典型濕法煙氣脫硫工藝及工程應(yīng)用

張明俊

（四川益能康生環(huán)?？萍加邢薰?，四川成都 610065）

典型濕法煙氣脫硫工藝及工程應(yīng)用

張明俊

（四川益能康生環(huán)保科技有限公司，四川成都 610065）

介紹幾種主要濕法脫硫技術(shù)的工藝流程、脫硫原理、技術(shù)特點(diǎn)及工程應(yīng)用，為脫硫技術(shù)選擇提供參考。

煙氣；濕法脫硫；離子液法；氨法；石灰石-石膏法

我國(guó)酸雨污染的主要來源是金屬冶煉工業(yè)（包括鐵及有色金屬銅、鋅和鉛等）和能源工業(yè)（包括煤、石油和天然氣）排放的煙氣，其產(chǎn)生的SO2廢氣，成為大氣污染的主要根源。

隨著工業(yè)的發(fā)展，排放的SO2造成酸雨不斷加劇。其主要危害表現(xiàn)在：①危害人體健康：人類的眼角膜和呼吸道粘膜對(duì)酸類十分敏感，酸雨或酸霧對(duì)這些器官有明顯刺激作用，易造成紅眼病和支氣管炎，咳嗽不止，還會(huì)誘發(fā)肺病。②危害農(nóng)田森林：酸雨造成樹木枯黃而死，森林退化；農(nóng)田土壤酸化、貧瘠，有毒重金屬污染增強(qiáng)，糧食、蔬菜、瓜果大面積減產(chǎn)。③腐蝕嚴(yán)重：二氧化硫能加劇潮濕空氣對(duì)金屬材料和設(shè)備的腐蝕，造成對(duì)建筑物、橋梁、文物等損壞。含SO2煙氣直接排放不僅嚴(yán)重破壞人類生存環(huán)境，而且造成大量硫資源流失。

國(guó)際上對(duì)酸雨造成的環(huán)境污染問題高度重視，我國(guó)也已將控制酸雨和SO2污染納入《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》。2003年1月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《排污費(fèi)征收使用管理?xiàng)l例》，自2003年7月1日起全面開征二氧化硫排污費(fèi)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)尾氣中二氧化硫的脫除將成為我國(guó)環(huán)境污染治理的重中之重，形勢(shì)嚴(yán)峻。

1 二氧化硫脫除工藝和工程應(yīng)用

常見的脫硫技術(shù)有濕法脫硫、干法脫硫和半干法脫硫3種方案。

濕法脫硫工藝主要有：石灰石-石膏法、雙堿法、氧化鎂法、氨法、鈉鹽循環(huán)法、檸檬酸鹽法、海水法、離子液循環(huán)吸收法（或稱復(fù)合胺法、有機(jī)胺法）等。該方法脫硫效率高，尾氣SO2排放濃度可穩(wěn)定達(dá)到環(huán)保要求、運(yùn)行狀況穩(wěn)定、實(shí)用業(yè)績(jī)較多，但裝置投資較大。

干法脫硫工藝主要有：電子束照射法和活性炭吸附法等。

半干法脫硫工藝主要有：噴霧干燥吸收法、爐內(nèi)噴鈣和尾部增濕活化法。該方法吸收溫度高，需配置除塵器，且因反應(yīng)基本上在固相表面，脫硫效率較低，且吸收劑利用率低，一般在30%左右，且運(yùn)行狀況不穩(wěn)定，但裝置投資較少。

隨著國(guó)家對(duì)脫硫裝置的開工率和排放指標(biāo)要求越來越嚴(yán)，濕法脫硫技術(shù)越來越受到關(guān)注。本文僅對(duì)國(guó)內(nèi)正大力推廣的幾種濕法脫硫技術(shù)進(jìn)行介紹和比較，僅供參考。

1.1 石灰石-石膏法脫硫

1.1.1 工藝流程介紹

石灰石-石膏法脫硫一般都包括石灰石漿液配置、SO2吸收、亞硫酸鈣氧化、二水石膏脫水工序。煙氣通過風(fēng)機(jī)送入吸收塔，在吸收塔內(nèi)與頂部送入的石灰石漿液逆流接觸，煙氣中的SO2被漿液吸收，脫除了SO2的煙氣經(jīng)塔頂除霧器除塵后經(jīng)煙囪排放。吸收了SO2的亞硫酸鈣漿液在吸收塔底部匯集，同時(shí)塔底通入空氣，氧化后的漿液再通過泵送至過濾器進(jìn)行脫水處理后得到副產(chǎn)品石膏。各技術(shù)商會(huì)根據(jù)煙氣情況不同，或最終產(chǎn)品和脫硫效果等要求，對(duì)上述工藝流程和設(shè)備做適應(yīng)性調(diào)整。石灰石-石膏法脫硫工藝見圖1。

圖1 石灰石-石膏工藝流程圖

1.1.2 脫硫劑及吸收原理

石灰石-石膏法脫硫劑主要有效成分為CaCO3或液態(tài)鈣基，其資源豐富，成本低廉，吸收脫二氧化硫原理如下：

1.1.3 石灰石-石膏法脫硫工藝技術(shù)特點(diǎn)

石灰石-石膏法脫硫技術(shù)成熟，工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備和技術(shù)很容易取得；脫硫劑石灰石易得，價(jià)格便宜；但是裝置占地面積大，設(shè)備投資和運(yùn)行成本較高；副產(chǎn)石膏多半采用拋棄方式處理，加上脫硫產(chǎn)生的CO2均會(huì)造成嚴(yán)重二次污染。

1.1.4 典型工程應(yīng)用

石灰石-石膏法脫硫工藝流程簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟，工程應(yīng)用較廣，是電廠早期脫硫首選工藝。如1989年，我國(guó)重慶珞璜電廠一期360×2MW機(jī)組從日本三菱重工全套引進(jìn)石灰石-石膏濕法脫硫裝置，耗外匯3 640萬美元；1992年我國(guó)重慶珞璜電廠二期從日本引進(jìn)的處理360×2MW機(jī)組過來煙氣脫硫裝置，投資4 000萬美元，每年負(fù)運(yùn)行費(fèi)用4 000萬人民幣，為其配套工程石灰石及磨制粉廠投資700萬人民幣，副產(chǎn)石膏約400kt/a，石膏純度約90%[4]。

1.2 氨法脫硫

1.2.1 工藝流程介紹

氨法脫硫以液氨、氨水或廢氨水為脫硫劑。一般包括：SO2吸收、亞硫酸銨氧化和硫酸銨的濃縮干燥。工藝流程為：自引風(fēng)機(jī)來煙氣進(jìn)入吸收塔，被吸收液洗滌降溫并吸收尾氣中的SO2生產(chǎn)亞硫銨。脫硫后凈氣經(jīng)電除霧器除霧后排放，而亞硫酸銨溶液在吸收塔底部匯集，在吸收塔底部通過風(fēng)機(jī)送入空氣，將亞硫酸銨氧化為硫酸銨，部分硫酸銨溶液通過泵循環(huán)送入吸收塔上部洗滌煙氣，不僅降低了煙氣溫度，同時(shí)使硫酸銨溶液得以濃縮。濃縮后的硫酸銨漿液送至分離干燥系統(tǒng)處理后可得到副產(chǎn)品硫酸銨。

典型氨法脫硫工藝流程圖見圖2。

圖2 氨法脫硫工藝流程圖

1.2.2 脫硫劑及吸收原理

氨液是一種良好的堿性吸收劑，常用液氨、氨水或廢氨水作為脫硫劑。從吸收上分析，SO2吸收是酸堿中和反應(yīng)，吸收劑堿性越強(qiáng)，越利于吸收，氨的堿性強(qiáng)于鈣基吸收劑。從吸收機(jī)理上分析，脫硫劑與SO2的反應(yīng)屬于氣-液反應(yīng)，反應(yīng)速度快、反應(yīng)完全，吸收劑利用率高。其大致吸收原理如下：

1.2.3 氨法脫硫工藝技術(shù)特點(diǎn)

（1）脫硫效率高，可以達(dá)到99%以上的脫硫效率，更易于達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)；

（2）一般不易造成堵塞現(xiàn)象；

（3）對(duì)煤中硫含量適應(yīng)性廣；

（4）無二次污染；

（5）系統(tǒng)簡(jiǎn)單、設(shè)備體積小、能耗低；

（6）缺點(diǎn)氨消耗大，氨的運(yùn)輸和貯存比較麻煩；

（7）副產(chǎn)品（固體/液體）硫酸銨，市場(chǎng)銷售困難。

1.2.4 典型的工程應(yīng)用

氨法脫硫工藝比石灰石-石膏法脫硫效率高，更加經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，尤其是在化肥廠等有液氨或廢氨水企業(yè)內(nèi)，氨法工藝更加具優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)氨法脫硫技術(shù)已有數(shù)十項(xiàng)工程業(yè)績(jī)，最大的燃煤電廠的業(yè)績(jī)已達(dá)到300MW規(guī)模。如廣西田東電廠2×135MW機(jī)組；貴州開陽化工有限責(zé)任公司5×150t/h鍋爐尾氣等。

1.3 離子液循環(huán)吸收法（復(fù)合胺法）

1.3.1 工藝流程介紹

離子液循環(huán)吸收法是以離子液作為脫硫劑，一般工藝包括：煙氣洗滌、SO2吸收、SO2再生。副產(chǎn)品為氣態(tài)SO2（干基99%），可作為制硫酸、液態(tài)SO2和硫磺等產(chǎn)品的生產(chǎn)原料。

煙氣首先進(jìn)入水洗塔下部，在塔內(nèi)與塔上部進(jìn)入的冷水逆向接觸，進(jìn)行洗滌降溫除塵。從水洗塔出來的熱水經(jīng)水洗循環(huán)泵增壓、循環(huán)水冷卻送到水洗塔上部，循環(huán)洗滌煙氣。洗滌后煙氣進(jìn)入吸收塔，與上部逆流而下的貧液接觸，煙氣中SO2被吸收脫除，凈化后煙氣從塔頂引至煙囪排放。富液（吸收了SO2后的離子液）通過泵送至貧富液換熱器升溫，升溫后的富液進(jìn)入再生塔再生。再生后的貧液通過貧液泵加壓后分別送入貧富液換熱器和貧液冷卻器兩級(jí)降溫后，進(jìn)入吸收塔上部循環(huán)吸收SO2。

離子液法（復(fù)合胺法）吸收脫除和回收SO2法工藝流程見圖3。

圖3 離子液循環(huán)吸收法工藝流程圖

1.3.2 脫硫劑及吸收原理

離子液是以有機(jī)陽離子、無機(jī)陰離子為主，添加少量活化劑、抗氧化劑組成的水溶液，該離子液無毒，不燃不爆，是一種綠色可設(shè)計(jì)溶劑。其吸收反應(yīng)原理如下：

上式中R代表吸收劑，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，低溫下反應(yīng)往吸收方向進(jìn)行，高溫下反應(yīng)往再生方向進(jìn)行。離子液脫硫正是利用該反應(yīng)原理，實(shí)現(xiàn)二氧化硫的脫除與回收。

1.3.3 離子液循環(huán)吸收法工藝技術(shù)特點(diǎn)

（1）技術(shù)成熟，運(yùn)行穩(wěn)定，操作和維護(hù)簡(jiǎn)單；

（2）適用范圍廣，對(duì)冶煉煙氣、硫酸尾氣、電廠煙氣等均具有良好的適應(yīng)性，且硫含量在0.02%～8%范圍內(nèi)運(yùn)行成本穩(wěn)定，對(duì)高硫含量煙氣更具有優(yōu)勢(shì)；

（3）脫硫劑無毒無害，在裝置中循環(huán)使用，不產(chǎn)生二次污染；

（4）煙氣中回收的SO2是寶貴的硫資源，可生產(chǎn)高附加值的硫化工產(chǎn)品；

（5）離子液再生可利用低品位廢熱，裝置運(yùn)行成本低；

1.3.4 工程應(yīng)用

離子液循環(huán)吸收法不僅克服了傳統(tǒng)脫硫工藝的缺點(diǎn)，因其脫硫劑的“綠色可設(shè)計(jì)性”和技術(shù)成熟穩(wěn)定性，在有色金屬冶煉、發(fā)電、煉鐵、石化及硫酸裝置煙氣處理上均有應(yīng)用。河南中原黃金冶煉廠625 000m3（標(biāo)）/h環(huán)集煙氣+218 500m3（標(biāo)）/h硫酸尾氣，采用離子液循環(huán)吸收法脫除和回收SO2工藝，副產(chǎn)品為濃硫酸；煙臺(tái)萬華集團(tuán)采用離子液脫硫技術(shù)處理氣量10 000m3（標(biāo)）/h，煙氣中含SO2濃度達(dá)到了8%，付產(chǎn)液體SO2，該工藝處理后的凈化煙氣中SO2≤100mg/m3（標(biāo)）。

1.4 總體技術(shù)比較

1.4.1 性能比較

以上3種脫硫技術(shù)，在各種氣源條件下均有應(yīng)用，現(xiàn)比較如下，見表1。

表1 三種技術(shù)比較

續(xù)表

2 結(jié)束語

石灰石-石膏法脫硫技術(shù)適合于處理低濃度煙氣；氨法脫硫技術(shù)適合于低濃度的燃煤煙氣和硫酸尾氣等，不適應(yīng)含重金屬的冶煉煙氣離子液循環(huán)吸收法處理煙氣SO2濃度可以達(dá)到8%，且對(duì)冶煉煙氣、燒結(jié)煙氣及硫酸尾氣等均具有良好的適應(yīng)性。

對(duì)于擁有富裕熱量，或擁有硫酸或硫磺生產(chǎn)裝置的企業(yè)，離子液循環(huán)吸收法是一種技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠、資源化、高效化和經(jīng)濟(jì)化的脫硫選擇。

[1] 肖文德，吳志泉.二氧化硫脫除與回收[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001：09.

[2] 汪艷紅.我國(guó)火電廠煙氣脫硫工藝現(xiàn)狀及發(fā)展綜述[J].硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程，2008，（02）：13-24.

[3] 胡玲，肖九高，汪志和，等.離子液循環(huán)吸收法脫除和回收硫酸裝置尾氣中二氧化硫[J].硫酸工業(yè)，2013，（01）：24-25.

其中，R表示圓平板的半徑/mm，D表示圓平板的直徑/ mm，S表示平板封頭的計(jì)算壁厚/mm。從式中，我們也可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)薄板的最大彎曲應(yīng)力和（R/S）2是成正相關(guān)的，和相同狀況下凸性封頭相比較，平板形封頭就要厚很多。

參考文獻(xiàn)

[1] 張現(xiàn)峰，張兆峰，孫麗美.小型全自動(dòng)發(fā)酵罐的使用及維護(hù)探討[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（5）.

[2] 張引，黃建峰，劉穎，等.實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)發(fā)酵罐系統(tǒng)的構(gòu)建運(yùn)行及維護(hù)[J].海峽藥學(xué)，2012（8）.

Several Typical Wet Flue Gas Desulfurization Process and Its Application

Zhang Ming-jun

The technological process，desulfurization principle，technical characteristics and engineering application of several main wet-process desulfurization technologies are introduced，which can provide references for the desulphurization technology selection.

flue gas；wet desulfurization；ionic liquid method；ammonia method；limestone-gypsum method

X742

A

1003–6490（2016）10–0064–03

2016–09–15

張明?。?981—），女，重慶長(zhǎng)壽人，工程師，主要從事氣體分離技術(shù)研究與工程設(shè)計(jì)工作。