电子束脱硫技术应用及分析
1 前言
2 电子束脱硫工艺原理
3 电子束脱硫工艺流程
4 电子束脱硫工艺特点
5 EBA示范项目技术经济指标
6 运行状况与应用分析
1 前 言电子束烟气脱硫脱氮技术是一项物理与化学紧密结合的高新技术,国外 70年代初期就开始了探索研究 。 日本荏原制作所在 1970年即开始研究电子束法脱除烟气中的 SO2与 NOx,1973年建成模拟气体和重油燃烧烟气的小试装置；随后研究证明了电子束照射法可同时脱硫和脱氮；经中试研究进一步掌握了实际设备所需的各项定量参数,长期运转中试设备的可靠性,并能适应严格的环保标准规定 。 对副产品的硫酸铵 (含极少量硝酸铵 )进行的植物裁培试验表明：脱硫副产品具有与销售氮肥相同的质量,对植物的发育无不良影响 。 至此,电厂烟气电子束脱硫工业性试验的条件已完全具备 。
在我国,该技术作为,七五,期间国家重点科技攻关项目,以上海原子能研究所为主曾作过小型试验,至今仍有一些院校在不断深入研究 。
鉴于合作建设 SO2脱除装置在我国很有必要性,
同时开发新的脱硫工艺技术又是电力工业发展所必需,在国家计委和原电力工业部的推进和领导下,
1995年初决定由四川省电力局与荏原制作所合作建设电子束脱硫示范装置 。 1998年 5月,中日合作成都电厂 EBA示范项目通过了验收与技术鉴定 。 该装置烟气处理量 30× 104 m3/h,为目前世界上建成并投运的最大规模的工业装置 。
2 电子束脱硫工艺原理脱硫,脱硝主要机理：
（ 1） 游离基的生成,
燃煤排烟由氮,氧,水蒸汽,CO2等主要成分及 SO2,NOx等微量有害成分构成 。
当电子束照射烟气时,电子束能量大部分被烟气中的氮,氧,水蒸汽所吸收,从而生成富有反应活性的游离基 (OH基,O原子,
HO2基,N基 )：
N2,O2,H2O→OH,O,HO2,N
（ 2） SO2与 NOx的氧化,
烟气中的 SO2与 NOx,,与因电子束照射而生成的游离基进行反应,分别氧化成硫酸
（ H2SO4） 与硝酸 （ HNO3）,
SO2 HSO3 HSO4
SO2 SO3 HSO4
NO HNO2 HNO3
NO NO2+OH
NO NO2 HNO3
OHOH
OOH
H2OO
OHO
HO2
（ 3） 硫酸铵与硝酸铵的生成：
已生成的硫酸和硝酸再与电子束照射以前喷入的氨 (NH3)进行中和反应,分别生成硫酸铵 [(NH4)2SO4)和硝酸铵 (NH4NO3))的粉状微粒,
若有尚未反应的剩余的 SO2和 NH3时,可分别在上述微粒表面进一步进行热化学反应,从而
SO2和 NH3的一部分会生成硫酸铵,硝酸铵：
H2SO4+ 2NH3 → (NH4)2SO4
HNO3 + NH3 → NH4NO3
SO2+2NH3+H2O+1/2O2→ (NH4)2SO4
从电子束照射到硫酸铵,硝酸铵生成所需的时间极短,仅约 1秒 。
3 电子束脱硫工艺流程该项技术的工艺流程 （ 见图 1） 由排烟冷却,氨的喷入,电子束照射与副产品收集等工序组成 。
图 1 电子束脱硫工艺流程
4 电子束脱硫工艺特点
(1)电子束透过力,贯穿力强,经屏蔽后可在反应室内集中供给高能量辐照烟气 。
反应速度快,时间短；
(2)在同一反应室内同时脱硫与脱硝；
(3)为干法过程,无废水排放；
(4)生成的副产品可作农用氮肥,无固体废弃物；
(5)对烟气条件的变化适应性强；
(6)实现了自动控制,操作较简便 。
5 EBA示范项目技术经济指标
（ 1） 烟气量,30× 104m3/h,从华能成都电厂
200MW机组 670t／ h锅炉烟气抽取 。
（ 2） 主要技术参数 (设计值 )：
入口烟气 SO2浓度 （ 最大 ） 5148mg/m3
入口烟气 NOx浓度 680mg/m3
入口烟气烟尘浓度 390mg/m3
脱硫效率 80％ 脱氮效率 10％
电耗量 1900kWh／ h
水耗量 16t／ h 蒸汽耗量 2t／ h
出口烟气氨浓度 (即反应剩余浓度 ) <76mg／ m3
（ 3） 电子束发生装置主要参数：
直流高压电源 800kV× l000mA
电子加速器 800kV× 400mA× 2
（ 4） 环境监测主要数据：
烟气量 29.6× 104m3／ h
入口烟气 SO2浓度 3025mg/m3
入口烟气 NOx浓度 464mg/m3
出口烟气 SO2浓度 360mg/m3
出口烟气 NOx浓度 382mg/m3
脱硫率 86.8％ 脱氮率 17.6％
出口烟气氨浓度 7.0mg/m3
（ 5） 消耗量均在设计值以内 。
（ 6） 副产品含氮量分析,N含量 =19.34％ 。
（ 7） 反应屏蔽室周围 X射线强度：电子束发生装置在 800kV× 400mA× 2额定工况运行时,经由法定检测单位测试为 0.1～ 0.2μSV/h,低于国家标准中允许 X线强度不大于 0.6μSV/h (公众标准 )的规定 。
（ 8） 建设费用 (含脱硫界区范围内原有建筑物拆迁费用 )9,430万元,低于国家计委批复的预算控制数
10,400万元 。 按烟气处理量 30× 104m3/h,对应于
90MW发电能力,则单位建设投资约 1000元／ kW
（ 9） 运行费用经测算约为 900万元,扣除副产品销售收入后为 630万元 。 每 kwh电的脱硫费用约为
0.013元,每吨 SO2除去的费用约为 1000元 。
6 运行状况与应用分析运行状况：
中日合作成都电厂 EBA示范装置投运以来,运行状况达到预期效果 。 以 1998年 5月 22日 ~5月 24日平均值为例,烟气量 30.0833× 104m3/h,烟气入口 SO2
浓度 4358mg/m3,出口 526mg/m3,脱硫率 88％ 。
副产品养分 (即含氮量 )为 18％ ~20％,经检测副产品重金属含量远低于农用粉煤灰重金属含量国家标准 。 植物盆裁与农田试验的初步结果表明：该副产品对种子发芽和作物生长均无不良影响,其肥效与等氮量的尿素,硫酸铵相当 。 因其含有硫素营养,
对缺硫土壤和需硫量高的作物更为适宜 。 副产品作为复合肥生产原料已投放市场,可全部农业应用 。
应用分析,
(1)建设投资：如在 300MW发电机组全规模烟气量进行电子束脱硫脱氮,则单位造价可控制在 800元／
kW以内,投资规模适度 。
(2)脱除效率：可按脱硫率 90％ ~95％ 与脱硝率 ≥60％
设计 。
(3)运行成本：成都电厂示范项目在设计烟气 SO2浓度下运行,测算的每 kwh电的脱硫费用为 0.013元,
是完全可以承受的 。
(4)设备国产化：按成都电厂示范项目设备总费用计算,国产化率为 61.4％ 。
(5)副产品：固体副产品可全部提供农业应用 。 无废水排放 。
1 前言
2 电子束脱硫工艺原理
3 电子束脱硫工艺流程
4 电子束脱硫工艺特点
5 EBA示范项目技术经济指标
6 运行状况与应用分析
1 前 言电子束烟气脱硫脱氮技术是一项物理与化学紧密结合的高新技术,国外 70年代初期就开始了探索研究 。 日本荏原制作所在 1970年即开始研究电子束法脱除烟气中的 SO2与 NOx,1973年建成模拟气体和重油燃烧烟气的小试装置；随后研究证明了电子束照射法可同时脱硫和脱氮；经中试研究进一步掌握了实际设备所需的各项定量参数,长期运转中试设备的可靠性,并能适应严格的环保标准规定 。 对副产品的硫酸铵 (含极少量硝酸铵 )进行的植物裁培试验表明：脱硫副产品具有与销售氮肥相同的质量,对植物的发育无不良影响 。 至此,电厂烟气电子束脱硫工业性试验的条件已完全具备 。
在我国,该技术作为,七五,期间国家重点科技攻关项目,以上海原子能研究所为主曾作过小型试验,至今仍有一些院校在不断深入研究 。
鉴于合作建设 SO2脱除装置在我国很有必要性,
同时开发新的脱硫工艺技术又是电力工业发展所必需,在国家计委和原电力工业部的推进和领导下,
1995年初决定由四川省电力局与荏原制作所合作建设电子束脱硫示范装置 。 1998年 5月,中日合作成都电厂 EBA示范项目通过了验收与技术鉴定 。 该装置烟气处理量 30× 104 m3/h,为目前世界上建成并投运的最大规模的工业装置 。
2 电子束脱硫工艺原理脱硫,脱硝主要机理：
（ 1） 游离基的生成,
燃煤排烟由氮,氧,水蒸汽,CO2等主要成分及 SO2,NOx等微量有害成分构成 。
当电子束照射烟气时,电子束能量大部分被烟气中的氮,氧,水蒸汽所吸收,从而生成富有反应活性的游离基 (OH基,O原子,
HO2基,N基 )：
N2,O2,H2O→OH,O,HO2,N
（ 2） SO2与 NOx的氧化,
烟气中的 SO2与 NOx,,与因电子束照射而生成的游离基进行反应,分别氧化成硫酸
（ H2SO4） 与硝酸 （ HNO3）,
SO2 HSO3 HSO4
SO2 SO3 HSO4
NO HNO2 HNO3
NO NO2+OH
NO NO2 HNO3
OHOH
OOH
H2OO
OHO
HO2
（ 3） 硫酸铵与硝酸铵的生成：
已生成的硫酸和硝酸再与电子束照射以前喷入的氨 (NH3)进行中和反应,分别生成硫酸铵 [(NH4)2SO4)和硝酸铵 (NH4NO3))的粉状微粒,
若有尚未反应的剩余的 SO2和 NH3时,可分别在上述微粒表面进一步进行热化学反应,从而
SO2和 NH3的一部分会生成硫酸铵,硝酸铵：
H2SO4+ 2NH3 → (NH4)2SO4
HNO3 + NH3 → NH4NO3
SO2+2NH3+H2O+1/2O2→ (NH4)2SO4
从电子束照射到硫酸铵,硝酸铵生成所需的时间极短,仅约 1秒 。
3 电子束脱硫工艺流程该项技术的工艺流程 （ 见图 1） 由排烟冷却,氨的喷入,电子束照射与副产品收集等工序组成 。
图 1 电子束脱硫工艺流程
4 电子束脱硫工艺特点
(1)电子束透过力,贯穿力强,经屏蔽后可在反应室内集中供给高能量辐照烟气 。
反应速度快,时间短；
(2)在同一反应室内同时脱硫与脱硝；
(3)为干法过程,无废水排放；
(4)生成的副产品可作农用氮肥,无固体废弃物；
(5)对烟气条件的变化适应性强；
(6)实现了自动控制,操作较简便 。
5 EBA示范项目技术经济指标
（ 1） 烟气量,30× 104m3/h,从华能成都电厂
200MW机组 670t／ h锅炉烟气抽取 。
（ 2） 主要技术参数 (设计值 )：
入口烟气 SO2浓度 （ 最大 ） 5148mg/m3
入口烟气 NOx浓度 680mg/m3
入口烟气烟尘浓度 390mg/m3
脱硫效率 80％ 脱氮效率 10％
电耗量 1900kWh／ h
水耗量 16t／ h 蒸汽耗量 2t／ h
出口烟气氨浓度 (即反应剩余浓度 ) <76mg／ m3
（ 3） 电子束发生装置主要参数：
直流高压电源 800kV× l000mA
电子加速器 800kV× 400mA× 2
（ 4） 环境监测主要数据：
烟气量 29.6× 104m3／ h
入口烟气 SO2浓度 3025mg/m3
入口烟气 NOx浓度 464mg/m3
出口烟气 SO2浓度 360mg/m3
出口烟气 NOx浓度 382mg/m3
脱硫率 86.8％ 脱氮率 17.6％
出口烟气氨浓度 7.0mg/m3
（ 5） 消耗量均在设计值以内 。
（ 6） 副产品含氮量分析,N含量 =19.34％ 。
（ 7） 反应屏蔽室周围 X射线强度：电子束发生装置在 800kV× 400mA× 2额定工况运行时,经由法定检测单位测试为 0.1～ 0.2μSV/h,低于国家标准中允许 X线强度不大于 0.6μSV/h (公众标准 )的规定 。
（ 8） 建设费用 (含脱硫界区范围内原有建筑物拆迁费用 )9,430万元,低于国家计委批复的预算控制数
10,400万元 。 按烟气处理量 30× 104m3/h,对应于
90MW发电能力,则单位建设投资约 1000元／ kW
（ 9） 运行费用经测算约为 900万元,扣除副产品销售收入后为 630万元 。 每 kwh电的脱硫费用约为
0.013元,每吨 SO2除去的费用约为 1000元 。
6 运行状况与应用分析运行状况：
中日合作成都电厂 EBA示范装置投运以来,运行状况达到预期效果 。 以 1998年 5月 22日 ~5月 24日平均值为例,烟气量 30.0833× 104m3/h,烟气入口 SO2
浓度 4358mg/m3,出口 526mg/m3,脱硫率 88％ 。
副产品养分 (即含氮量 )为 18％ ~20％,经检测副产品重金属含量远低于农用粉煤灰重金属含量国家标准 。 植物盆裁与农田试验的初步结果表明：该副产品对种子发芽和作物生长均无不良影响,其肥效与等氮量的尿素,硫酸铵相当 。 因其含有硫素营养,
对缺硫土壤和需硫量高的作物更为适宜 。 副产品作为复合肥生产原料已投放市场,可全部农业应用 。
应用分析,
(1)建设投资：如在 300MW发电机组全规模烟气量进行电子束脱硫脱氮,则单位造价可控制在 800元／
kW以内,投资规模适度 。
(2)脱除效率：可按脱硫率 90％ ~95％ 与脱硝率 ≥60％
设计 。
(3)运行成本：成都电厂示范项目在设计烟气 SO2浓度下运行,测算的每 kwh电的脱硫费用为 0.013元,
是完全可以承受的 。
(4)设备国产化：按成都电厂示范项目设备总费用计算,国产化率为 61.4％ 。
(5)副产品：固体副产品可全部提供农业应用 。 无废水排放 。
