煙氣脫硫除塵一體化技術(shù)

王宗海

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)萊蕪礦業(yè)有限公司，山東萊蕪 271100）

0 引言

煉鋼過(guò)程中鍋爐燃煤會(huì)產(chǎn)生大量煙氣，如果不經(jīng)過(guò)相應(yīng)處理直接排放，會(huì)對(duì)大氣以及周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染。排放的煙氣成分復(fù)雜，其中二氧化硫含量最高、危害最大，因此要使用相關(guān)脫硫技術(shù)對(duì)煙氣進(jìn)行處理。煙氣中除了有害氣體，還摻雜著相當(dāng)多的粉塵，粉塵也會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。因此要降低煙氣對(duì)環(huán)境的污染，企業(yè)將鍋爐產(chǎn)生的煙氣排放前，需要對(duì)煙氣進(jìn)行相應(yīng)脫硫處理，還要處理煙氣中的粉塵，最大程度降低煙氣帶來(lái)的污染。

1 煙氣污染的危害

鍋爐燃燒的煤炭中含有硫元素，分為無(wú)機(jī)硫和有機(jī)硫。在高硫分煤中，硫多以硫鐵礦的形式存在。硫鐵礦、有機(jī)硫以及游離狀態(tài)的硫都是可燃的，在燃燒過(guò)程中會(huì)生成二氧化硫、三氧化硫、水以及亞硫酸。其中硫酸鹽中的硫難以分解提取，不能夠燃燒，最終變?yōu)榉蹓m，部分金屬類(lèi)的硫酸鹽還是能夠在高溫下分解。煤炭在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生二氧化硫，二氧化硫在鍋爐以及排煙通道中會(huì)與其他物質(zhì)發(fā)生一系列復(fù)雜的反應(yīng)。二氧化硫在金屬氧化物、金屬鹽以及其他物質(zhì)的催化作用下會(huì)生成三氧化硫，通過(guò)進(jìn)一步反應(yīng)能夠生成硫酸鹽或者硫酸。在這個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程中，濕度對(duì)轉(zhuǎn)化效率有明顯影響，當(dāng)相對(duì)濕度不足40%時(shí)，二氧化硫的化學(xué)反應(yīng)速度較慢，當(dāng)相對(duì)濕度超過(guò)70%時(shí)，二氧化硫的化學(xué)反應(yīng)速度上升顯著。由于生成物中含有硫，屬于有害物質(zhì)，嚴(yán)重影響人體以及環(huán)境。

（1）危害人體健康。二氧化硫帶來(lái)的影響不是急性的，但其作用范圍廣，能夠長(zhǎng)期危害人體健康。通過(guò)慢性作用使人們患上多種呼吸道疾病，對(duì)青少年的免疫能力也有較大影響，使他們的抗病能力下降。

（2）對(duì)植物造成危害。二氧化硫能夠破壞植物生長(zhǎng)所需的葉綠素，影響植物生長(zhǎng)。當(dāng)空氣中二氧化硫濃度超過(guò)0.2×10-6mg/m3，植物就會(huì)停止生長(zhǎng)。如果長(zhǎng)期處于高濃度的二氧化硫環(huán)境，農(nóng)作物葉片就會(huì)開(kāi)始變黃，同時(shí)伴隨有煙斑，嚴(yán)重的會(huì)造成農(nóng)作物大面積減產(chǎn)。

（3）對(duì)生態(tài)的影響。二氧化硫經(jīng)過(guò)反應(yīng)會(huì)形成酸雨，導(dǎo)致土地出現(xiàn)酸化，不能進(jìn)行農(nóng)作物的種植，對(duì)農(nóng)作物以及森林生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響。還使得湖水酸化，水中生物生長(zhǎng)受到抑制等。

（4）腐蝕建筑物。重慶嘉陵江大橋所在地屬于重度酸雨地區(qū)，同南京長(zhǎng)江大橋相比，兩者銹蝕程度比為5∶1，平均每年銹蝕掉0.16 mm，嘉陵江大橋每年鋼結(jié)構(gòu)維護(hù)費(fèi)用高達(dá)20 萬(wàn)元。同時(shí)，對(duì)于混凝土建筑，外層的砂漿經(jīng)過(guò)3 年左右酸雨的侵蝕，會(huì)出現(xiàn)石子外露。這對(duì)于古建筑等文化遺產(chǎn)帶來(lái)的影響難以估計(jì)。

2 煙氣脫硫技術(shù)

為了去除煙氣中的二氧化硫，需要采取脫硫措施。目前有多種煙氣脫硫方法，總地來(lái)說(shuō)分為兩大類(lèi)。

2.1 干法脫硫

干法脫硫技術(shù)主要利用吸收劑分離煙氣中的二氧化硫。通常在存放有害氣體的反應(yīng)器中加入吸收劑，利用吸收劑與二氧化硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的特性，將有害氣體中的二氧化硫吸收掉，實(shí)現(xiàn)脫硫操作。這種方法操作起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，但受到吸收劑吸收效率的影響，脫硫成效不顯著。

2.2 濕法脫硫

濕法脫硫利用一種堿性溶液，具體做法和干法脫硫類(lèi)似，也是讓試劑與二氧化硫發(fā)生反應(yīng)，吸收煙氣中的二氧化硫。但不同于干法脫硫，濕法脫硫的反應(yīng)效率高并且吸收劑能夠進(jìn)行回收利用。這種方法也有不足之處，濕法脫硫應(yīng)用過(guò)程中流程較多，并伴隨有廢水的產(chǎn)生。如果廢水得不到及時(shí)有效處理，有可能會(huì)對(duì)其他水資源造成污染。因此使用濕法脫硫時(shí)，還需要同時(shí)配合使用相應(yīng)的廢水零排放處理技術(shù)。

2.2.1 廢水排放

廢水零排放處理技術(shù)中的零排放是指廢水經(jīng)過(guò)各種處理后不需要向外界排放，能夠繼續(xù)投入到生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，在一定程度上節(jié)約水資源，同時(shí)還不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。廢水零排放處理在理論上能夠完成，但受制于各種因素以及當(dāng)前技術(shù)，目前只能做到近零排放。其中，脫鹽處理技術(shù)的使用是脫硫廢水實(shí)現(xiàn)零排放的關(guān)鍵，由于廢水中含鹽量較高，不利于微生物生存，故通常不使用生物法進(jìn)行脫鹽，目前主流的還是使用物化處理法進(jìn)行脫鹽。

2.2.2 廢水處理

蒸發(fā)法在廢水零排放處理中應(yīng)用較為廣泛，其主要是利用蒸發(fā)器加熱廢水，令廢水沸騰。廢水中的水蒸發(fā)變成水蒸氣后，冷凝成水重新利用。廢水中的溶解性固體由于沒(méi)有水分，會(huì)被濃縮結(jié)晶，最后被解析。使用蒸發(fā)法擁有較大操作空間，不需要對(duì)廢水進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理，同時(shí)其傳熱系數(shù)也較高。但是蒸發(fā)法能耗以及前期投入成本較大，并且使用過(guò)程中設(shè)備內(nèi)部容易結(jié)垢。要控制廢水零排放處理的成本并維持系統(tǒng)正常運(yùn)行，就必須對(duì)廢水進(jìn)行防結(jié)垢處理，對(duì)廢水進(jìn)行相應(yīng)減量。例如，利用反滲透膜分離技術(shù)能夠?qū)γ摿驈U水進(jìn)行減量化處理，從而在一定程度上減少?gòu)U水零排放處理成本。

3 煙氣脫硫除塵技術(shù)應(yīng)用

3.1 電子束脫硫技術(shù)

通過(guò)合理使用電子束技術(shù)，也能有效去除煙氣中的二氧化硫，減小煙氣帶來(lái)的污染。電子束脫硫技術(shù)屬于干法脫硫中的一種，廣泛應(yīng)用于煙氣治理工作。電子束脫硫技術(shù)主要通過(guò)高能電子束對(duì)排放的煙氣進(jìn)行照射，達(dá)到煙氣脫硫的目的。工業(yè)級(jí)別的企業(yè)使用電子束對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫，沒(méi)有廢水以及廢渣等污染物的產(chǎn)生，而且得到的副產(chǎn)品能夠當(dāng)作工業(yè)化肥使用，能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來(lái)更多收入。

3.2 活性炭吸附脫硫技術(shù)

活性炭脫硫技術(shù)也屬于干法脫硫中的一種，使用活性炭進(jìn)行脫硫時(shí)，要按照以下步驟操作。

（1）在脫硫塔中放入適量的活性炭，這個(gè)量通常經(jīng)過(guò)計(jì)算并結(jié)合實(shí)際情況得到。煙氣中的二氧化硫經(jīng)過(guò)脫硫塔之后因活性炭的存在而被吸附掉，再經(jīng)過(guò)相關(guān)催化氧化作用，使二氧化硫變成吸附狀態(tài)的硫酸，最后和活性炭一同進(jìn)入分離塔。

（2）在分離塔中對(duì)含有硫酸的活性炭進(jìn)行加熱，基于硫酸在高溫下能夠熱解再生的特性，將煙氣中的二氧化硫去除并進(jìn)行二次回收利用，不僅能夠降低煙氣污染，還能夠?yàn)槠髽I(yè)創(chuàng)造二次收益。

3.3 氨肥法脫硫除塵技術(shù)

3.3.1 氨肥法脫硫

氨肥法脫硫處于濕法脫硫，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)使得煙氣從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)。在脫硫過(guò)程中，當(dāng)溫度與壓力保持在一定數(shù)值之后，煙氣與氨氣接觸，吸收質(zhì)向吸收劑完成傳遞。在吸收二氧化硫的過(guò)程中傳遞速度相同，從而能夠達(dá)到氣體與液體的動(dòng)態(tài)平衡。上述就是使用氨肥法脫硫除塵的基本原理。在脫硫過(guò)程中，由于氨分子與水分子不需要復(fù)雜的條件就能發(fā)生反應(yīng)，因此可以使用溶液吸收濃度不高的二氧化硫，最終形成氨水化合物。氨水化合物用于后續(xù)對(duì)煙氣的脫硝工作。

3.3.2 氨肥法除塵操作流程

（1）讓煙氣中摻雜的粉塵以較高速度通過(guò)相應(yīng)反應(yīng)器的霧區(qū)，從而使粉塵向液膜高速運(yùn)行。由于速度較高，因此會(huì)有對(duì)應(yīng)的離心力產(chǎn)生。在離心力作用下，粉塵運(yùn)動(dòng)方向會(huì)出現(xiàn)變化。

（2）反應(yīng)器在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)霧滴，使得粉塵貼近水膜，在這種情況下將水霧封鎖線(xiàn)的覆蓋范圍增大。

（3）利用高強(qiáng)磁化器對(duì)循環(huán)水進(jìn)行相應(yīng)磁化，提升脫硫效率，還能夠有效除掉粉塵顆粒。

3.4 催化煙氣脫硫除塵技術(shù)

3.4.1 脫硫技術(shù)

隨著對(duì)脫硫技術(shù)研究的不斷深入，煙氣脫硫的方法也逐漸增多，但原理大致類(lèi)似，有較多共同點(diǎn)。例如，基于循環(huán)流化床原理的脫硫技術(shù)，利用消石灰粉為吸收劑，將煙氣與消石灰粉進(jìn)行循環(huán)接觸，能夠吸收煙氣中的二氧化硫。

3.4.2 除塵技術(shù)

脈沖電子束去除煙氣中的粉塵效果較好，在電極兩端施加高電壓，當(dāng)電極周?chē)袣怏w介質(zhì)出現(xiàn)時(shí)，高壓電能夠產(chǎn)生局部擊穿，產(chǎn)生放電，同時(shí)能夠得到非熱平衡等離子體。相較于其他脫硫除塵技術(shù)，使用脈沖電暈技術(shù)的成本較低，沒(méi)有二次污染，使用效果良好。脈沖電暈放電可以產(chǎn)生氧氣、過(guò)氧化氫等多種自由基，合理使用這些自由基，能夠吸收煙氣中的二氧化硫，或者與二氧化硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氣溶膠。應(yīng)用效果相對(duì)不錯(cuò)，有一定的市場(chǎng)發(fā)展空間。

除上述方法外，在煙氣處理中氯酸氧化脫硫技術(shù)也有所應(yīng)用。使用這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行煙氣除塵工作，需要配置好以氧化吸收塔和堿式吸收塔為主的相關(guān)設(shè)備。在具體應(yīng)用過(guò)程中，需要先計(jì)算使用氧化劑氯酸的量，之后放入氧化吸收塔。當(dāng)煙氣通過(guò)吸收塔時(shí)，能夠與吸收塔中的氯酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而將煙氣中的硫化物去除。使用氯酸氧化脫硫除塵技術(shù)最大優(yōu)勢(shì)是整個(gè)操作流程相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)溫度以及環(huán)境沒(méi)有嚴(yán)格要求，還能夠保證煙氣的凈化程度，比較符合中小企業(yè)對(duì)煙氣排放治理的需求。使用氯酸氧化脫硫除塵技術(shù)有一點(diǎn)必須考慮，由于在脫硫過(guò)程中會(huì)得到廢酸，因此要對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)處理后才能夠排放，防止對(duì)環(huán)境造成二次污染，具體處理流程可以參照前文的廢水處理。

4 總結(jié)

簡(jiǎn)單介紹鍋爐排放煙氣中的成分，以及未處理的煙氣會(huì)對(duì)大氣和環(huán)境造成影響。在此基礎(chǔ)上研究分析多種煙氣脫硫除塵技術(shù)，對(duì)企業(yè)煙氣脫硫除塵工作開(kāi)展有一定幫助。通過(guò)本文分析研究可以發(fā)現(xiàn)，目前，我國(guó)煙氣脫硫除塵技術(shù)發(fā)展較為全面也比較成熟，具備一定的商業(yè)應(yīng)用潛力，能夠在鋼鐵行業(yè)進(jìn)行廣泛應(yīng)用。隨著我國(guó)對(duì)環(huán)保的重視，相關(guān)的脫硫除塵技術(shù)研究也會(huì)逐漸深入，不斷改進(jìn)并完善煙氣脫硫除塵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。同時(shí)企業(yè)也應(yīng)該積極建設(shè)人才隊(duì)伍，分析實(shí)際應(yīng)用效果，完善改進(jìn)現(xiàn)有煙氣脫硫除塵技術(shù)，不斷創(chuàng)新，使企業(yè)煙氣綜合治理能力邁上一個(gè)新臺(tái)階。