化工企業(yè)工業(yè)爐煙氣危害及后續(xù)處理方法

岳 悅，張一凡

化工企業(yè)工業(yè)爐煙氣危害及后續(xù)處理方法

岳 悅，張一凡

（遼寧石油化工大學 石油天然氣工程學院， 遼寧 撫順 113001）

工業(yè)鍋爐主要以燃煤為主，煙氣中含有大量的硫、氮等氧化物和二氧化碳氣體，化工企業(yè)尤其嚴重。這些氣體排放到大氣中會嚴重污染大氣環(huán)境，給人類的生產(chǎn)生活帶來極大的危害。講述了這些有害氣體的主要危害，就此提出了減少SO2、減少CO2排放的幾種有效方法，并介紹了對煙氣中的余熱資源回收的途徑。

工業(yè)爐煙氣；脫硫；CO2減排；余熱回收

在我國的一次能源消耗結(jié)構中，燃煤占總能源消耗的 70%以上，而化工行業(yè)工業(yè)鍋爐主要以煤為燃料，煤在鍋爐內(nèi)燃燒后會產(chǎn)生大量的煙塵、硫、氮的氧化物和二氧化碳等氣體。由燃煤產(chǎn)生的SO2約占到全國SO2總排放量的90%。這些氣體排放到大氣中，會對大氣造成嚴重污染，極大的危害了生產(chǎn)生活和人類的身體健康。因此，對燃煤鍋爐煙氣進行脫硫等凈化處理是我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的迫切要求，是對工業(yè)生態(tài)環(huán)境及人類生存環(huán)境進行保護的必要途徑。

1 最主要的危害

1.1 酸雨

作為全球三大環(huán)境問題之一的酸雨被稱為“空中死神”。顧名思義，酸雨就是指雨中含有酸，這些酸包括硫酸、硝酸、鹽酸等，它是一種自然降水現(xiàn)象，其中包括干沉降和濕沉降兩類，其pH值小于5.6?！?/p>

酸雨導致植物免疫系統(tǒng)能力下降，易產(chǎn)生病蟲害，易受病菌侵染。酸雨能使土壤酸化，當酸性雨水降到地面而得不到中和時，就會使土壤酸化。除上述危害外，酸雨還能使河流、湖泊酸化，影響魚類的繁殖和生長，水質(zhì)的酸化還能引起水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構的變化。同時，酸雨還會嚴重地腐蝕建筑物、機器、橋梁、名勝古跡和藝術品等。過多的酸雨對身體的健康也不利。雖然目前酸雨和環(huán)境酸化還不如“溫室效應”和臭氧層破壞那樣構成全球性危害，但無論對生態(tài)系統(tǒng)破壞程度還是所造成的經(jīng)濟損失卻是十分驚人的。

1.2 溫室效應

溫室效應影響生態(tài)系統(tǒng)。目前受到嚴重威脅的生態(tài)系統(tǒng)有珊瑚礁、紅樹林、熱帶雨林、北方草原濕地及天然草地、高山生態(tài)系統(tǒng)。我國氣候植被帶北移，北方落葉林面積縮小，以至移出我國，華北、東北地區(qū)出現(xiàn)草原化,影響生態(tài)系統(tǒng)。另外,由于海平面升高發(fā)生海水倒灌、江河水位上升、海岸受到侵蝕,進而影響海岸及海岸生態(tài)系統(tǒng)。同時造成冰川融化，湖泊干涸。溫室效應還會使南方洪澇災害增加,北方旱災更加明顯，甚至出現(xiàn)沙塵暴、森林火災等會。此外,夏季的熱浪使與高溫有關的疾病的死亡率上升;升溫導致一些熱帶、亞熱帶的疾病如痢疾、血吸蟲病向北傳播;暖冬造成大量病毒、蚊蠅、老鼠存活使流感盛行[1]。

2 處理方法

2.1 減少SO2

2.1.1 干法脫硫

（1） 電子束輻射技術

該工藝結(jié)合了物理方法和化學方法。煙氣從鍋爐排除后，通過除塵器的簡單過濾輸送到冷卻塔，將煙氣溫度降低至 70 ℃左右。然后將煙氣送至電子束輻射反應器，反應器內(nèi)存有適量的氨氣、壓縮空氣和軟水的混合物。電子束照射后，硫和氮的氧化物在自由基的作用下生成硫酸和硝酸。然后硫酸和硝酸與氨反應，生成的硫酸銨和硝酸銨粉狀混合體經(jīng)集塵器收集。該技術脫硫率、脫硝率較高。除了氨以外，鈉基和鎂基都可以用來作吸收劑[2]。

（2） 石灰石吸附

將石灰石細粉噴吹入爐膛中，這時石灰石會分解生成CaO，與煙氣中的SO2反應生成CaSO3，在除塵器處收集干法脫硫的最大優(yōu)點是治理中不存在二次污染，沒有工業(yè)廢棄物產(chǎn)生。缺點是效率不高，設備占地廣，成本增大[2]。

（3）循環(huán)流化床脫硫

這種工藝是將鍋爐排出的煙氣從流化床地步輸送至吸收塔內(nèi)。在吸收塔內(nèi)與事先制備好的吸收劑Ca(OH)2干粉進行反應。該吸收劑顆粒較小，在10μm以下。煙氣與吸收劑顆粒之間相結(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，生成亞硫酸鈣和硫酸鈣。同時噴入適量的水借以提高脫硫效率。根據(jù)循環(huán)流化床原理，吸收劑不斷循環(huán)，增加了煙氣與吸收劑的接觸反應時間，極大的提高了吸收劑的使用效率，進而提高脫硫效率。該工藝流程簡單，安全可靠，占地小，成本不高，同時操作靈活，可調(diào)節(jié)性高，脫離后不產(chǎn)生大量廢，不腐蝕設備，也沒有結(jié)垢和堵塞等問題，還可以脫除部分重金屬，特別是汞。該方法脫硫效率最高可達95%[2]。

2.1.2 濕法脫硫

（1）海水煙氣脫硫

該工藝不需再另行添加任何輔助藥劑，只利用海水自身的堿度。從除塵器出來的煙氣經(jīng)換熱器降溫，然后輸送至吸收塔。在吸收塔內(nèi)與大量的海水接觸。海水中的堿性物質(zhì)與煙氣中的二氧化硫反應，將二氧化硫吸收脫除，海水經(jīng)氧化反映后排除。該工藝屬于清潔技術，不產(chǎn)生固體廢棄物，脫硫效率較高，設備簡單，運行穩(wěn)定可靠，維護費用較低。但是該工藝受地域限制，僅適用于有豐富海水資源的地區(qū)，特別適用于海水作循環(huán)冷卻水的火電廠。而且脫硫后的煙氣由于溫度較低，對設備腐蝕較嚴重[2]。

2.1.3 半干法脫硫

（1）噴霧干燥脫硫

該工藝是將煙氣排出后輸送至 Ca(OH)2反應塔中。在反應塔中，煙氣中的SO2被噴霧狀的Ca(OH)2溶劑吸收。與此同時，噴霧中的液滴被熱煙氣加熱蒸發(fā)，生成的固體顆粒在經(jīng)過除塵器時被捕集，霧滴在吸收煙氣中的同時被熱煙氣蒸發(fā)，生成固體并由除塵器捕集。該技術脫硫效率最高可達90%。這種方法具有干法和濕法的優(yōu)點，但是因為主要是利用消石灰乳作為吸收劑，導致系統(tǒng)易結(jié)垢和堵塞。同時還要提前制備吸收劑，成分較高。噴霧干燥技術主要應用在燃用低、中硫煤的中小容量機組上[2]。

2.2 減少CO2

減少CO2的有效方法是大力開發(fā)應用清潔生產(chǎn)等技術，提高能源生產(chǎn)使用過程能效。這些技術可以極大的提高能源的利用效率，減少能源的消耗量，減少二氧化碳的排放，同時還能夠提升成本效益。CO2在工業(yè)上和人們生活當中都具有極大的使用價值。因此另一個減少排放的有效方法就是加強二氧化碳的回收再利用。在農(nóng)業(yè)利用方面，由于植物生長進行光合作用，吸入二氧化碳，放出氧氣，實現(xiàn)碳轉(zhuǎn)化，被農(nóng)民朋友稱為“氣肥”。因此將二氧化碳氣體進行冷卻壓縮裝瓶，在農(nóng)作物大棚中釋放，已得到應用。二氧化碳的最重要的應用領域是在化工利用方面，而且是真正的將二氧化碳轉(zhuǎn)化。從二氧化碳的應用來看，目前全球回收二氧化碳總量約有40%用于生產(chǎn)化學品，35%用于油田采油，10%用于制冷，5%用于碳酸飲料，其他應用占10%。從長遠角度看，用于生產(chǎn)化學品更有利于二氧化碳的大量回收[3]。通過這些措施，可以減少二氧化碳的排放，變廢為寶，一舉多得[4]。

2.3 余熱回收

因為煙氣溫度較高，含有大量的熱量，因此鍋爐排煙是一個潛力很大的余熱資源，排煙溫度既浪費了大量能源，又造成嚴重的環(huán)境熱污染。在熱能動力方面能耗高、污染高的主要原因之一就是鍋爐的煙氣排放，鍋爐排煙問題一方面在于煙氣污染物的直接污染，另一方面就是排煙溫度[5]。因此要將這部分能源進行回收再利用。鍋爐排煙余熱屬于二次能源,目前對煙氣余熱回收利用的方法主要有兩種。一種是將熱量傳遞給其他需要加熱的物質(zhì)；一種是將參與燃燒的空氣進行預熱，強化燃燒，提高爐子熱效率。因第一種受場地限制，第二種方法應用較廣泛。

［1］丁占良. 淺談全球變暖及其對我國的影響[J]. 內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟, 2004(2): 27-28.

［2］高明智，王鴦鴦. 煙氣脫硫方法簡介[J]. 中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2010（8）：28-30.

［3］ 張輝，等. 二氧化碳的資源化利用[J]. 遼寧化工，2011（6）：601-603.

［4］盧福海. 消減CO2排放的措施介紹[J]. 化學教學，2005（12）：36-39.

［5］劉媛. 鍋爐尾部煙氣余熱利用[J]. 科技資訊，2010（18）：44.

Hazards and Treatment Methods of Boiler Flue Gas in Chemical Enterprises

YUE Yue，ZHANG Yi-fan
（Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China）

Flue gas from coal-based industrial boilers contains large amounts of sulfur, nitrogen oxide and carbon dioxide and other gases, particularly in chemical companies. Emission of these gases into the atmosphere will seriously pollute the atmosphere to bring human life great harm. In this paper, main hazards of these gases were described, several effective methods to reduce SO2, CO2emission were put forward, and ways of flue gas waste heat recovery were discussed.

Industrial furnace flue gas; Desulfurization ; CO2emission reducing; Waste heat recovery

X 933.7

： A

： 1671-0460（2015）05-0995-02

2015-03-19

岳悅1981-），女，遼寧錦州人，講師，碩士，2008年畢業(yè)于東北大學熱能工程專業(yè)，研究方向：熱能動力。E-mail：staya9292929@163.com。