電站鍋爐煙氣脫硫工藝分析

夏 珉

（中海石油舟山石化有限公司，浙江舟山 316015）

1 電站鍋爐煙氣脫硫的必要性

電站鍋爐一般以煤炭作為主要燃料，鍋爐運(yùn)行時(shí)排出的煙氣含有一定的二氧化硫，會對大氣環(huán)境造成污染，并且二氧化硫還是酸雨形成的主要原因之一。隨著電力體制改革進(jìn)程的逐步加快，推動了電力事業(yè)的發(fā)展，電站的規(guī)模隨之不斷擴(kuò)大，燃煤鍋爐的煙氣排放量進(jìn)一步增加。受到一些因素的影響，電站對燃煤鍋爐煙氣排放的控制力度有所欠缺，大量二氧化硫隨著煙氣被排放到空氣中，形成大范圍的酸雨污染，造成的直接和間接損失數(shù)以億計(jì)。目前，電站燃煤鍋爐的煙氣脫硫得到國家有關(guān)部門的密切關(guān)注和重視，并將之列為環(huán)境治理的首要任務(wù)，與此同時(shí)，國家陸續(xù)頒布相關(guān)法律法規(guī)，要求所有新建燃煤電站必須建設(shè)燃?xì)饷摿蛳到y(tǒng)，在役電站如果使用的是燃煤鍋爐，應(yīng)在限定期限內(nèi)整改，使煙氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

2 電站鍋爐煙氣脫硫主要工藝

2.1 石灰法

是一種在電站燃煤鍋爐煙氣脫硫中應(yīng)用較為廣泛的工藝，屬于濕法脫硫的范疇。石灰法脫硫工藝系統(tǒng)的復(fù)雜程度較高，大體上可分為2 個(gè)部分，一部分是吸收塔，另一部分是漿液池。電站燃煤鍋爐煙氣脫硫中應(yīng)用該方法時(shí)，一般是將系統(tǒng)安裝在除塵裝置后，從鍋爐內(nèi)排出的煙氣經(jīng)過除塵，進(jìn)入反應(yīng)塔與石灰漿發(fā)生反應(yīng)，從而達(dá)到去除煙氣中二氧化硫的目的。石灰法工藝產(chǎn)生的副產(chǎn)品為石膏，因品質(zhì)較差而影響銷路，石膏的處理是該工藝的難點(diǎn)問題之一。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，石灰法脫硫效果較為理想，對煙氣中二氧化硫的脫除率較高，國內(nèi)外80%以上的脫硫系統(tǒng)采用該技術(shù)工藝，特別是一些大型電站，煙氣脫硫效率可以達(dá)到95%。雖然該工藝脫硫效果較好，但缺點(diǎn)也較為明顯，如系統(tǒng)復(fù)雜程度高、前期投資大、需水量多、排煙溫度低、運(yùn)維困難且費(fèi)用較高等。

2.2 噴霧干燥法

屬于半干法脫硫工藝范疇，是指鍋爐中排除的煙氣與霧狀石灰漿在干燥吸收塔內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，從而達(dá)到脫除二氧化硫的目的。應(yīng)用實(shí)踐表明，采用該方法進(jìn)行煙氣脫硫，在鈣硫摩爾比1.2～1.5 時(shí)，脫硫效率能夠達(dá)到75%～85%，副產(chǎn)物為硫酸鈣和亞硫酸鈣，還有部分氧化鈣和飛灰混合物。由于石灰法脫硫需消耗大量的水，并且還需要有廢水處理系統(tǒng)，不利于資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)。而噴霧干燥法脫硫過程中不產(chǎn)生廢水，工藝流程較為簡單，設(shè)備占地面積小，運(yùn)行可靠性高，前期投資較少。但噴霧干燥法脫硫效率最高可以達(dá)到85%，這一點(diǎn)不及石灰法，并且石灰的耗用量也相對較大。此外，該方法還存在以下不足：脫硫過程使用石灰作為吸收劑，因石灰本身為粉末狀物體，使干燥吸收塔內(nèi)壁容易出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，而且霧化裝置容易磨損，且經(jīng)常會出現(xiàn)堵塞情況，脫硫后形成的灰渣無法有效利用，增大了固廢處理成本。

2.3 海水煙氣脫硫工藝

屬于濕法脫硫范疇，是指以天然的海水作為吸收劑對煙氣中的二氧化硫進(jìn)行脫除。燃煤鍋爐在燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入海水脫硫系統(tǒng)前，先經(jīng)除塵系統(tǒng)除塵，可以采用靜電除塵器，安裝在吸收塔上游位置處，經(jīng)過除塵之后的煙氣進(jìn)入吸收塔底部，與自上而下的海水相向流過，完成一次循環(huán)。從吸收塔內(nèi)排出的干凈煙氣，需經(jīng)加熱后才能排放，而吸收了二氧化硫的海水憑借重力作用返回到海水處理廠，與其余海水混合。因天然海水為堿性，其中含有過量的碳酸鈣和碳酸鈉，使海水能吸收并中和二氧化硫。該方法的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約淡水資源，不會產(chǎn)生副產(chǎn)物及廢棄物，基本不會對環(huán)境造成污染和破壞，設(shè)備不結(jié)垢，工藝流程簡單、便于維護(hù)，前期投資少，脫硫效率可以達(dá)到90%以上。不足之處在于適用范圍小，僅適用于沿海地區(qū)的電站。

2.4 荷電干式噴射脫硫工藝

屬于干式脫硫范疇，基本原理：固態(tài)粉粒狀吸收劑以較高的速度從高壓靜電電暈區(qū)域通過，獲得強(qiáng)大靜電荷后，被噴射到煙道中呈懸濁狀態(tài)，使吸收劑離子表面充分暴露，增大與煙氣中二氧化硫反應(yīng)的概率，離子表面電暈的存在使其活性大幅度增強(qiáng)，反應(yīng)時(shí)間隨之縮短，脫硫效率顯著提高。該脫硫工藝的優(yōu)點(diǎn)：工藝流程簡單、可靠性高、設(shè)備占地面積小、既可用于新建鍋爐脫硫，也可在鍋爐技術(shù)改造中應(yīng)用，不會產(chǎn)生二次污染，反應(yīng)生成物會隨煙塵被除塵設(shè)備一并去除。雖然該方法的優(yōu)點(diǎn)較多，但缺點(diǎn)也比較明顯，如對脫硫劑的要求較高，無法使用普通石灰，脫硫劑噴射后在煙道中的分布常常會出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，影響脫硫效率，由此使得該方法的推廣應(yīng)用受到影響。

2.5 氨水洗滌法

是一種濕法脫硫技術(shù)，該技術(shù)將氨水作為吸收劑，需要在脫硫前對鍋爐出口煙氣進(jìn)行冷卻處理，當(dāng)冷卻溫度降至90～100℃時(shí)，再通過預(yù)洗滌去除HCL 和HF，之后利用液滴分離器在煙氣中去除水滴，最后使煙氣進(jìn)入前置洗滌器中，與氨水在硫化塔中發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸銨溶液，再將脫硫處理后的煙氣進(jìn)行排放處理。氨水洗滌法具備脫硫效率高、無廢渣、無廢水等技術(shù)優(yōu)勢，但因煙氣系統(tǒng)中設(shè)置了煙氣再熱器，進(jìn)而增加了脫硫后期的防腐難度。為提高氨水洗滌法的脫硫效率，在電站鍋爐煙氣脫硫中還要具備以下條件：由于氨水脫硫要求的溫度是20～23 ℃，因此必須對焦油、萘進(jìn)行預(yù)先處理，以避免低溫脫硫產(chǎn)生有機(jī)物堵塞現(xiàn)象；配備高效的除氨裝置，以保證在氨水洗滌脫硫后快速去除氨，降低出塔煤氣中的含氨量，提高洗氨工藝水平；在脫酸蒸氨過程中，富含硫化氫的氨水會產(chǎn)生強(qiáng)烈腐蝕性酸性氣體，要求必須配備氨水脫硫富液的相關(guān)裝置，提高工藝技術(shù)水平。

2.6 電子束照射脫硫法

屬于干式脫硫范疇，是一種新型的脫硫工藝，電子加速器是它的基礎(chǔ)，通過高能等離子體，可對煙氣中的二氧化硫進(jìn)行氧化，并在較短的時(shí)間內(nèi)生成硫酸和硝酸，再與氨反應(yīng)后生成硫酸氨和硝酸氨的微細(xì)粉粒，捕集器對這些粉粒進(jìn)行回收作為農(nóng)肥，凈化后的氣體可直接排入大氣。該方法的優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為簡單，操作方便，脫硫過程易于控制，能對煙氣成分的變化進(jìn)行跟蹤，由于是干法脫硫，故不會產(chǎn)生廢水和廢渣，對環(huán)境的污染較小，副產(chǎn)物可作為肥料，經(jīng)濟(jì)效益顯著，脫硫效率最高能夠達(dá)到94%。但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，除塵系統(tǒng)的故障率會增大。

2.7 脈沖電暈放電等離子體煙氣脫硫

以電子束照射法為基礎(chǔ)，結(jié)合物理和化學(xué)方法，是一種有效的煙氣脫硫技術(shù)。脈沖電暈放電等離子體煙氣脫硫工藝原理與電子束照射法工藝原理基本相同，在電極之間讓反應(yīng)器和脈沖電源產(chǎn)生高能電子，氧化處理煙氣中的硫和氮，將其轉(zhuǎn)化為高價(jià)氧化物，并反應(yīng)生成硝酸、硫酸。同時(shí)，在除塵器中噴入中和劑，去除硝酸和硫酸。與電子束照射法相比，脈沖電暈放電等離子體煙氣脫硫工藝采用窄脈沖電場，可大幅度降低脫硫工藝的電能消耗，提高電站鍋爐煙氣脫硫的經(jīng)濟(jì)性。此外，該脫硫工藝還具備裝置簡單、無廢渣和廢水的優(yōu)勢，但由于脫硫后的副產(chǎn)品帶有一定腐蝕性，所以增加了后期回收處理的難度。

2.8 鈣鈉雙堿脫硫法

是一種先利用活性較強(qiáng)的鈉堿作為吸收劑，對鍋爐煙氣中的二氧化硫進(jìn)行吸收，隨后用鈣堿對吸收液進(jìn)行再生，在吸收和吸收液的處理過程中分別使用兩種類型的堿，所以該方法被稱之為雙堿脫硫法。應(yīng)用實(shí)踐表明，該脫硫工藝可以最小的能耗獲得最大的脫硫效率，系統(tǒng)的脫硫效率保持在90%～95%之間，工藝參數(shù)和運(yùn)行指標(biāo)均處于領(lǐng)先水平。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性較高，主要設(shè)備的故障率低，基本不會影響電站鍋爐的正常運(yùn)行；技術(shù)工藝先進(jìn)，運(yùn)行費(fèi)用低，鈉堿具有較高的活性，只需要較低的液氣比，便可達(dá)到較高的脫硫效果，鈣堿價(jià)格低，并且能夠重復(fù)使用，運(yùn)行成本大幅度降低；對煤種具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，可以實(shí)現(xiàn)脫硫除塵一體化，在節(jié)水、節(jié)能等方面效果顯著；吸收過程可以達(dá)到廢水零排放的目標(biāo)，吸收液中的鹽分濃度較為穩(wěn)定；反應(yīng)中生成的廢渣可綜合利用，不會產(chǎn)生二次污染。

3 電站鍋爐煙氣脫硫工藝的選擇及問題處理

3.1 工藝選擇

綜上所述，目前可用于電站鍋爐煙氣脫硫的工藝，大部分都存在不足之處，綜合比較后，鈣鈉雙堿法的應(yīng)用優(yōu)勢最為明顯。因此，建議電站采用該方法對鍋爐進(jìn)行煙氣脫硫。以下對該方法的工藝流程進(jìn)行分析。

電站鍋爐中的含塵煙氣經(jīng)由煙道進(jìn)入到筒體后，含有OH-離子的堿性水從脫硫塔不同部位的螺旋噴嘴中噴出，形成與煙氣運(yùn)動方向相反的水霧，煙塵中硫化物與水的碰撞頻率隨之進(jìn)一步增加，氣液的相對速度也顯著提高，從而為煙氣除塵及脫硫效果提供了可靠保障。隨著氣體的逐步上升，氣液傳質(zhì)的表面積增大，傳質(zhì)速率提高，堿液與二氧化硫氣液交換可以快速完成。脫硫后的產(chǎn)物隨著水從塔底排出塔外，進(jìn)入再生池，加入鈣堿進(jìn)行再生后便可循環(huán)使用。應(yīng)用該脫硫工藝時(shí)，應(yīng)將脫硫塔設(shè)置在風(fēng)機(jī)后，以確保脫硫系統(tǒng)在正壓下運(yùn)行，避免堿液對風(fēng)機(jī)的腐蝕。

3.2 工藝應(yīng)用中的問題及處理措施

在該工藝應(yīng)用中，較為常見的問題是塔內(nèi)結(jié)垢及堵塞，對此可以采取如下措施進(jìn)行處理：

（1）增大液氣比。通過增大液氣比，使煙氣中的二氧化硫與吸收液充分接觸，從而使吸收液中二價(jià)鈉的濃度降低，避免塔內(nèi)結(jié)垢問題的發(fā)生。

（2）采用襯塑鋼管。針對吸收液管路堵塞問題，可以用襯塑鋼管取代PE 和碳鋼材料。由于襯塑鋼管具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，加之管件以法蘭連接，更便于拆卸和檢修，有利于堵塞問題的解決。

4 結(jié)語

電站鍋爐煙氣脫硫是一項(xiàng)重要的工作，可用于煙氣脫硫的工藝較多，每種技術(shù)各具優(yōu)缺點(diǎn)，綜合比較后得出，鈣鈉雙堿法的應(yīng)用優(yōu)勢最為明顯。因此，建議電站以該方法對鍋爐煙氣進(jìn)行脫硫。在具體應(yīng)用時(shí)，可以通過增大液氣比和使用襯塑鋼管來解決結(jié)垢及堵塞問題。