煙氣脫硫方法簡(jiǎn)介

高明智，王鴦鴦

(中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)，北京 100037)

煙氣脫硫方法簡(jiǎn)介

高明智，王鴦鴦

(中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)，北京 100037)

結(jié)合目前國(guó)內(nèi)主要的幾種燃煤煙氣的脫硫方法，如干法、半干法、濕法等，介紹了新型的煙氣循環(huán)流化床的脫硫工藝及主要特點(diǎn)，并對(duì)其在煙氣處理領(lǐng)域應(yīng)用的前景進(jìn)行了展望。

煙氣脫硫;濕法;循環(huán)流化床

隨著工業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高，對(duì)能源的渴求也不斷增加，燃煤煙氣中的SO2已經(jīng)成為大氣污染的主要原因。減少SO2污染已成為當(dāng)今大氣環(huán)境治理的當(dāng)務(wù)之急。不少煙氣脫硫工藝已經(jīng)在工業(yè)中廣泛應(yīng)用，其對(duì)各類鍋爐和焚燒爐尾氣的治理也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文對(duì)幾種常用的煙氣脫硫技術(shù)進(jìn)行了探討分析。

1 常見(jiàn)的煙氣脫硫技術(shù)

煙氣脫硫（FGD）是工業(yè)行業(yè)大規(guī)模應(yīng)用的、有效的脫硫方法。按照硫化物吸收劑及副產(chǎn)品的形態(tài)，脫硫技術(shù)可分為干法、半干法和濕法三種。干法脫硫工藝主要是利用固體吸收劑去除煙氣中的SO2，一般把石灰石細(xì)粉噴入爐膛中，使其受熱分解成CaO，吸收煙氣中的SO2，生成CaSO3，與飛灰一起在除塵器收集或經(jīng)煙囪排出。濕法煙氣脫硫是采用液體吸收劑在離子條件下的氣液反應(yīng)，進(jìn)而去除煙氣中的SO2，系統(tǒng)所用設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，脫硫效率高。干法脫硫的最大優(yōu)點(diǎn)是治理中無(wú)廢水、廢酸的排出，減少了二次污染；缺點(diǎn)是脫硫效率低，設(shè)備龐大。濕法脫硫采用液體吸收劑洗滌煙氣以除去SO2，所用設(shè)備比較簡(jiǎn)單，操作容易，脫硫效率高；但脫硫后煙氣溫度較低，設(shè)備的腐蝕較干法嚴(yán)重。

1.1 石灰石（石灰）-石膏濕法煙氣脫硫工藝

石灰石（石灰）濕法脫硫技術(shù)由于吸收劑價(jià)廉易得，在濕法FGD領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

以石灰石為吸收劑反應(yīng)機(jī)理為：

該工藝的特點(diǎn)是脫硫效率高（＞95%）、吸收劑利用率高（＞90%）、能適應(yīng)高濃度SO2煙氣條件、鈣硫比低（一般＜1.05） 、脫硫石膏可以綜合利用等。缺點(diǎn)是基建投資費(fèi)用高、水消耗大、脫硫廢水具有腐蝕性等。

1.2 海水煙氣脫硫

海水煙氣脫硫工藝是利用海水的堿度達(dá)到脫除煙氣中二氧化硫的一種脫硫方法。脫硫過(guò)程不需要添加任何化學(xué)藥劑，也不產(chǎn)生固體廢棄物，脫硫效率＞92%，運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用較低。煙氣經(jīng)除塵器除塵后，由增壓風(fēng)機(jī)送入氣-氣換熱器降溫，然后送入吸收塔。在脫硫吸收塔內(nèi)，與來(lái)自循環(huán)冷卻系統(tǒng)的大量海水接觸，煙氣中的二氧化硫被吸收反應(yīng)脫除，海水經(jīng)氧化后排放。脫除二氧化硫后的煙氣經(jīng)換熱器升溫，由煙道排放。

海水煙氣脫硫工藝受地域限制，僅適用于有豐富海水資源的工程，特別適用于海水作循環(huán)冷卻水的火電廠，但需要妥善解決吸收塔內(nèi)部、吸收塔排水管溝及其后部煙道、煙囪、曝氣池和曝氣裝置的防腐問(wèn)題。其工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 海水脫硫工藝流程

1.3 噴霧干燥工藝

噴霧干燥工藝（SDA）是一種半干法煙氣脫硫技術(shù)，其市場(chǎng)占有率僅次于濕法。該法是將吸收劑漿液Ca(OH)2在反應(yīng)塔內(nèi)噴霧，霧滴在吸收煙氣中SO2的同時(shí)被熱煙氣蒸發(fā)，生成固體并由除塵器捕集。當(dāng)鈣硫比為1.3～1.6時(shí)，脫硫效率可達(dá)80%～90%。半干法FGD技術(shù)兼干法與濕法的一般特點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是利用消石灰乳作為吸收劑，系統(tǒng)易結(jié)垢和堵塞，而且需要專門設(shè)備進(jìn)行吸收劑的制備，因而投資費(fèi)用偏大；脫硫效率和吸收劑利用率也不如石灰石/石膏法高。

噴霧干燥技術(shù)在燃用低硫和中硫煤的中小容量機(jī)組上應(yīng)用較多。國(guó)內(nèi)于1990年1月在白馬電廠建成了一套中型試驗(yàn)裝置。后來(lái)許多機(jī)組也采用此脫硫工藝，技術(shù)已基本成熟。

1.4 電子束煙氣脫硫工藝（EBA法）

電子束輻射技術(shù)脫硫工藝是一種干法脫硫技術(shù)，是一種物理方法和化學(xué)方法相結(jié)合的高新技術(shù)。該工藝的流程是由排煙預(yù)除塵、煙氣冷卻、氨的沖入、電子束照射和副產(chǎn)品捕集工序組成。鍋爐所排出的煙氣，經(jīng)過(guò)集塵器的粗濾處理之后進(jìn)入冷卻塔，在冷卻塔內(nèi)噴射冷卻水，將煙氣冷卻到適合于脫硫、脫硝處理的溫度（約70℃）。煙氣的露點(diǎn)通常約為50℃。通過(guò)冷卻塔后的煙氣流進(jìn)反應(yīng)器，注入接近化學(xué)計(jì)量比的氨氣、壓縮空氣和軟水混合噴入，加入氨的量取決于SOx和NOx濃度，經(jīng)過(guò)電子束照射后，SOx和NOx在自由基的作用下生成中間物硫酸和硝酸。然后硫酸和硝酸與共存的氨進(jìn)行中和反應(yīng)，生成粉狀顆粒硫酸銨和硝酸銨的混合體。脫硫率可達(dá)90%以上，脫硝率可達(dá)80%以上。此外，還可采用鈉基、鎂基和氨作吸收劑，一般反應(yīng)所生成的硫酸銨和硝酸銨混合微粒被副成品集塵器分離和捕集，經(jīng)過(guò)凈化的煙氣升壓后向大氣排放。

2 新興的煙氣脫硫技術(shù)－煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝（CFB-FGD）

20世紀(jì)80年代末，德國(guó)的魯奇（LURGI）公司開發(fā)了一種新的干法脫硫工藝，成為煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝（CFB-FGD）。這種工藝以循環(huán)流化床原理為基礎(chǔ)，通過(guò)吸收劑的多次再循環(huán)，使吸收劑與煙氣接觸的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)半小時(shí)以上，大大提高了吸收劑的利用率，其不但具有干法工藝的許多優(yōu)點(diǎn)，如流程簡(jiǎn)單，占地少，投資小以及副產(chǎn)品可以綜合利用等，而且能在很低的鈣硫比情況下（Ca/S＝1.1～1.2）達(dá)到甚至超過(guò)濕法工藝的脫硫效率（95%以上）。

2.1 CFB工藝簡(jiǎn)介

CFB工藝流程由吸收劑制備、吸收塔、吸收劑再循環(huán)、除塵器以及控制系統(tǒng)等部分組成，未經(jīng)處理的鍋爐煙氣從流化床的底部進(jìn)入。流化床的底部接有文丘里裝置，煙氣經(jīng)文丘里管后速度加快，并與很細(xì)的吸收劑粉末互相結(jié)合。顆粒之間，氣體與顆粒之間產(chǎn)生劇烈的摩擦。吸收劑與SO2反應(yīng)，生成亞硫酸鈣和硫酸鈣。

經(jīng)脫硫后帶有大量固體顆粒的煙氣由吸收塔的頂部排出，進(jìn)入吸收劑再循環(huán)除塵器中，該除塵器可以是機(jī)械式，也可以是電氣除塵器前的機(jī)械式預(yù)除塵器。煙氣中的大部分固體顆粒都分離出來(lái)，經(jīng)過(guò)一個(gè)中間灰倉(cāng)返回吸收塔。由于大部分顆粒都循環(huán)許多次，因此吸收劑的滯留時(shí)間很長(zhǎng)，一般可達(dá)30分鐘以上。中間灰倉(cāng)的一部分灰根據(jù)吸收劑的供給量以及除塵效率，按比例排出固體再循環(huán)回路，送到灰倉(cāng)待外運(yùn)。工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 CFB脫硫工藝流程

從再循環(huán)除塵器排出的煙氣如不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，則需要再安裝一個(gè)除塵器。經(jīng)除塵后的潔凈的煙氣通過(guò)引風(fēng)機(jī)、煙囪排入大氣。

吸收劑一般為Ca(OH)2干粉，顆粒很細(xì)，在10μm以下。脫硫時(shí)，吸收劑輸入硫化床吸收塔，同時(shí)還要噴入一定量的水以提高脫硫效率。這樣可以使噴水后的煙氣溫度與水露點(diǎn)十分接近，在多種運(yùn)行條件下達(dá)到很高的脫硫效率。

2.2 CFB工藝副產(chǎn)品

CFB工藝的副產(chǎn)品呈干粉狀，其化學(xué)組分與噴霧干燥工藝的副產(chǎn)品相似，主要由飛灰、CaCO3、CaSO4以及未反應(yīng)的Ca(OH)2等構(gòu)成。其處置方法也與噴霧干燥工藝的副產(chǎn)品基本相同。CFB工藝的副產(chǎn)品加水后會(huì)固化，屈服強(qiáng)度可達(dá)15～18N/mm2，滲透率與粘土類似，約為3×10-11，壓實(shí)密度為1.28g/cm3，如能進(jìn)一步加以開發(fā)，可成為良好的建材工業(yè)原料。

典型的脫硫灰飛的成分為：飛灰約60%～70%；CaCO3為7%～12%；Ca(OH)2為2%～4%；CaSO3為12%～18%；CaSO4為2%～5%；水＜1%。

2.3 CFB工藝特點(diǎn)

CFB-FGD工藝以區(qū)別于傳統(tǒng)脫硫工藝的特點(diǎn)在脫硫行業(yè)中具有良好的應(yīng)用前景。CFB-FGD工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單，可靠性高；脫硫效率高；煙氣負(fù)荷變化時(shí)，系統(tǒng)仍可能正常工作；脫硫副產(chǎn)品呈干粉狀，沒(méi)有大量廢水，利于綜合利用；基本上不存在像濕法吸收塔中出現(xiàn)的嚴(yán)重腐蝕、結(jié)垢與堵塞等問(wèn)題；可以脫除部分重金屬，特別是可以脫除一部分汞，對(duì)煙氣的進(jìn)一步治理很有意義。

3 脫硫行業(yè)技術(shù)展望

脫硫技術(shù)一直是環(huán)境保護(hù)工作中一個(gè)令人關(guān)注的重要課題。

主流的脫硫工藝今后仍將被國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用。受技術(shù)條件及經(jīng)濟(jì)成本的制約，石灰石－石膏濕法、噴霧干燥工藝是適合各種脫硫要求的首選工藝。而電子束法和海水脫硫等工藝因處于試驗(yàn)研究階段或者應(yīng)用地域受到限制，所以市場(chǎng)分額有限，但在局部地區(qū)將有所發(fā)展。CFB-FGD會(huì)成為今后焚燒煙氣脫硫重要的技術(shù)手段之一。此技術(shù)在國(guó)外已成功商業(yè)化，市場(chǎng)前景看好。

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Abstract:In combination with several methods of coal-fired and flue gas desulfurization (FGD), such as dry process, self-dry process and wet process, etc, the paper introduces the desulfurization technology and main characteristics of new flue gas circulating fluidized bed and makes an application prospect in the field of flue gas processing.

Key words:flue gas desulfurization; wet process; circulating fluidized bed

Methodology Introduction on FGD

GAO Ming-zhi, WANG Yang-yang

(China Association of Environmental Protection Industry, Beijing 100037, China)

X701.3

A

1006-5377（2010）08-0028-03