烟气脱硫技术综述

田 宇 王文俊 赵海燕

我国燃料构成是以燃煤为主,煤炭消耗约占能源消费的75%,因此煤燃烧成为我国大气污染物的主要来源,同时也形成了主要以烟尘和 SO2为主的煤烟型污染特征。烟气脱硫治理已引起各行各业的高度重视,一直以来,人类为降低这些有毒气体排放量进行着不懈的努力。采用不同的脱硫剂,就构成不同的脱硫方法,目前应用较多的有钙法脱硫和氨法脱硫两种。下面就这两种烟气脱硫工艺做一个简要的介绍,以供参考。

1 烟气脱硫技术简介

目前工业生产中脱除硫化物的净化技术主要分为湿法工艺和干法工艺两大脱硫体系。湿法烟气脱硫技术是利用碱性吸收液或含触媒粒子的溶液吸收烟气中的SO2,脱硫剂和脱硫生成物均为湿态,湿法脱硫工艺具有工作硫容高,工艺操作弹性大,处理硫负荷性能强的特点,适合于高含硫工艺气体的净化。干式烟气脱硫,是指无论加入的脱硫剂是干态的或是湿态的,脱硫的最终反应产物都是干态,干法脱硫工艺具有净化度高,设备布局简单,工艺操作方便,还可转化吸收有机硫化物的特点,多用于烟气脱碳后气体的精脱硫。

2 典型工艺简介

2.1 石灰石—石膏湿法烟气脱硫

石灰石—石膏湿法脱硫是目前世界上技术最为成熟、应用最多的脱硫工艺。该工艺以石灰石浆液作为吸收剂,通过石灰石浆液在吸收塔内对烟气进行洗涤,发生反应,以去除烟气中的SO2,反应产生的亚硫酸钙通过强制氧化生成含两个结晶水的硫酸钙,脱硫后的烟气从烟囱排放。

优点:技术成熟,运行可靠,目前国内烟气脱硫的 80%以上采用该法,设备和技术很容易取得脱硫剂,石灰石易得,价格便宜,且周边已有制粉企业,副产品石膏目前有一定的市场;对锅炉负荷变化有良好的适应性,在不同的烟气负荷及SO2浓度下,脱硫系统仍可保持较高的脱硫效率及系统稳定性。缺点:占地面积较大,脱硫塔的设备投资较高;脱硫塔循环量大,能耗较高;系统有发生结垢、堵塞的倾向;石膏的出路也有问题。

2.2 LCFB-FGD循环流化床脱硫技术

锅炉排出的烟气直接进入流化床反应塔与塔内高浓度的脱硫剂反应,完成脱硫。脱硫后的烟气进入电除尘器除尘净化后,经引风机,由烟囱排出。

优点:系统阻力低,确保锅炉正常运行,断面风速高,床体瘦长,占地少,有利于现有电站锅炉的烟气脱硫剂技术改造;负荷调节比例大,负荷调节快,适合负荷波动大的场合,系统对烟气的含尘量要求不高,系统不运行时,可直接作为烟道使用,系统可用率较高。缺点:脱硫效率相对较低,国内目前运行的系统中脱硫效率基本在 80%左右,适用范围较小,适用范围为一炉一塔或两炉一塔,对多炉一塔系统的稳定性较差;脱硫产物由于含量比较复杂,基本无法利用。

2.3 氧化镁湿法烟气脱硫技术

工艺系统主要包括:烟气系统、SO2吸收系统、脱硫剂浆液制备系统、副产物处理系统、事故浆液系统、工艺水系统等。

优点:技术成熟,运行可靠。氧化镁脱硫技术是一种成熟度仅次于钙法的脱硫工艺。在日本和美国,氧化镁脱硫在各工业领域得到一定应用。而且目前在国内也已有使用,但副产品基本抛弃不回收;脱硫效率高。在化学反应活性方面氧化镁要大于钙基脱硫剂,氧化镁的分子量较碳酸钙和氧化钙都比较小,因此其他条件相同的情况下,氧化镁的脱硫效率要高于钙法的脱硫效率。一般情况下氧化镁的脱硫效率可达 95%～98%。副产品亚硫酸镁是造纸工业的化工原料,亚硫酸镁/硫酸镁是重要的肥料,可以生产含镁复合肥。缺点:副产品回收困难。因MgSO3和MgSO4在水中的溶解度较高,如采用蒸发结晶的办法将消耗大量能源。对于本项目最经济的办法就是加入生石灰CaO,此法实际上就是“双碱法”,其最终副产品也是石膏;到目前为止,国内还没有带回收副产品的镁法脱硫装置。镁法脱硫工艺成立的前提是:副产品有市场,能回收再利用,目前副产品出路有造纸工业和硫酸生产企业。

2.4 氨—肥法烟气脱硫工艺

氨—肥法技术以水溶液中的SO2和NH3的反应为基础,采用氨将废气中的SO2脱除,得到亚硫酸铵中间产品,再采用压缩空气对亚硫酸铵直接氧化,并利用烟气的热量浓缩结晶生产硫铵。

优点:氨—肥法脱硫技术将回收的二氧化硫、氨全部转化为硫酸铵化肥,尤其适用高硫煤;脱硫效率较高,可达 90% ～95%;占地面积相对较小;系统阻力较小,脱硫塔总阻力在 1250 Pa左右,一般可以利用原系统风机。缺点:对烟气中的尘含量要求较高(≤200mg/m3),如烟气中尘含量达 350mg/m3,平均每天将有近 1 t的滤料要清理;脱硫成本主要取决于氨的价格,氨的消耗为1 t SO2消耗 0.5 t氨,如氨的价格上涨较多,将影响脱硫成本。

2.5 可再生胺脱硫技术

可再生胺脱硫技术是湿法回收法,使用胺液循环高效吸收烟气中的 SO2,效率可高达 99%以上。根据汽提原理,利用低压蒸汽加热吸收了 SO2的胺液,将纯 SO2气体从胺液中解吸出来,得到高纯度的饱和SO2气体可用来制酸或硫磺,而再生出来的胺液回到系统循环再用。优点:脱硫效率高,脱后烟气含硫量可在50mg/m3以下,系统操作、维护简单可靠。缺点:需要有硫磺回收或硫酸等下游配套装置;再生蒸汽消耗量较大,能耗成本高,有机胺的抗氧化性、过程中生成的盐需要很好地解决。

2.6 日本新型半干式烟气脱硫技术

半干式烟气脱硫方法首先将脱硫剂吹入燃烧炉内进行一次脱硫,然后再向排气中喷水使它与未反应的CaO反应进行二次脱硫。

该方法综合了炉内注射式和湿式脱硫法的优点,主要有过程简单无排水问题;设备占地面积小,运行操作和保养容易;建设费用低;动力消耗少;经济效率高等等。脱硫过程如下:一次脱硫剂喷入炉内脱硫率为 30%～40%。

热分解:CaCO3=CaO+CO2(900℃以上)。

脱硫反应:2CaO+2SO2+O2=2CaSO4(800℃～1200℃)。

二次脱硫未反应的 CaO与亚硫酸反应进行脱硫,脱硫率为60%～70%。

亚硫酸生成反应:SO2+H2O=H2SO3。

脱硫反应:CaO+H2SO3=CaSO3+H2O。

氢氧化钙生成反应:CaO+H2O=Ca(OH)2。

脱硫反应:Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O。

综合脱硫率为 80%左右,副反应 CaSO3既可以直接废弃处理又可进一步氧化成石膏加以利用。

2.7 活性炭脱硫脱硝技术

活性炭脱硫脱硝技术是以德国和美国为中心在 20世纪 50年代开始研究的,日本起始于 60年代,在 70年代后才快速发展。技术原理是:脱硫塔活性炭吸附排气中的SOx,而后脱硝塔活性炭使NH3与NOx反应净化气体中的SOx,活性炭通过在分离塔中的加热脱去SOx而获得再生。

从该技术最新验证性实验结果来看,该技术具有如下特点:

1)可靠性高、安全性好,验证运行过程中没有发生装置故障和活性炭过热问题;2)脱硫及脱硝效率高,脱硫率可达 97%以上,脱硝率可达 80%以上;3)水资源消耗量和废水排放量少,用水量只有湿法脱硫的 1/60,排水量可减少 1/10;4)在现有排放标准和环境条件下,比较活性炭同时脱硫脱硝技术和目前所使用的技术(SCR+湿式脱硫组合工艺)发现:活性炭同时脱硫脱硝技术的建设费稍低,但是运行费用较高。

3 结语

以CaCO3(石灰石)为基础的钙法属资源抛弃型,产品为石膏渣和二氧化碳;氨法脱硫属资源回收型,产品为硫铵化肥。钙法脱硫在消耗大量石灰石资源的同时还产生石膏渣等,这与我国当前推行的节能环保型社会经济发展方针不相符,因此这种脱硫模式还有待商榷。与此相比,我国拥有发展氨法烟气脱硫的优越条件,一方面国内巨大的合成氨供应量为氨法脱硫提供了强有力的原料保障,此外,氨法脱硫产品是具有巨大市场空间的硫铵化肥。因此,在氨法脱硫的过程中,氨作为原料来自化肥工业,又以一种高效的载体回到化肥工业,不消耗任何额外的资源,也不产生任何生态污染,而且氨法脱硫工艺没有废水废渣、吸收剂利用率高,具有很高的脱硫效率;相对于钙法脱硫工艺而言,氨法脱硫的系统简单、设备体积小、能耗低且环境友好,因此推广氨法烟气脱硫技术有着极为重要的现实意义。

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