燃煤鍋爐脫硫技術(shù)的探究

李萌燁

摘 要：本論文通過學(xué)習(xí)了硫及其氧化物的相關(guān)化學(xué)知識及調(diào)查研究國際、國內(nèi)多種脫硫技術(shù)的現(xiàn)狀，通過對幾種脫硫技術(shù)的脫硫率、投資情況、運行消耗等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的對比，提出幾類值得推廣的低投資、低消耗、脫硫率高的適合我國國情的脫硫技術(shù)。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐；脫硫技術(shù) ；大唐保定熱電廠脫硫系統(tǒng)

大氣是人類以及其他生物賴以生存的基本環(huán)境要素，我國大氣污染嚴(yán)重。在學(xué)習(xí)了硫及其氧化物的相關(guān)化學(xué)知識后，了解到煤炭作為主要的燃料，其中的硫和氮等雜質(zhì)，經(jīng)燃燒后會產(chǎn)生對空氣有污染的氣體。煤燃燒是造成中國生態(tài)環(huán)境破壞的最大污染源。中國的能源消費占世界的8%～9%，但SO2的排放占到世界的 15.1%，煤燃燒所排放的SO2又占全國總排放量的87%。 我國的大氣環(huán)境是典型的煤煙型污染，由燃煤排放的SO2所造成的酸雨已危及24個省、市、自治區(qū)，有些地方降水pH值最低達(dá)3.5以下，給生態(tài)環(huán)境和國民經(jīng)濟(jì)帶來了嚴(yán)重的危害。治理SO2大氣污染的根本途徑之一是采取有效的脫硫措施，減少點、面排放源的SO2排放量。近年來，針對我國的具體情況，相關(guān)的研究部門已先后開發(fā)出多種切實可行的脫硫技術(shù)，在實際應(yīng)用中卓有成效地控制了燃煤煙氣SO2的排放。偶然間在一次新聞聯(lián)播中看到某職業(yè)技術(shù)學(xué)院的鍋爐脫硫設(shè)備形同虛設(shè)的報道，產(chǎn)生了探究大型及中小型鍋爐脫硫工藝的原理及其實際應(yīng)用情況的想法。

一、我國中小型燃煤鍋爐脫硫技術(shù)現(xiàn)狀

1、概述

我國的能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，目前煤炭年消耗量近12億噸，煙塵和粉塵年總排放量近2000萬噸，二氧化硫（SO2）年總排放量達(dá)1800余萬噸。由此造成的大氣煤煙型污染嚴(yán)重，降水嚴(yán)重酸化。長江以南的部分城市酸雨出現(xiàn)頻率超過90%。酸雨腐蝕材料，破壞生態(tài)環(huán)境，使農(nóng)作物減產(chǎn)。僅粵、桂、川、黔四省由酸雨造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失就達(dá)160億元。近年來，為了減緩大氣污染，我國對煙氣脫硫十分重視，各科研單位積極研究和探索適合中國國情的、技術(shù)經(jīng)濟(jì)上可行的工藝和技術(shù)。我國的燃煤鍋爐約45萬臺，其中70%以上是中小型鍋爐。中小型鍋爐量大面廣，煙囪低矮，對大氣污染的影響很大。因此，治理中小型燃煤鍋爐的硫氧化物污染對控制煤煙型大氣污染具有十分重要的意義。

2、中小型燃煤鍋爐脫硫技術(shù)現(xiàn)狀

大氣SO2污染主要是由燃煤排放引起的， SO2排放的削減主要從燃燒前、燃燒中和燃燒后脫硫三個方面著手。

2.1燃燒前脫硫技術(shù)

燃燒前脫硫技術(shù)也就是煤炭洗選技術(shù)。目前我國煤炭人選率不到17%，而美國為42%，英國為94.9%，法國為88.7%，日木為98%。

2.2燃燒中脫硫技術(shù)

燃燒中脫硫技術(shù)是往煤中加人固硫劑。在煤的燃燒過程中，煤中的硫燃燒氧化，再與煤中的堿性物質(zhì)或固硫劑反應(yīng)生成硫酸鹽而留在渣中，從而減少煙氣中SO2的濃度。我國從70年代開始進(jìn)行型煤固硫的研究工作。目前，美國的型煤固硫率為87%，日本為70%一90%，我國為40%左右。我國與國外固硫率差異的主要原因是采用的固硫劑及固硫催化劑的不同。

2.3 燃燒后脫硫技術(shù)

燃燒后脫硫技術(shù)即對鍋爐煙氣進(jìn)行脫硫，這是我國目前脫硫的主要方法。近年來，我國科技人員針對中小型鍋爐煙氣的脫硫技術(shù)進(jìn)行了研究，比較有影響的主要有以下幾種。

2.3.1 PS型燃煤鍋爐煙氣脫硫技術(shù)

這種技術(shù)具有脫硫和除塵兩種功能。脫硫率大于80%，除塵效率大于90%。缺點是一次性投資較高，運行費用較高。目前，該技術(shù)已成功應(yīng)用數(shù)家。

2.3.2 GGT一1型燃煤鍋爐煙氣脫硫

該技術(shù)的基本原理是：利用噴射霧狀的高效脫硫除塵藥劑水溶液，在對鍋爐排放的煙氣、粉塵進(jìn)行增濕的同時，使SO2得到吸收、反應(yīng)并凝于粉塵，再通過離心式旋風(fēng)除塵器降人集塵箱，達(dá)到脫硫和提高降塵的目的。設(shè)備脫硫率高于60%。

2.3.3濕式?jīng)_旋脫硫除塵技術(shù)

基本原理是利用沖激、旋風(fēng)二級除塵機(jī)制，在除塵器內(nèi)部設(shè)置了沖激室和旋風(fēng)室。煙氣由鍋爐進(jìn)人沖旋室后，自上而下沖激水面，進(jìn)行初次除塵，潤濕煙塵，增大細(xì)微塵粒的重量。然后自下而上，在除塵器上部經(jīng)由導(dǎo)板組成的2通道進(jìn)人旋風(fēng)室。在旋風(fēng)室內(nèi)自上而下沿室壁作螺旋運動，利用離心力進(jìn)行二次除塵，然后由軸線向上經(jīng)出口排出。

2.3.4濕式旋風(fēng)除塵脫硫技術(shù)

該技術(shù)利用鍋爐自身運行過程中產(chǎn)生的煙塵、爐渣和廢水來治理煙氣?；驹硎菙r截碰撞、離心分離、酸堿中和反應(yīng)等共同作用。在裝置內(nèi)，噴成霧狀的吸收液與旋轉(zhuǎn)進(jìn)人的煙氣作用，進(jìn)行脫硫和除塵，然后在內(nèi)部構(gòu)件的作用下進(jìn)一步脫硫和除塵，凈化煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)和煙囪排人大氣。脫硫效率50%，除塵效率大于95%。

2.3.5麻石脫硫除塵技術(shù)

麻石水膜除塵器和麻石文丘里除塵器應(yīng)用于煙氣除塵已有多年的歷史。近年來，利用麻石的耐腐蝕、耐磨損性能制作煙氣脫硫裝置有了一定進(jìn)展。其主要原理是：利用麻石制作筒體，在內(nèi)部設(shè)置塔板來強(qiáng)化氣液接觸，提高傳質(zhì)效果，進(jìn)而提高脫硫效率。該技術(shù)應(yīng)用于沸騰鍋爐上的脫硫效率為70%，除塵效率達(dá)99%。

2.3.6 JBR型煙氣脫硫除塵技術(shù)

石灰漿液加人JBR中，含飛灰和SO2的煙氣由引風(fēng)機(jī)送人JBR反應(yīng)器中，其中的SO2和煙塵被內(nèi)循環(huán)的吸收劑漿液吸收除去，凈化后的煙氣經(jīng)除霧后排人大氣。脫硫產(chǎn)物的灰渣由JBR底部放人沉淀池中，上清液返回石灰漿液罐中，從而實現(xiàn)水的閉路循環(huán)。去除率93%一94%，除塵效率95%一98%。

2.3.7 脈沖供電脫硫除塵技術(shù)

基本原理是：通過脈沖供電，把煙氣中的H2O、O2電離生成活性基團(tuán)（O，O3，OH，HO2），活性基團(tuán)把煙氣中的SO2氧化成SO3， SO3與水和飛灰中的堿性物質(zhì)反應(yīng)生成硫酸鹽。目前此技術(shù)正在處于試驗階段。

3、綜合上述幾種應(yīng)用于中小型鍋爐的脫硫技術(shù)，具有以下特點：

（1）投資較低、脫硫效率適中、運行費用低、操作管理簡便的技術(shù)易于推廣應(yīng)用。

（2）就脫硫產(chǎn)物的處理而言，多采取拋棄法而未作為副產(chǎn)品回收。

（3）脫硫劑價廉，可利用鍋爐運行中產(chǎn)生的飛灰和爐渣中的堿性物質(zhì)脫硫。

（4）推廣較好的技術(shù)多為濕法脫硫兼除塵的技術(shù)。

（5）我國中小型鍋爐數(shù)量眾多，而脫硫技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)未達(dá)到應(yīng)有的水平。通過大家的共同努力，一定能把我國的二氧化硫污染控制到較低水平。

二、大型燃煤鍋爐脫硫技術(shù)

1、燃燒后脫硫主要工藝種類

1.1石膏法

石灰石——石膏法脫硫工藝是世界上應(yīng)用最廣泛的一種脫硫技術(shù)，日本、德國、美國的火力發(fā)電廠采用的煙氣脫硫裝置約90%采用此工藝。

它的工作原理是：將石灰石粉加水制成漿液作為吸收劑泵入吸收塔與煙氣充分接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及從塔下部鼓入的空氣進(jìn)行氧化反應(yīng)生成硫酸鈣，硫酸鈣達(dá)到一定飽和度后，結(jié)晶形成二水石膏。經(jīng)吸收塔排出的石膏漿液經(jīng)濃縮、脫水，使其含水量小于10%，然后用輸送機(jī)送至石膏貯倉堆放，脫硫后的煙氣經(jīng)過除霧器除去霧滴，再經(jīng)過換熱器加熱升溫后，由煙囪排入大氣。由于吸收塔內(nèi)吸收劑漿液通過循環(huán)泵反復(fù)循環(huán)與煙氣接觸，吸收劑利用率很高，脫硫效率可大于95%。

1.2噴霧干燥法

噴霧干燥法脫硫工藝以石灰為脫硫吸收劑，石灰經(jīng)消化并加水制成消石灰乳，消石灰乳由泵打入位于吸收塔內(nèi)的霧化裝置，在吸收塔內(nèi)，被霧化成細(xì)小液滴的吸收劑與煙氣混合接觸，與煙氣中的SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CaSO3，煙氣中的SO2被脫除。與此同時，吸收劑帶入的水分迅速被蒸發(fā)而干燥，煙氣溫度隨之降低。脫硫反應(yīng)產(chǎn)物及未被利用的吸收劑以干燥的顆粒物形式隨煙氣帶出吸收塔，進(jìn)入除塵器被收集下來。脫硫后的煙氣經(jīng)除塵器除塵后排放。為了提高脫硫吸收劑的利用率，一般將部分除塵器收集物加入制漿系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)利用。該工藝有兩種不同的霧化形式可供選擇，一種為旋轉(zhuǎn)噴霧輪霧化，另一種為氣液兩相流。

噴霧干燥法脫硫工藝具有技術(shù)成熟、工藝流程較為簡單、系統(tǒng)可靠性高等特點，脫硫率可達(dá)到85%以上。該工藝在美國及西歐一些國家有一定應(yīng)用范圍。脫硫灰渣可用作制磚、筑路，但多為拋棄至灰場或回填廢舊礦坑。

1.3磷銨肥法

磷銨肥法煙氣脫硫技術(shù)屬于回收法，以其副產(chǎn)品為磷銨而命名。該工藝脫硫流程過程主要由吸附（活性炭脫硫制酸）、萃?。ㄏ×蛩岱纸饬椎V萃取磷酸）、中和（磷銨中和液制備）、吸收（磷銨液脫硫制肥）、氧化（亞硫酸銨氧化）、濃縮干燥（固體肥料制備）等單元組成。

2、燃燒中脫硫

燃燒中脫硫即爐內(nèi)脫硫，爐內(nèi)脫硫是在燃燒過程中，向爐內(nèi)加入固硫劑如CaCO3等，使煤中硫分轉(zhuǎn)化成硫酸鹽，隨爐渣排除。其基本原理是：

CaCO3==高溫==CaO+CO2↑

CaO+SO2====CaSO3

2CaSO3+O2====2CaSO4

3、燃燒前脫硫

燃燒前脫硫就是在煤燃燒前把煤中的硫分脫除掉，燃燒前脫硫技術(shù)主要有物理洗選煤法、化學(xué)洗選煤法、添加固硫劑、煤的氣化和液化、水煤漿技術(shù)等。洗選煤是采用物理、化學(xué)或生物方式對鍋爐使用的原煤進(jìn)行清洗，將煤中的硫部分除掉，使煤得以凈化并生產(chǎn)出不同質(zhì)量、規(guī)格的產(chǎn)品。微生物脫硫技術(shù)從本質(zhì)上講也是一種化學(xué)法，它是把煤粉懸浮在含細(xì)菌的氣泡液中，細(xì)菌產(chǎn)生的酶能促進(jìn)硫氧化成硫酸鹽，從而達(dá)到脫硫的目的；微生物脫硫技術(shù)目前常用的脫硫細(xì)菌有：屬硫桿菌的氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫桿菌、古細(xì)菌、熱硫化葉菌等。添加固硫劑是指在煤中添加具有固硫作用的物質(zhì)，并將其制成各種規(guī)格的型煤，在燃燒過程中，煤中的含硫化合物與固硫劑反應(yīng)生成硫酸鹽等物質(zhì)而留在渣中，不會形成SO2。煤的氣化，是指用水蒸汽、氧氣或空氣作氧化劑，在高溫下與煤發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成H2、CO、CH4等可燃混合氣體（稱作煤氣）的過程。煤炭液化是將煤轉(zhuǎn)化為清潔的液體燃料（汽油、柴油、航空煤油等）或化工原料的一種先進(jìn)的潔凈煤技術(shù)。水煤漿是將原料煤，研磨成250～300μm的細(xì)煤粉，按65%～70%的煤、30%～35%的水和約1%的添加劑的比例配制而成，水煤漿可以像燃料油一樣運輸、儲存和燃燒。

燃燒前脫硫技術(shù)中物理洗選煤技術(shù)已成熟，應(yīng)用最廣泛、最經(jīng)濟(jì)，但只能脫無機(jī)硫；生物、化學(xué)法脫硫不僅能脫無機(jī)硫，也能脫除有機(jī)硫，但生產(chǎn)成本昂貴，距工業(yè)應(yīng)用尚有較大距離；煤的氣化和液化還有待于進(jìn)一步研究完善；微生物脫硫技術(shù)正在開發(fā)；水煤漿是一種新型低污染代油燃料，它既保持了煤炭原有的物理特性，又具有石油一樣的流動性和穩(wěn)定性，被稱為液態(tài)煤炭產(chǎn)品，市場潛力巨大，目前已具備商業(yè)化條件。

煤的燃燒前的脫硫技術(shù)盡管還存在著種種問題，但其優(yōu)點是能同時除去灰分，減輕運輸量，減輕鍋爐的沾污和磨損，減少電廠灰渣處理量，還可回收部分硫資源。

三、實地調(diào)研---保定大唐熱電廠

大唐保定熱電廠位于保定市新市區(qū)西郊，是我國第一個五年計劃期間由國家確定興建的華北地區(qū)第一座高溫高壓熱電聯(lián)產(chǎn)廠。該廠原采用干法脫硫技術(shù)，現(xiàn)在主要采用石灰石--石膏法煙氣脫硫技術(shù).經(jīng)技術(shù)改良后，可處理100%的煙氣，脫硫效率達(dá)99%以上.煙氣中HCl，HF等同時去除，飛灰，三氧化硫部分去除。

在實地調(diào)研前我聯(lián)系了熱電廠工作人員，當(dāng)天一位電廠員工帶領(lǐng)我參觀了電廠的脫硫設(shè)備，并為我進(jìn)行了解說.以下為參觀時的照片：

大唐保定熱電廠脫硫系統(tǒng)的組成：

1、石灰漿供給系統(tǒng)：將石灰石粉加水配制成石灰石漿液通過漿液泵運至吸收塔，在漿液循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)，與塔內(nèi)空氣接觸。

2、石膏脫水系統(tǒng)：分一級脫水系統(tǒng)和二級脫水系統(tǒng).一級脫水，脫硫產(chǎn)物石膏漿液在漿液池中生成，經(jīng)離心旋流固液分離，較稀部分運至回收水箱重復(fù)利用，較濃部分（石膏成分50%左右）進(jìn)入二級脫硫系統(tǒng)（圓盤石膏脫水機(jī)，真空皮帶脫水機(jī)）脫水后含水量小于10%，落至石膏庫。

3、SO2吸收系統(tǒng)：設(shè)有五個噴淋層，保證二氧化硫與石灰漿液滴充分接觸.吸收塔漿池的循環(huán)漿液通過循環(huán)泵送至噴淋層，經(jīng)噴嘴霧化成微滴后噴出.煙氣進(jìn)入吸收塔后向上方流動，被由上而下噴出的循環(huán)漿液洗滌，經(jīng)過除霧器去除水分由煙囪排出。

4、工藝水系統(tǒng)：分為工業(yè)水和循環(huán)水，工業(yè)水用于軸承冷卻和機(jī)械沖洗，循環(huán)水作為脫硫系統(tǒng)工藝用水，用于置備石膏漿液，石膏脫水，吸收塔補水，除霧器沖洗和所有漿液管道沖洗。

5、壓縮空氣系統(tǒng)：提供脫硫系統(tǒng)所需的壓縮空氣。

6、電控系統(tǒng)：為脫硫設(shè)備供電。

7、控制部分：實現(xiàn)對整個機(jī)組的控制監(jiān)視和調(diào)整，以及對異常狀況的處理。

脫硫產(chǎn)物等處理方式

石膏：成品石膏的含水量要求在10%以下，CaCO3，CaSO3等含量不得過多，如CaCO3含量過多，應(yīng)減少石灰漿的供給，若CaSO3的含量過多，增加空氣鼓入量，以保證CaSO3充分被氧化。

粉塵：粉塵經(jīng)布袋除塵，電除塵被捕獲收集，輸入倉庫

四、結(jié)語

隨著國內(nèi)外環(huán)境相關(guān)法規(guī)的不斷完善，我國對于燃煤脫硫技術(shù)應(yīng)該加大力度。因燃前脫硫技術(shù)的成本最低，短期我國中小型鍋爐的燃煤脫硫的主攻方向仍是燃前脫硫技術(shù)，燃中脫硫與燃后脫硫為適當(dāng)補充?；鹆Πl(fā)電廠等大型鍋爐采用燃后脫硫技術(shù)，更加注重工藝過程的改進(jìn)，以提高脫硫除塵的效率，降低生產(chǎn)成本。