中小化工燃煤鍋爐煙氣脫硫技術(shù)路線的選擇

任 岷，婁曉靈

(1.中物科技集團(tuán) 四川恒泰環(huán)境技術(shù)有限責(zé)任公司，四川 綿陽 621000;

2.中國工程物理研究院 信息中心，四川 綿陽 621900)

中小化工燃煤鍋爐煙氣脫硫技術(shù)路線的選擇

任 岷1，婁曉靈2

(1.中物科技集團(tuán) 四川恒泰環(huán)境技術(shù)有限責(zé)任公司，四川 綿陽 621000;

2.中國工程物理研究院 信息中心，四川 綿陽 621900)

在分析了燃煤煙氣脫硫方式以及中小化工燃煤鍋爐特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對中小化工燃煤鍋爐適宜的煙氣脫硫技術(shù)路線進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。認(rèn)為選擇脫硫路線時應(yīng)考慮技術(shù)的成熟度及可靠性、脫硫劑和運(yùn)行的成本、副產(chǎn)物的利用等因素。建議在煙氣量小于8×105m3/h時采用干法脫硫工藝;在煙氣量大于8×105m3/h時采用石灰石－石膏法脫硫工藝。

煙氣脫硫;燃煤;中小鍋爐;化工工藝

在對火電廠的大型燃煤發(fā)電鍋爐實(shí)施SO2和NOx排放控制以后，占SO2排放總量25%的工業(yè)燃煤鍋爐的煙氣排放也將成為控制重點(diǎn)［1］。GB13271—2001《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》［2］規(guī)定，2001年1月1日以后建成使用的、除煤粉發(fā)電鍋爐和單臺出力大于65 t/h發(fā)電鍋爐以外的各種容量和用途的燃煤、燃油和燃?xì)忮仩t排放的SO2，其排放濃度執(zhí)行900 mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)。隨著環(huán)保意識的增強(qiáng)和減排形勢的日益嚴(yán)峻，各地在實(shí)施該標(biāo)準(zhǔn)的過程中相繼提出了更為嚴(yán)格的地方排放標(biāo)準(zhǔn)。如根據(jù) DB11/139—2007《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》［3］，北京市規(guī)定從2008年7月1日起，新、改、擴(kuò)建的電廠和燃煤工業(yè)鍋爐排放的SO2執(zhí)行20 mg/m3的標(biāo)準(zhǔn);根據(jù)DB44/765—2010《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》［4］，廣東省規(guī)定從2010年11月1日起，新、改、擴(kuò)建的燃煤工業(yè)鍋爐排放的SO2執(zhí)行300 mg/m3(重點(diǎn)城區(qū)內(nèi))和400 mg/m3(重點(diǎn)城區(qū)外)的標(biāo)準(zhǔn);上海市按照DB31/387—2007《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》［5］要求2007年9月1日起，新、改、擴(kuò)建燃煤工業(yè)鍋爐的SO2排放量低于400 mg/m3。

因此，為適應(yīng)新的環(huán)保形勢，中小工業(yè)燃煤鍋爐均需增設(shè)煙氣脫硫裝置及對原有的除塵脫硫裝置進(jìn)行技術(shù)改造，以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放以及滿足地方排放總量的控制要求。

本文通過對各種脫硫工藝技術(shù)特點(diǎn)和相對運(yùn)行成本進(jìn)行分析比較，得到適宜中小化工燃煤鍋爐煙氣脫硫的技術(shù)路線。

1 燃煤脫硫方式

控制燃煤鍋爐煙氣中SO2排放的主要手段有三類，即燃燒前控制、燃燒中控制和燃燒后控制。

燃燒前控制或燃燒中控制燃煤鍋爐煙氣中的SO2排放，首先要求燃用特低硫煤和低硫煤。受脫硫率和低硫煤市場供應(yīng)價格的制約，這兩類控制方法往往會造成鍋爐運(yùn)行成本的增加，且實(shí)際運(yùn)行效果也不理想，難以滿足今后的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。

燃燒后控制是將燃煤煙氣通過專門設(shè)置的脫硫裝置，經(jīng)化學(xué)過程除去煙氣中的絕大部分SO2，從而達(dá)到凈化煙氣的一種方法。脫硫在溶液中進(jìn)行，脫硫劑和脫硫生成物均為濕態(tài)的稱為濕法脫硫;無論加入的脫硫劑是干態(tài)還是濕態(tài)，脫硫的最終反應(yīng)產(chǎn)物是干態(tài)的稱為干法脫硫。

2 化工燃煤鍋爐的特點(diǎn)

化工行業(yè)自備的燃煤鍋爐出力一般小于420 t/h，屬于中小鍋爐。這類鍋爐通常具有以下特點(diǎn):(1)以供熱為主;(2)大部分以煤為燃料;(3)燃煤來源不穩(wěn)定，品質(zhì)波動大，煙氣成分復(fù)雜，煙氣中SO2含量往往較高;(4)燃燒效率較低;(5)負(fù)荷變動大，開停爐比較頻繁;(6)設(shè)置比較分散;(7)煙囪較低，對周圍空氣質(zhì)量有嚴(yán)重影響。

因此，化工行業(yè)燃煤鍋爐配備的脫硫裝置不同于大型鍋爐的操作環(huán)境，不能直接套用大型燃煤鍋爐煙氣脫硫工程常用的全套石灰石－石膏法脫硫技術(shù)路線。

3 適宜的化工燃煤鍋爐脫硫技術(shù)

對于中小化工燃煤鍋爐可供選擇的煙氣脫硫技術(shù)有:屬于濕法的鈉堿法、雙堿法、氨法、氧化鎂法、石灰石－石膏法和海水法等;屬于干法的旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法(SDA)、增濕灰循環(huán)脫硫法(NID)等;屬于吸附－催化轉(zhuǎn)化的活性炭法等。海水法由于受地域性的限制，此處不進(jìn)行討論。

濕法脫硫技術(shù)可以用一種通用的工藝流程表示，包括脫硫劑制備供應(yīng)系統(tǒng)、SO2吸收系統(tǒng)、副產(chǎn)物處理系統(tǒng)、脫硫劑再生系統(tǒng)和水電氣公用工程系統(tǒng)等。各種濕法脫硫技術(shù)之間的主要區(qū)別在于副產(chǎn)物處理方式和脫硫劑能否再生以及再生利用方式。為強(qiáng)化傳質(zhì)和維持反應(yīng)的持續(xù)高效進(jìn)行，SO2吸收系統(tǒng)可使用填料塔、旋流板塔、噴淋空塔等多種吸收塔型。鈉堿法采用堿液吸收SO2后，吸收液即排放，因而工藝流程最簡單;雙堿法用堿液吸收SO2后，要進(jìn)行吸收劑的再生和副產(chǎn)物的沉淀分離;傳統(tǒng)的石灰石－石膏法由于包括石灰石漿液制備系統(tǒng)和副產(chǎn)物脫水系統(tǒng)，流程比雙堿法更復(fù)雜;氨法則需要對氨吸收SO2的漿液進(jìn)行氧化、濃縮、結(jié)晶和干燥處理，分離得到副產(chǎn)物，因而流程較長;采用氧化鎂法吸收SO2后，漿液需經(jīng)濃縮、干燥和煅燒再生。

相對于濕法脫硫而言，干法中的SDA法將吸收液霧化噴入吸收塔，副產(chǎn)物以干態(tài)輸出，流程簡單。NID法為保持一定的脫硫率，需要大量的灰循環(huán)和補(bǔ)充吸收劑，流程比SDA法復(fù)雜。

適用于中小化工燃煤鍋爐煙氣脫硫的技術(shù)及特點(diǎn)見表 1［1，6］。

表1 適用于中小化工燃煤鍋爐煙氣脫硫的技術(shù)及特點(diǎn)

4 脫硫技術(shù)路線選擇需考慮的主要因素

脫硫技術(shù)路線的選擇首先要考慮技術(shù)成熟度和運(yùn)行可靠性;其次是裝置的投資及運(yùn)行成本;再次是副產(chǎn)物的處置、工藝流程的復(fù)雜性、操作的靈活性和適應(yīng)性等因素。

4.1 技術(shù)成熟度與運(yùn)行可靠性

從技術(shù)的成熟度來說，上述濕法、干法脫硫技術(shù)都較成熟，工程實(shí)施不會存在較大的問題。從應(yīng)用份額來說，濕法脫硫技術(shù)約占85%，干法等約占15%［6］。因此，從滿足日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)本身具有的脫硫效率等特點(diǎn)來看，濕法脫硫技術(shù)應(yīng)是首選。

濕法脫硫技術(shù)相對于其他方法的運(yùn)行可靠性更高。隨著技術(shù)的研究與發(fā)展，已基本克服了早期濕法脫硫工藝運(yùn)行過程中常出現(xiàn)的結(jié)垢和堵塞等問題。

4.2 建設(shè)投資

脫硫裝置的建設(shè)投資除與選擇的工藝有關(guān)外，還與處理的規(guī)模、設(shè)備配置的高低等因素有關(guān)。

在相同的處理規(guī)模(以200 MW估算)條件下，達(dá)到同樣的處理目標(biāo)，若以含濕磨制漿系統(tǒng)和石膏脫水系統(tǒng)的石灰石－石膏法脫硫投資額為100計(jì)算，則氨法脫硫(含硫酸銨結(jié)晶、干燥和包裝系統(tǒng))的投資額約為95;氧化鎂法脫硫(含氧化鎂煅燒再生和SO2外送系統(tǒng))為95;干法脫硫(旋轉(zhuǎn)噴霧干燥)為75;吸附法脫硫(含稀硫酸濃縮系統(tǒng))為80;鈉堿法脫硫?yàn)?5;雙堿法脫硫?yàn)?5［7－8］。

4.3 運(yùn)行成本

以石灰石粉為原料的石灰石－石膏法脫硫技術(shù)脫除每噸SO2的脫硫成本為基數(shù)100，初步估算其他脫硫方法的運(yùn)行成本和大致的成本構(gòu)成。各種脫硫方法的相對運(yùn)行成本和大致成本構(gòu)成見表2。

表2 各種脫硫方法的運(yùn)行成本和大致成本構(gòu)成

由表2可見:造成上述各種脫硫方法運(yùn)行成本差異的主要原因是脫硫劑的價格和能耗，其次是裝置的投資;在各種脫硫方法中，脫硫劑價格越高，相對運(yùn)行成本也就越高;直接應(yīng)用燒堿作為脫硫劑的鈉堿法相對運(yùn)行成本最高，氨法次之，氧化鎂法、石灰石－石膏法和吸附法基本相當(dāng)，雙堿法最低。

4.4 脫硫劑來源與供應(yīng)

常用的脫硫劑主要有石灰、石灰石、氧化鎂、氨和氫氧化鈉等。其他的堿性物質(zhì)或廢料如電石渣、廢堿液、廢氨水等也是潛在的脫硫劑。這些脫硫劑中，石灰石幾乎在我國各地都有分布，品質(zhì)基本上都能滿足要求，也是幾種常用脫硫劑中商品售價最低的一種。石灰則是由石灰石煅燒而來，售價一般為石灰石售價的4倍左右。氧化鎂分布的地域性比較明顯，在寧夏等西部地區(qū)分布較多，在我國中部和東部則分布較少，因此采用氧化鎂法一般需具備原料產(chǎn)地優(yōu)勢。氨和燒堿是常用的化工產(chǎn)品，均可從市場上購得。液氨屬危險化學(xué)品，在擬建的脫硫裝置附近有氨廠或廢氨水的情況下可以選擇氨法脫硫工藝。燒堿和純堿的購買、運(yùn)輸和存儲比較方便，貨源也比較充足。

4.5 脫硫率與含硫量

從脫硫效率來看，濕法的脫硫率高于干法，一般都在90%以上。對于中、高含硫量的煙氣，在選擇脫硫技術(shù)路線時應(yīng)尤為慎重。當(dāng)燃用煤種和煤質(zhì)可能發(fā)生變化時，宜選擇適應(yīng)性較強(qiáng)的濕法脫硫技術(shù)。

4.6 脫硫副產(chǎn)物及處置

由表1可見，氨法脫硫的副產(chǎn)物硫酸銨是最好利用的，可以直接用作農(nóng)用肥料。石灰石－石膏法的副產(chǎn)物為二水石膏。當(dāng)煙氣含塵量少、石灰石品質(zhì)好時，副產(chǎn)石膏的色澤就好，白度較高，適用于生產(chǎn)石膏裝飾面板;一般的副產(chǎn)石膏可以替代天然石膏用作水泥生產(chǎn)中的緩凝劑。氧化鎂法的副產(chǎn)物是亞硫酸鎂或硫酸鎂漿液，可以作為化工原料使用，但銷量及使用有限。雙堿法和干法的脫硫副產(chǎn)物是亞硫酸鈣，脫硫產(chǎn)生的亞硫酸鈣如不經(jīng)處理則只能作為鋪路的輔料或作為礦穴、山谷、廢坑的回填之物。吸附法產(chǎn)生的副產(chǎn)物是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%左右的稀硫酸，經(jīng)過蒸發(fā)濃縮后可將質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高至65%左右，從而減小存儲量。由此可見，在選擇脫硫技術(shù)路線時，對副產(chǎn)物的出路和利用均需認(rèn)真考慮，以防產(chǎn)生二次污染。

5 結(jié)論與建議

通過上述分析，在進(jìn)行中小化工煙煤鍋爐增設(shè)脫硫裝置的技術(shù)路線選擇時，得出以下結(jié)論:

(1)在煙氣量為5×105～8×105m3/h時，對脫硫效率的要求不高，建議選擇工藝流程簡單的干法脫硫工藝;

(2)在煙氣量為8×105m3/h以上時，在有穩(wěn)定的石灰石粉、石灰、消石灰粉或電石渣來源供應(yīng)的情況下，為便于副產(chǎn)物的綜合利用，建議采用不帶濕磨、含強(qiáng)制氧化的石灰石－石膏法脫硫工藝;

(3)當(dāng)企業(yè)內(nèi)部或附近有廢氨水或廢氨來源時，推薦采用氨法脫硫工藝;

(4)鑒于當(dāng)前的環(huán)保形勢和日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，脫硫裝置應(yīng)選用高質(zhì)量的系統(tǒng)配置，以提高裝置運(yùn)行的可靠性。

結(jié)合多年從事脫硫裝置工程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，建議在進(jìn)行濕法脫硫裝置的設(shè)計(jì)時，既要充分考慮煤質(zhì)的變化趨勢、鍋爐負(fù)荷的變動情況，又要考慮滿足越來越高的排放標(biāo)準(zhǔn)以及脫硫副產(chǎn)物的綜合利用，裝置應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)裕量。采用帶液相再分布器的噴淋空塔、濕煙囪排放等優(yōu)化設(shè)計(jì)方案可以降低系統(tǒng)能耗和運(yùn)行費(fèi)用。采用多爐一塔的設(shè)計(jì)可明顯降低裝置的投資。

［1］ 楊飏.中小型鍋爐煙氣脫硫(FGD)的技術(shù)路線［J］.中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2009，8:19 －27.

［2］ 中華人民共和國環(huán)境保護(hù)局.GB13271—2001鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2001.

［3］ 北京市環(huán)境保護(hù)局.DB11/139—2007北京市地方標(biāo)準(zhǔn)鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2007.

［4］ 廣東省環(huán)境保護(hù)廳.DB44/765—2010廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2010.

［5］ 上海市環(huán)境保護(hù)局.DB31/387—2007上海市地方標(biāo)準(zhǔn)鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2007.

［6］ 郝吉明，王書肖，陸永琪.燃煤二氧化硫污染控制技術(shù)手冊［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001:300.

［7］ 李成益.幾種煙氣脫硫工藝及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析［J］.石油化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2006，22(6):14 －19.

［8］ 谷吉林.旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法(SDA)脫硫工藝系統(tǒng)的應(yīng)用研究［J］.中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2007，(6):38－42.

Technical Route Choice for Flue Gas Desulfurization of Medium and Small Coal Fired Boilers in Chemical Industry

Ren Min1，Lou Xiaoling2

(1.Sichuan ENTECH Environment Technology Co.LTD.，Science and Technology Group of China Academy of Engineering Physics，Mianyang Sichuan 621000，China;2.Information Center，China Academy of Engineering Physics，Mianyang Sichuan 621900，China)

Based on the analysis of flue gas desulfurization mode and characteristics of medium and small coal-fired boilers in chemical industry，the technical and economic comparisons of suitable technical routes are carried out.The factors such as technology maturity and reliability，desulfurizer performance and operation cost and the utilization of by-products must be considered.It is suggested that dry process should be used when the gas flow is less than 8×105m3/h，while limestone-gypsum process should be used when the gas flow is more than 8×105m3/h.

flue gas desulfurization;coal;medium and small boils;chemical process

X701.3

A

1006－1878(2011)03－0226－04

2010－11－24;

2011－02－11。

任岷(1962—)，男，重慶市人，碩士，研究員，長期從事環(huán)保領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)及技術(shù)研究。電話 0816－8013328，電郵 martinren311@163.com。

(編輯 王 馨)