煙氣脫硫技術綜述解析

1、煙氣脫硫技術綜述摘要：由于中國燃料結構以煤為主的特點， 致使中國目前大氣污染仍以煤煙型污 染為主。其中塵和酸雨危害最大，且污染程度還在加劇.因此，控制燃煤煙塵的SO2，對改善大氣污染狀況至關重煙氣脫硫是目前世界上唯一大規(guī)模商業(yè)化應用 的脫硫方式，綜述主要的濕法、干法、半干法煙氣脫硫技術的主要特點，煙氣脫 硫技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。關鍵詞：二氧化硫、煙氣脫硫、脫硫技術。0 刖言煤炭在中國能源結構中的比例高達 75 %以上，我國排放的SO2 90 %均來 自于燃煤。帶來了嚴重的大氣污染問題。控制 SO2污染的途徑有三種： 燃燒前 脫硫、燃燒過程脫硫和燃燒后脫硫，燃燒后脫硫也即是煙氣脫硫。 煙氣脫硫是

2、目 前世界上唯一大規(guī)模商業(yè)化應用的脫硫方式。根據脫硫劑的類型可分為濕法、干 法和半干法脫硫，煙氣脫硫技術（FGD）是解決煙氣排放污染的主要途徑。1煙氣脫硫的基本原理煙氣脫硫的基本原理是化學反應的酸、堿中和反應。煙氣中的SQ是酸性物質，通過與堿性物質發(fā)生反應，生成亞硫酸鹽或者硫酸鹽，從而將煙氣中的SO2脫除。最常用的堿性物質是石灰石（碳酸鈣CaCOs）、生石灰（氧化鈣CaO ）和熟 石灰（氫氧化鈣Ca OH 2 ）也可以用氨和海水等其它堿性物質。SQ與堿性物質 間的反應在堿性溶液中發(fā)生 稱為濕法煙氣脫硫技術，在固體堿性物質的濕潤表面 發(fā)生稱為干法或半干法煙氣脫硫技術。2濕法煙氣脫硫工藝濕法煙氣脫

3、硫是指應用液體吸收劑（如水和堿性溶液等），洗滌含二氧化硫 煙氣脫除煙氣中的二氧化硫此法的優(yōu)點是脫硫效率高、設備小、投資少、操作 容易、穩(wěn)定，以及占地面積??；缺點是易造成二次污染，存在廢水處理問題，特 別是洗滌后煙氣的溫度較低(一般低60C)，不利于煙囪排氣的擴散，易產生 白 煙”需二次加熱，結垢及堵塞嚴重等濕法脫硫目前采用的方法比較多，如石灰 石-石膏法、檸檬酸法、硫化堿法等。2.1石灰石/石青法煙氣脫硫技術該技術以石灰石漿液作為脫硫劑，在吸收塔內對煙氣進行噴淋洗滌，使煙氣 中的SQ反應生成CaS03，同時向吸收塔的漿液中鼓人空氣，強制使 CaS03氧化 為CaSO4 (石膏)，脫硫的副產品為

4、石膏。由于石灰石價格便宜，易于運輸和保 存，因而已成為濕法煙氣脫硫工藝的主要脫硫劑。石灰石/石膏強制氧化技術成為燃煤電廠優(yōu)先選擇的濕法煙氣脫硫工藝。石灰石/石膏法的主要優(yōu)點是：(1) 煤種適用范圍廣；(2) 脫硫效率高(脫硫效率大于95 % )；(3) 吸收劑利用率高(可大于90 % )；(4) 設備運轉率高(可達90 %以上)；(5) 工作可靠性高；(6) 脫硫劑一石灰石來源豐富且廉價。但是石灰石/石膏法的缺點也比較明顯：(1) 一次性投資費用高；(2) 運行費用高；(3) 占地面積較大；(4) 系統(tǒng)管理操作復雜；(5) 磨損腐蝕現(xiàn)象較為嚴重；(6) 副產物一石膏很難處理；(7) 脫硫廢水較

5、難處理。2.2海水煙氣脫硫法海水有一定的堿度和水化學特性，因此該方法可用于燃煤含硫量不高并以海 水作為循環(huán)冷卻水的海濱電廠。海水脫硫法的原理是用海水作為脫硫劑，在吸 收塔內對煙氣進行逆向噴淋洗滌，煙氣中的 SO2被海水吸收成為液態(tài)SO2，液態(tài)的S02在洗滌液中發(fā)生水解和氧化作用，洗滌液被引人曝氣池，采用提高PH值抑制SO2認氣體的溢出，鼓人空氣使曝氣池中的水溶性SO2被氧化成為SO：-。海水脫硫技術的主要特點：(1) 工藝簡單，無需制備脫硫劑，系統(tǒng)可用率高；(2) 脫硫效率高，可達90 %以上；(3) 與其他濕法工藝相比，投資低，運行費用低；(4) 此法只適用于海濱電廠，有一定的地域限制，且只

6、能適用于燃煤含硫量小于1.5%的中、低硫煤。2.3氛法煙氣脫硫技術氨法脫硫的原理是采用氨水作為脫硫吸收劑，氨水與煙氣在吸收塔中接觸混 合，煙氣中的SO2與氨水反應生成亞硫酸錢，亞硫酸按經過氧化反應后，生成硫 酸鐵溶液，經結晶、脫水、干燥后即可制得硫酸鐵(化學肥料)。氨法脫硫工藝的主要技術特點：(1) 副產品硫酸按的銷路和價格是氨法工藝應用的先決條件。這是由于氨法 所采用的吸收劑氨水價格比石灰石高， 如果副產品無銷路或銷售價格低，不能抵 消吸收劑費用，則不能應用氨法脫硫工藝；(2) 由于氨水與SQ的反應速度要比石灰石(或石灰)與SO2的反應速度快得多，同時氨法不需吸收劑再循環(huán)系統(tǒng)，因而氨法脫硫系

7、統(tǒng)簡單，投資費用較低；(3) 該工藝不存在結垢和堵塞現(xiàn)象；(4) 氨水的來源是選擇此工藝的必要條件；(5) 氨法脫硫工藝無廢水、廢渣排放；(6) 在增加一套脫硝裝置的情況下就可以同時脫除煙氣中的SQ和NOx。2.4液柱噴射煙氣脫硫除塵集成技術該技術是清華大學的專利技術，液柱噴射煙氣脫硫除塵集成系統(tǒng)主要由脫硫 反應塔、脫硫及制備系統(tǒng)、脫硫及產物處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和煙道系統(tǒng)組成，其 中液柱反應塔是其核心裝置。該技術投資低，脫硫率達85 %以上，脫硫劑的利用率為90 %以上，除塵效率達95 %以上，運行成本低，脫硫成本每千克 SO2約 為0 .45元。脫硫產物主要是CaSO4，可以用作建筑材料和鹽堿

8、地的改造 2.5其它濕法工藝除前述的傳統(tǒng)方法外，還有 MgO法、亞硫酸銨法、Wellman -Lord法、檸 檬酸鈉-磷酸鈉法和千代田法、液相濕式生物還原法等。通?？筛鶕牧蟻碓?及副產物銷路，合理選用。3半干法煙氣脫硫工藝半干法的工藝特點是：反應在氣、固、液三相中進行，利用煙氣顯熱蒸發(fā)吸 收液中的水份，使最終產物為干粉狀。其優(yōu)點：脫硫是在氣、液、固三相狀態(tài)下 進行，工藝設備簡單，生成物為干態(tài)的 CaSO3、CaSO4，易處理，沒有嚴重的設 備腐蝕和堵塞情況，耗水也比較少。缺點：自動化要求比較高，吸收劑的用量難 以控制，吸收效率不是很高。所以，選擇開發(fā)合理的吸收劑是解決此方法面臨的 新難題。

9、若與袋式除塵器配合使用，將能提高10%的脫硫效率。如噴霧干燥法等。3.1旋轉噴霧干燥法旋轉噴霧干燥法煙氣脫硫技術是利用噴霧干燥的原理，將吸收劑漿液霧化噴 人吸收塔。在吸收塔內，吸收劑在與煙氣中的 SO2發(fā)生化學反應的同時，吸收煙 氣中的熱量使吸收劑中的水分蒸發(fā)干燥，完成脫硫反應后的廢渣以干態(tài)形式排 出。為了把它與爐內噴鈣脫硫技術相區(qū)別，又把這種脫硫工藝稱作半干法脫硫.旋轉噴霧干燥法煙氣脫硫反應過程包含 4個步驟：(1) 吸收劑制備；(2) 吸收劑漿液霧化；(3) 霧粒與煙氣混合、吸收SO2并被干燥；(4) 脫硫廢渣排出。旋轉噴霧干燥法煙氣脫硫工藝一般用生石灰(CaO)作吸收劑。生石灰經熟化變

10、成具有較好反應能力的熟石灰(CaOH 2)，熟石灰漿液經高達15000-20000 min 的高速旋轉霧化器噴射成均勻的霧滴，其霧粒直徑可小于100 Jm，具有很大的表面積，霧滴一經與煙氣接觸，便發(fā)生強烈的熱交換和化學反應， 迅速地將大部分水分蒸發(fā)，產生含水量很少的固體灰渣。如果吸收劑顆粒沒有完全干燥，那么 在吸收塔之后的煙道和除塵器中仍可繼續(xù)發(fā)生吸收SO2的化學反應。旋轉噴霧干燥法系統(tǒng)相對簡單、投資低、運行費用不高，運行相當可靠，不會產生結垢和堵 塞，只要控制好干燥吸收器的出口煙氣溫度，對設備的腐蝕性也不高。由于其干式運行，脫硫副產物易于處理，但脫硫效率略低于濕法脫硫效率。3.2爐內噴鈣尾部

11、增濕活化法(LIFAC法)此種工藝由芬蘭IVO公司開發(fā)，是在爐內噴鈣工藝的基礎上發(fā)展起來的。 傳統(tǒng)爐內噴鈣工藝的脫硫效率僅為 20%-30%，而LIFAC法在空氣預熱器和除塵 器間加裝一個活化反應器噴水增濕，促進脫硫反應，脫硫效率可達70 % 一 75 %。 LIFAC法比較適合中低硫煤，其投資及運行費用具有明顯優(yōu)勢， 較具競爭力另外 由于活化器的安裝對機組運行影響不大，較適合中、小容量機組和老電廠的改造。 此種工藝雖然具有投資與運行費用較低的優(yōu)勢，但其脫硫效率比濕法脫硫效率 低。3.3循環(huán)流化床脫硫技術德國魯奇公司在20世紀70年代開發(fā)了循環(huán)流化床脫硫技術。原理是在循 環(huán)流化床中加人脫硫劑石

12、灰石以達到脫硫的目的。由于流化床具有傳質和傳熱的特性，所以在有效吸收SO2的同時還能除掉HCI和HF等有害氣體。利用循環(huán)流 化床技術，可通過噴水將床溫控制在最佳反應溫度下，通過物料的循環(huán)使脫硫劑的停留時間增加，大大提高了鈣的利用率和脫硫效率。 該技術適用于高硫煤，在 Ca/S為1-1.5時，脫硫效率可達到90% 97 %。循環(huán)流化床脫硫工藝的主要優(yōu)點是：(1) 與濕法相比，結構簡單、造價低，約為濕法投資的50%;(2) 采用Ca OH 2作脫硫劑時有很高的鈣利用率和脫硫效率，特別適合于高硫煤；(3) 運行可靠。由于此法采用干式運行，產生的最終固態(tài)產物易于處理。我 國目前已可制造200MW機組循

13、環(huán)流化床鍋爐。4干法煙氣脫硫工藝干法煙氣脫硫，是指應用干粉狀或粒狀吸收劑、吸附劑或催化劑來處理含二 氧化硫煙氣，使煙氣中的二氧化硫得到凈化.此法的優(yōu)點是工藝過程簡單、無污 水處理問題、能耗低，特別是凈化后煙氣溫度較高（一般高于100C），有利于煙 囪排氣的擴散，不會產生 白煙”現(xiàn)象，凈化后的煙氣不需要二次加熱就可直接排 空，腐蝕性小；缺點是脫硫效率較低，設備龐大，投資大，占地面積大，操作不 穩(wěn)定，操作技術要求高，不易控制等。如活性炭脫硫法、電子束煙氣脫硫技術等。 4.1荷電干式噴射脫硫法該法的作用原理是，吸收劑以高速通過高壓靜電電暈充電區(qū)后， 在其表面上 形成靜電荷，由于同種電荷相互排斥，使吸

14、收劑顆粒很快在煙氣中擴散， 形成均 勻的懸浮狀態(tài)，從而增加與SQ反應的機會。此外由于離子的電暈，可增強其 活性，縮短反應所需滯留時間，從而有效提高脫硫率。該法的缺點是，脫硫率低， 吸收劑利用率不高。4.2電子束法電子束是采用高能電子束照射煙氣，使煙氣中的N2、02和水蒸氣被激活，電離甚至裂解，產生大量離子及自由基等活性離子。由于它們的強氧化性，使SQ 被氧化為SC3，這些高價的硫氧化物與水蒸氣反應生成霧狀的 H2SO4 ,產生的 酸再與預先注入反應器中的NH 3反應生成硫銨。4.3脈沖電暈法該法是利用等離子體產生的高能電子將 HO -H及C -C健打開，使之成為 自由基或活化粒子，這些自由基或

15、活化粒子可與 SC2及NCx反應。由于這些等 離子體在常溫下只提高電子的溫度， 而不提高離子的溫度，故該法的能量效率比 電子束法至少高兩倍。此法可同時脫除煙氣中的 SC2、NCX及重金屬。5兩種較有前景的、開發(fā)中的煙氣脫硫技術5.1活性焦可資源化煙氣脫硫技術活性焦煙氣脫硫脫氮技術，是一種新型的干法煙氣凈化技術。它利用以煤為 原料制造的活性焦，作為脫除煙氣中二氧化硫、粉塵等的可復原再生的吸附劑， 同時作為脫除煙氣中氮氧化物的無害化催化劑。而且，它將吸附的二氧化硫，通 過解吸轉換成高濃度二氧化硫氣體，作為化工生產原料，方便地生產硫酸、硫磺、 硫酸按等多種化工產品?；钚越姑摿蛐阅芨?，制造成本低，而且

16、作為脫硫劑，它 可以反復使用。吸附飽和后的活性焦，通過加熱得到再生，又恢復了活性，可繼 續(xù)使用。由于我國煤炭資源豐富，活性焦的來源不成問題。該法無廢水、廢渣 、廢氣等二次污染排放，脫硫成本低、脫硫效率咼，除塵效率也很好，與已有脫 硫技術相比更具先進性，這一技術的產業(yè)化推廣，可在解決我國長期存在的二氧 化硫污染方面起到巨大的推動作用。2002年，南京電力自動化設備總廠承擔國 家科技部“ 863計劃，開發(fā)的活性焦煙氣脫硫脫氮及裝置技術應用于我國最大 的磷肥廠一貴州甕福磷肥廠獲得成功。2005年1月，該技術的工業(yè)示范裝置在 甕福磷肥廠建成投人運行。脫除下來的二氧化硫氣體全部用于生產硫酸，2005年

17、7月，貴州省環(huán)境監(jiān)測中心對該裝置進行了測試，脫硫效率達到 95 %以上，同 時除塵效率達到了 70%。5.2超重力技術脫硫技術北京化工大學超重力工程技術中心開發(fā)的一種新技術 一超重力技術，用來 吸收煙氣中的SO2。超重力技術的理論根據是：通過高速旋轉，利用離心力來增大g，從而增大氣、液兩相接觸過程的動力因素即浮力因子 巾，流體相對 速度也增大，巨大的切應力克服了表面張力，使得相間接觸面積增大，從而大大 強化氣、液相間傳遞過程。超重力技術所應用的旋轉填料床（Rotating Packed Bed ） 是利用高速旋轉的填料床產生的強大離心力（超重力），使氣液的流速及填料的 有效比表面積大大提高而不

18、液泛，液體在高分散、高混合、強湍動以及界面急速 更新的情況下與氣體極大的相對速度在彎曲流道中接觸，極大地強化傳遞過程。 錯流型旋轉填料床中的氣體流道橫截面均勻，氣速恒定，且氣體沿旋轉床軸向流動，無需克服離心阻力，故氣相阻力小，適合大流量的氣液兩相傳熱傳質。在旋 轉填料床中傳質單元高度降低了 1 一 2個數量級，可將塔的高度縮為原來的1/10， 塔的直徑減為原來的1/5,并且顯示出許多傳統(tǒng)設備完全不具備的優(yōu)點。采用超 重力技術，不僅設備體積小、占地面積少、節(jié)省基建投資，更重要的是該技術吸 收SC2充分，尾氣排放達到300mg/kg以下。目前超重力技術設備（簡稱超重機） 在山東省淄博市已成功使用6結語目前煙氣脫硫技術種類繁多，但是通過各種煙氣脫硫工藝技術的特點來看， 現(xiàn)在技術最成熟、運行最穩(wěn)定、國內外應用最廣泛的還是石灰石/石膏法煙氣脫硫技術，但循環(huán)流化床和海水脫硫等新型煙氣脫硫技術正在迅速為人們所認可。 隨著社會經濟的快速發(fā)展，更多的新型煙氣脫硫技術正在涌現(xiàn)及發(fā)展，為了我們的環(huán)境，綜合各方面因素，因適當的選擇煙氣脫硫方式，達到低成本、高效率的 程度。參考文獻：1 楊颶二氧化硫減排技術與煙氣脫硫工程M.北京：冶金工業(yè)出版社，2004 .2 郝吉明，王書肖，陸永琪燃煤二氧化硫污染控制技術手冊M.北