煙氣脫硫技術(shù)綜述

田 宇 王文俊 趙海燕

我國燃料構(gòu)成是以燃煤為主,煤炭消耗約占能源消費的75%,因此煤燃燒成為我國大氣污染物的主要來源,同時也形成了主要以煙塵和 SO2為主的煤煙型污染特征。煙氣脫硫治理已引起各行各業(yè)的高度重視,一直以來,人類為降低這些有毒氣體排放量進行著不懈的努力。采用不同的脫硫劑,就構(gòu)成不同的脫硫方法,目前應(yīng)用較多的有鈣法脫硫和氨法脫硫兩種。下面就這兩種煙氣脫硫工藝做一個簡要的介紹,以供參考。

1 煙氣脫硫技術(shù)簡介

目前工業(yè)生產(chǎn)中脫除硫化物的凈化技術(shù)主要分為濕法工藝和干法工藝兩大脫硫體系。濕法煙氣脫硫技術(shù)是利用堿性吸收液或含觸媒粒子的溶液吸收煙氣中的SO2,脫硫劑和脫硫生成物均為濕態(tài),濕法脫硫工藝具有工作硫容高,工藝操作彈性大,處理硫負荷性能強的特點,適合于高含硫工藝氣體的凈化。干式煙氣脫硫,是指無論加入的脫硫劑是干態(tài)的或是濕態(tài)的,脫硫的最終反應(yīng)產(chǎn)物都是干態(tài),干法脫硫工藝具有凈化度高,設(shè)備布局簡單,工藝操作方便,還可轉(zhuǎn)化吸收有機硫化物的特點,多用于煙氣脫碳后氣體的精脫硫。

2 典型工藝簡介

2.1 石灰石—石膏濕法煙氣脫硫

石灰石—石膏濕法脫硫是目前世界上技術(shù)最為成熟、應(yīng)用最多的脫硫工藝。該工藝以石灰石漿液作為吸收劑,通過石灰石漿液在吸收塔內(nèi)對煙氣進行洗滌,發(fā)生反應(yīng),以去除煙氣中的SO2,反應(yīng)產(chǎn)生的亞硫酸鈣通過強制氧化生成含兩個結(jié)晶水的硫酸鈣,脫硫后的煙氣從煙囪排放。

優(yōu)點:技術(shù)成熟,運行可靠,目前國內(nèi)煙氣脫硫的 80%以上采用該法,設(shè)備和技術(shù)很容易取得脫硫劑,石灰石易得,價格便宜,且周邊已有制粉企業(yè),副產(chǎn)品石膏目前有一定的市場;對鍋爐負荷變化有良好的適應(yīng)性,在不同的煙氣負荷及SO2濃度下,脫硫系統(tǒng)仍可保持較高的脫硫效率及系統(tǒng)穩(wěn)定性。缺點:占地面積較大,脫硫塔的設(shè)備投資較高;脫硫塔循環(huán)量大,能耗較高;系統(tǒng)有發(fā)生結(jié)垢、堵塞的傾向;石膏的出路也有問題。

2.2 LCFB-FGD循環(huán)流化床脫硫技術(shù)

鍋爐排出的煙氣直接進入流化床反應(yīng)塔與塔內(nèi)高濃度的脫硫劑反應(yīng),完成脫硫。脫硫后的煙氣進入電除塵器除塵凈化后,經(jīng)引風機,由煙囪排出。

優(yōu)點:系統(tǒng)阻力低,確保鍋爐正常運行,斷面風速高,床體瘦長,占地少,有利于現(xiàn)有電站鍋爐的煙氣脫硫劑技術(shù)改造;負荷調(diào)節(jié)比例大,負荷調(diào)節(jié)快,適合負荷波動大的場合,系統(tǒng)對煙氣的含塵量要求不高,系統(tǒng)不運行時,可直接作為煙道使用,系統(tǒng)可用率較高。缺點:脫硫效率相對較低,國內(nèi)目前運行的系統(tǒng)中脫硫效率基本在 80%左右,適用范圍較小,適用范圍為一爐一塔或兩爐一塔,對多爐一塔系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差;脫硫產(chǎn)物由于含量比較復(fù)雜,基本無法利用。

2.3 氧化鎂濕法煙氣脫硫技術(shù)

工藝系統(tǒng)主要包括:煙氣系統(tǒng)、SO2吸收系統(tǒng)、脫硫劑漿液制備系統(tǒng)、副產(chǎn)物處理系統(tǒng)、事故漿液系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)等。

優(yōu)點:技術(shù)成熟,運行可靠。氧化鎂脫硫技術(shù)是一種成熟度僅次于鈣法的脫硫工藝。在日本和美國,氧化鎂脫硫在各工業(yè)領(lǐng)域得到一定應(yīng)用。而且目前在國內(nèi)也已有使用,但副產(chǎn)品基本拋棄不回收;脫硫效率高。在化學(xué)反應(yīng)活性方面氧化鎂要大于鈣基脫硫劑,氧化鎂的分子量較碳酸鈣和氧化鈣都比較小,因此其他條件相同的情況下,氧化鎂的脫硫效率要高于鈣法的脫硫效率。一般情況下氧化鎂的脫硫效率可達 95%～98%。副產(chǎn)品亞硫酸鎂是造紙工業(yè)的化工原料,亞硫酸鎂/硫酸鎂是重要的肥料,可以生產(chǎn)含鎂復(fù)合肥。缺點:副產(chǎn)品回收困難。因MgSO3和MgSO4在水中的溶解度較高,如采用蒸發(fā)結(jié)晶的辦法將消耗大量能源。對于本項目最經(jīng)濟的辦法就是加入生石灰CaO,此法實際上就是“雙堿法”,其最終副產(chǎn)品也是石膏;到目前為止,國內(nèi)還沒有帶回收副產(chǎn)品的鎂法脫硫裝置。鎂法脫硫工藝成立的前提是:副產(chǎn)品有市場,能回收再利用,目前副產(chǎn)品出路有造紙工業(yè)和硫酸生產(chǎn)企業(yè)。

2.4 氨—肥法煙氣脫硫工藝

氨—肥法技術(shù)以水溶液中的SO2和NH3的反應(yīng)為基礎(chǔ),采用氨將廢氣中的SO2脫除,得到亞硫酸銨中間產(chǎn)品,再采用壓縮空氣對亞硫酸銨直接氧化,并利用煙氣的熱量濃縮結(jié)晶生產(chǎn)硫銨。

優(yōu)點:氨—肥法脫硫技術(shù)將回收的二氧化硫、氨全部轉(zhuǎn)化為硫酸銨化肥,尤其適用高硫煤;脫硫效率較高,可達 90% ～95%;占地面積相對較小;系統(tǒng)阻力較小,脫硫塔總阻力在 1250 Pa左右,一般可以利用原系統(tǒng)風機。缺點:對煙氣中的塵含量要求較高(≤200mg/m3),如煙氣中塵含量達 350mg/m3,平均每天將有近 1 t的濾料要清理;脫硫成本主要取決于氨的價格,氨的消耗為1 t SO2消耗 0.5 t氨,如氨的價格上漲較多,將影響脫硫成本。

2.5 可再生胺脫硫技術(shù)

可再生胺脫硫技術(shù)是濕法回收法,使用胺液循環(huán)高效吸收煙氣中的 SO2,效率可高達 99%以上。根據(jù)汽提原理,利用低壓蒸汽加熱吸收了 SO2的胺液,將純 SO2氣體從胺液中解吸出來,得到高純度的飽和SO2氣體可用來制酸或硫磺,而再生出來的胺液回到系統(tǒng)循環(huán)再用。優(yōu)點:脫硫效率高,脫后煙氣含硫量可在50mg/m3以下,系統(tǒng)操作、維護簡單可靠。缺點:需要有硫磺回收或硫酸等下游配套裝置;再生蒸汽消耗量較大,能耗成本高,有機胺的抗氧化性、過程中生成的鹽需要很好地解決。

2.6 日本新型半干式煙氣脫硫技術(shù)

半干式煙氣脫硫方法首先將脫硫劑吹入燃燒爐內(nèi)進行一次脫硫,然后再向排氣中噴水使它與未反應(yīng)的CaO反應(yīng)進行二次脫硫。

該方法綜合了爐內(nèi)注射式和濕式脫硫法的優(yōu)點,主要有過程簡單無排水問題;設(shè)備占地面積小,運行操作和保養(yǎng)容易;建設(shè)費用低;動力消耗少;經(jīng)濟效率高等等。脫硫過程如下:一次脫硫劑噴入爐內(nèi)脫硫率為 30%～40%。

熱分解:CaCO3=CaO+CO2(900℃以上)。

脫硫反應(yīng):2CaO+2SO2+O2=2CaSO4(800℃～1200℃)。

二次脫硫未反應(yīng)的 CaO與亞硫酸反應(yīng)進行脫硫,脫硫率為60%～70%。

亞硫酸生成反應(yīng):SO2+H2O=H2SO3。

脫硫反應(yīng):CaO+H2SO3=CaSO3+H2O。

氫氧化鈣生成反應(yīng):CaO+H2O=Ca(OH)2。

脫硫反應(yīng):Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O。

綜合脫硫率為 80%左右,副反應(yīng) CaSO3既可以直接廢棄處理又可進一步氧化成石膏加以利用。

2.7 活性炭脫硫脫硝技術(shù)

活性炭脫硫脫硝技術(shù)是以德國和美國為中心在 20世紀 50年代開始研究的,日本起始于 60年代,在 70年代后才快速發(fā)展。技術(shù)原理是:脫硫塔活性炭吸附排氣中的SOx,而后脫硝塔活性炭使NH3與NOx反應(yīng)凈化氣體中的SOx,活性炭通過在分離塔中的加熱脫去SOx而獲得再生。

從該技術(shù)最新驗證性實驗結(jié)果來看,該技術(shù)具有如下特點:

1)可靠性高、安全性好,驗證運行過程中沒有發(fā)生裝置故障和活性炭過熱問題;2)脫硫及脫硝效率高,脫硫率可達 97%以上,脫硝率可達 80%以上;3)水資源消耗量和廢水排放量少,用水量只有濕法脫硫的 1/60,排水量可減少 1/10;4)在現(xiàn)有排放標準和環(huán)境條件下,比較活性炭同時脫硫脫硝技術(shù)和目前所使用的技術(shù)(SCR+濕式脫硫組合工藝)發(fā)現(xiàn):活性炭同時脫硫脫硝技術(shù)的建設(shè)費稍低,但是運行費用較高。

3 結(jié)語

以CaCO3(石灰石)為基礎(chǔ)的鈣法屬資源拋棄型,產(chǎn)品為石膏渣和二氧化碳;氨法脫硫?qū)儋Y源回收型,產(chǎn)品為硫銨化肥。鈣法脫硫在消耗大量石灰石資源的同時還產(chǎn)生石膏渣等,這與我國當前推行的節(jié)能環(huán)保型社會經(jīng)濟發(fā)展方針不相符,因此這種脫硫模式還有待商榷。與此相比,我國擁有發(fā)展氨法煙氣脫硫的優(yōu)越條件,一方面國內(nèi)巨大的合成氨供應(yīng)量為氨法脫硫提供了強有力的原料保障,此外,氨法脫硫產(chǎn)品是具有巨大市場空間的硫銨化肥。因此,在氨法脫硫的過程中,氨作為原料來自化肥工業(yè),又以一種高效的載體回到化肥工業(yè),不消耗任何額外的資源,也不產(chǎn)生任何生態(tài)污染,而且氨法脫硫工藝沒有廢水廢渣、吸收劑利用率高,具有很高的脫硫效率;相對于鈣法脫硫工藝而言,氨法脫硫的系統(tǒng)簡單、設(shè)備體積小、能耗低且環(huán)境友好,因此推廣氨法煙氣脫硫技術(shù)有著極為重要的現(xiàn)實意義。

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