煙道氣生物脫硫技術(shù)進(jìn)展

1、煙道氣生物脫硫技術(shù)進(jìn)展摘要：本文簡(jiǎn)述了煙道氣脫硫技術(shù)的進(jìn)展，并主要介紹了生物脫硫的原理及應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：煙道氣生物脫硫一、煙道氣脫硫技術(shù)進(jìn)展1.1濕法煙氣脫硫技術(shù)濕法脫硫的優(yōu)點(diǎn)是：硫氧化物的吸收反響速度快,設(shè)備體積小，建立費(fèi)用較低，建筑用地較少，二次污染減少。缺點(diǎn)是：由于排煙溫度降到60左右，排煙的散效果差；需要大量的水。1.1.1石灰/石灰石石膏法濕法煙氣脫硫應(yīng)用最為廣泛，占脫硫總裝機(jī)容量的83.02%，而其中占絕對(duì)統(tǒng)治地位的石灰/石灰石石膏法是目前世界上最成熟、運(yùn)行狀況最穩(wěn)定的脫硫工藝。該法最早是由美國(guó)Eshellan在1909年提出來(lái)的，1931年美國(guó)Battersea電站建成了第一套

2、石灰/石灰石脫硫系統(tǒng)。在該工藝中,石灰石或石灰洗滌劑與煙氣中S2反響,反響產(chǎn)物硫酸鈣在洗滌液中沉淀下來(lái)，經(jīng)別離后即可拋棄也可以石膏的形式回收。80年代，隨著吸收塔、吸收槽內(nèi)腐蝕和結(jié)垢問(wèn)題的解決，新設(shè)備、新技術(shù)以及電子計(jì)算機(jī)的使用都使得該法更具有生命力。目前，該法已在很大程度上進(jìn)展了改良和完善，比擬常用的技術(shù)如傳統(tǒng)的雙堿法、由德國(guó)魯奇公司于80年代末開(kāi)發(fā)的FB-FB新型脫硫工藝、日本開(kāi)發(fā)的煤灰干式脫硫法以及黃磷和堿水乳液法等。該過(guò)程存在的主要問(wèn)題是：當(dāng)S2的濃度波動(dòng)時(shí)，脫硫劑石灰粉末或漿液的投入量難以控制，吸收塔中的吸收液不能處于最正確吸收狀態(tài)，影響脫硫率；低值副產(chǎn)物石膏還有待于解決含水率高和綜

3、合利用的問(wèn)題；整體裝置和運(yùn)行費(fèi)用仍偏高；脫硫效率不高。1.1.2海水脫硫工藝海水脫硫是近年來(lái)開(kāi)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。該工藝?yán)锰烊坏募兒Ｋ鳛闊煔庵蠸2的吸收劑，無(wú)需其它任何添加劑，也不產(chǎn)生任何廢棄物，具有工藝簡(jiǎn)單、系統(tǒng)運(yùn)行可靠、脫硫效率高等特點(diǎn)。1.1.3液柱噴射煙氣脫硫除塵集成技術(shù)該技術(shù)是清華大學(xué)的專(zhuān)利技術(shù)，液柱噴射煙氣脫硫除塵集成系統(tǒng)主要由脫硫反響塔、脫硫及制備系統(tǒng)、脫硫及產(chǎn)物處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和煙道系統(tǒng)組成，其中液柱反響塔是其核心裝置。該技術(shù)投資低，脫硫率達(dá)85以上，脫硫劑的利用率為90以上,除塵效率達(dá)95以上,運(yùn)行本錢(qián)低,脫硫本錢(qián)每千克S2約為0.45元。脫硫產(chǎn)物主要是aS4，可以用作

4、建筑材料和鹽堿地的改造。1.1.4其它濕法工藝除前述的傳統(tǒng)方法外,還有g(shù)法、亞硫酸銨法、ellan-Lrd法、檸檬酸鈉磷酸鈉法和千代田法、液相濕式生物復(fù)原法等。通?？筛鶕?jù)原材料來(lái)源及副產(chǎn)物銷(xiāo)路，合理選用。1.2半干法煙氣脫硫技術(shù)半干法脫硫工藝的特點(diǎn)是，反響在氣、固、液三相中進(jìn)展，利用煙氣顯熱蒸發(fā)吸收液中的水分，使最終產(chǎn)物為干粉狀，脫硫廢渣一般拋棄處理。噴霧枯燥法屬于半干法脫硫工藝，該工藝?yán)檬沂瘽{液作吸收劑，以細(xì)霧滴噴入反響器與S2邊反響邊枯燥。在反響器出口，隨著水分的蒸發(fā)，形成干的混合顆粒物。該法可脫除70%95%的S2。另外由于噴霧枯燥法的操作是在近似絕熱飽和溫度下進(jìn)展的，為使噴霧枯燥器

5、穩(wěn)定運(yùn)行，要求控制吸收液的參加量，這使操作變得較為困難。1.2.1旋轉(zhuǎn)噴霧枯燥法旋轉(zhuǎn)噴霧枯燥法是用堿性吸收劑的懸浮液或溶液通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)霧化器霧化成細(xì)小的霧滴噴入吸收塔中，并在塔中與經(jīng)氣流分布器導(dǎo)入的熱煙氣接觸，水蒸氣和堿性吸收液在濕干兩種狀態(tài)下同S2反響，枯燥產(chǎn)物那么在氣液后側(cè)用除塵器除去。1.2.2爐內(nèi)噴鈣增濕活化法此法是在爐內(nèi)噴鈣的根底上開(kāi)展起來(lái)的，即在燃煤鍋爐內(nèi)適當(dāng)溫度區(qū)噴射石灰石粉，并在鍋爐空氣預(yù)熱器和除塵器之間加裝一個(gè)活化反響器，噴水增濕，促進(jìn)脫硫反響，脫除煙氣中的S2。1.3干法煙氣脫硫技術(shù)干法脫硫的工藝特點(diǎn)是，反響在無(wú)液相介入的完全枯燥狀態(tài)下進(jìn)展，反響產(chǎn)物為干粉狀。其主要優(yōu)點(diǎn)是能

6、處理大量的排煙，排出煙氣的溫度下降比擬小，對(duì)煙囪周?chē)貐^(qū)來(lái)說(shuō)，由于煙霧而引起的二次污染較少，用水量少。缺點(diǎn)是由于硫氧化物的吸收反響速度慢，因此排煙設(shè)備體積大，建立費(fèi)用高。1.3.1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(guò)高壓靜電電暈充電區(qū)后，在其外表上形成靜電荷，由于同種電荷互相排擠，使吸收劑顆粒很快在煙氣中擴(kuò)散，形成均勻的懸浮狀態(tài)，從而增加與S2反響的時(shí)機(jī)。此外由于離子的電暈，可增強(qiáng)其活性，縮短反響所需滯留時(shí)間，從而有效進(jìn)步脫硫率。該法的缺點(diǎn)是，脫硫率低，吸收劑利用率不高。1.3.2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、2和水蒸氣被激活,電離甚至裂解，產(chǎn)生大量離

7、子及自由基等活性離子。由于它們的強(qiáng)氧化性，使S2被氧化為S3，這些高價(jià)的硫氧化物與水蒸氣反響生成霧狀的H2S4，產(chǎn)生的酸再與預(yù)先注入反響器中的NH3反響生成硫銨。1.3.3脈沖電暈法該法是利用等離子體產(chǎn)生的高能電子將H-H及-健翻開(kāi)，使之成為自由基或活化粒子，這些自由基或活化粒子可與S2及Nx反響。由于這些等離子體在常溫下只進(jìn)步電子的溫度，而不進(jìn)步離子的溫度，故該法的能量效率比電子束法至少高兩倍。此法可同時(shí)脫除煙氣中的S2、Nx及重金屬。二、煙氣生物脫硫原理煙氣中的S2通過(guò)水膜除塵器或吸收塔溶解于水并轉(zhuǎn)化為亞硫酸鹽、硫酸鹽；在厭氧環(huán)境及有外加碳源的條件下，硫酸鹽復(fù)原菌將亞硫酸鹽、硫酸鹽復(fù)原成硫

8、化物；然后再在好氧條件下通過(guò)好氧微生物的作用將硫化物轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫，從而將硫從系統(tǒng)中去除。可以將煙氣生物脫硫過(guò)程劃分兩個(gè)階段，即S2的吸收過(guò)程和含硫吸收液的生物脫硫過(guò)程。2.1吸收S2的工作原理利用微小水滴的宏大外表積完成對(duì)煙氣的吸收，從而使S2從氣相轉(zhuǎn)入液相，并主要以亞硫酸根、硫酸根的形式存在。吸收效果與吸收液的比外表積、pH、堿度、溫度等有關(guān)，但主要取決于吸收液的比外表積。該過(guò)程的主要反響如下：S2(g)S2(l)S2(l)+H2HS3+H+HS3S32-+H+2S32-+22S42-從方程可以看出，在S2的吸收過(guò)程產(chǎn)生了H+。因此，吸收液必須有足夠的堿度來(lái)中和H+,以保障吸收反響的持續(xù)進(jìn)展

9、。2.2含硫吸收液生物脫硫的工作原理在厭氧環(huán)境下，富含亞硫酸鹽。硫酸鹽的水在硫酸鹽復(fù)原菌的作用下此處以甲醇作為硫酸鹽復(fù)原的電子供體：HS3-+H3HHS-+2+2H23S32-+4H3H3HS-+3H3-+2+5H2在好氧條件下利用細(xì)菌將厭氧形成的硫化氫氧化成單質(zhì)硫，并將單質(zhì)硫顆粒予以回收。發(fā)生發(fā)應(yīng)如下：2SH-+22S0+2H-很顯然，該反響增加了系統(tǒng)循環(huán)液的堿性，與吸收過(guò)成導(dǎo)致吸收液酸性增加的反響互逆，這維持了整個(gè)系統(tǒng)pH的穩(wěn)定，從而減少了系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的藥劑投加量。三、荷蘭的BiFGD工藝1992年，荷蘭HTSEE公司和Paques公司開(kāi)發(fā)的煙道氣生物脫硫工藝BiFGD標(biāo)志著煙氣生物脫硫技術(shù)

10、領(lǐng)域到達(dá)了實(shí)用技術(shù)程度。3.1BiFGD工藝流程90年代初，荷蘭ageningen農(nóng)業(yè)大學(xué)在厭氧處理硫酸鹽廢水領(lǐng)域進(jìn)展了大量研究，并開(kāi)發(fā)了回收單質(zhì)硫的生物脫硫工藝。荷蘭HTSEE公司和Paques公司將這一新技術(shù)應(yīng)用于煙氣生物脫硫工程：從1992年5月開(kāi)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行，到1993年7月的中試運(yùn)行，積累了不少經(jīng)歷，使工藝的開(kāi)展日趨成熟。目前BiFGD工藝對(duì)中小型鍋爐煙氣治理已進(jìn)入實(shí)用化階段，其示范工程處理電廠廢氣量達(dá)200萬(wàn)3/h。BiFGD工藝主要通過(guò)1個(gè)吸收器和2個(gè)生物反響器去除氣體中的S2。吸附器首先吸收煙氣中的S2，并且是唯一與氣體接觸的單元。在第1個(gè)反響器通過(guò)厭氧生物處理形成硫化物，在第

11、2個(gè)反響器通過(guò)好氧生物處理將硫化物氧化成高質(zhì)量的單質(zhì)硫，其工藝流程如下列圖所示：BiFGD工藝包括4個(gè)主要局部：吸附器、厭氧反響器、好氧反響器、硫回收。1采用立式的噴淋塔作為吸附器，該吸附器與傳統(tǒng)的氫氧化鈉洗滌器作用一樣。吸附器提供了霧化水滴，從而加速了氣液傳質(zhì)過(guò)成，進(jìn)步了液氣比；該吸附器中S2去除率與氣液接觸親密相關(guān)，同時(shí)pH的影響也至關(guān)重要。2厭氧反響器采用內(nèi)循環(huán)反響器，在厭氧反響器中亞硫酸鹽和硫酸鹽被硫酸鹽復(fù)原菌復(fù)原成硫化物，煙氣吸收液中的煙塵與重金屬硫化物的沉淀也被增長(zhǎng)的生物物質(zhì)所捕獲并與剩余生物污泥一起除去。含有污染物的污泥可以在電廠與煤一起燃燒而不會(huì)產(chǎn)生另外的污染源。3好氧反響器采

12、用氣提反響器，在好氧反響器中好氧微生物將前一步形成的硫化物氧化成硫元素。與此同時(shí)，廢液中的pH值得以上升這與吸附器中S2吸附到水中引起pH值降低的反響互逆。吸收液由于互相抵消變成中性，從而可以減少藥劑投加量，并削弱吸收液對(duì)吸附器的腐蝕。4將好氧反響器出水中的單質(zhì)硫進(jìn)展回收，回收工藝由氣浮池、斜板沉淀池、真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾器等組成?；厥樟蛑兄挥猩倭康奈⑸铮浼兌冗_(dá)92。3.2BiFGD工藝的中試結(jié)果1993年HTSEE和Paques公司首先將BiFGD工藝應(yīng)用于規(guī)模為50電廠的煙氣治理，在該處理系統(tǒng)順利運(yùn)轉(zhuǎn)的根底上，BiFGD工藝被進(jìn)一步放大在荷蘭南部eertridenberg的600火力發(fā)電站建立

13、了煙道氣生物脫硫中試工廠。設(shè)備尺寸：吸附塔高6；厭氧內(nèi)循環(huán)反響器高10、直徑1；好氧氣提循環(huán)反響器高8；利用斜板沉淀池以濃縮回收硫。煙氣流量：200080003/h；S2含量：3000g/3這一規(guī)模相當(dāng)于國(guó)內(nèi)3t鍋爐產(chǎn)生的廢氣程度。中試系統(tǒng)在啟動(dòng)6周內(nèi)能培養(yǎng)出穩(wěn)定的高溫微生物并有75的S2轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫，剩余的25轉(zhuǎn)化為多聯(lián)硫酸鹽。經(jīng)過(guò)6周后，系統(tǒng)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行在6.0kgS2/h下，S2幾乎全部轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫。中試系統(tǒng)吸收液大局部循環(huán)利用，只消費(fèi)少量的廢水。根據(jù)中試研究可以得出，煤炭火力發(fā)電廠消費(fèi)的高溫有毒煙氣用微生物處理是非常適宜的。3.3BiFGD工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比擬在假定電廠用煤含硫率1.5、系

14、統(tǒng)S2去除率90的條件下，對(duì)BiFGD和LSF兩種工藝在300和600火力發(fā)電廠的投資和運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)展核算，最后最后確認(rèn)BiFGD工藝的總投資費(fèi)用比LSF大約低30。BiFGD工藝投資低的主要原因是所需的吸收器容積負(fù)荷高得多，另外制造工藝處理設(shè)施的用料也大量減少。BiFGD工藝的費(fèi)用與煙氣中硫含量的大小有關(guān)，硫含量的大小與系統(tǒng)的外加碳源如甲醇的用量成正比；對(duì)于600發(fā)電廠，BiFGD工藝與LSF工藝相比在濃度3g/N3時(shí)的費(fèi)用最占優(yōu)勢(shì)?？傊?，多方面研究說(shuō)明，對(duì)于規(guī)模50600發(fā)電廠，脫硫率90時(shí)BiFGD比LSF工藝的費(fèi)用低得多，而小型發(fā)電廠的優(yōu)勢(shì)那么更為突出。單位：美元/千瓦發(fā)電規(guī)模3.4煙氣生物脫硫的優(yōu)點(diǎn)1費(fèi)用比石灰/石膏強(qiáng)迫氧化工藝LSF工藝低30；2高脫硫率高達(dá)98；3高價(jià)值的副產(chǎn)品單質(zhì)硫；4吸收液全部循環(huán)利用；5改良現(xiàn)有的LSF工藝費(fèi)用低；6使用范圍廣，可以解決環(huán)境問(wèn)題。3.5BiFGD工藝的深化研究領(lǐng)域BiFGD工藝從實(shí)驗(yàn)室經(jīng)中試并最終應(yīng)用于實(shí)際的煙氣治理，其處理裝置的最優(yōu)化、運(yùn)行條件的最優(yōu)化、微生物物種的挑選確定、活性污泥附著狀態(tài)的選擇、外加碳源的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)等等仍然是開(kāi)展BiFGD工藝必須進(jìn)展的研究工程。其中外加碳源即“電子供體的挑選本著價(jià)格低廉、有機(jī)廢物回用的原那么進(jìn)展，已確定乙醇、甲醇、