燃煤工業(yè)鍋爐煙氣脫硫技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性分析

崔宏斌

摘要：燃煤工業(yè)鍋爐煙氣中污染物的主要成分是SO2，SO2大量排放加上特殊的地形和氣象條件最終形成霧霾，酸雨的產(chǎn)生也與SO2有很大關(guān)系，嚴(yán)重危害環(huán)境和人體健康，所以控制SO2排放迫在眉睫。目前，近90%以上電廠均使用石灰石-石膏法脫除煙氣中SO2，為了進(jìn)一步提高SO2脫除率，脫硫增效劑具有顯著的節(jié)能增效效果?；诒旧磻?yīng)的濕法煙氣脫硫新方法，I2/HI吸收系統(tǒng)可有效去除系統(tǒng)煙氣中SO2，去除率高達(dá)98.8%。將半干法脫硫系統(tǒng)與除塵系統(tǒng)形成一個(gè)整體的環(huán)保設(shè)備，脫硫效果對(duì)煙氣中含塵不敏感，不僅減小脫硫除塵系統(tǒng)的占地面積，而且增加了脫硫適應(yīng)性。

關(guān)鍵詞：燃煤工業(yè)鍋爐;煙氣脫硫技術(shù);經(jīng)濟(jì)性

引言

根據(jù)有關(guān)部門(mén)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，2017年我國(guó)煤炭消費(fèi)占總能源消費(fèi)44.9億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的60.4%，全國(guó)僅有99個(gè)城市環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)，200多個(gè)城市環(huán)境空氣質(zhì)量超標(biāo)，由于現(xiàn)階段我國(guó)是以煤炭為主要的能源，隨著鍋爐煙氣污染的不斷加劇，給我國(guó)的大氣環(huán)境造成了非常嚴(yán)重的影響，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的工作目標(biāo)，需要采取煙氣脫硫技術(shù)，有效控制煙氣的污染物質(zhì)，更好地保護(hù)我國(guó)的大氣環(huán)境。

1濕法脫硫技術(shù)

1.1石灰石-石膏濕法脫硫工藝

石灰石-石膏濕法脫硫工藝以石灰石作為脫硫劑，將石灰石粉體與水混合，制成脫硫劑漿液，噴入脫硫塔中，在脫硫塔中，脫硫劑漿液與煙氣充分接觸混合。煙氣中的SO2與漿液中的Ca2+反應(yīng)生成CaSO3，實(shí)現(xiàn)脫硫，CaSO3不穩(wěn)定，會(huì)與鼓入空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成石膏。石灰石-石膏濕法脫硫工藝具有脫硫效率高特點(diǎn)，但是在脫硫的同時(shí)，會(huì)由于存在脫硫漿液霧化夾帶、脫硫產(chǎn)物結(jié)晶析出及各種氣-液、氣-液-固脫硫反應(yīng)等霧化過(guò)程，形成PM2.5。石灰石-石膏濕法脫硫工藝對(duì)PM2.5的捕集效率很低，并且出口煙氣細(xì)顆粒中S、Ca元素含量明顯增加。由于PM2.5是霧霾產(chǎn)生的重要因素，因此對(duì)于石灰石-石膏濕法脫硫工藝而言，不僅要保持較高的脫硫效率，還要保證PM2.5的有效捕集。

1.2超重力法脫硫工藝

超重力法脫硫工藝的應(yīng)用之一是脫除焦?fàn)t煤氣中的硫化氫。其原理是H2S與CO2因化學(xué)性質(zhì)的差異，被堿溶液吸收的速度不同，從而實(shí)現(xiàn)選擇性脫硫。H2S在被堿溶液吸收時(shí)，首先電離成HS-和H+，再與堿溶液反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)H2S的脫除。在脫硫過(guò)程中，CO2會(huì)與水反應(yīng)生成H2CO3，H2CO3進(jìn)一步分解成HCO3-和H+，再被堿溶液吸收。H2S的溶解速度快于CO2，因此通過(guò)提高超重力設(shè)備的傳質(zhì)效率，縮短停留時(shí)間，可以有效提高脫除H2S的選擇性。

1.3氨法脫硫工藝

氨法脫硫工藝具有原理簡(jiǎn)單、吸收高效、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)，是一種典型的濕法脫硫技術(shù)。該工藝?yán)冒迸c尿素反應(yīng)，脫除煙氣中的SO2，并產(chǎn)生副產(chǎn)物硫酸銨。具體過(guò)程：混有一定體積二氧化硫的氮?dú)饣蚩諝?，從吸收塔的底部進(jìn)入;從吸收塔上部進(jìn)料的氨水向下噴淋，在吸收塔內(nèi)的填料表面與自下而上的混合氣逆流接觸，吸收混合氣中的二氧化硫。脫除SO2后的氣體從吸收塔的頂部排到大氣中;吸收SO2的混合液則從吸收塔底部排出，經(jīng)過(guò)濃縮、脫水、干燥等步驟得到硫酸銨。

2半干法脫硫

2.1高倍率灰鈣循環(huán)煙氣脫硫（NGD）

某地區(qū)煤種硫含量多數(shù)小于2.5%，且水資源匱乏。針對(duì)該地區(qū)煤質(zhì)特點(diǎn)，煤科院節(jié)能技術(shù)有限公司結(jié)合CFB-FGD與NID工藝，研發(fā)出一種新型的NGD脫硫工藝。將粉煤灰和熟石灰混合作為脫硫劑循環(huán)使用進(jìn)行脫硫，可解決半干法脫硫產(chǎn)物難回收問(wèn)題，NGD脫硫工藝流程如圖1所示。

圖1NGD工藝流程

NGD脫硫系統(tǒng)主要由脫硫反應(yīng)器、除塵器、增濕攪拌器及測(cè)控系統(tǒng)構(gòu)成。脫硫反應(yīng)器由彎管段、直管段、文丘里段組成，直徑最大部分57.5cm，反應(yīng)器長(zhǎng)度為23.2m，整個(gè)脫硫系統(tǒng)占地面積很小。脫硫反應(yīng)器入口與鍋爐出口相連，鍋爐煙氣氣速在12～20m/s，煙氣從反應(yīng)器底部進(jìn)入流過(guò)文丘里段，氣體先加速后減速，漸擴(kuò)段出口煙氣仍具有高氣速，煙氣與脫硫劑以及脫硫劑之間發(fā)生強(qiáng)烈碰撞、摩擦，充分發(fā)生脫硫反應(yīng)，脫硫劑與煙氣中SO2反應(yīng)生成CaSO3和少量CaSO4。脫硫后帶有脫硫劑顆粒的煙氣由反應(yīng)器頂部排出，經(jīng)除塵器分離后的脫硫劑經(jīng)中間灰倉(cāng)進(jìn)入增濕混合器，將脫硫劑增濕至5%～10%進(jìn)入下一個(gè)脫硫循環(huán)過(guò)程。

2.2 NGD脫硫

NGD脫硫?qū)儆陔x子間的液相反應(yīng)，因此水分對(duì)脫硫反應(yīng)速率的影響至關(guān)重要。根據(jù)增濕水分的干燥過(guò)程，將脫硫分成3個(gè)階段：常速反應(yīng)階段、降速反應(yīng)階段以及擬平衡階段，并認(rèn)為脫硫反應(yīng)主要發(fā)生在前2個(gè)階段。脫硫反應(yīng)僅發(fā)生在有液態(tài)水存在的常速反應(yīng)階段。所以由于水分對(duì)脫硫反應(yīng)速率的影響，脫硫反應(yīng)的前2個(gè)階段是脫硫反應(yīng)的關(guān)鍵階段，延長(zhǎng)脫硫反應(yīng)前2個(gè)階段水分的干燥時(shí)間是提高脫硫效率的有效手段，在工程中常采用適當(dāng)增加增濕水量，采取多級(jí)增濕方式以及控制脫硫溫度來(lái)改變水分蒸發(fā)速率。

2.3電子束脫硫

電子束脫硫工藝是一種能夠同時(shí)脫硫脫硝的技術(shù)。其基本原理是使高溫?zé)煔庀冉?jīng)過(guò)預(yù)處理（除塵、降溫、增濕），再進(jìn)入輻照室，在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行電子束輻照。輻照過(guò)程中，H2O、O2等被電離成離子、自由基團(tuán)、次級(jí)電子等各種活性物質(zhì)。這些活性物質(zhì)會(huì)促使煙氣中的硫、氮氧化物轉(zhuǎn)化成SO2和NO2。這2種物質(zhì)進(jìn)一步與水蒸氣、氨氣反應(yīng)生成硫酸銨和硝酸銨的氣溶膠微粒。微粒隨煙氣離開(kāi)輻照室后，被除塵設(shè)備捕集，獲得副產(chǎn)品硫酸銨和硝酸銨，煙氣則通過(guò)煙囪排放。

3輻射技術(shù)

高能輻射法就是通過(guò)對(duì)煙氣中有害物質(zhì)進(jìn)行輻射進(jìn)行脫硫脫硝。高能輻射方法一般分為電子輻照法和脈沖電暈等離子體法。電子輻照法是指高能電子產(chǎn)生等離子體的工藝，是去除工業(yè)煙氣中NOX的有效方法之一，等離子將這些有害物質(zhì)氧化成氣態(tài)化合物，如煙霧。超氧化后，有害物質(zhì)與外部水蒸氣反應(yīng)形成霧化硝酸。同時(shí)，在硫酸與硝酸銨、硫酸銨和硝酸銨發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，產(chǎn)生了噴霧氨及其他物質(zhì)。經(jīng)過(guò)煙氣凈化后，高能輻射的應(yīng)用更加方便，成本更低，已廣泛應(yīng)用于燃煤電廠，該脫硫脫硝工藝的脫硫率可達(dá)90%以上，脫硝率可達(dá)20%。同時(shí)，該技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中不產(chǎn)生廢水和二次污染，這是現(xiàn)階段使用最廣泛的脫硫和脫硝技術(shù)。脈沖電暈等離子體技術(shù)主要采用脈沖大電流對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫脫硝。然而，由于高能量消耗和與電子照射方法的反應(yīng)機(jī)理相同，通常不使用該方法。

結(jié)語(yǔ)

濕法脫硫仍是目前電站鍋爐中使用最廣泛的脫硫技術(shù)，由于燃煤工業(yè)鍋爐具有單臺(tái)容量較小、爐型多、鍋爐負(fù)荷變化大、煤種多變、啟停頻繁等特點(diǎn)，而濕法脫硫過(guò)程中廢水較多，在冬季寒冷地區(qū)由于啟停頻繁導(dǎo)致的廢水結(jié)冰是限制濕法脫硫的重要因素，因此半干法脫硫?qū)Ρ葷穹摿蚓哂懈玫倪m應(yīng)性。

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