电子束辐射法及其经济分析

辽宁城乡环境科技第21卷第6期2001年12月

电子束辐射法及其经济分析

王德荣

林彦奇

李永芬

沈阳

110031)

(辽宁省环境保护科学研究所

摘要介绍一种干法同时脱硫脱硝燃煤烟气电子束辐射法治理技术,并对脱除烟气中SO2、NOx的反应机理进行探讨,同时对技术发

展状况及经济效益初步分析。

关键词:电子束燃煤烟气脱硫脱硝

Abstract

ThispaperdescribesatechnologyofdrymethodofhandlingfluegassimultaneousremovalofSO2andNOx.Thefocusisonintroducingthe

reactionprinciple、testresult、technologydevelopingstatusandanalysisofeconomyonelectronbeamradiationmethodofeliminatingSO2andNOxinfluegas.

Keywords:ElectronbeamFuel-coalfluegasRemovalofSO2andNOx

1引言

煤炭燃烧是空气中SO2和NOx的主要来源,全国每年排放到大气中的SO2由1995年1500万t到2000年达到2400万t,五年时间SO2的排放量增长40%,NOx90%来自燃料燃烧。燃煤所造成的污染已成为制约国民经济和社会持续发展的一个重要影响因素,如不采取有力的治理措施,这种局面将会加速恶化。

为了治理烟气,近年来各国相继开发出许多同时脱硫脱硝的方法。美国政府能源调查报告[1]从具有工业应用可行性上考虑,鉴别出60多种方法并进行了分类,分析了它们的优、缺点,电子束辐射法即3电子束辐射法处理烟气的技术概况是其中较好的一种。3.1工艺过程

以火电厂的排烟脱硫脱硝为例,见图1。2电子束辐射法的开发和扩大试验研究利用放电技术处理烟气的方法有多种,一种是

用电子加速器提供高能的电子束辐射法(EBA),另一种是利用高压电晕脉冲放电的方法,再一个是利用微波和紫外线辐射法。而以电子束辐射法(EBA法)研究工作做得多,该技术首先是日本茬原制作所于1970年着手研究,1972年又与日本原子能研究所合作,确立了该技术作为连续处理基础。1974年茬原研究所处理重油燃烧废气,进行了1000/h规模的试验,探明了添加氨的辐射效果,稳定了脱硫脱硝的条件,成功地捕集了副产品硫铵和硝铵。1977年与钢铁业防治氮氧化物研究所合作,进行了烧结炉废气的1万/h规模的试验,从而肯定了该法技术。

以煤炭、石油为主要能源的美国,1983年着手“酸雨”的控制问题,因而美国能源部(DOE)提出用

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该技术的工业试验计划,总投资700万美元,由美国

政府、茬原制作所、印地安纳州政府、电力会社、煤炭会社、肥料会社等分担出资,在印地安纳州煤炭火力发电厂进行规模2.4万/h的试验,1987年7月完成[2]。此外受美国能源部委托在堪萨斯州进行的1.4万/h工业试验;西德的2万/h规模试验,取得了很好的结果。KiK原子能研究所为此进行了基础研究。

EBA法也引起国内的注意,以上海原子能研究所为中心进行了开发,2000年,在四川绵阳热电厂

[3]

3000kW机组建立示范工程。

来自锅炉的烟气,经除尘用水喷雾冷却到70℃,加适量氨,含氨的烟气通过电子射线的激发辐射,SO2和NOx急速氧化水合成硫酸和硝酸、再和氨反应生成粉末状的硫铵和硝铵,由其后的过滤装置回收作为肥料,清洁的烟气经烟囱排放

。

电子束辐射法及其经济分析

图2是电子束辐射法的改进法,该法中用石灰浆脱硫[4]这一流程,对于燃烧高硫煤的烟气,可以由喷雾脱硫器除去大部分SO2,以节省电子束辐射的能量,为其提供适宜的脱除SO2和NOx的浓度,同时对烟气进行了降温和增湿,为电子束辐射工艺创造了条件。

3.2

王德荣

主要设备及电子束的特点⑴主要设备

该工艺过程的主要设备是电子加速器和反应器,见图3。电子束是由电子加速器产生的。通过在真空中加热灯丝,用数百Kev的加速电极加速由灯丝飞出来的热电子射向烟气通过的空间(反应器)———电子射线是点状的束,在其射向及垂直的平面内X、Y两个方向进行扫描照射,以便均匀的辐射大量烟气[5]。

为了防止X射线的危害,电子加速器和反应器要放在地下及混凝土构成的照射室内。

⑵电子束技术的特点

用电子束供给反应系统能量是利用了电子束的特殊性质,即:

a)可以在局部位置集中供给高能量

;

b)透过力、贯穿力强;c)能量利用率高;d)反应速度快、时间短;

e)实现了新式的自由基离子反应;f)反应中不添加催化剂。

a)b)c)的特点正是利用了电子束法的优点,d)e)f)的特点是由等离子体或放电作用获得的。3.3

氧化能力强的OH 、O 、HO2 等活性游离基。

⑵氧化SO2和NOx

由生成的氧化性活性粒子,氧化烟气中的SO2和NOx生成硫酸和硝酸。

SO2

OH 、O HO2

NOX

OH 、O

2SO4

3

脱硫脱硝的反应机理HO2 个反应过程说明这个反应机理,这三个反应过⑶生成硫铵和硝铵程的反应器中是交叉进行相互影响的。由已生成的硫酸和硝酸与予加入烟气中的氨反

⑴生成氧化性的活性粒子应,生成细粒的硫酸铵和硝酸铵。如果组合石灰浆喷由电子加强器来的大量高能电子,在反应器内雾则生成亚硫酸钙和硫酸钙。与烟气的主要成分N2、O2、H2O分子冲撞,反应生成茬原研究所与原子能研究所研究表明,NOx约

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有80%转变为硝铵,20%左右则转变为氮气。3.4用电子束处理烟气方法的优点

⑴用一个过程能同时脱硫脱硝,且去除效率较高;

⑵能够生成硫铵和硝铵副产品做化肥用,没有废弃物;

⑶干法过程,没有废水及其处理设施;⑷不用催化剂,不存在催化剂中毒的使用寿命和更新等问题,可以节约经费;

⑸设备结构对烟气条件的变动适应性强,控制容易;

⑹因辅助设备少建设费用和处理费用比湿式脱硫法(FGD)加选择性催化还原法(SCR)低。3.5电子束法处理烟气存在的问题

⑴该方法耗电大,运行费中的电费占的比例高。

⑵烟气辐射装置还没有达到大型工程应用。⑶处理后烟气中还存在排放微量氨、硫酸和一氧化二氮(N2O)的可能性,有待进一步确证。

电子束法与组合法(FGD+SCR)燃煤烟气脱硫脱硝工业试验结果其经济比较见表1。

从表1看出电子束法的设备费的组合法的70%～80%,运行费是组合法的90%。

5

5.1

在美国进行的工业试验实例

4用电子束法处理燃煤烟气的经济性

根据美国能源部(DOE)报告,一个500MW的火力发电厂,用湿法脱硫(FGD)其设备费用为175 /kW,运行费用18mill/kW h,在其后组合进SCR法脱氮,设备费为125 /kW,运行费为6.2mill/kW h(催化剂使用寿命按6年计算,若按4年寿命则为7.6mill/kW h),因此合计起来该组合法脱硫脱氮的设备费用为300 /kW,运行费为24.2mill/kW h。

电子束法100MW规模的电厂,烟气同时脱硫脱氮,根据美国能源部报告的数据,设备费用是247 /kw,运行费是21.6mill/kW h。根据日本资料报导,电子束法用于500MW规模的电厂,设备费是组合法的70%～80%,运行费是组合法的90%,由此计算,500MW规模的电厂,电子束法的设备费是210～240 /kw,运行费是21.78mill/kW h,这个数值与美国能源部报告的数值是一致的。

表1

项目

设备占的空间比例设备费( )/kW

(占的比例)

电子束法处理燃煤烟气的经济评价

组合处理法

100%300(100%)24.2(100%)500

电子束法

40%210～240(70%～80%)

21.7(90%)500

运行费mill/kW h

(占的比例)

电厂规模MW

工业试验设备

在美国印地安纳州 …… 此处隐藏：4231字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……