锅炉烟气脱硫除尘技术及应用分析

马玉兰

（山西省煤炭规划设计院 山西太原 030045）

引言

据统计，2017年，全国能源消费总量为44.9亿t标准煤，煤炭消费占能源消费比重为60.4%。在对全国338个地级及以上城市中仅有99个城市环境空气质量达标，占全部城市数的29.3%；239个城市环境空气质量超标，占70.7%。我国能源结构主要还是以煤为主，加重了大气污染程度。其中，粉尘和酸雨危害较重。因此，做好燃煤锅炉脱硫除尘工作，控制燃煤烟尘和二氧化硫的排放量，对改善环境，尤其是防治大气环境污染方面发挥着重要作用。目前，燃煤锅炉脱硫除尘技术包括湿法脱硫、干法脱硫，以及干湿法综合脱硫法，不同的脱硫除尘方法在燃煤锅炉烟气脱硫除尘中的应用有其各自不同特点和应用领域。

1 烟气脱硫除尘理论

1.1 烟气脱硫除尘基本原理

燃煤锅炉排放的烟气中含有二氧化硫，呈现出酸性特点，因此，利用碱性物质反应实现脱除烟气中的二氧化硫效果。应用碱性物质与燃煤锅炉烟道中的二氧化硫发生反应，会生成硫酸盐与亚硫酸盐混合物，不同的碱性物质会生成钙盐、钠盐、镁盐等。其中不同的工艺条件会产成亚硫酸盐和硫酸盐的不同比率，甚至还会出现亚硫酸盐全部转化为硫酸盐的处理效果。

1.2 烟气脱硫除尘方法概述

脱硫除尘方法根据不同标准和依据有着不同的分类方法。主要分为燃烧前、燃烧中以及燃烧后脱硫三大类。其中，燃烧后脱硫又叫烟气脱硫。①根据脱硫剂使用种类可以将烟气脱硫除尘分为：钙法脱硫、镁法脱硫、钠法脱硫、氨法脱硫和有机碱法脱硫五种。分别是以石灰石、氧化镁、亚硫酸钠、氨气和有机碱等为基础的烟气脱硫除尘法。其中，钙法使用最为广泛，约占全部烟气脱硫除尘的90%以上。②根据吸收剂及脱硫干湿状态，可以将烟气脱硫除尘分为湿法脱硫、干法脱硫和半干/半湿法脱硫。其中，湿法脱硫具有脱硫效率高、设备简单以及反应速度快等优点，但湿法的不足之处是具有较强的腐蚀性，后期的运维费较高，容易造成二次污染等问题。干法脱硫的优点是腐蚀设备较轻、二次污染少等，但不足之处是脱硫效率差，反应速度慢，设备庞大不易管理等等。半干法脱硫则是指干燥状态脱硫，在湿状态下再生，或者在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物的烟气脱硫技术。其中，湿状态下脱硫、半干状态下处理脱硫产物的半干法具有反应速度快、脱硫效率高、无废酸及脱硫产物易处理等优点。③依据脱硫产物用途的不同，可以将烟气脱硫除尘技术分为抛弃法和回收法。

2 烟气脱硫除尘技术及应用

2.1 湿法脱硫除尘技术

燃煤锅炉烟气湿法脱硫技术主要采用的是液体吸收锅炉烟气中排放出的二氧化硫。其中，又可以根据不同脱硫剂使用将其分为钙法脱硫、镁法脱硫、钠法脱硫、氨法脱硫和双碱法脱硫五种。

2.1.1 钙法脱硫

钙法脱硫又叫石灰-石膏法，该法脱硫主要是利用石灰石、生石灰或者消石灰的浮浊液作为吸附剂，将烟道排放出的烟气中的二氧化硫吸收，并生成亚硫酸钙，亚硫酸钙通过空气发生氧化后获得石膏产物。钙法脱硫技术具有价格便宜，用石灰石等吸收剂易得，石膏产物回收后还可以将其作为建筑材料二次利用。因此，钙法脱硫在实际应用中十分广泛，被广泛应用于电石法生产PVC。脱硫效率达到75%以上。

2.1.2 镁法脱硫

亚硫酸镁脱硫工艺，是将浆化后的氧化镁与脱硫后的液中亚硫酸氢镁发生反应，生成亚硫酸镁饱和溶液，将亚硫酸饱和溶液作为脱硫吸收剂。镁法脱硫工艺原理：先是进行氧化镁浆化，然后在脱硫塔内将亚硫酸镁与二氧化硫发生反应，最后形成亚硫酸镁颗粒物沉淀。镁法脱硫具有处理能力大、系统运行稳定以及脱硫效率高，维护便捷等优势，但不足之处是前期投入较大，用地面积也较大，且设备容易受到沉淀物的结垢磨损，对烟气的要求较高。袁雪生等将镁法脱硫应用于金隆铜业有限公司，应用运行以来，脱硫效率达到了93%左右，预脱硫系统再运行后，现脱硫效率高达98～99%。

2.1.3 钠法脱硫

钠法脱硫技术是应用氢氧化钠、碳酸钠以及亚硫酸钠水溶液作为脱硫吸收剂，用以吸收烟道排放出的烟气中的二氧化硫。钠法脱硫具有吸收速度快，不易堵塞管道和设备等优势，因此，也用也十分的广泛。钠法处理二氧化硫后产生的吸收液经无害化处理后直接排放。或者采用其他工艺方法，将吸收液处理后获得硫酸钠晶体等副产物。

2.1.4 氨法脱硫

氨法脱硫工艺是利用氨水作为吸收剂处理烟气中的二氧化硫的一种处理方法。吸收率会达到80～90%左右，氨法脱硫会产生亚硫酸氨以及硫酸铵等，主要应用于火电厂锅炉烟道气的处理，以及一些氨来源十分充沛的区域。氨法脱硫也会产生相应的副产物，如石膏、硫酸铵以及单体硫等。

2.1.5 双碱法脱硫

双碱脱硫法即，利用氢氧化钠作为烟气脱硫除尘的吸收剂，氢氧化钙作为再生剂。该法脱硫的效果会达到80%左右，在烟气脱硫除尘过程中会产生石膏等，具有二次利用价值，为充分回收中间脱硫产物，还需要对其进行先除尘，待除尘完成后再进行脱硫工艺处理。若不考虑中间脱硫产物的回收利用，可直接脱硫除尘一体进行。此外，氢氧化钠脱硫剂能够循环使用，节约脱硫除尘成本。赵长军将双碱法脱硫工艺应用在页岩砖厂烟气脱硫中，经调试后，烟气中的二氧化硫中的最大排放浓度为196mg/m3，达到了《砖瓦工业大气污染物排放标准》（GV29620-2913）新建企业标准。

2.2 干法脱硫

干法脱硫除尘处理烟气中的二氧化硫，主要是选择固体吸附剂或反应剂。目前，常用到的干法脱硫技术包括活性炭法脱硫、催化氧化法脱硫等。

2.2.1 活性炭法

活性炭法脱硫除尘主要是利用活性炭的活性，以及活性炭所具有的较大的比表面积，能够将烟气中的二氧化硫在活性炭表面与氧及水蒸气发生反应，生成硫酸被吸附的原理。活性炭法脱硫又根据活性炭的工作状态差异，分为移动床活性炭脱硫法、流动床活性炭脱硫法和固定床活性炭脱硫法。水洗脱吸活性炭表面硫酸，吸收率超过了95%，回收产物主要是稀硫酸。其中，固定床活性炭法主要应用于每月失活或者失活很慢的催化剂，以及温度控制极大地限制了反应器尺寸的场合。固定床活性炭法脱硫，由于气体能够直接通过床层无需反混，接近100%的理论转化率。流化床活性炭脱硫则适用于小颗粒、不易碎以及失活很快的催化剂，温度控制好，因此，在大设备中进行大规模的生产应用。

2.2.2 催化氧化法

催化氧化法脱硫原理，是将氧化铝作为载体，利用氧化铀、硫酸钾以及五氧化二钒等作为催化剂，将烟气排放的二氧化硫含量被氧化为无水或者78%的硫酸。催化氧化法需要在高温下脱硫操作，因此，后期的处理费用需求较大，但该工艺稳定性强，较成熟，对高浓度烟气脱硫处理效果较好。日本的千代田化工建设公司推出的催化氧化法烟气脱硫工艺技术，能够将烟气中的二氧化硫含量减少90%以上。新的催化氧化法脱硫工艺具有脱硫范围广，燃煤锅炉烟气脱硫除尘，也适应硫磺回收尾气脱硫。建设费用较低，省去了大型循环泵，吸收塔结构也较为简单，由于不需吸收剂，因此不会产生排水及废弃物等。后期的操作和运维也方便，工艺器件使用较少。催化剂价格便宜，稀硫酸副产品除可以作为中和剂使用外，还可以对其浓缩制成浓硫酸，或制成建筑材料石膏二次利用。

3 结语

综上，锅炉烟气脱硫技术可供选择应用的较多，既有干法脱硫，也有湿法脱硫，还有半干法/半湿法脱硫处理技术，不同的处理工艺有其各自的应用特点和适用范围，具体来说，要在实际工作中综合考虑技术的稳定性、技术的成本以及自身的经济水平等因素，选择合适的脱硫工艺方法，创造出最大的经济效益和环境效益。