煙氣脫硫技術(shù)綜述

1、煙氣脫硫技術(shù)綜述摘要：由于中國燃料結(jié)構(gòu)以煤為主的特點(diǎn)，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，對(duì)改善大氣污染狀況至關(guān)重.煙氣脫硫是目前世界上唯一大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫方式，綜述主要的濕法、干法、半干法煙氣脫硫技術(shù)的主要特點(diǎn)，煙氣脫硫技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：二氧化硫、煙氣脫硫、脫硫技術(shù)。0前言煤炭在中國能源結(jié)構(gòu)中的比例高達(dá)75 % 以上，我國排放的 90 % 均來自于燃煤。帶來了嚴(yán)重的大氣污染問題?？刂莆廴镜耐緩接腥N： 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。煙氣脫硫是目前世界上唯一大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的

2、脫硫方式。根據(jù)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(shù)(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(xué)反應(yīng)的酸、堿中和反應(yīng)。煙氣中的是酸性物質(zhì)，通過與堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成亞硫酸鹽或者硫酸鹽，從而將煙氣中的脫除。最常用的堿性物質(zhì)是石灰石(碳酸鈣)、生石灰(氧化鈣 ) 和熟石灰(氫氧化鈣 )，也可以用氨和海水等其它堿性物質(zhì)。與堿性物質(zhì)間的反應(yīng)在堿性溶液中發(fā)生稱為濕法煙氣脫硫技術(shù)，在固體堿性物質(zhì)的濕潤表面發(fā)生稱為干法或半干法煙氣脫硫技術(shù)。2 濕法煙氣脫硫工藝濕法煙氣脫硫是指應(yīng)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

3、硫. 此法的優(yōu)點(diǎn)是脫硫效率高、設(shè)備小、投資少、操作容易、穩(wěn)定，以及占地面積??；缺點(diǎn)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60)，不利于煙囪排氣的擴(kuò)散，易產(chǎn)生“白煙”，需二次加熱，結(jié)垢及堵塞嚴(yán)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(shù)該技術(shù)以石灰石漿液作為脫硫劑，在吸收塔內(nèi)對(duì)煙氣進(jìn)行噴淋洗滌，使煙氣中的反應(yīng)生成，同時(shí)向吸收塔的漿液中鼓人空氣，強(qiáng)制使氧化為( 石膏) ，脫硫的副產(chǎn)品為石膏。由于石灰石價(jià)格便宜，易于運(yùn)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(qiáng)制氧化技術(shù)成為燃煤電

4、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(diǎn)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(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率高(可達(dá)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(jià)。但是石灰石/石膏法的缺點(diǎn)也比較明顯： (1) 一次性投資費(fèi)用高； (2) 運(yùn)行費(fèi)用高； (3) 占地面積較大； (4) 系統(tǒng)管理操作復(fù)雜； (5) 磨損腐蝕現(xiàn)象較為嚴(yán)重； (6) 副產(chǎn)物一石膏很難處理； (7) 脫硫廢水較難處理。2.2 海水煙氣脫硫法 海水有一定的堿度和水化學(xué)特性，因此該方法可用于燃煤含硫

5、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(nèi)對(duì)煙氣進(jìn)行逆向噴淋洗滌，煙氣中的 被海水吸收成為液態(tài)，液態(tài)的在洗滌液中發(fā)生水解和氧化作用，洗滌液被引人曝氣池，采用提高值抑制認(rèn)氣體的溢出，鼓人空氣使曝氣池中的水溶性被氧化成為。海水脫硫技術(shù)的主要特點(diǎn)：(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(dá)90 %以上；(3)與其他濕法工藝相比，投資低，運(yùn)行費(fèi)用低；(4)此法只適用于海濱電廠，有一定的地域限制，且只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(shù)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

6、，煙氣中的與氨水反應(yīng)生成亞硫酸錢，亞硫酸按經(jīng)過氧化反應(yīng)后，生成硫酸鐵溶液，經(jīng)結(jié)晶、脫水、干燥后即可制得硫酸鐵( 化學(xué)肥料)。氨法脫硫工藝的主要技術(shù)特點(diǎn)： (1)副產(chǎn)品硫酸按的銷路和價(jià)格是氨法工藝應(yīng)用的先決條件。這是由于氨法所采用的吸收劑氨水價(jià)格比石灰石高，如果副產(chǎn)品無銷路或銷售價(jià)格低，不能抵消吸收劑費(fèi)用，則不能應(yīng)用氨法脫硫工藝； (2)由于氨水與的反應(yīng)速度要比石灰石(或石灰) 與的反應(yīng)速度快得多，同時(shí)氨法不需吸收劑再循環(huán)系統(tǒng)，因而氨法脫硫系統(tǒng)簡單，投資費(fèi)用較低； (3)該工藝不存在結(jié)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

7、硝裝置的情況下就可以同時(shí)脫除煙氣中的 和。2.4 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)主要由脫硫反應(yīng)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，其中液柱反應(yīng)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)行成本低，脫硫成本每千克約為0 .45 元。脫硫產(chǎn)物主要是 ，可以用作建筑材料和鹽堿地的改造。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?jù)原材料來源

8、及副產(chǎn)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(diǎn)是：反應(yīng)在氣、固、液三相中進(jìn)行，利用煙氣顯熱蒸發(fā)吸收液中的水份，使最終產(chǎn)物為干粉狀。其優(yōu)點(diǎn)：脫硫是在氣、液、固三相狀態(tài)下進(jìn)行，工藝設(shè)備簡單，生成物為干態(tài)的、，易處理，沒有嚴(yán)重的設(shè)備腐蝕和堵塞情況，耗水也比較少。缺點(diǎn)：自動(dòng)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。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(zhuǎn)噴霧干燥法旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣脫硫技術(shù)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(nèi)，吸收劑在與煙氣中的發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的同

9、時(shí)，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(yīng)后的廢渣以干態(tài)形式排出。為了把它與爐內(nèi)噴鈣脫硫技術(shù)相區(qū)別，又把這種脫硫工藝稱作半干法脫硫.旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣脫硫反應(yīng)過程包含4 個(gè)步驟： (1)吸收劑制備； (2)吸收劑漿液霧化；(3) 霧粒與煙氣混合、吸收并被干燥； (4)脫硫廢渣排出。旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣脫硫工藝一般用生石灰() 作吸收劑。生石灰經(jīng)熟化變成具有較好反應(yīng)能力的熟石灰() ，熟石灰漿液經(jīng)高達(dá)15000-20000r/ min 的高速旋轉(zhuǎn)霧化器噴射成均勻的霧滴，其霧粒直徑可小于100，具有很大的表面積，霧滴一經(jīng)與煙氣接觸，便發(fā)生強(qiáng)烈的熱交換和化學(xué)反應(yīng)，迅速地將大部分水分蒸發(fā)

10、，產(chǎn)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)生吸收的化學(xué)反應(yīng)。旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法系統(tǒng)相對(duì)簡單、投資低、運(yùn)行費(fèi)用不高，運(yùn)行相當(dāng)可靠，不會(huì)產(chǎn)生結(jié)垢和堵塞，只要控制好干燥吸收器的出口煙氣溫度，對(duì)設(shè)備的腐蝕性也不高。由于其干式運(yùn)行，脫硫副產(chǎn)物易于處理，但脫硫效率略低于濕法脫硫效率。3.2 爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化法( LIFAC法) 此種工藝由芬蘭IVO公司開發(fā)，是在爐內(nèi)噴鈣工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。傳統(tǒng)爐內(nèi)噴鈣工藝的脫硫效率僅為20%-30%，而LIFAC法在空氣預(yù)熱器和除塵器間加裝一個(gè)活化反應(yīng)器噴水增濕，促進(jìn)脫硫反應(yīng)，脫硫效率可達(dá)70 % 一75 %。L

11、IFAC法比較適合中低硫煤，其投資及運(yùn)行費(fèi)用具有明顯優(yōu)勢(shì)，較具競(jìng)爭(zhēng)力另外由于活化器的安裝對(duì)機(jī)組運(yùn)行影響不大，較適合中、小容量機(jī)組和老電廠的改造。此種工藝雖然具有投資與運(yùn)行費(fèi)用較低的優(yōu)勢(shì)，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(shù) 德國魯奇公司在20 世紀(jì)70 年代開發(fā)了循環(huán)流化床脫硫技術(shù)。原理是在循環(huán)流化床中加人脫硫劑石灰石以達(dá)到脫硫的目的。由于流化床具有傳質(zhì)和傳熱的特性，所以在有效吸收的同時(shí)還能除掉和等有害氣體。利用循環(huán)流化床技術(shù)，可通過噴水將床溫控制在最佳反應(yīng)溫度下，通過物料的循環(huán)使脫硫劑的停留時(shí)間增加，大大提高了鈣的利用率和脫硫效率。該技術(shù)適用于高硫煤，在/S為1-1.5

12、時(shí)，脫硫效率可達(dá)到90%一97 %。循環(huán)流化床脫硫工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是： (1) 與濕法相比，結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低，約為濕法投資的50%； (2) 采用作脫硫劑時(shí)有很高的鈣利用率和脫硫效率，特別適合于高硫煤； (3) 運(yùn)行可靠。由于此法采用干式運(yùn)行，產(chǎn)生的最終固態(tài)產(chǎn)物易于處理。我國目前已可制造200MW機(jī)組循環(huán)流化床鍋爐。4 干法煙氣脫硫工藝干法煙氣脫硫，是指應(yīng)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(diǎn)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100) ，有利于煙囪排氣的擴(kuò)散，不會(huì)產(chǎn)生“白煙”現(xiàn)象，凈化后的煙氣不需

13、要二次加熱就可直接排空，腐蝕性??；缺點(diǎn)是脫硫效率較低，設(shè)備龐大，投資大，占地面積大，操作不穩(wěn)定，操作技術(shù)要求高，不易控制等。如活性炭脫硫法、電子束煙氣脫硫技術(shù)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 反應(yīng)的機(jī)會(huì)。此外由于離子的電暈，可增強(qiáng)其活性，縮短反應(yīng)所需滯留時(shí)間，從而有效提高脫硫率。該法的缺點(diǎn)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 、 和水蒸氣被激活，電離甚至裂解，產(chǎn)生大量離子及自由基等

14、活性離子。由于它們的強(qiáng)氧化性，使 被氧化為，這些高價(jià)的硫氧化物與水蒸氣反應(yīng)生成霧狀的 ，產(chǎn)生的酸再與預(yù)先注入反應(yīng)器中的 反應(yīng)生成硫銨。4.3 脈沖電暈法該法是利用等離子體產(chǎn)生的高能電子將HO -H 及O -O 健打開，使之成為自由基或活化粒子，這些自由基或活化粒子可與及 反應(yīng)。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(shí)脫除煙氣中的、 及重金屬。5 兩種較有前景的、開發(fā)中的煙氣脫硫技術(shù)5.1 活性焦可資源化煙氣脫硫技術(shù) 活性焦煙氣脫硫脫氮技術(shù)，是一種新型的干法煙氣凈化技術(shù)。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

15、塵等的可復(fù)原再生的吸附劑，同時(shí)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(zhuǎn)換成高濃度二氧化硫氣體，作為化工生產(chǎn)原料，方便地生產(chǎn)硫酸、硫磺、硫酸按等多種化工產(chǎn)品。活性焦脫硫性能高，制造成本低，而且作為脫硫劑，它可以反復(fù)使用。吸附飽和后的活性焦，通過加熱得到再生，又恢復(fù)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、脫硫效率高，除塵效率也很好，與已有脫硫技術(shù)相比更具先進(jìn)性，這一技術(shù)的產(chǎn)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(dòng)作用。2002年，南京電力自動(dòng)化設(shè)備總廠承擔(dān)國家科技部“

16、863” 計(jì)劃，開發(fā)的活性焦煙氣脫硫脫氮及裝置技術(shù)應(yīng)用于我國最大的磷肥廠 貴州甕福磷肥廠獲得成功。2005年1月，該技術(shù)的工業(yè)示范裝置在甕福磷肥廠建成投人運(yùn)行。脫除下來的二氧化硫氣體全部用于生產(chǎn)硫酸，2005 年7 月，貴州省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心對(duì)該裝置進(jìn)行了測(cè)試，脫硫效率達(dá)到95 %以上，同時(shí)除塵效率達(dá)到了70%。5.2 超重力技術(shù)脫硫技術(shù) 北京化工大學(xué)超重力工程技術(shù)中心開發(fā)的一種新技術(shù) 超重力技術(shù)，用來吸收煙氣中的。超重力技術(shù)的理論根據(jù)是： 通過高速旋轉(zhuǎn)，利用離心力來增大g ，從而增大氣、液兩相接觸過程的動(dòng)力因素即浮力因子，流體相對(duì)速度也增大，巨大的切應(yīng)力克服了表面張力，使得相間接觸面積增大，從而

17、大大強(qiáng)化氣、液相間傳遞過程。超重力技術(shù)所應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)填料床( Rotating Packed Bed ) 是利用高速旋轉(zhuǎn)的填料床產(chǎn)生的強(qiáng)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液泛，液體在高分散、高混合、強(qiáng)湍動(dòng)以及界面急速更新的情況下與氣體極大的相對(duì)速度在彎曲流道中接觸，極大地強(qiáng)化傳遞過程。錯(cuò)流型旋轉(zhuǎn)填料床中的氣體流道橫截面均勻，氣速恒定，且氣體沿旋轉(zhuǎn)床軸向流動(dòng)，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(zhì)。在旋轉(zhuǎn)填料床中傳質(zhì)單元高度降低了1一2個(gè)數(shù)量級(jí)，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(shè)備完全不具備的優(yōu)點(diǎn)。采

18、用超重力技術(shù)，不僅設(shè)備體積小、占地面積少、節(jié)省基建投資，更重要的是該技術(shù)吸收充分，尾氣排放達(dá)到300mg/kg以下。目前超重力技術(shù)設(shè)備( 簡稱超重機(jī)) 在山東省淄博市已成功使用。6 結(jié)語目前煙氣脫硫技術(shù)種類繁多，但是通過各種煙氣脫硫工藝技術(shù)的特點(diǎn)來看，現(xiàn)在技術(shù)最成熟、運(yùn)行最穩(wěn)定、國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的還是石灰石/ 石膏法煙氣脫硫技術(shù)，但循環(huán)流化床和海水脫硫等新型煙氣脫硫技術(shù)正在迅速為人們所認(rèn)可。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，更多的新型煙氣脫硫技術(shù)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(dāng)?shù)倪x擇煙氣脫硫方式，達(dá)到低成本、高效率的程度。參考文獻(xiàn)：1 楊颶. 二氧化硫減排技術(shù)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(shù)手冊(cè)M.北京