鍋爐煙氣脫硫除塵技術(shù)及應(yīng)用分析

馬玉蘭

（山西省煤炭規(guī)劃設(shè)計(jì)院 山西太原 030045）

引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年，全國能源消費(fèi)總量為44.9億t標(biāo)準(zhǔn)煤，煤炭消費(fèi)占能源消費(fèi)比重為60.4%。在對(duì)全國338個(gè)地級(jí)及以上城市中僅有99個(gè)城市環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)，占全部城市數(shù)的29.3%；239個(gè)城市環(huán)境空氣質(zhì)量超標(biāo)，占70.7%。我國能源結(jié)構(gòu)主要還是以煤為主，加重了大氣污染程度。其中，粉塵和酸雨危害較重。因此，做好燃煤鍋爐脫硫除塵工作，控制燃煤煙塵和二氧化硫的排放量，對(duì)改善環(huán)境，尤其是防治大氣環(huán)境污染方面發(fā)揮著重要作用。目前，燃煤鍋爐脫硫除塵技術(shù)包括濕法脫硫、干法脫硫，以及干濕法綜合脫硫法，不同的脫硫除塵方法在燃煤鍋爐煙氣脫硫除塵中的應(yīng)用有其各自不同特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。

1 煙氣脫硫除塵理論

1.1 煙氣脫硫除塵基本原理

燃煤鍋爐排放的煙氣中含有二氧化硫，呈現(xiàn)出酸性特點(diǎn)，因此，利用堿性物質(zhì)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)脫除煙氣中的二氧化硫效果。應(yīng)用堿性物質(zhì)與燃煤鍋爐煙道中的二氧化硫發(fā)生反應(yīng)，會(huì)生成硫酸鹽與亞硫酸鹽混合物，不同的堿性物質(zhì)會(huì)生成鈣鹽、鈉鹽、鎂鹽等。其中不同的工藝條件會(huì)產(chǎn)成亞硫酸鹽和硫酸鹽的不同比率，甚至還會(huì)出現(xiàn)亞硫酸鹽全部轉(zhuǎn)化為硫酸鹽的處理效果。

1.2 煙氣脫硫除塵方法概述

脫硫除塵方法根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)有著不同的分類方法。主要分為燃燒前、燃燒中以及燃燒后脫硫三大類。其中，燃燒后脫硫又叫煙氣脫硫。①根據(jù)脫硫劑使用種類可以將煙氣脫硫除塵分為：鈣法脫硫、鎂法脫硫、鈉法脫硫、氨法脫硫和有機(jī)堿法脫硫五種。分別是以石灰石、氧化鎂、亞硫酸鈉、氨氣和有機(jī)堿等為基礎(chǔ)的煙氣脫硫除塵法。其中，鈣法使用最為廣泛，約占全部煙氣脫硫除塵的90%以上。②根據(jù)吸收劑及脫硫干濕狀態(tài)，可以將煙氣脫硫除塵分為濕法脫硫、干法脫硫和半干/半濕法脫硫。其中，濕法脫硫具有脫硫效率高、設(shè)備簡單以及反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，但濕法的不足之處是具有較強(qiáng)的腐蝕性，后期的運(yùn)維費(fèi)較高，容易造成二次污染等問題。干法脫硫的優(yōu)點(diǎn)是腐蝕設(shè)備較輕、二次污染少等，但不足之處是脫硫效率差，反應(yīng)速度慢，設(shè)備龐大不易管理等等。半干法脫硫則是指干燥狀態(tài)脫硫，在濕狀態(tài)下再生，或者在濕狀態(tài)下脫硫、在干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物的煙氣脫硫技術(shù)。其中，濕狀態(tài)下脫硫、半干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物的半干法具有反應(yīng)速度快、脫硫效率高、無廢酸及脫硫產(chǎn)物易處理等優(yōu)點(diǎn)。③依據(jù)脫硫產(chǎn)物用途的不同，可以將煙氣脫硫除塵技術(shù)分為拋棄法和回收法。

2 煙氣脫硫除塵技術(shù)及應(yīng)用

2.1 濕法脫硫除塵技術(shù)

燃煤鍋爐煙氣濕法脫硫技術(shù)主要采用的是液體吸收鍋爐煙氣中排放出的二氧化硫。其中，又可以根據(jù)不同脫硫劑使用將其分為鈣法脫硫、鎂法脫硫、鈉法脫硫、氨法脫硫和雙堿法脫硫五種。

2.1.1 鈣法脫硫

鈣法脫硫又叫石灰-石膏法，該法脫硫主要是利用石灰石、生石灰或者消石灰的浮濁液作為吸附劑，將煙道排放出的煙氣中的二氧化硫吸收，并生成亞硫酸鈣，亞硫酸鈣通過空氣發(fā)生氧化后獲得石膏產(chǎn)物。鈣法脫硫技術(shù)具有價(jià)格便宜，用石灰石等吸收劑易得，石膏產(chǎn)物回收后還可以將其作為建筑材料二次利用。因此，鈣法脫硫在實(shí)際應(yīng)用中十分廣泛，被廣泛應(yīng)用于電石法生產(chǎn)PVC。脫硫效率達(dá)到75%以上。

2.1.2 鎂法脫硫

亞硫酸鎂脫硫工藝，是將漿化后的氧化鎂與脫硫后的液中亞硫酸氫鎂發(fā)生反應(yīng)，生成亞硫酸鎂飽和溶液，將亞硫酸飽和溶液作為脫硫吸收劑。鎂法脫硫工藝原理：先是進(jìn)行氧化鎂漿化，然后在脫硫塔內(nèi)將亞硫酸鎂與二氧化硫發(fā)生反應(yīng)，最后形成亞硫酸鎂顆粒物沉淀。鎂法脫硫具有處理能力大、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定以及脫硫效率高，維護(hù)便捷等優(yōu)勢，但不足之處是前期投入較大，用地面積也較大，且設(shè)備容易受到沉淀物的結(jié)垢磨損，對(duì)煙氣的要求較高。袁雪生等將鎂法脫硫應(yīng)用于金隆銅業(yè)有限公司，應(yīng)用運(yùn)行以來，脫硫效率達(dá)到了93%左右，預(yù)脫硫系統(tǒng)再運(yùn)行后，現(xiàn)脫硫效率高達(dá)98～99%。

2.1.3 鈉法脫硫

鈉法脫硫技術(shù)是應(yīng)用氫氧化鈉、碳酸鈉以及亞硫酸鈉水溶液作為脫硫吸收劑，用以吸收煙道排放出的煙氣中的二氧化硫。鈉法脫硫具有吸收速度快，不易堵塞管道和設(shè)備等優(yōu)勢，因此，也用也十分的廣泛。鈉法處理二氧化硫后產(chǎn)生的吸收液經(jīng)無害化處理后直接排放?；蛘卟捎闷渌に嚪椒?，將吸收液處理后獲得硫酸鈉晶體等副產(chǎn)物。

2.1.4 氨法脫硫

氨法脫硫工藝是利用氨水作為吸收劑處理煙氣中的二氧化硫的一種處理方法。吸收率會(huì)達(dá)到80～90%左右，氨法脫硫會(huì)產(chǎn)生亞硫酸氨以及硫酸銨等，主要應(yīng)用于火電廠鍋爐煙道氣的處理，以及一些氨來源十分充沛的區(qū)域。氨法脫硫也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的副產(chǎn)物，如石膏、硫酸銨以及單體硫等。

2.1.5 雙堿法脫硫

雙堿脫硫法即，利用氫氧化鈉作為煙氣脫硫除塵的吸收劑，氫氧化鈣作為再生劑。該法脫硫的效果會(huì)達(dá)到80%左右，在煙氣脫硫除塵過程中會(huì)產(chǎn)生石膏等，具有二次利用價(jià)值，為充分回收中間脫硫產(chǎn)物，還需要對(duì)其進(jìn)行先除塵，待除塵完成后再進(jìn)行脫硫工藝處理。若不考慮中間脫硫產(chǎn)物的回收利用，可直接脫硫除塵一體進(jìn)行。此外，氫氧化鈉脫硫劑能夠循環(huán)使用，節(jié)約脫硫除塵成本。趙長軍將雙堿法脫硫工藝應(yīng)用在頁巖磚廠煙氣脫硫中，經(jīng)調(diào)試后，煙氣中的二氧化硫中的最大排放濃度為196mg/m3，達(dá)到了《磚瓦工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GV29620-2913）新建企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 干法脫硫

干法脫硫除塵處理煙氣中的二氧化硫，主要是選擇固體吸附劑或反應(yīng)劑。目前，常用到的干法脫硫技術(shù)包括活性炭法脫硫、催化氧化法脫硫等。

2.2.1 活性炭法

活性炭法脫硫除塵主要是利用活性炭的活性，以及活性炭所具有的較大的比表面積，能夠?qū)煔庵械亩趸蛟诨钚蕴勘砻媾c氧及水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸被吸附的原理?；钚蕴糠摿蛴指鶕?jù)活性炭的工作狀態(tài)差異，分為移動(dòng)床活性炭脫硫法、流動(dòng)床活性炭脫硫法和固定床活性炭脫硫法。水洗脫吸活性炭表面硫酸，吸收率超過了95%，回收產(chǎn)物主要是稀硫酸。其中，固定床活性炭法主要應(yīng)用于每月失活或者失活很慢的催化劑，以及溫度控制極大地限制了反應(yīng)器尺寸的場合。固定床活性炭法脫硫，由于氣體能夠直接通過床層無需反混，接近100%的理論轉(zhuǎn)化率。流化床活性炭脫硫則適用于小顆粒、不易碎以及失活很快的催化劑，溫度控制好，因此，在大設(shè)備中進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。

2.2.2 催化氧化法

催化氧化法脫硫原理，是將氧化鋁作為載體，利用氧化鈾、硫酸鉀以及五氧化二釩等作為催化劑，將煙氣排放的二氧化硫含量被氧化為無水或者78%的硫酸。催化氧化法需要在高溫下脫硫操作，因此，后期的處理費(fèi)用需求較大，但該工藝穩(wěn)定性強(qiáng)，較成熟，對(duì)高濃度煙氣脫硫處理效果較好。日本的千代田化工建設(shè)公司推出的催化氧化法煙氣脫硫工藝技術(shù)，能夠?qū)煔庵械亩趸蚝繙p少90%以上。新的催化氧化法脫硫工藝具有脫硫范圍廣，燃煤鍋爐煙氣脫硫除塵，也適應(yīng)硫磺回收尾氣脫硫。建設(shè)費(fèi)用較低，省去了大型循環(huán)泵，吸收塔結(jié)構(gòu)也較為簡單，由于不需吸收劑，因此不會(huì)產(chǎn)生排水及廢棄物等。后期的操作和運(yùn)維也方便，工藝器件使用較少。催化劑價(jià)格便宜，稀硫酸副產(chǎn)品除可以作為中和劑使用外，還可以對(duì)其濃縮制成濃硫酸，或制成建筑材料石膏二次利用。

3 結(jié)語

綜上，鍋爐煙氣脫硫技術(shù)可供選擇應(yīng)用的較多，既有干法脫硫，也有濕法脫硫，還有半干法/半濕法脫硫處理技術(shù)，不同的處理工藝有其各自的應(yīng)用特點(diǎn)和適用范圍，具體來說，要在實(shí)際工作中綜合考慮技術(shù)的穩(wěn)定性、技術(shù)的成本以及自身的經(jīng)濟(jì)水平等因素，選擇合適的脫硫工藝方法，創(chuàng)造出最大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。