浅谈半干法烟气脱硫技术存在的问题

吴静

摘 要 本文阐述了半干法烟气脱硫技术的发展，对半干法烟气脱硫技术中存在的湿壁现象、控制技术、影响因素众多操作复杂、喷嘴结构、脱硫灰的循环利用和脱硫大型化问题进行了分析。

关键词 烟气脱硫 半干法 湿壁

中图分类号：TQ028.2 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.09.069

Abstract This paper describes the development of semi dry flue gas desulfurization technology， semi dry flue gas desulfurization technology in the presence of wall wetting phenomenon， control technology， there are many factors that influence the complex operation， nozzle structure， desulfurization ash recycling and desulfurization on the large scale problem are analyzed.

Key words flue gas desulfurization； semi dry； wet wall

0 前言

“雾霾”已经成为现今中国常见的天气现象。在2013年的1月，北京仅有5天不是雾霾。而且，有报告显示，中国有7个城市位于全世界污染最严重的10个城市中，而且在中国，符合世界卫生组织推荐的空气质量标准的城市也屈指可数，资料显示，在中国最大的五百个城市中，达标的城市不到1%。而雾霾产生的原因之一就是工业生产排放的废气。废气中的SO2含量即是各国防止大气污染进一步恶化的控制指标。烟气脱硫的方法一般分为湿法、干法和半干法。湿法脱硫技术的优点是脱硫效率高、投资省、占地小和易控制；缺点是有二次污染、废水处理及腐蚀现象都很严重、能耗高。干法烟气脱硫工艺简单、无污水、污酸处理问题，能耗低、腐蚀性小，但脱硫效率低、设备庞大、投资大、操作不稳定、技术要求高。而半干法烟气脱硫技术实际上是湿法和干法相结合的方法，自二十世纪八十年代在美国第一次应用，逐渐取代了湿法在烟气脱硫中的地位。因为它同时克服了湿法和干法的缺点，又具备了自己的特点，半干法脱硫技术的优点：因为最终的产物是干粉状的，因此不存在废水处理的问题；其次，增湿水或喷入的水雾是利用进入脱硫塔的烟气的显热蒸发的，所以不需要加热；由于加入的脱硫剂都是碱性的，所以可以同时去除烟气中的其他酸性气体；占地面积少；操作费用低等。半干法烟气脱硫工艺的工艺特点是三相反应（即气、液、固三相），最终产物为干粉状，吸收剂中的水分使利用烟气的显热最终蒸发掉的。但在使用过程中出现的问题也限制了其的进一步发展。本文针对这些问题进行了分析。

1 半干法烟气脱硫技术的发展

1.1 旋转喷雾干燥法脱硫（SDA）

旋转喷雾干燥脱硫技术（SDA）最早由美国和丹麦的两家公司于20世纪70年代联合研制的。其工艺原理是石灰浆液通过高速旋转的雾化装置，雾化成细小雾滴，喷入吸收塔后，一方面与烟气中的SO2发生化学反应生成固体灰渣，另一方面烟气又将热量传递给石灰浆使之不断干燥，所以反应后的灰渣将以干态形式排出。此法的脱硫效率可达80%～85%，被誉为20世纪80年代的FGD技术。

1.2 半干半湿法烟气脱硫技术

半干半湿法是由中国环境科学研究院开发出的脱硫技术。该技术是在通过对日本政府赠送的半干半湿脱硫装置进行改进的基础上，研发出的符合我国烟气脱硫现状的脱硫技术。改造后的工艺和技术投资少、占地少、费用低、无腐蚀，且脱硫灰还可制砖等优点。

半干半湿法的工艺过程是锅炉烟气在入塔之前同脱硫剂（CaO和Ca（OH）2）混合后，进入脱硫塔，水雾从塔顶喷淋入塔，SO2、水和脱硫剂在脱硫塔内发生化学反应，脱硫剂与SO2的水溶液（即亚硫酸）反应生成亚硫酸钙，亚硫酸钙再氧化成硫酸钙，即可脱除烟气中的SO2。

1.3 粉末-颗粒喷动床半干半湿法烟气脱硫⑤

粉末-颗粒喷动床半干法烟气脱硫是90年代日本的研究人员开发的。该法的技术原理是：进入喷动床的含有SO2的烟气先经过预热器预热，脱硫剂也是预先与水混合，脱硫剂是粉末状的，包括石灰石、消石灰或其他碱性脱硫剂，脱硫剂以浆液的状态从喷动床的顶部喷入床内，在喷动床内与由塔底的喷动粒子充分混合，喷动粒子由从塔底喷入的含有SO2的烟气吹起，呈现流态化状态。SO2气体与脱硫剂在流态化的喷动粒子表面进行脱硫反应，同时完成干燥过程。使得脱硫反应后的产物是干态粉末状，产物从分离器吹出。

随后，很多中国学者通过改进喷动床的结构形式、研究不同种类的脱硫剂与添加剂，改变喷动颗粒的粒径以及混合多种粒径的颗粒等对喷动床烟气脱硫技术进行了深入研究。张少峰等开发了一种双喷嘴矩形喷动床，并研究了添加剂、喷动速度、床层高度、颗粒粒径等对脱硫效率的影响。

金轶风则使用了钠碱法，同样也以装有惰性颗粒的流化床作为脱硫塔，研究了钠硫比、入口烟气温度、惰性粒子粒径和床层高度等对脱硫效率的影响，并拟合了脱硫效率关联式。

张黎明等以氨水作为脱硫剂，使用流化床（内装惰性粒子）作为脱硫塔。对氨硫摩尔比、精绝热饱和温度、惰性粒子直径等运行参数对脱硫效率的影响进行了研究。研究结果表明，以氨水为脱硫剂的脱硫效率高于钙基半干法烟气脱硫技术。

2 半干法烟气脱硫存在的问题

2.1 湿壁现象

各种半干半湿法烟气脱硫技术基本原理是一致的，即脱硫剂或以溶液的形式喷入烟气中，或以干态进入，进行塔内喷淋水雾。此后吸附剂与SO2发生化学反应的同时，溶液水分全部蒸发。要想同时满足高的脱硫效率和获得干燥的产物，在实际操作中存在一定的困难。因为影响半干法烟气脱硫效率的因素很多，而且彼此之间还相互影响，因此无法保证各操作参数稳定在一定的范围内。这就势必造成两种不利影响，一是烟气进入过多，脱硫效率降低；其次，脱硫剂喷入较多，就会产生湿壁现象。而湿壁现象的产生首先会造成设备的腐蚀，进而增加了为了防腐处理而额外产生的费用；其次当湿壁严重时，即会出现结块现象，从而导致系统因堵塞而停运，增加了设备的运行和维护费用。

张伟等分析了造成湿壁现象的非塔结构原因，主要有：（1）较慢的水雾蒸发速度；（2）结露（主要是温差过小或内壁与气流主体间温差过大造成的）。低温距的存在虽然对提高脱硫效率有非常重要的意义，但是其的存在也大大增加了湿壁的可能性，因此设法解决这对矛盾，就成了目前相关研究人员解决半干半湿脱硫工艺中脱硫效率与运行费问题的方向，是一个十分值得研究的课题。

2.2 自动控制问题

半干法烟气脱硫技术最大的特点是，脱硫反应是发生在液态中，而最终的产物却是干燥的固态粉末状，因此半干法脱硫技术对反应条件的控制水平要求较高。控制的最终要求是脱硫塔的出口产物是固态的，即要保证加入塔内的增湿水或石灰浆液中的水分在达到脱硫塔出口之前完全蒸发掉。而且整个脱硫过程的温度条件是在接近绝热饱和温度进行的，高于或低于绝热饱和温度都会对脱硫效率产生很大的影响。这样的控制要求下，如果完全采用国外的监测装置不仅费用高，对本已经不堪重负的企业无疑又是一项昂贵的支出，因此，国产化的烟气在线监测装置和自动控制系统的开发和研制势在必行。这不仅能保证现有脱硫装置安全、稳定的运行，而且也给烟气脱硫技术的进一步发展提供了保证。

2.3 影响因素众多，操作复杂

半干法烟气脱硫技术的影响因素较多，主要包括：停留时间、Ca/S摩尔比、近绝热饱和温度和温度差、雾滴粒径等。近年来，对半干法烟气脱硫技术的研究多是集中在脱硫剂的选择、设备的改造、不同脱硫技术的影响因素等。对影响脱硫技术的众多影响因素之间的关联研究甚少。

2.4 雾化喷嘴的结构

雾化喷嘴是脱硫装置中的重要一环，因为雾化效果的好坏会影响最终的脱硫效率，而喷嘴的结构不同或结构不合理还会给脱硫工艺造成故障，如湿壁、雾化效果不好、堵塞等。因此简化喷嘴的结构是提高脱硫效率的一项重要手段。简化后的雾化喷嘴的结构应该是不易堵塞和磨损的，而且应保证更换方便，成本低。在半干法烟气脱硫中，不需要很细的雾化浆滴，因为浆液会附着在固体颗粒物上。另外，为了避免粘壁和结垢等问题，希望喷嘴喷出的液滴在到达壁面和塔内构件上之前，应该已经被蒸发。这就要求在喷嘴的设计和布置上尽可能避免以上问题的出现，否则会造成装置的全面停运。

2.5 脱硫灰的循环利用

脱硫灰的再循环利用是提高装置运行经济性的重要措施。脱硫灰的循环利用可以提高脱硫剂的利用率，降低运行成本，同时还可以保证脱硫装置以较低的钙硫比，取得较高的脱硫效率。原因是在脱硫反应过程中，CaSO4产物层的生成阻碍了脱硫反应的进一步进行，而这个致密的CaSO4产物层覆盖在吸附剂表面。脱硫灰的再循环利用利用的就是这部分未反应的钙基继续反应，因为这部分未反应的钙基被致密产物（CaSO4产物层）包裹着的，从而大大提高烟气脱硫效率。

2.6 大型化问题

经历了几十年的发展，半干法烟气脱硫技术纵然避免了湿法和干法的缺点，发展出了其独特的优势，但仍然没有替代湿法或干法烟气脱硫技术，完全占有烟气脱硫的市场。究其原因，有设备本身的问题，也有控制复杂、影响因素众多的原因，也有其经济性的影响。最重要的是，半干法烟气脱硫技术因为涉及到了气、液、固三相的传质与传热，机理较复杂；目前的各项研究都有各自的局限性，无法从内部机制出发找出该技术的关键点。因此，也就使得该技术大型化，完全应用于工业，还存在重重阻力。

3 结论

半干法烟气脱硫技术因其设备投资小、占地面积小，脱硫效率高且无二次污染的特点，符合我国烟气脱硫技术的发展要求。但因自身技术的复杂性，限制了其大型化的应用和发展。因此，积极解决半干法烟气脱硫技术中存在的问题，既能加强我国国产脱硫技术，又能解决如今严重的雾霾天气对烟气脱硫的强烈需求。

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