我国烟气脱硫技术的发展及应用现状

我国烟气脱硫技术的发展及应用现状于庆波　王新华　秦　勤　吴进怡(东北大学材料冶金学院)　邢海滨(大连钢铁集团公司)摘　要　扼要介绍了国内目前正在运行或研究的烟气脱硫技术,阐述了湿法、半干法、干法和生物脱硫技术在我国的发展及应用情况,并对各种技术加以分析比较,指出半干法烟气脱硫比较适合我国国情,值得加以深入研究和推广。

关键词　环保　烟气脱硫D EVELOP M ENT AND APPL I CAT I ON OF THE FL UE GASD ESUL FUR IZAT I ON TECHNOLOGIES IN CH INAYu Q ingbo　W ang X inhua　Q in Q in　W u J inyi(N o rtheastern U n iversity)X ing H aib in(D alian Iron and Steel Company)Abstract　Cu rren tly app lied o r researched F lue Gas D esu lfu rizati on(FGD)techno logies in Ch ina are b riefly in troduced in th is paper.P resen t statu s of developm en t and app licati on of w et,half dry, dry and b i o logical desu lfu rizati on techno logies in Ch ina are discu ssed,and after analyzing and comparing of each techno logies,w e conclude that the half dry FGD techno logy is su ited to ou r Ch inese characteristic and is w o rth of fu rther research and popu larizati on.Keywords　the p ro tecti on of environm en t　F lue Gas D esu lfu rizati on1　前言燃烧矿物燃料排放的SO2是造成酸雨的主要原因之一。

酸雨导致土壤和水系的酸化,危害森林和农作物,给人类的生态环境造成灾难性后果。

1995年我国SO2排放量已达2370万吨,居世界第一位〔1〕,1997年则达到2700多万吨〔2〕,增长速度令人吃惊。

采取有力措施控制SO2排放刻不容缓。

消除SO2污染可分为三种途径,即燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和烟气脱硫,其中烟气脱硫被认为是最行之有效的途径。

但目前国内外烟气脱硫技术已有百余种,工业性应用的也有几十种,如何恰当选择符合各单位自身实际情况的烟气脱硫技术及装置成为众多厂家急需解决的问题。

本文扼要介绍了目前国内科研单位及厂矿企业所研究或运行的烟气脱硫(F lue Gas D esu lfu rizati on,FGD)技术,旨在供各厂家参考选择脱硫效率达标、综合经济性能好、适合我国国情的FGD技术。

2　发展及应用现状烟气脱硫技术按工艺特点可分为湿法、半干法和干法三大类,按副产物的处置方式又分为回收和抛弃两种流程。

211　湿法脱硫工艺湿法脱硫工艺应用最多,占脱硫总装机容量的83%,技术最成熟,脱硫效率最高,但成本也最高,我国国情还不允许大规模上湿法脱硫工艺。

21111　石灰 石灰石2石膏法这是最成熟的烟气脱硫技术,它是用石灰乳喷射到吸收塔,与烟气中的SO2结合成硫酸钙,脱硫效率达90%以上。

但设备运行、维护费用高,国内一般企业难以接受,而且大量使用石灰基材料脱硫会向大气中排放更多的CO2气体。

为降低设备造价与设备运行费用,国内许多学者正在深入研究提高吸收剂的利用率,并取得一定的成果。

如陆永琪等制备了飞灰与氢氧化钙的水合物,可使钙基脱硫剂的活性提高5倍〔3〕,李玉平等研究认为硫酸钠对石灰石的溶解有明显的促进作用〔4〕,但这些研究还都停留在实验室阶段,如何在工业规模实验中成功验证是关键。

时黎明等研究了水合作用对钙基吸收剂脱硫性能的影响,认为水合作用是提高钙基吸收剂利用率的一项很有前景的技术〔5〕,但对于蒸汽或水与吸收剂的作用方式尚未清楚,有待于进一步研究。

由于国内对于该技术的研究尚未有突破进展,目前国内石灰 石灰石2石膏法脱硫设备以从日本进口为主。

重庆珞璜电厂引进了日本2套湿式石灰石2石膏回收法FGD装置,脱硫率达9617%,石膏纯度达9314%〔6〕。

国内采用此法的还有太原第一热电厂、重庆电厂、杭州半山电厂、北京第一热电厂等。

21112　气动脱硫技术(A ero so l FGD,A FGD)此法基本原理是:经加速的待处理气体从过滤器下方进入过滤器,形成旋转气流,与过滤器上端流下的液体相遇,气体高速旋切液体并将液体托住反复破碎,液粒变得越来越细微,气液充分混合并在恰当的参数匹配下形成一段动态稳定的液滴悬浮层称之为乳化层,当气体的托力与液滴重力平衡后,最早形成的悬浮液将被新形成的悬浮液所取代,带着捕集的杂质排出过滤器,从而使气体得到净化。

该工艺特点是压力损失小,除尘、脱硫效率高,液气比小,捕捉粉尘粒径小。

此法系北京空气动力研究所引进吸收俄罗斯技术〔7〕。

最初用在6t h以下工业锅炉上,后来又针对35t h以上锅炉进行了中试,脱硫效率达9313%。

除尘率达98%。

目前该技术已应用于江苏溧阳电厂。

21113　海水烟气脱硫海水烟气脱硫工艺系统主要由吸收塔、烟气2烟气加热器和曝气池(海水恢复系统)等组成,其主要原理是:经过除尘处理及降温后的烟气由塔底进入脱硫吸收塔中,在塔内与由塔顶均匀喷洒的纯海水逆向充分接触混合,海水将烟气中的SO2有效地吸收生成亚硫酸根离子,经过脱硫吸收后的海水借助重力作用流入曝气池中,与大量的海水混合并利用鼓风机鼓入大量的空气以使亚硫酸根离子氧化成原海水中大量存在的硫酸根离子形式。

同时利用海水中的碳酸根离子和氢离子,在大量空气鼓入的同时赶走脱硫海水中的CO2,从而使海水的pH 得以恢复。

吸收SO2后的海水经过海水恢复系统使水质得以恢复后流入大海。

该工艺利用天然纯海水作为吸收剂,无需添加剂,也不产生废弃物,工艺简单,运行可靠,脱硫效率高(理论上可达98%),运行费用低。

但对煤的含硫量有一定要求,一般只适用于中、低硫煤。

沿海附近有条件的单位可以因地制宜,采用此工艺脱除二氧化硫。

国内目前采用海水脱硫工艺的只有深圳西部电厂〔8〕。

21114　污水生化处理出水吸收SO2SO2是中等溶解度的气体,在水中溶解后可进一步电离形成氢离子。

随水中氢离子浓度的上升,限制了SO2的继续溶解。

SO2+H2O∴H SO-3+H+(1)H SO-3∴SO2-3+H+在污水生化处理过程中,微生物分解有机物,释放出CO2,当溶有CO2的污水遇到碳酸钙等难溶性强碱弱酸盐时,就以形成偏酸盐的形式溶解下来。

这样,水中便产生对酸具有一定缓冲能力的物质,即碱度。

在生化出水中,SO2化学吸收过程中产生的氢离子被结合:HCO-3+H+∴H2CO3(aq)∴H2O+CO2(g)↑CO2-3+H+∴HCO-3SO2溶解在水中形成的亚硫酸氢根离子不稳定,易被氧化成硫酸根离子:2H SO-3+CO2-3+O2∴2SO2-4+CO2+H2O可见,在生化出水中形成的缓冲体系(CO2 H2CO3 HCO-3 CO2-3)增大了液体对SO2的吸收容量,使得反应(1)不断进行,直至缓冲作用枯竭。

该工艺是烟道气脱硫和污水回用的新思路,使污水生化处理既是解决污染的手段,又成为资源利用的方法。

马鲁铭等试验证明,生化处理出水吸收SO2的效果好,去除率可达95%。

与海水脱硫方法相比,用水量少,且吸收液pH值高。

该法投资、运行费用少,无需化学试剂,不产生二次污染,是很有发展前景的新工艺。

国内这方面的研究还处于实验阶段〔9〕,有兴趣的单位可以深入研究,使其早日应用于工业装置。

湿法工艺中,除上述方法外,还有磷酸铵肥法、锰离子催化氧化法、软锰矿吸收法、碱式硫酸铝法、千代田法、双碱法、氨酸法、钠盐循环法、氧化镁法等。

各单位应根据原材料来源及副产物销路,并结合自身实际情况,合理选用。

212　半干法半干法工艺特点是:反应在气、液、固三相中进行,利用烟气显热蒸发吸收液中的水分,使最终产物为干粉状,若与除尘器配合使用,能提高10%的脱硫效率。

半干法效率较湿法低,但投资也少,因此国内老企业改造可以考虑采用半干法。

21211　旋转喷雾干燥法旋转喷雾干燥法是用碱性吸收剂的悬浮液或溶液通过高速旋转雾化器雾化成细小的雾滴喷入吸收塔中,并在塔中与经气流分布器导入的热烟气接触,水蒸气和碱性吸收液在湿干两种状态下同SO2反应,干燥产物则在气液后侧用除尘器除去。

该法脱硫效率达80%～85%,投资及运行费用较低,经济性能较好,适合于我国国情。

国内采用此工艺的有四川白马电厂和山东黄岛电厂等。

21212　炉内喷钙增湿活化法此法是在炉内喷钙的基础上发展起来的,即在燃煤锅炉内适当温度区喷射石灰石粉,并在锅炉空气预热器和除尘器之间加装一个活化反应器,喷水增湿,促进脱硫反应,脱除烟气中的SO2。

该法占地面积小,施工方便,安装活化反应器不影响锅炉运行,投资少,可利用价格便宜的石灰石,脱硫效率可达70%～80%。

综合各项指标,可以看出该法尤适合于老电厂改造,应在国内大力推广。

目前采用此工艺的主要有辽宁抚顺电厂和南京下关电厂。

21213　半干半湿法FGD技术半干半湿法工艺中锅炉烟气直接进入脱硫塔,在入塔之前同脱硫剂(氧化钙或氢氧化钙粉末)混和,塔内喷淋水雾,在塔中,SO2、水和脱硫剂发生化学反应,脱硫剂与SO2的水溶液即亚硫酸反应生成亚硫酸钙,再氧化成硫酸钙,脱除烟气中的SO2。

该工艺省去了旋转喷雾干燥法庞大的制桨系统,变喷入氢氧化钙水溶液为喷入氧化钙或氢氧化钙粉末和喷水雾,同时也克服了炉内喷钙法反应时间长、反应效率低的缺点,提高了钙的利用率,保持了旋转喷雾干燥法脱硫效率高、钙利用率高和炉内喷钙法工艺简单的优点,而且投资少,脱硫灰可制砖。

在整体Ca S摩尔比为115～117时,该法可达80%以上的脱硫效率。

该法目前仍在实验阶段〔2〕,有待于进一步完善和推广,供众多厂家选择。

213　干法脱硫干法脱硫反应在无液相介入的完全干燥状态下进行,反应产物亦为干粉状,其投资、运行费用最低,但效率稍低。

21311　静电干式喷射脱硫法此法核心是吸收剂高速通过高压静电电晕充电区后喷射到烟气流中,扩散成均匀的悬浊状态。

吸收剂粒子表面充分暴露,增加了与SO2反应的机会,同时由于粒子表现的电晕,增强了其活性,缩短了反应所需滞留时间,有效地提高了脱硫效率。