一些设计,特别是干法吸收剂注入系统,进一步氧化CaSO3(亚硫酸钙),生产出可用于墙板和其他产品的合格CaSO4-2H2O(石膏)。生成这种合成石膏的过程也称为强制氧化:
CaSO3(AQ)+2H2O(L)+½O2(G)→CaSO4·2H2O(S)
一种可以吸收二氧化硫的天然碱是海水。如此
2在水中被吸收,当加入氧气时,反应生成硫酸根离子SO4-和游离H+。海水中的碳酸盐推动碳酸盐平衡释放co,从而抵消了h+的过剩。
2气体:
SO2(g)+H2O(l)+½O2(g)→SO42–(AQ)+2H+
HCO3-+H+→H2O(L)+CO2(G)
在工业上,苛性钠(naoh)通常用于擦洗
2、生产亚硫酸钠:
2NaOH(AQ)+SO2(G)→Na2SO3(AQ)+H2O(L)[13] 烟气脱硫用湿洗涤器的类型
为了提高最大的气液表面积和停留时间,已经使用了一些湿式洗涤器设计,包括喷淋塔、文丘里管、板式塔和移动填料床。由于结垢、堵塞或腐蚀影响FGD可靠性和吸收器效率,趋势是使用简单的洗涤器,如喷淋塔,而不是更复杂的洗涤器。塔的结构可以是垂直或水平的,烟气可以与液体同时流动、逆流流动或交叉流动。喷淋塔的主要缺点是它们需要相当高的液气比要求。
2比其他吸收器设计的拆卸。
fgd洗涤器产生的结垢废水需要进行处理以符合美国联邦排放法规。[14]然而,离子交换膜和电渗析系统的技术进步使fgd废水的高效处理能够满足最近的epa排放限制。[15]其他高浓度工业废水的处理方法类似。