燃煤排放煙氣脫硫技術(shù)概述

柏順 袁澤華(北京化工大學(xué)， 北京 100000)

燃煤排放煙氣脫硫技術(shù)概述

柏順 袁澤華(北京化工大學(xué)， 北京 100000)

SO2是造成我國大氣污染的主要污染物之一。在我國，燃煤排放的SO2是我國SO2排放的主要來源[1]。SO2對人體健康有很大的影響，濃度100 ppm的SO2可以造成呼吸道痙攣、呼吸困難，甚至死亡。在自然中，SO2可以產(chǎn)生大氣污染，如倫敦光化學(xué)煙霧等。SO2還可以產(chǎn)生酸雨。當(dāng)前，我國近20個省市地區(qū)受酸雨的侵蝕和危害。酸雨會腐蝕雕塑、金屬、建筑物等。此外，酸雨還會影響植物生長，破壞土地成分。每年，全球因酸雨造成的環(huán)境污染導(dǎo)致的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)百億元[1,2]。

燃煤；排放煙氣；脫硫技術(shù)

1 脫硫的意義與必要性

為促進(jìn)我國硫酸工業(yè)的環(huán)保水平，促進(jìn)轉(zhuǎn)型升級，2010 年12月31日，我國發(fā)布發(fā)布了《硫酸工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 26132-2010)，更加嚴(yán)格地規(guī)定了硫酸工業(yè)中SO2的排放標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，從2013年10月1日起，SO2排放限值降低到400 mg·m-3[3，4]。

2011年發(fā)布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：自2012．01．01起，新建火電廠執(zhí)行SO2氣體的排放限值為200 mg·m-3。對比發(fā)現(xiàn)，我國新制定的標(biāo)準(zhǔn)比其他國家更為嚴(yán)格。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前正在開發(fā)和應(yīng)用的脫硫技術(shù)已經(jīng)超過了200種。概括而言，脫硫技術(shù)可以分為：燃燒前、燃燒中和燃燒后脫硫(即煙氣脫硫)。

2 當(dāng)前典型脫硫技術(shù)(見表1)

燃燒前脫硫是指在燃燒前對燃料進(jìn)行脫硫或固定硫的脫硫方式。其處理技術(shù)主要通過物理(機(jī)械、磁力或洗選)、化學(xué)或生物(微生物降解)的方法實(shí)現(xiàn)。燃燒中脫硫則是在燃燒中通過添加固定劑或催化劑實(shí)現(xiàn)脫硫，主要方式有煤固硫技術(shù)、石灰/石灰石直接噴射技術(shù)，石灰石注入爐內(nèi)分段燃燒技術(shù)(LIMB)、循環(huán)流化床燃燒技術(shù)(CFBC)、增壓流化床燃燒燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)技術(shù)(PFBC-CC)、煤氣/蒸汽聯(lián)合循環(huán)技術(shù)(IGCC)、爐內(nèi)噴鈣和氧化鈣活化技術(shù)(LIFAC)等。燃燒中脫硫技術(shù)具有燃燒效率高、煤種適應(yīng)性強(qiáng)、脫硫效率較高的特點(diǎn)，但是需要改造鍋爐。煙氣脫硫(即燃燒后脫硫)，顧名思義就是對燃燒后的煙氣進(jìn)行脫硫或者固硫的方法，主要有氨法、雙堿法、石灰石-石膏法等。煙氣脫硫不需對燃燒設(shè)備或工藝進(jìn)行改造，現(xiàn)階段具有成本低廉、操作方便、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。

受煤炭產(chǎn)地、處理技術(shù)等因素的限制，燃燒前脫硫技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，目前僅有少量的中試和商業(yè)化報(bào)道。燃燒中脫硫技術(shù)發(fā)展迅速，但其限制明顯：即反應(yīng)生成物難處理和利用。因此，燃燒后脫硫技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展最充分、工業(yè)化應(yīng)用程度最高的脫硫技術(shù)。上表對當(dāng)前典型脫硫技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)。

3 旋轉(zhuǎn)填充床氨法脫硫技術(shù)

氨法脫硫工藝因技術(shù)成熟、運(yùn)行平穩(wěn)，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。理論而言，氨法脫硫工藝應(yīng)使用氨溶液用于吸收劑；然而，實(shí)際上主要是以氨與SO2反應(yīng)生成的(NH4)2SO3作為吸收劑。根據(jù)反應(yīng)副產(chǎn)物，氨法脫硫工藝主要分為氨-酸法、氨-亞硫酸銨法、氨-硫酸銨法三種。氨-酸法脫硫過程需要消耗硫酸；氨-亞硫酸銨法的副產(chǎn)品為亞硫酸銨，亞硫酸銨因產(chǎn)能過剩，處理困難。因此，這兩種工藝受到一定的限制。硫酸銨是氨-硫酸銨法的副產(chǎn)品，可用做肥料。此外，氨法脫硫工藝運(yùn)行穩(wěn)定，脫硫塔不易結(jié)垢，適合中高硫煤種，不產(chǎn)生廢水污染。因而，氨-硫酸銨法得到了更多關(guān)注。氨法脫硫工藝的優(yōu)點(diǎn)是脫硫效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、成本低廉和副產(chǎn)物可利用。根據(jù)吸收和氧化方式的不同，商業(yè)化的氨法脫硫工藝有Walther工藝、AMASOX工藝、GE(Marsulex)工藝、NKK工藝等。

在氨法脫硫過程中，主要反應(yīng)為吸收劑與煙氣中的SO2反應(yīng)。式(1)-式(3)主要發(fā)生在SO2的吸收過程[7，8]，式(4)-式(5)為副產(chǎn)物的生成過程[6，7]。

表1 濕法、半干法和干法煙氣脫硫工藝對比

Chu guangwen等[9]和單從云等[10]考察了規(guī)整式填料旋轉(zhuǎn)填充床在并流操作條件下壓降特性和氨法脫硫效率。孫志斌等[11]研究了旋轉(zhuǎn)填充床氨法脫硫性能，考察了脫硫富液氧化再生后的脫硫性能。趙志強(qiáng)等探討了規(guī)整絲網(wǎng)填料用于氨法脫硫過程的傳質(zhì)性能。Yan Jinpei等[11]研究了氨法脫硫過程中的噴霧的形成機(jī)理并給出了相應(yīng)的去除方法。

因脫硫效率高及低成本的優(yōu)勢，氨法脫硫工藝得到了廣泛的工業(yè)應(yīng)用。在傳統(tǒng)氨法脫硫工藝中，泡沫塔或復(fù)噴復(fù)擋設(shè)備是其主要反應(yīng)設(shè)備。但設(shè)備龐大、壓降高、傳質(zhì)效率低。

隨著我國對企業(yè)環(huán)保要求的提高，對大氣污染物排放限值不斷降低，排放指標(biāo)更加嚴(yán)苛，煙氣脫硫面臨新的發(fā)展和挑戰(zhàn)。與其他技術(shù)相比，超重力旋轉(zhuǎn)填充床以其可以強(qiáng)化傳質(zhì)、體積小、使用物系廣、填料易于更換等特點(diǎn)，超重力旋轉(zhuǎn)填充床氨法脫硫工藝運(yùn)行穩(wěn)定、脫硫效率高。因此，研究氨法脫硫工藝具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和價值。

[1] 平措.我國城市大氣污染現(xiàn)狀及綜合防治對策[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2006,31(1):18-21.

[2] 李培,王新,柴發(fā)合,等.我國城市大氣污染控制綜合管理對策[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展,2011,36(5):8-14.

[3] GB26132.硫酸工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].2010.

[4] GB13223.火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].2011.

[5] Kaminski,J.Technologies and costs of SO2-emissions reduction for the energy sector[J].Appl. Energy,2003,75(3–4),165-172.

[6] Keeth,R; Ireland,P; Radcliffe,P.Economic evaluations of 28 FGD processes[R].In:Proceedings of the 1991 SO2 control symposium.Washington D.C,1991.

[7] Gao,X; Ding,H; Du,Z,et al.Gas–liquid absorption reaction between(NH4)2SO3 solution and SO2 for ammonia-based wet flue gas desulfurization[J]. Appl.Energy,2010,87(8),2647-2651.

[8] Jia,Y; Zhong,Q; Fan,X,et al.Kinetics of oxidation of total sulfite in the ammonia-based wet flue gas desulfurization process[J].Chem.Eng. J.,2010,164(1),132-138.

[9] Chu,G-W; Luo,Y; Shan,C-Y,et al.Absorption of SO2 with Ammonia-Based Solution in a Cocurrent Rotating Packed Bed[J].Ind.Eng.Chem. Res.,2014,53(40),15731-15737.

[10]單從云,羅勇,初廣文,等.整體式碳化硅填料旋轉(zhuǎn)填充床并流壓降特性研究[J].高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào),2014,(04):701-706.

[11]Yan,J; Bao,J; Yang,L,et al.The formation and removal characteristics of aerosols in ammoniabased wet flue gas desulfurization[J].J.Aerosol. Sci.,2011,42(9),604-614.