浅析中小型燃煤锅炉湿法脱硫技术及系统设计

张杰

摘 要：由于我国能源资源特点和经济发展水平的制约，决定了以煤炭为主的能源结构在我国将长期存在。大量的使用煤炭等化石燃料的结果，使得大气污染十分严重。按照国家烟草专卖局“十二五”规划的要求，卷烟企业的中小型燃煤锅炉进行烟气脱硫治理势在必行。文章分析了燃煤所产生的SO2的原因及危害，介绍了燃煤锅炉烟气脱硫的几种常用的湿法脱硫方式及其优缺点，分析了湿法脱硫系统设计的主要设备及考虑因素。

关键词：燃煤锅炉；湿法脱硫；系统设计

1 湿法脱硫的几种方式及优缺点

1.1 氧化镁法

1.1.1 技术成熟

氧化镁湿法脱硫技术是一种成熟度较高的脱硫工艺，该工艺在世界各地都有成功的应用业绩。循环液在循环过程中对水泵、管道、设备无明显堵塞现象，便于设备运行与保养，是一种特别适合中小型锅炉烟气脱硫技术。

1.1.2 脱硫剂来源充足

氧化镁在我国已探明的储藏量约为160亿吨，占全世界的80%左右。

1.1.3 脱硫效率高

在化学反应活性方面氧化镁要远远大于钙基脱硫剂。氧化镁的脱硫效率达到95%以上。

1.1.4 运行费用较高

脱硫剂价格及运输成本较钙基脱硫剂大。

1.2 石灰石-石膏法

利用石灰石粉料浆洗涤烟气，使石灰石与烟气中的SO2反应生成亚硫酸钙，脱去烟气中的SO2，再将亚硫酸钙氧化反应生成石膏。

1.2.1 脱硫率高：≥95%、工艺成熟、适合所有煤种、操作稳定、操作弹性好、脱硫剂易得、运行成本低、副产物石膏可以综合利用，不会形成二次污染。

1.2.2 缺点：工艺流程较长，投资较高；硫酸钙的二次污染难处理。

1.3 海水脱硫法

利用海水洗涤烟气吸收烟气中的SO2气体。

1.3.1 优点：脱硫率比较高：≥90%、工艺流程简单，投资省、占地面积小、运行成本低。

1.3.2 缺点：受地域条件限制，只能用于沿海地区。只适用于中、低硫煤种、有二次污染。

1.4 氨法

氨法是用氨水洗涤含SO2的废气，溶液中的（NH4）2SO3对SO2具有很好的吸收能力，它是氨法中的主要吸收剂。

1.4.1 氨法是烟气脱硫各方法中较为成熟的方法，氨可留在产品内，以氮肥的形式提供使用，因而产品实用价值较高。

1.4.2 氨法缺点：但氨易挥发，因而吸收剂的消耗量较大，另外氨的来源受地域及生产行业的限制较大。

1.5 双碱法

双碱法是以Na2CO3或NaOH溶液为第一碱吸收烟气中的SO2，然后再用石灰石或石灰作为第二碱，处理吸收液，产品为石膏。再生后的吸收液送回吸收塔循环使用。优点：脱硫效率高，脱硫剂易找到；缺点：运行成本高，反应中消耗碱量大，管路会堵塞，且易发生二次污染。

2 脱硫工艺选择

根据以上湿法脱硫几种方式的优缺点，结合卷烟企业中小型锅炉的现状，采用氧化镁法锅炉烟气脱硫方式。

2.1 氧化镁法脱硫的工作原理

采用氧化镁为脱硫剂，先与水进行消化，生成氢氧化镁，用含一定氢氧化镁的水浆液进行塔内脱硫，由于脱硫产物硫酸镁或亚硫酸镁的溶解度非常大，一般不会造成过饱和结晶，形成结垢堵塞问题。另一方面脱硫剂为水不溶物，脱硫产物为溶解度很大的物质，脱硫剂和脱离产物很容易分离，脱硫剂利用率很高。脱硫发生的化学反应为酸碱反应，瞬间即可完成，反应速度很快，脱硫效率的高低主要取决于脱硫剂扩散到水中的速率。

2.2 镁法烟气脱硫工艺主要包括4个部分

2.2.1 吸收剂制备与补充。

2.2.2 吸收剂浆液与烟气的高效传质。

2.2.3 塔内雾滴与烟气接触混合。

2.2.4 脱硫产物处理。

2.2.5 具体反应过程如下所示：

（1）SO2的扩散 SO2（气相主体）→SO2（气膜）

（2）SO2的溶解 SO2（g）→SO2 （aq）

（3）SO2的水合 SO2（aq）+H2O→H2SO3

（4）SO2的离解和氧化 H2SO3→H++HSO3 HSO3-→H++SO32-

HSO3-+1/2O2→HSO4- SO32-+1/2 O2→SO42-（部分）

（5）MgO的水合 MgO+H2O→Mg（OH）2

（6）Mg（OH）2的微量解离 Mg（OH）2→Mg2++2OH-

（7）酸碱中和反应 OH-+H+→H2O

（8）盐的生成 Mg2++SO32-→MgSO3

MgSO3+SO2+H2O→Mg（HSO3）2 Mg2++SO32-+1/2O2→MgSO4

2.3 工艺流程

根据厂区三台锅炉运行的实际情况制定流程方案。两台35t/h锅炉共用一套脱硫装置，一台20t/h锅炉用一套脱硫装置。20t/h锅炉烟气经引风机增压后进入脱硫装置，在脱硫塔内，脱硫浆液与烟气充分接触后使烟气达标，再经副塔脱水，净化后的烟气由烟囱直接排到大气。风机正压运行，彻底避免引风机因带水严重而引起腐蚀等一系列问题，降低烟气的绝对含湿量。两台35t/h锅炉共用一套脱硫装置流程与上述基本一致，只是在进入脱硫系统前，由阀门相互切换，从而使运行的锅炉烟气净化达标排放。上述两套装置共用一个水池。脱硫剂拟采用氧化镁，氧化镁由给料机送至制浆罐内，与水在搅拌情况下制成含固量20%左右的氢氧化镁浆液，制好后的浆液靠位差自流至循环水池，由循环水泵打入脱硫塔，脱硫后溶液回流至循环水池。脱落后产物主要为硫酸镁或亚硫酸镁，因其溶解度大，脱硫产物不易析出，可定期检测循环水池内的浓度，若超过30%，可定期更换部分循环水。水、气和除尘脱硫生成物见如下流程： 气路：引风机出口-涡轮增压湍流除尘脱硫塔-副塔（高效凝聚除雾器）-烟囱-大气。水路：布水器-涡轮增压湍流除尘脱硫塔-集水排水器-循环水池-循环水泵-布水器。

3 脱硫塔系统设备

3.1 脱硫塔主体设备

脱硫塔主体设备包括：脱硫塔、高效凝聚除雾器及脱硫塔系统内管道。脱硫塔主体设备选用超低碳不锈钢316L制作，任何穿透壳体的设施如人孔、接管座等都将密封并防止泄漏。所有内部的导流板和支撑不能堆积污物、污泥或结垢，并易于清洁所有表面，吸收塔内液体和烟气流分布均匀。除雾器安装在吸收塔的上部分离夹带的雾滴，为了防止烟气带水对烟囱产生腐蚀。

3.2 工艺水供应系统设备

脱硫装置所需的工艺水通过工艺水泵引至脱硫系统中，其可能的主要用户为：（1）吸收塔蒸发水；（2）除雾器及所有浆液输送设备、输送管路、贮存箱的冲洗水；（3）引风机、氧化风机和其他设备的冷却水及密封水。

3.3 制浆系统、其他管道和附属件及控制系统

配备氧化镁粉仓（含仓顶除尘器）、制浆罐，配备各系统之间的管道，并配套脱硫设备的控制系统。

4 系统设计的主要考虑因素

4.1 系统的整体布置

由于脱硫系统设计是在原有场地进行改造，脱硫系统周围建筑物（烟囱、煤棚、风机房等）较多，场地狭小，系统规划时既要考虑脱硫系统现场详细规划，精心布置，达到设计指标，同时需要考虑周围建筑物的安全。

4.2 脱硫效率的前瞻性

设计保证当前脱硫系统达标排放的基础上，脱硫效率的设计指标要有前瞻性，确保环保部门今后更高的排放要求。

4.3 引风机风压

安装脱硫系统后，风压不能满足锅炉的正常运行，需要将引风机进行增容。

4.4 系统的防腐

系统设计时，要充分考虑烟道、烟囱的防腐处理，同时考虑于脱硫液接触部分的管道、阀门、泵类设备的防腐设计。本系统烟道、脱硫塔、管道均采用316L不锈钢。