燃煤电厂脱硫技术综述
本文由 马后炮化工论坛 转载自互联网没有帐号？ 前言：我国是当今世界最大的煤炭生产和消费国，同时也是世界上以煤炭为主要能源的国家之一。我国火电工业每年耗煤近6亿t，烟尘、SO 的排放量均占全国第一位。据有关资料预测，我国SO 排放量将从1990年的1945万t增加到2010年的3095万t。环保问题突出，已成为制约电力工业可持续发展的重要因素。解决好火电厂烟气的脱硫问题对于解决大气SO 的污染具有极为重要的意义，火电厂的烟气脱硫势在必行。 烟气脱硫按工艺特点主要分为湿法烟气脱硫、干法烟气脱硫和半干法烟气脱硫。湿法脱硫是采用液体吸收剂洗涤SO2烟气以脱除SO2。常用方法为石灰/石灰石吸收法、钠碱法、铝法、催化氧化还原法等，湿法烟气脱硫技术以其脱硫效率高、适应范围广、钙硫比低、技术成熟、副产物石膏可做商品出售等优点成为世界上占统治地位的烟气脱硫方法。但由于湿法烟气脱硫技术具有投资大、动力消耗大、占地面积大、设备复杂、运行费用和技术要求高等缺点，所以限制了它的发展速度。 干法脱硫技术与湿法相比具有投资少、占地面积小、运行费用低、设备简单、维修方便、烟气无需再热等优点，但存在着钙硫比高、脱硫效率低、副产物不能商品化等缺点。 经过对干法脱硫技术的研究和不断的改进，现在已取得突破性进展。有代表性的喷雾干燥法、活性炭法、电子射线辐射法、填充电晕法、荷电干式吸收剂喷射脱硫技术、炉内喷钙尾部增湿法、烟气循环流化床技术、炉内喷钙循环流化床技术等一批新的烟气脱硫技术已成功地开始了商业化运行。 传统的石灰石/石膏法脱硫与新的干法、半干法烟气脱硫技术经济指标的比较见表1。 1．石灰一石膏湿法烟气脱硫技术将石灰石、熟石灰等的细粉制成浆液吸收SO ，副产品为石膏。该方法是目前应用最广的一种烟气脱硫方法，占湿法烟气脱硫的7O% 。该工艺突出优点是：脱硫率大于9O% ；吸收剂利用率可超过9O%；设备运转率高；可适合高、中、低硫煤。缺点是设备庞大，占地面积大，投资和运行费用高。2．喷雾干燥烟气脱硫技术喷雾干燥烟气脱硫技术一般以石灰为脱硫吸收剂，在吸收塔内，被雾化成细小液滴的吸收剂和烟气充分接触，与烟气中的SO 发生化学反应生成固态产物，同时，吸收剂带入的水分迅速被蒸发而干燥，烟气温度随之降低。脱硫反应产物及未被利用的吸收剂以干粉形式一部分在塔内分离由锥体出口排出，另一部分随烟气带出吸收塔，进入除尘器被收集下来。喷雾干燥烟气脱硫技术具有技术成熟、工艺流程较为简单、系统可靠性高等特点，脱硫效率可达85％以上。3．炉内喷钙尾部烟气增湿活化脱硫技术该技术是在炉内喷钙脱硫技术的基础上发展起来的，炉内喷钙后在锅炉尾部设增湿段，在尾部增湿活化反应器内，增湿水以雾状喷入，与未反应的氧化钙接触生成氢氧化钙，进而与烟气中的二氧化硫反应，以提高脱硫效率。增湿水由于烟温加热被迅速蒸发，未反应的吸收剂和反应产物呈干燥状态随烟气排出，被除尘器收集下来。当钙硫比控制在2.0～2.5时，系统脱硫效率可达到65％一80％。4．海水脱硫技术海水脱硫技术是利用海水的天然碱性来脱除烟气中的二氧化硫。在脱硫吸收塔内，大量海水均匀喷洒洗涤进入吸收塔内的燃煤烟气，烟气中的二氧化硫被海水吸收而除去，净化后的烟气，经换热器升温后通过烟囱排人大气。吸收二氧化硫后的酸性海水与凝汽器排出的大量碱性海水混合后，经曝气池曝气处理，并使海水的pH值与COD达到排放标准后排人大海。该技术不产生废弃物，具有技术成熟、工艺简单、系统运行可靠、脱硫效率高和投资运行费用低等优点，在一些沿海国家和地区得到日益广泛的应用。5．循环流化床烟气脱硫技术该工艺一般采用干态的消石灰粉作为吸收剂，也可采用其它对二氧化硫有吸收反应能力的干粉或浆液作为吸收剂。由锅炉排出的未经处理的烟气从吸收塔(即流化床)底部进入吸收塔底部为一个文丘里装置，烟气流经文丘里管后速度加快，在吸收塔内与很细的有吸收能力的粉末互相混合。颗粒之间、气体与颗粒之间剧烈摩擦，形成流化床。烟气在进入吸收塔底部时要喷入一定量的水，以降低烟温并增加烟气中水分的含量。在喷入均匀水雾降低烟温的件下，吸收剂与烟气中的二氧化硫反应脱硫。脱硫后携带大量固体颗粒的烟气从吸收塔顶部排出，进入再循环分离器，在此烟气中大部分颗粒被分离出来，经过一个中间仓返回吸收塔，如此反复循环，故吸收剂利用率较高。它具有投资相对较低，脱硫效率高，运行可靠，占地面积较少，操作维护方便的优点，具有较好的发展前景。 6．活性炭吸附法烟气脱硫技术采用固体吸附剂吸附净化SO2是干法净化含硫废气的重要方法。目前应用最多的吸附剂是活性炭，在工业上应用已较成熟。其方法原理为：活性炭对烟气中SO2的吸附过程中及有物理吸附又有化学吸附，当烟气中存在着氧气和水蒸气时，化学反应非常明显。因为活性炭表面对SO2与O2的反应有催化作用，反应结果生成SO3，SO3 易溶于水而生成硫酸，从而使吸附量比纯物理吸附时增大许多。 物理吸附过程： SO2 SO2* O2O2 * H2OH2O* 化学吸附过程： SO2* + O2* 2SO3* SO3*+ H2 O*H2SO4* 吸附SO2 的活性炭，由于其内、外表覆盖了稀硫酸，使活性炭吸附能力下降，因此必须对其再生。再生的方法通常有洗涤再生和加热再生两种，前者是用水洗出活性炭微孔中的硫酸，再将活性炭进行干燥；后者是对吸附有SO2 的活性炭加热，使炭与硫酸发生发应，使H2SO4还原为SO2，富集后的SO2可用来生产硫酸。 该方法的优点是吸附剂价廉，再生简单；缺点是吸附剂磨损大，产生大量的细炭粒被筛出，再加上反应中消耗掉一部分炭，因此吸附剂成分较高，所用设备庞大。 7．电子射线辐射法烟气脱硫技术 该法工艺由烟气冷却、加氨、电子束照射、粉体捕集四道工序组成，其工艺流程图如下图所示。温度约为150℃左右的烟气经预除尘后再经冷却塔喷水冷却道60～ 70℃左右，在反应室前端根据烟气中SO2及NO的浓度调整加入氨的量，然后混合气体在反应器中经电子束照射，排气中的SO2和NO受电子束强烈作用，在很短时间内被氧化成硫酸和硝酸分子，被与周围的氨反应生成微细的粉粒（硫酸铵和硝酸铵的混合物），粉粒经集尘装置收集后，洁净的气体排入大气。 8．荷电干式吸收剂喷射脱硫系统（CDSI） CDSI系统其荷电干式吸收剂喷射系统包括一个吸收剂喷射单元、一个吸收剂给料系统（进料控制器，料斗装置）等。吸收剂以高速流过喷射单元产生的高压静电晕充电区，使吸收剂得到强大的静电荷（通常是负电荷）。当吸收剂通过喷射单元的喷管被喷射到烟气流中时，由于吸收剂颗粒都带同一符号电荷，因而相互排斥，很快在烟气中扩散，形成均匀的悬浮状态，使每个吸收剂粒子的表面都充分暴露在烟气中，与SO2完全反应机会大大增加，从而提高了脱硫效率，而且吸收剂粒子表面的电晕还大大提高了吸收剂的活性，降低了同SO2完全反应所需的滞留时间，从而有效地提高了SO2的去除效率。工业应用结果表明：当Ca/S比为1.5左右时，系统脱硫效率可达60％～70％。 除提高吸收剂化学反应速率外，荷电干吸收剂喷射系统对小颗粒的粉尘的清除也有帮助，带电的吸收剂粒子把小颗粒吸附在自己的表面，形成较大颗粒，提高了烟气中尘粒的平均粒径，这样就提高了相应除尘设备对亚微米级颗粒的去除效率。 荷电干式吸收剂喷射脱硫系统的优点为投资小、收效大、脱硫工艺简单有效、可靠性强；整个装置占地面积小，不仅可用于新建锅炉的脱硫，而且更适合对现有锅炉的技术改造；CDSI是纯干法脱硫，不会造成二次污染，反应生成物将与烟尘一起被除尘设备除去后统一运出出厂外。其缺点是对脱硫剂要求太高，一般的石灰难以满足其使用要求，而其指定的可用石灰则售价过高，限制了其推广。 9． 碱性铝酸盐法该法采用碱性铝酸钠作为吸收剂，利用该物质在660℃ 时可被活化成表面积大，孔隙率大的干固体，在180—35O℃ 温度范围内能脱除熘道气中的二氧化硫。烟道气经过空气预热器，并在集尘器后在330℃ 温度下进入反应塔，烟道气自下而上流动与吸收剂颗粒自上而下落下相互接触，二氧化硫气体被吸收，吸收剂颗粒变成含有硫酸钠的废颗粒，该废颗粒可在660℃ 的再生器中再生。该方法存在两个问题：脱硫过程复杂；吸收剂颗粒磨损严重，经济性下降。10．PAFP烟气脱硫的工艺原理 磷铵肥法（PAFP）烟气脱硫技术是利用活性炭催化氧化制酸的机理，将烟气中的SO 吸附脱除制成H SO ,通过与之配套的综合利用工艺，最终可生产出磷铵复合肥料或硫酸亚铁等综合利用产品。PAFP烟气脱硫技术是由烟气脱硫和脱硫副产物的综合利用二部分组合而成。其工艺原理是烟气中的SO2在通过活性炭时被吸附，吸附在活性炭表面的SO2被催化氧化成SO3，与烟气中H2O接触，以硫酸的形态吸附在活性炭内，当活性炭吸附饱和后进行洗涤再生，最终以稀硫酸的产品形式产出。本项技术因在活性炭的选择和洗涤方式上具有独特强化的工艺，可以使回收的SO2生产出浓度为30%左右的稀硫酸。 活性炭脱硫制酸的反应机理可用下式表述： 在PAFP烟气脱硫技术中，脱硫副产品的综合利用是一项可因地制宜进行开发制取硫酸盐系列产品的回收工艺，目前已开发出用稀硫酸生产品位≥35%的磷铵复合肥料工艺，以及生产纯度达96%以上的硫酸亚铁产品工艺。在工业性试验中，脱硫副产品是硫酸亚铁，即利用电厂锅炉所排的液态炉渣中富含铁颗粒并将铁颗粒选出与脱硫副产的稀硫酸按比例计量送入专用反应槽中进行加热反应，反应生成物经过浓缩、冷却、结晶、分离，可获得纯度为94%以上的硫酸亚铁产品。 总结：如今，环保问题已成为制约电力工业可持续发展的重要因素。解决好火电厂烟气的脱硫问题对于解决大气SO 的污染具有极为重要的意义。随着我国电力的不断发展，脱硫技术已经逐步被人们所重视。随着近年来国内外烟气脱硫技术的发展和工艺的不断改进，未来的脱硫技术一定会有更光明的前景。
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