焦?fàn)t煙氣脫硫技術(shù)及脫硫系統(tǒng)改造方案

王永興

(山西國(guó)控環(huán)球工程有限公司(原山西省化工設(shè)計(jì)院)，山西 太原 030024)

引 言

焦?fàn)t煙氣含硫情況及含硫量與焦?fàn)t加熱煤的種類、煤氣含有機(jī)硫量、爐體嚴(yán)密情況等有關(guān)。焦?fàn)t一般用焦?fàn)t煤氣加熱，煙氣含SO2量為100 mg/m3～300 mg/m3，因此，焦?fàn)t煙氣一般為大流量、低含硫量煙氣，所以，需要對(duì)焦?fàn)t煙氣進(jìn)行脫硫[1]。山西省太原、陽泉、長(zhǎng)治、晉城、臨汾、晉中“4+2”城市轄區(qū)所有焦化企業(yè)，焦?fàn)t煙囪排放均按《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16171-2012)中特別排放限值的規(guī)定，按要求設(shè)置大氣污染物治理設(shè)施。煙氣凈化處理按照《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的特別限值排放標(biāo)準(zhǔn)[ρ(SO2)≤30 mg/m3,ρ(NOx)≤150 mg/m3,ρ(顆粒物)≤15 mg/Nm3]進(jìn)行裝置設(shè)計(jì)[2-4]。

1 焦?fàn)t煙氣脫硫技術(shù)

煙氣脫硫技術(shù)主要可分為濕法、半干法、干法三大類。結(jié)合焦?fàn)t煙氣特點(diǎn)及實(shí)際情況，主要推薦氨法脫硫(濕法)、石灰石-石膏法脫硫(濕法)、循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫三種技術(shù)。

1.1 氨法脫硫技術(shù)

氨法脫硫?yàn)槌Ｒ姷臐穹摿?。是根?jù)NH3與SO2、水反應(yīng)生成脫硫產(chǎn)物的基本機(jī)理進(jìn)行的，主要有濕式氨法、電子束氨法、脈沖電暈氨法、簡(jiǎn)易氨法等。

以水溶液中SO2和NH3的反應(yīng)為基礎(chǔ)，得到亞硫酸銨中間產(chǎn)品，亞硫酸銨再進(jìn)行氧化。

主要設(shè)備：真空泵分離器、過濾器、旋液分離器、離心機(jī)、母液罐、干燥器、脫硫塔、鼓風(fēng)機(jī)等。

氨法煙氣脫硫的特點(diǎn)：

1) 適用煙氣含硫范圍廣；

2) 脫硫效率很高，很容易達(dá)到95%以上。脫硫后的煙氣不但二氧化硫濃度很低，而且煙氣含塵量也大大減??；

3) 吸收劑易采購，可有3種形式：液氨、氨水、碳銨；

4) 無固體廢棄物；

5) 投資少，運(yùn)行成本低；

6) 煙氣排放溫度低，可能有氣溶膠產(chǎn)生，存在煙氣拖尾的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 石灰石-石膏法脫硫技術(shù)

石灰石-石膏法脫硫技術(shù)是煙氣濕法脫硫工藝之一，電廠應(yīng)用廣泛。

濕法煙氣脫硫工藝絕大多數(shù)采用堿性漿液或溶液作吸收劑，其中，石灰石或石灰為吸收劑的強(qiáng)制氧化濕式脫硫方式是目前使用最廣泛的脫硫技術(shù)。石灰石或石灰洗滌劑與煙氣中SO2反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物硫酸鈣在洗滌液中沉淀下來，經(jīng)分離后即可拋棄，也可以石膏形式回收。

工作原理：將石灰石粉加水制成漿液作為吸收劑，泵入吸收塔與煙氣充分接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及從塔下部鼓入的空氣進(jìn)行氧化反應(yīng)生成硫酸鈣，硫酸鈣達(dá)到一定飽和度后，結(jié)晶形成二水石膏。

石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)特點(diǎn)：

1) 脫硫效率高(>95%)；

2) 技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠性高；

3) 對(duì)煤種的適應(yīng)性強(qiáng)；

4) 吸收劑資源豐富、價(jià)格低廉；

5) 脫硫副產(chǎn)物便于綜合利用；

6) 占地面積大，運(yùn)行費(fèi)用高。

1.3 循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫

煙氣由裝置底部進(jìn)入循環(huán)流化床反應(yīng)器，新石灰與循環(huán)灰一起送入反應(yīng)器，流態(tài)化的物料和煙氣中的SO2等酸性物質(zhì)在反應(yīng)器中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，脫除大部分的SO2、H2S等；煙氣經(jīng)反應(yīng)器的頂部出口排出后進(jìn)入袋式除塵器凈化，除去大部分細(xì)灰，最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)由煙囪排入大氣。由除塵器除下的細(xì)灰和大顆粒大部分循環(huán)進(jìn)入反應(yīng)器，少量經(jīng)過排灰裝置外排。

此技術(shù)具有占地面積小，投資及運(yùn)行費(fèi)用低，加料、出料均為干態(tài)，副產(chǎn)物無二次污染，且處理后煙氣直接回?zé)焽?，避免了煙囪熱備的問題。

原理：Ca(OH)2粉末和煙氣中的SO2和幾乎全部的SO3等在有水分存在的情況下，在Ca(OH)2粒子的液相表面發(fā)生反應(yīng)從而除去SO2等煙氣，從底部進(jìn)入流化床，與脫硫劑粉末互相混合反應(yīng)，生成亞硫酸鈣和硫酸鈣。脫硫后煙氣中的大顆粒固體在流化床頂部下落，細(xì)小顆粒隨煙氣進(jìn)入除塵器。分離出來的顆粒經(jīng)過中間倉返回到流化床。

半干法脫硫特點(diǎn)：

1) 脫硫效率高:在鈣硫比為1.1～1.5時(shí)，脫硫效率可達(dá)90%以上，可與濕法工藝相媲美；

2) 工藝流程簡(jiǎn)單，系統(tǒng)設(shè)備少，且轉(zhuǎn)動(dòng)部件少，降低了維護(hù)和檢修費(fèi)用；

3) 占地面積小，系統(tǒng)布置靈活；

4) 無脫硫廢水排放，且脫硫副產(chǎn)品呈干態(tài)；

5) 系統(tǒng)阻力相對(duì)高。

2 改造方案簡(jiǎn)述

本文焦?fàn)t煙氣脫硫配備石灰石濕法煙氣脫硫裝置，一爐一塔，設(shè)置4層漿液噴淋層，噴淋層間距1.5 m，吸收塔煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)為：脫硫效率不低于97%，入口煙氣SO2質(zhì)量濃度6 500 mg/m3(6%O2，標(biāo)態(tài)，干態(tài))，SO2排放質(zhì)量濃度不大于200 mg/m3。這個(gè)設(shè)計(jì)的SO2排放濃度超過了超低排放的限制，因此需要進(jìn)行改造。

依據(jù)裝置的特點(diǎn)，考慮初投資、能耗、維護(hù)費(fèi)用、改造技術(shù)的可靠性、改造周期的長(zhǎng)短、改造措施經(jīng)濟(jì)、合理、有效以及設(shè)備檢修維護(hù)方便性等各方面因素，擬采用加裝高效脫硫裝置的改造方案。

高效脫硫裝置基于多相紊流摻混的強(qiáng)傳質(zhì)機(jī)理，利用氣體動(dòng)力學(xué)原理、通過特制的裝置產(chǎn)生氣液旋轉(zhuǎn)翻騰的湍流空間,氣、液、固三相充分接觸，大幅降低了氣液膜傳質(zhì)阻力，提高了傳質(zhì)速率，迅速完成傳質(zhì)過程，從而達(dá)到提高脫硫效率的目的。該技術(shù)與同類脫硫技術(shù)相比，除具有空塔噴淋的防堵、維修簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)外，由于增加了氣體的漩流速度，還具有脫硫效率和除塵效率高的優(yōu)點(diǎn)。

1) 均氣效果好：吸收塔內(nèi)氣體分布不均勻，是造成脫硫效率低和運(yùn)行成本高的主要原因，安裝高效脫硫裝置的脫硫塔，均氣效果比一般空塔提高15%～30%，脫硫裝置能在比較經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)行。

2) 傳質(zhì)效率高：煙氣脫硫的工作機(jī)理是SO2從氣相傳遞到液相的相間傳質(zhì)過程，傳質(zhì)速率是決定脫硫效率的關(guān)鍵指標(biāo)。經(jīng)過試驗(yàn)，獲得在不同環(huán)境、不同工藝技術(shù)條件下的技術(shù)參數(shù)，并以試驗(yàn)獲得的參數(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備，達(dá)到增加液氣接觸面積、提高氣液傳質(zhì)效率的目的。

3) 降溫速度快：從高效脫硫裝置端面進(jìn)入的煙氣，通過漩流和匯流的耦合，旋轉(zhuǎn)、翻覆形成湍流很大的氣液傳質(zhì)體系，煙氣溫度迅速下降，有利于塔內(nèi)氣液充分反應(yīng)，各種運(yùn)行參數(shù)趨于最佳狀態(tài)。

4) 適應(yīng)性強(qiáng)。

5) 能耗低：由于脫硫效率高，液氣比小，溶液循環(huán)量小，比同類技術(shù)節(jié)約電能8%～10%。

3 改造內(nèi)容

在煙道入口和最下層噴淋層之間增加高效脫硫裝置，利用舊循環(huán)泵和噴淋層主管，改造噴淋層支管，更換高效噴嘴，以此提高脫硫效率。

改造內(nèi)容包括：1) 吸收塔系統(tǒng)改造；2) 氧化空氣系統(tǒng)改造；3) 吸收塔與漿液循環(huán)箱攪拌系統(tǒng)改造；4) 石膏排出泵改造；5) 煙氣系統(tǒng)改造；6) 相關(guān)配套的公用系統(tǒng)改造；7) 相應(yīng)的土建核算(如，脫硫塔基礎(chǔ)核算等)；8) 吸收塔內(nèi)防腐需要補(bǔ)充改造相應(yīng)的部位，相關(guān)保溫部分進(jìn)行改造。

4 結(jié)論及建議

1) 考慮初投資、能耗、維護(hù)費(fèi)用、改造技術(shù)的可靠性、改造周期的長(zhǎng)短、改造措施經(jīng)濟(jì)、合理、有效以及設(shè)備檢修維護(hù)方便性等各方面因素，本改造項(xiàng)目采用加裝高效脫硫裝置的改造方案。

2) 本方案脫硫效率能達(dá)到99.4%，出口二氧化硫濃度滿足超低排放的要求。