循環(huán)懸浮式半干法煙氣脫硫技術(shù)的研究

常志鵬(河南能源化工集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

煤炭燃燒是我國(guó)能源供應(yīng)的主要方式，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，對(duì)煤炭消耗量也是急劇增加，不斷增長(zhǎng)的二氧化硫的排放量對(duì)環(huán)境造成了極大影響。大氣中SO2排放量有90%來(lái)源于燃煤，酸雨、霧霾等問(wèn)題也與煤炭等化石燃料燃燒排放大量二氧化硫排放有關(guān)，都對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了極大破壞[1]，進(jìn)而對(duì)人類呼吸及神經(jīng)等系統(tǒng)造成損傷。我國(guó)能源結(jié)構(gòu)主要以煤炭為主，由于煤炭燃燒對(duì)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，我國(guó)針對(duì)尾氣二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)，也在逐漸提高，要積極認(rèn)真的落實(shí)好《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》，一定要完成防治污染目標(biāo)，減污減排任務(wù)仍任重道遠(yuǎn)?；痣娦袠I(yè)主要以煤炭為燃料，排放的二氧化硫在總量中占比較高，脫硫技術(shù)的優(yōu)化與創(chuàng)新不斷面臨著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，因此有效推進(jìn)煤炭潔凈燃燒、優(yōu)化SO2煙氣脫硫技術(shù)對(duì)燃煤行業(yè)及改善環(huán)境都具有重要的影響。

1 煙氣脫硫技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

煙氣脫硫是在燃燒后以降低二氧化硫排放為目的的末端治理技術(shù)。煙氣脫硫技術(shù)根據(jù)脫硫劑和脫硫產(chǎn)物的干濕形態(tài)分為濕法、半干法和干法三類[2]。濕法脫硫工藝即脫硫劑和副產(chǎn)物均為濕態(tài)，煙氣中的二氧化硫被堿性溶液脫硫劑進(jìn)行有效的吸收從而達(dá)到脫硫目的，濕法煙氣脫硫工藝的發(fā)展完善隨著科技水平提升不斷進(jìn)步，已能滿足35mg/Nm3超凈排放的要求，能達(dá)99%以上的脫硫效率，濕法煙氣脫硫工藝具有投資少且易操作、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)也是不容忽視的，此工藝易造成二次污染，濕性易造成運(yùn)作設(shè)備的腐蝕，從而影響設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。石灰石-石膏法是濕法工藝較為成熟常用的方法。半干法煙氣脫硫工藝的脫硫劑為濕態(tài)、副產(chǎn)物為干態(tài)形態(tài)，此脫硫工藝是在氣、液、固三相中進(jìn)行，脫硫產(chǎn)物為干粉狀，具備工藝簡(jiǎn)單、脫硫效率較高、占地面積小、生成物易于處理、設(shè)備不易被腐蝕等特點(diǎn)。干法煙氣脫硫工藝的脫硫劑和副產(chǎn)物為干態(tài)，可使煙氣中二氧化硫充分得到凈化，具有工藝簡(jiǎn)單、無(wú)污水處理、耗能低等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是脫硫效率相對(duì)較低、占地投資大、不易操控等[3]。目前，中國(guó)脫硫市場(chǎng)上有以石灰石-石膏法、雙堿法、氨法、氧化鎂法、海水脫硫法等為主的濕法脫硫技術(shù)；活性炭法、電子束法等干法技術(shù)；主要有循環(huán)流化床法、噴霧干燥法、爐內(nèi)噴鈣尾部增濕脫硫工藝等半干法脫硫技術(shù)。

2 循環(huán)懸浮式半干法煙氣脫硫技術(shù)

2.1 工藝特性

循環(huán)懸浮式半干法煙氣脫硫技術(shù)主要是以循環(huán)流化床理論為依據(jù)，使吸收劑以懸浮方式懸浮在吸收塔內(nèi)并反復(fù)循環(huán)形成密相區(qū)，使其與煙氣中的SO2得到充分接觸反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)脫硫的一項(xiàng)脫硫技術(shù)。該技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在經(jīng)噴水方式可將吸收塔內(nèi)溫度保持在最佳的反應(yīng)溫度，使氣固紊流充分混合至最佳狀態(tài)，暴露出消石灰未反應(yīng)的新表面，同時(shí)多次循環(huán)的固體物料使脫硫劑停留時(shí)間增長(zhǎng)，有效提高了脫硫劑的利用率和脫硫效率。循環(huán)懸浮式半干法煙氣脫硫技術(shù)占地小、造價(jià)較低、脫硫效率及吸收劑利用率相對(duì)較高、設(shè)備可靠性高、對(duì)煤種適應(yīng)性強(qiáng)、所產(chǎn)生的最終固態(tài)產(chǎn)物易于處理等優(yōu)點(diǎn)，其相對(duì)適用范圍也較為廣泛。

(1)石灰漿液和水使用霧化噴嘴呈霧狀顆粒，使吸收劑增濕活化，底部則直接送入反應(yīng)器中，能有效避免腐蝕問(wèn)題并可以有效控制物料的循環(huán)量。采用具有更大通徑、不易堵塞的雙流體噴嘴。

(2)脫硫劑在脫硫塔內(nèi)再循環(huán)的方式可有效的避免了脫硫劑在管道中發(fā)生堵塞和嚴(yán)重磨損噴嘴的情況。

(3)在循環(huán)懸浮式半干法脫硫反應(yīng)塔中，循環(huán)物料具有很高的濃度，提高了待處理煙氣與脫硫劑的接觸面積，因此二氧化硫的吸收率增高。大面積的接觸保證了吸收劑與SO2之間的反應(yīng)高效進(jìn)行，脫硫劑的利用率高，因此降低了脫硫系統(tǒng)副產(chǎn)物脫硫灰的產(chǎn)量。也由此煙氣的停留時(shí)間相對(duì)較短，反應(yīng)器的直徑相對(duì)減小，占地面積和投資費(fèi)用相應(yīng)減少。塔內(nèi)高濃度的物料顆粒不斷的沖刷石灰漿，使其不會(huì)發(fā)生貼壁現(xiàn)象。

(4)循環(huán)懸浮式半干法系統(tǒng)內(nèi)部沒(méi)有任何運(yùn)動(dòng)部件，保證設(shè)備運(yùn)行相對(duì)連續(xù)、無(wú)須長(zhǎng)期維護(hù)，也節(jié)省了維護(hù)費(fèi)用。

(5)循環(huán)懸浮式半干法工藝不僅能夠脫除煙氣中的酸性氣體，也能脫去如鎘、鉛、汞等重金屬。

2.2 工藝系統(tǒng)

循環(huán)懸浮式半干法脫硫技術(shù)工藝系統(tǒng)的主要部分是脫硫塔主體、旋風(fēng)分離器、石灰漿制備系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。脫硫工藝有吸收劑的儲(chǔ)存和運(yùn)輸、煙氣霧化增濕調(diào)溫、脫硫劑與含濕煙氣霧化顆粒充分接觸混合、二氧化硫的吸收、增濕活化、灰循環(huán)和廢渣排除這七步工藝流程。

煙氣經(jīng)管道進(jìn)入至噴霧干燥脫硫反應(yīng)器主體的底部，經(jīng)霧化器增濕作用，將吸收劑漿液噴射成均勻的霧化液滴充分與SO2直接作用，達(dá)到煙氣脫硫的目的。經(jīng)歷煙道所生成的干粉狀生成物與煙氣中的粉塵一同進(jìn)入布袋除塵器，從而進(jìn)一步被分離。

2.3 影響因素

該技術(shù)的主要控制參數(shù)有循環(huán)倍率、酸性氣體濃度、在吸收塔內(nèi)煙氣及脫硫劑的停留時(shí)間，吸收塔內(nèi)溫度、鈣硫比等。在脫硫系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)液滴大小、含水量以及絕熱飽和的溫度值等因素影響的是液滴干燥的時(shí)間長(zhǎng)短；脫硫參數(shù)對(duì)脫硫反應(yīng)的影響主要反應(yīng)在影響反應(yīng)速率、接觸反應(yīng)的時(shí)間和接觸面積上。其中氣相傳質(zhì)阻力、液相傳質(zhì)阻力和石灰溶解阻力決定了反應(yīng)的速率；反應(yīng)時(shí)間則取決于脫硫劑顆粒表面水分的蒸發(fā)過(guò)程。以上的各因素都會(huì)對(duì)吸收塔的設(shè)計(jì)和脫硫率有著重要的影響。

通過(guò)研究各運(yùn)行參數(shù)對(duì)脫硫效率的影響、循環(huán)對(duì)脫硫裝置脫硫效率的影響及增濕水對(duì)脫硫的強(qiáng)化作用的情況可得：

提高循環(huán)倍率可提高系統(tǒng)脫硫效率。將反應(yīng)產(chǎn)物再次循環(huán)，使未反應(yīng)完畢的石灰進(jìn)入脫硫塔內(nèi)再與SO2進(jìn)行反應(yīng)，可以提高脫硫效率及脫硫劑的利用率，同樣可節(jié)省吸收劑的成本。再循環(huán)的灰進(jìn)入脫硫塔內(nèi)后，與新鮮的吸附劑發(fā)生碰撞后，附著在其表面，相對(duì)增加了與SO2反應(yīng)的漿滴有效表面積，從而提高了脫硫效率。吸收劑循環(huán)脫除SO2是減少給料量且能提高利用率的一種實(shí)效方法。脫硫效率隨循環(huán)灰含濕量的增加而提高，含濕量增加相當(dāng)于延長(zhǎng)了循環(huán)灰內(nèi)水分的停留時(shí)間，有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。但循環(huán)灰含濕量的增加影響了灰的流動(dòng)性能，易出現(xiàn)內(nèi)壁積灰現(xiàn)象。

增濕水可使脫硫效率明顯提高，增加增濕水量，液相水有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行，隨著脫硫塔內(nèi)液相存在的時(shí)間不斷延長(zhǎng)，脫硫效率達(dá)到一定程度后便開始下降。增濕水的噴入點(diǎn)應(yīng)選在石灰漿液恰好干燥的位置。

3 結(jié)語(yǔ)

本文研究了循環(huán)懸浮式半干法煙氣脫硫技術(shù)中工藝參數(shù)絕熱飽和溫距、鈣硫比、脫硫塔入口煙氣溫度對(duì)脫硫效率的影響、循環(huán)對(duì)脫硫裝置脫硫效率的影響及增濕水對(duì)脫硫的強(qiáng)化作用影響。我們要優(yōu)化研究促進(jìn)脫硫效率的措施，更好的設(shè)置脫硫裝備的運(yùn)行參數(shù)，使循環(huán)懸浮式半干法煙氣脫硫技術(shù)的脫硫效率得到進(jìn)一步的提高，更適用于我國(guó)工業(yè)對(duì)于脫硫?qū)嵡榈男枰?/p>