淺談半干法煙氣脫硫技術(shù)存在的問題

吳靜

摘 要 本文闡述了半干法煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展，對半干法煙氣脫硫技術(shù)中存在的濕壁現(xiàn)象、控制技術(shù)、影響因素眾多操作復(fù)雜、噴嘴結(jié)構(gòu)、脫硫灰的循環(huán)利用和脫硫大型化問題進行了分析。

關(guān)鍵詞 煙氣脫硫 半干法 濕壁

中圖分類號：TQ028.2 文獻標(biāo)識碼：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

“霧霾”已經(jīng)成為現(xiàn)今中國常見的天氣現(xiàn)象。在2013年的1月，北京僅有5天不是霧霾。而且，有報告顯示，中國有7個城市位于全世界污染最嚴(yán)重的10個城市中，而且在中國，符合世界衛(wèi)生組織推薦的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的城市也屈指可數(shù)，資料顯示，在中國最大的五百個城市中，達標(biāo)的城市不到1%。而霧霾產(chǎn)生的原因之一就是工業(yè)生產(chǎn)排放的廢氣。廢氣中的SO2含量即是各國防止大氣污染進一步惡化的控制指標(biāo)。煙氣脫硫的方法一般分為濕法、干法和半干法。濕法脫硫技術(shù)的優(yōu)點是脫硫效率高、投資省、占地小和易控制；缺點是有二次污染、廢水處理及腐蝕現(xiàn)象都很嚴(yán)重、能耗高。干法煙氣脫硫工藝簡單、無污水、污酸處理問題，能耗低、腐蝕性小，但脫硫效率低、設(shè)備龐大、投資大、操作不穩(wěn)定、技術(shù)要求高。而半干法煙氣脫硫技術(shù)實際上是濕法和干法相結(jié)合的方法，自二十世紀(jì)八十年代在美國第一次應(yīng)用，逐漸取代了濕法在煙氣脫硫中的地位。因為它同時克服了濕法和干法的缺點，又具備了自己的特點，半干法脫硫技術(shù)的優(yōu)點：因為最終的產(chǎn)物是干粉狀的，因此不存在廢水處理的問題；其次，增濕水或噴入的水霧是利用進入脫硫塔的煙氣的顯熱蒸發(fā)的，所以不需要加熱；由于加入的脫硫劑都是堿性的，所以可以同時去除煙氣中的其他酸性氣體；占地面積少；操作費用低等。半干法煙氣脫硫工藝的工藝特點是三相反應(yīng)（即氣、液、固三相），最終產(chǎn)物為干粉狀，吸收劑中的水分使利用煙氣的顯熱最終蒸發(fā)掉的。但在使用過程中出現(xiàn)的問題也限制了其的進一步發(fā)展。本文針對這些問題進行了分析。

1 半干法煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展

1.1 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法脫硫（SDA）

旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫技術(shù)（SDA）最早由美國和丹麥的兩家公司于20世紀(jì)70年代聯(lián)合研制的。其工藝原理是石灰漿液通過高速旋轉(zhuǎn)的霧化裝置，霧化成細小霧滴，噴入吸收塔后，一方面與煙氣中的SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成固體灰渣，另一方面煙氣又將熱量傳遞給石灰漿使之不斷干燥，所以反應(yīng)后的灰渣將以干態(tài)形式排出。此法的脫硫效率可達80%～85%，被譽為20世紀(jì)80年代的FGD技術(shù)。

1.2 半干半濕法煙氣脫硫技術(shù)

半干半濕法是由中國環(huán)境科學(xué)研究院開發(fā)出的脫硫技術(shù)。該技術(shù)是在通過對日本政府贈送的半干半濕脫硫裝置進行改進的基礎(chǔ)上，研發(fā)出的符合我國煙氣脫硫現(xiàn)狀的脫硫技術(shù)。改造后的工藝和技術(shù)投資少、占地少、費用低、無腐蝕，且脫硫灰還可制磚等優(yōu)點。

半干半濕法的工藝過程是鍋爐煙氣在入塔之前同脫硫劑（CaO和Ca（OH）2）混合后，進入脫硫塔，水霧從塔頂噴淋入塔，SO2、水和脫硫劑在脫硫塔內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，脫硫劑與SO2的水溶液（即亞硫酸）反應(yīng)生成亞硫酸鈣，亞硫酸鈣再氧化成硫酸鈣，即可脫除煙氣中的SO2。

1.3 粉末-顆粒噴動床半干半濕法煙氣脫硫⑤

粉末-顆粒噴動床半干法煙氣脫硫是90年代日本的研究人員開發(fā)的。該法的技術(shù)原理是：進入噴動床的含有SO2的煙氣先經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱，脫硫劑也是預(yù)先與水混合，脫硫劑是粉末狀的，包括石灰石、消石灰或其他堿性脫硫劑，脫硫劑以漿液的狀態(tài)從噴動床的頂部噴入床內(nèi)，在噴動床內(nèi)與由塔底的噴動粒子充分混合，噴動粒子由從塔底噴入的含有SO2的煙氣吹起，呈現(xiàn)流態(tài)化狀態(tài)。SO2氣體與脫硫劑在流態(tài)化的噴動粒子表面進行脫硫反應(yīng)，同時完成干燥過程。使得脫硫反應(yīng)后的產(chǎn)物是干態(tài)粉末狀，產(chǎn)物從分離器吹出。

隨后，很多中國學(xué)者通過改進噴動床的結(jié)構(gòu)形式、研究不同種類的脫硫劑與添加劑，改變噴動顆粒的粒徑以及混合多種粒徑的顆粒等對噴動床煙氣脫硫技術(shù)進行了深入研究。張少峰等開發(fā)了一種雙噴嘴矩形噴動床，并研究了添加劑、噴動速度、床層高度、顆粒粒徑等對脫硫效率的影響。

金軼風(fēng)則使用了鈉堿法，同樣也以裝有惰性顆粒的流化床作為脫硫塔，研究了鈉硫比、入口煙氣溫度、惰性粒子粒徑和床層高度等對脫硫效率的影響，并擬合了脫硫效率關(guān)聯(lián)式。

張黎明等以氨水作為脫硫劑，使用流化床（內(nèi)裝惰性粒子）作為脫硫塔。對氨硫摩爾比、精絕熱飽和溫度、惰性粒子直徑等運行參數(shù)對脫硫效率的影響進行了研究。研究結(jié)果表明，以氨水為脫硫劑的脫硫效率高于鈣基半干法煙氣脫硫技術(shù)。

2 半干法煙氣脫硫存在的問題

2.1 濕壁現(xiàn)象

各種半干半濕法煙氣脫硫技術(shù)基本原理是一致的，即脫硫劑或以溶液的形式噴入煙氣中，或以干態(tài)進入，進行塔內(nèi)噴淋水霧。此后吸附劑與SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的同時，溶液水分全部蒸發(fā)。要想同時滿足高的脫硫效率和獲得干燥的產(chǎn)物，在實際操作中存在一定的困難。因為影響半干法煙氣脫硫效率的因素很多，而且彼此之間還相互影響，因此無法保證各操作參數(shù)穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。這就勢必造成兩種不利影響，一是煙氣進入過多，脫硫效率降低；其次，脫硫劑噴入較多，就會產(chǎn)生濕壁現(xiàn)象。而濕壁現(xiàn)象的產(chǎn)生首先會造成設(shè)備的腐蝕，進而增加了為了防腐處理而額外產(chǎn)生的費用；其次當(dāng)濕壁嚴(yán)重時，即會出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，從而導(dǎo)致系統(tǒng)因堵塞而停運，增加了設(shè)備的運行和維護費用。

張偉等分析了造成濕壁現(xiàn)象的非塔結(jié)構(gòu)原因，主要有：（1）較慢的水霧蒸發(fā)速度；（2）結(jié)露（主要是溫差過小或內(nèi)壁與氣流主體間溫差過大造成的）。低溫距的存在雖然對提高脫硫效率有非常重要的意義，但是其的存在也大大增加了濕壁的可能性，因此設(shè)法解決這對矛盾，就成了目前相關(guān)研究人員解決半干半濕脫硫工藝中脫硫效率與運行費問題的方向，是一個十分值得研究的課題。

2.2 自動控制問題

半干法煙氣脫硫技術(shù)最大的特點是，脫硫反應(yīng)是發(fā)生在液態(tài)中，而最終的產(chǎn)物卻是干燥的固態(tài)粉末狀，因此半干法脫硫技術(shù)對反應(yīng)條件的控制水平要求較高?？刂频淖罱K要求是脫硫塔的出口產(chǎn)物是固態(tài)的，即要保證加入塔內(nèi)的增濕水或石灰漿液中的水分在達到脫硫塔出口之前完全蒸發(fā)掉。而且整個脫硫過程的溫度條件是在接近絕熱飽和溫度進行的，高于或低于絕熱飽和溫度都會對脫硫效率產(chǎn)生很大的影響。這樣的控制要求下，如果完全采用國外的監(jiān)測裝置不僅費用高，對本已經(jīng)不堪重負的企業(yè)無疑又是一項昂貴的支出，因此，國產(chǎn)化的煙氣在線監(jiān)測裝置和自動控制系統(tǒng)的開發(fā)和研制勢在必行。這不僅能保證現(xiàn)有脫硫裝置安全、穩(wěn)定的運行，而且也給煙氣脫硫技術(shù)的進一步發(fā)展提供了保證。

2.3 影響因素眾多，操作復(fù)雜

半干法煙氣脫硫技術(shù)的影響因素較多，主要包括：停留時間、Ca/S摩爾比、近絕熱飽和溫度和溫度差、霧滴粒徑等。近年來，對半干法煙氣脫硫技術(shù)的研究多是集中在脫硫劑的選擇、設(shè)備的改造、不同脫硫技術(shù)的影響因素等。對影響脫硫技術(shù)的眾多影響因素之間的關(guān)聯(lián)研究甚少。

2.4 霧化噴嘴的結(jié)構(gòu)

霧化噴嘴是脫硫裝置中的重要一環(huán)，因為霧化效果的好壞會影響最終的脫硫效率，而噴嘴的結(jié)構(gòu)不同或結(jié)構(gòu)不合理還會給脫硫工藝造成故障，如濕壁、霧化效果不好、堵塞等。因此簡化噴嘴的結(jié)構(gòu)是提高脫硫效率的一項重要手段。簡化后的霧化噴嘴的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是不易堵塞和磨損的，而且應(yīng)保證更換方便，成本低。在半干法煙氣脫硫中，不需要很細的霧化漿滴，因為漿液會附著在固體顆粒物上。另外，為了避免粘壁和結(jié)垢等問題，希望噴嘴噴出的液滴在到達壁面和塔內(nèi)構(gòu)件上之前，應(yīng)該已經(jīng)被蒸發(fā)。這就要求在噴嘴的設(shè)計和布置上盡可能避免以上問題的出現(xiàn)，否則會造成裝置的全面停運。

2.5 脫硫灰的循環(huán)利用

脫硫灰的再循環(huán)利用是提高裝置運行經(jīng)濟性的重要措施。脫硫灰的循環(huán)利用可以提高脫硫劑的利用率，降低運行成本，同時還可以保證脫硫裝置以較低的鈣硫比，取得較高的脫硫效率。原因是在脫硫反應(yīng)過程中，CaSO4產(chǎn)物層的生成阻礙了脫硫反應(yīng)的進一步進行，而這個致密的CaSO4產(chǎn)物層覆蓋在吸附劑表面。脫硫灰的再循環(huán)利用利用的就是這部分未反應(yīng)的鈣基繼續(xù)反應(yīng)，因為這部分未反應(yīng)的鈣基被致密產(chǎn)物（CaSO4產(chǎn)物層）包裹著的，從而大大提高煙氣脫硫效率。

2.6 大型化問題

經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，半干法煙氣脫硫技術(shù)縱然避免了濕法和干法的缺點，發(fā)展出了其獨特的優(yōu)勢，但仍然沒有替代濕法或干法煙氣脫硫技術(shù)，完全占有煙氣脫硫的市場。究其原因，有設(shè)備本身的問題，也有控制復(fù)雜、影響因素眾多的原因，也有其經(jīng)濟性的影響。最重要的是，半干法煙氣脫硫技術(shù)因為涉及到了氣、液、固三相的傳質(zhì)與傳熱，機理較復(fù)雜；目前的各項研究都有各自的局限性，無法從內(nèi)部機制出發(fā)找出該技術(shù)的關(guān)鍵點。因此，也就使得該技術(shù)大型化，完全應(yīng)用于工業(yè)，還存在重重阻力。

3 結(jié)論

半干法煙氣脫硫技術(shù)因其設(shè)備投資小、占地面積小，脫硫效率高且無二次污染的特點，符合我國煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展要求。但因自身技術(shù)的復(fù)雜性，限制了其大型化的應(yīng)用和發(fā)展。因此，積極解決半干法煙氣脫硫技術(shù)中存在的問題，既能加強我國國產(chǎn)脫硫技術(shù)，又能解決如今嚴(yán)重的霧霾天氣對煙氣脫硫的強烈需求。

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