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面向21世纪的电子束烟气净化技术

浏览:1391 时间:2018-12-05 分类:服务中心
兀0我国政府也同时提出了对于消除烟气中氮氧化物的要求。并将在未来几年中采取更严格的控制二氧化硫和氮氧化物的排放标准以及各种相应的措施,已保证我国国民经济可持续发展。
面向21世纪的电子束烟气净化技术
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  兀0我国政府也同时提出了对于消除烟气中氮氧化物的要求。并将在未来几年中采取更严格的控制二氧化硫和氮氧化物的排放标准以及各种相应的措施,已保证我国国民经济可持续发展。
 
  常规法中烟气净化环节脱脱voc脱co2烟气~丨脱尘叫脱S02由于历史发展原因以及对环保意识的加强,在20世纪80年代首先提出了要脱S02的要求,而后又逐步的提出了脱尘的要求。到20世纪90年代的初期,随着对NO,危害的认识,又提出了脱除NOz的要求。在20世纪90年代的后期,布鲁塞尔的二垩英牛奶中毒的事件,人们对VOC(可挥发性有机物,二垩英是其中之一)的危害作用,有所警惕。随着人们对二氧化碳对地球臭氧层破坏的认识,也就提出了在21世纪要执行减除二氧化碳的一个新任务。随着要求的增加,对燃煤以及燃气电厂烟气排放提出了上述各种要求,这样造成了多环节、多设备、系统复杂、投资昂贵等问题。
 
  在常规的烟气净化技术中,主要是考虑烟气脱硫的单方面技术。目前,世界上燃煤或燃油电站采用的烟气脱硫工艺多种多样,达数百种之多。目前应用较为广泛的有以下几种:石灰石(石灰)一石膏湿法、喷雾干燥法、氨水洗涤法、炉内喷钙加尾部烟气增湿活化法、烟气循环流化床法等,这些方法主要是在20世纪80年代左右形成的,占世界脱硫市场的主要部分。目前世界上应用最多的烟气脱硫技术是石灰石一石膏法,但是此种方法副产物为含有水分和杂质的石膏废料且有废水排放,占地面积大,造成二次污染,已经不能适应愈加严格的环保市场的要求。
 
  目前,我国烟气脱硫技术的主要来源仍然是沿用国外20世纪80年代的技术,因此不仅要交纳大量的许可证使用费以及技术转让费,同时还是沿着国外各种技术叠加的老路。
 
  电子束法烟气净化(电子束-干法工艺)'烟气一叫除尘、脱硫、除NCX、去除VOC、减排C02的效应电子束照射是对烟气的除尘(PM10)、脱硫、除NCX、去除VOC、减排C02效应一步到位,彻底解决烟气对人类环境以及社会危害的技术。同时它所产生的副产品是可以用作化肥或人造合成气体等,直接变废为宝,是一种能满足21世纪环保要求的新技术,且设备简单、环节少、投资低,因此具有极广阔的市场前景。
 
  该工艺流程有排烟预除尘、烟气冷却、氨的充人、电子束照射和副产品捕集等工序所组成。锅炉所排出的烟气,经过除尘器的粗滤处理之后进人冷却塔,在冷却塔内喷射冷却水,将烟气冷却到适合于脱硫、脱硝处理的温度(约70C)。烟气的露点通常约为50X:,被喷射呈雾状的冷却水在冷却塔内完全得到蒸发,因此,不产生废水。通过冷却塔后的烟气流进反应器,在反应器进口处将一定的氨水、压缩空气和软水混合喷人,加人氨的量取决于SOi浓度和NCX浓度,经过电子束照射后,SC和NOz在自由基作用下生成中间生成物硫酸(H2S04)和硝酸(HN03),然后硫酸和硝酸与共存的氨进行中和反应,生成粉状微粒(硫酸氨(NH4)2S04与硝酸氨NH4N03的混合粉体)。
 
  这些粉状微粒一部分沉淀到反应器底部,通过输送机排出,其余被副产品除尘器分离和捕集,经过造粒处理后被送到副产品仓库储藏。净化后的烟气经脱硫风机由烟囱向大气排放。
 
  特点:不但能脱硫,还能脱硝,去除VOC,PM10以及进一步减排二氧化碳的优点。是一种针对21世纪环保要求一步到位的新技术。
 
  表1为湿法脱硫、电子束烟气净化的比较:技术成熟程度适用煤种脱so2率脱>率脱PM10率湿法脱硫成熟不限95%以上电子束烟气净化工业试验不限95%以上脱VOC率脱co2率吸收剂副产物废水工程造价运行费用石灰石/石灰石膏浆液有较高较大液氯硫铵无较低电子束烟气净化技术的基本原理是将燃煤电厂的烟气,通过有电子束辐照的辐照室,与同时掺人烟气中的水汽及氨受到辖照后分解造成的强氧化还原的氢氧离子及自由基起作用,使烟气中S02及NCX生成中间产物,硫酸及硝酸后又与氨进行中和反应生成硫酸氨(NH4)2S04及硝酸氨nh4no3的混合物微粒(即农业中常用化肥),而后加以收集,无二次污染物生成的特点。
 
  日本Ebara公司1997年在成都热电厂采用的电子束法工艺,由于采用干式静电除尘器来回收副产品,在流程中副产品一直保持干态,故而又称电子束-干法工艺,也是传统的电子束法工艺。烟气首先由一台除尘器清除飞尘,然后经锅炉引风机引出,通过回热器初步降温后,流经一台喷淋蒸发冷却塔,在那里被降温、增湿、去尘;之后再流进一间辐照室,利用电子加速器产生的电子束对烟气照射,电离其中的N2,02和H20分子,以形成自由基,进而把S02和NC氧化成H2S04和HN03,最后再与辐照室中注人的气氨合成硫酸铵和硝酸铵气溶胶微粒。在辐照室中将上水和气氨同时喷入,以吸收反应产生的热量,使辐照室出口烟气温度仍保持在进口处的60"C.离开辐照室,这些铵盐被一台干式静电除尘器从烟气中分离。脱硫后烟气经回热器加热后,由脱硫增压风机送入烟囱排放。为不影响电厂的运行,在原有烟道上加装旁路挡板,当烟气脱硫装置出故障时,烟气通过旁路直接进人烟排放。
 
  在产品收集环节上目前世界上一律采用干法,即利用要求烟气中浓度极低的干式静电除尘器来收集产品颗粒,而后再送到造粒车间造粒,这种方式又称电子束-干法工艺。该干法工艺在实际运行中比较成功,但仍存在一些问题考虑到电子束烟气净化的关键是要在一定含有湿度的烟气下进行辐照,而湿度的增加有利于反应进行,从而可减少电子束所需的剂量,从而达到节能目的。由于采用干式静电除尘器,限止了烟气中的湿度,故而这种电子术干法能耗较大,而产品有易粘结在静电除尘器的极板上,影响系统的正常运行。
 
  电子束-半干法为了克服电子束干法中的缺点,开创了世界上最先进的电子束-半干法技术。即用湿式静电除尘器来收集产品,从而可大大降低能耗,并且简化了系统,去除了造粒车间,直接生成颗粒1大小的硫酸氨、硝酸氨肥料。我院在2000年12月已建成这个工艺过程及试验台架,迄今已顺利的运行6000多小时,积累了大量实验数据及经验。并在2001年4月通过国家鉴定,被认为是有我国自主知识产权,已超过世界水平的最先进烟气净化技术。
 
  在大量实验数据及经验上我们又提出了利用斜孔板塔来代替湿式静电除尘器的新概念,能进一步降低成本、降低能耗及减少场地。斜孔板塔电子束半干法烟气净化技术采用斜孔板塔来回收副产品,由于在流程中副产品从湿态转为干态,因此属半干法工艺。
 
  从斜孔板塔分离、清洗出来的铵盐溶液,通过离心式喷嘴从顶部喷入干燥器中蒸发干燥,形成直径在100pm左右的铵盐颗粒,其中占50%的粗颗粒在重力作用下被直接收集在喷雾干燥器底部的斗仓内。与此同时烟气被蒸发水加湿和冷却,然后流进一台小型干式、高速静电除尘器中,由它收集其余40%的细颗粒铵盐。烟气流进辐照室之前,被注人理论化学剂量比为1的气氨。液氨首先在一定压力下被贮存在容器中,和烟气混合之前,液氨需经节流后在一台蒸发器中气化。在辐照室中,利用动能为400850keV的电子束照射烟气中的N2,02和H20分子,以产生自由基和原子,它们将S02和NCX快速氧化成各自的酸物质,最后这些氧化酸与气氨在辐照室及进行中和反应,合成直径在1pm左右的铵盐气溶胶微粒,并被斜孔板塔清洗成铵盐溶液,送人喷雾干燥器中喷雾干燥。此外,在辐照室的烟气管道中设置水喷嘴,用于定期把低温、高湿条件下在壁面上积淀的易溶铵盐粘附层清洗成铵盐溶液,从沉积处排出,也卑至喷雾干燥器中喷雾干燥。
 
  我们已在2000年9月申报了电子束半干法中采用湿式静电除尘器的专利(申请号为:00109849.7,并已对整个系统进行了2000多小时运行考验成果理想。对于采用斜孔板塔电子束半千法也在2001年12月申报了专利(申请号为:0140248.采用电子束-半干法工艺相对于传统的电子束-干法工艺会有下列改进:降低所需烟气吸收电子束辐照剂量一般电子束干法的辐照剂量水平在310kGy左右,而斜孔板塔电子束半干法的辐照剂量最大可降低至1.5kGy.在传统电子束干法工艺中,由于直接合成的铵盐为平均直径在1数量级的超细微粒,比表面积很大导致活性提高,且属亲水性,经过冷却塔和辐照室的两次喷水增湿,极易在辐照室中,及其下游相对低温、篼湿的管道和干式静电除尘器中吸湿,并粘附、结块于壁面上。为避免严重堵塞,系统必须定期关闭,以去除这些粘性结块。由于副产品颗粒太细,需经过耗电较多的造粒机处理,方'可作为农用化肥出售。这就使工艺系统的总耗电超过火电厂净发电的3%.这对于商业化运营的火电厂而言,难以接受。而新型斜孔板塔电子束半干法工艺用溶液泵把斜孔板塔中分离、清洗后生成的铵盐溶液,送至工艺开始端的喷雾干燥器中喷雾干燥,生成平均直径为100pm左右的中等铵盐颗粒,比表面积减小使其粘性大为降低,在辐照室之前相对高温、低湿的喷雾干燥器的收集过程中,不会在设备和管道的壁面上粘附、结块。较大的颗粒直径便于副产品的收集、运输和贮藏,并使其可作为农用化肥直接出售。
 
  斜孔板塔中化肥残留量低且省去振打装置在传统的电子束干法工艺中冷却塔和辐照室相对湿度的,使这样具有一定粘性的铵盐微粒在回收过程中在干式静电除尘器阳极板上结块,其残留量很难控制,故需设振打装置;而在新型电子束半干法工艺中,斜孔板塔的清洗溶液,可带走大部分高溶解度的铵盐微粒,化肥残留量低,因此可省去振打装置。
 
  在新型电子束半干法工艺中,斜孔板塔极板循环清洗溶液由于对辐照室逸出的气氨有很强的吸收作用,因此可通过适当增大a值来提篼7s2,同时可使烟囱出口的逸氨浓度保持在1CT6左右,比国家排放标准低两个数量级左右。
 
  新型电子束半干法工艺由于降低了所需烟气吸收电子束辐照剂量,省去了辖照室中的水喷淋系统和相应机械刮板装置,也省去了静电除尘器的振打装置,特别是省去了耗电较大的造粒机,据计算其系统耗电仅为传统电子束干法工艺的60%,这使系统运行费用大为降低下图(资料来源:IAEA-TECDOC-1189)显示了各种不同脱S02、脱NO:电子束法投资所需资金。从图中看出:电子束法由于本身就具备了脱S02、脱NC―体化的功能,所以它的投资额远远低于其他几种方法。
 
  减排二氧化碳技术迄今为止,人类活动的主要能源是燃烧的化学能,其能源包括煤、石油、天然气等,这些燃料的燃烧过程中释放出大量的二氧化碳。科学研究发现并证实:二氧化碳的大量排放,破坏了人类赖以生存的高空臭氧层,从而造成地球升温、冰层溶解、海平面上升,这些对人类的生存以及大气环流都有极大的破坏作用。因此二氧化碳的减排,引起了世界各国政府以及科学家的极大重视,并致力于合作解决二氧化碳的排放、处理问题。因此,世界各国正在进行二氧化碳减排的各项科研研究、技术方案,定期召开会议交流问题和经验,组成国际合作框架。
 
  □美国23.7%S中B13.6%m俄罗斯□日本5.2%其他国家50%国际能源机构公布的数据表明:美国、中国、俄罗斯和日本的二氧化碳排放量几乎占全球总排放量的一半,详见下图。目前我国是世界上排放二氧化碳总量的第二大国,因此从我国可持续性发展战略以及世界的责任性来说,都有义务来参加这项工作。1994年,在日本京都召开了著名的京都会议,通过了著名的京都决议,表明了世界各个政府的高度重视,要联合起来,针对这个未来影响到人类前途的问题,去共同努力加以解决。
 
  在燃烧中产生的二氧化碳将随着烟气被排放到大气中,一般二氧化碳的含量为烟气重量的3%15%.减排二氧化碳的各种方法引起各国科学家的重视,国际间的合作也正在加强。目前采用的主要方法是吸收、分离法:采用催化剂吸收二氧化碳,而后将它在高压情况下从催化吸收剂中赶出来,这样二氧化碳就和烟气分离,用特殊的管道将二氧化碳气体输送到地下多孔层的岩石中加以储存,因此这是一个价格昂贵的方法。
 
  30多年前已经发现,在宇宙线的作用下,二氧化碳很容易与水起作用生成碳酸。这种过程在加速器中可以重演,同样在电子束的照射下也可以,若同时加人氨还可以产生肥料级的碳酸氨。二氧化碳在电子束的照射下还可以分解成一氧化碳和氧,若在此加以氢则可以转变生成对人类有用的化工燃料和其它有用原料,这样就能彻底解决危害人类的二氧化碳排放问题。这种方法已在国外有关的实验室中分别做过实验验证。我们开始利用我院的整套装置对上述实验开始进一步的开发实验研究,此项实验计划也已引起国际上的巨大关注,美国能源部、美国国家实验室都提出了愿意跟我公司在这个方面上的进一步的合作研究。
 
  在二氧化碳的国际市场交易上已达成了国际互换的原则,并予以实施。例如在我国实施的二氧化碳减排的数量可以当作商品转卖给另一个需要减排的国家,这样二氧化碳的减排就变成国际上可交换的一种商品,因此二氧化碳减排不仅对我国国民经济的发展有长期深远影响,也可以作为商品在国际上交易。
 
  新型电子篼效加速器的研制开发生产电子加速器及电子束技术的发展以及应用,已经经历一段相当长的时期,占领了一定的市场,但其今后的发展受制于电子加速器的本身,因此发展各种高效,造价低,可靠性高的新型电子加速器是发展的关键。我们准备与国内外著名的科研机构、生产厂商合作,正在研制各种新型的电子加速器,为市场的发展作准备。
 
  结束语:我们已经掌握了能够满足21世纪烟气净化要求的;完全拥有我国独立知识产权的电子束烟气净化的新技术。它在经济上完全能与国内目前电厂中应用的、从国外引进的湿法脱硫技术相比较;在技术上已远远超过湿法技术。它不仅能够满足目前我国烟气脱硫市场的需要,而且能为即将来到的脱硝以及未来的二氧化碳减排做了准备。它定将能为我们国民经济的可持续发展,为我国的环保事业作出贡献。
 
  但是作为一种新技术在进人市场上特别是电厂烟气净化市场中还存在着一定的困难。首先希望能得到有关方面支持,在2004年底完成一个10万千瓦规模的工业示范项目。然后在20052010年期间推广到30万到60万千瓦规模的电厂中去,在我国电厂烟气净化的工业中真正发挥作用。