淺析中小型燃煤鍋爐濕法脫硫技術及系統設計

張杰

摘 要：由于我國能源資源特點和經濟發展水平的制約，決定了以煤炭為主的能源結構在我國將長期存在。大量的使用煤炭等化石燃料的結果，使得大氣污染十分嚴重。按照國家煙草專賣局“十二五”規劃的要求，卷煙企業的中小型燃煤鍋爐進行煙氣脫硫治理勢在必行。文章分析了燃煤所產生的SO2的原因及危害，介紹了燃煤鍋爐煙氣脫硫的幾種常用的濕法脫硫方式及其優缺點，分析了濕法脫硫系統設計的主要設備及考慮因素。

關鍵詞：燃煤鍋爐；濕法脫硫；系統設計

1 濕法脫硫的幾種方式及優缺點

1.1 氧化鎂法

1.1.1 技術成熟

氧化鎂濕法脫硫技術是一種成熟度較高的脫硫工藝，該工藝在世界各地都有成功的應用業績。循環液在循環過程中對水泵、管道、設備無明顯堵塞現象，便于設備運行與保養，是一種特別適合中小型鍋爐煙氣脫硫技術。

1.1.2 脫硫劑來源充足

氧化鎂在我國已探明的儲藏量約為160億噸，占全世界的80%左右。

1.1.3 脫硫效率高

在化學反應活性方面氧化鎂要遠遠大于鈣基脫硫劑。氧化鎂的脫硫效率達到95%以上。

1.1.4 運行費用較高

脫硫劑價格及運輸成本較鈣基脫硫劑大。

1.2 石灰石-石膏法

利用石灰石粉料漿洗滌煙氣，使石灰石與煙氣中的SO2反應生成亞硫酸鈣，脫去煙氣中的SO2，再將亞硫酸鈣氧化反應生成石膏。

1.2.1 脫硫率高：≥95%、工藝成熟、適合所有煤種、操作穩定、操作彈性好、脫硫劑易得、運行成本低、副產物石膏可以綜合利用，不會形成二次污染。

1.2.2 缺點：工藝流程較長，投資較高；硫酸鈣的二次污染難處理。

1.3 海水脫硫法

利用海水洗滌煙氣吸收煙氣中的SO2氣體。

1.3.1 優點：脫硫率比較高：≥90%、工藝流程簡單，投資省、占地面積小、運行成本低。

1.3.2 缺點：受地域條件限制，只能用于沿海地區。只適用于中、低硫煤種、有二次污染。

1.4 氨法

氨法是用氨水洗滌含SO2的廢氣，溶液中的（NH4）2SO3對SO2具有很好的吸收能力，它是氨法中的主要吸收劑。

1.4.1 氨法是煙氣脫硫各方法中較為成熟的方法，氨可留在產品內，以氮肥的形式提供使用，因而產品實用價值較高。

1.4.2 氨法缺點：但氨易揮發，因而吸收劑的消耗量較大，另外氨的來源受地域及生產行業的限制較大。

1.5 雙堿法

雙堿法是以Na2CO3或NaOH溶液為第一堿吸收煙氣中的SO2，然后再用石灰石或石灰作為第二堿，處理吸收液，產品為石膏。再生后的吸收液送回吸收塔循環使用。優點：脫硫效率高，脫硫劑易找到；缺點：運行成本高，反應中消耗堿量大，管路會堵塞，且易發生二次污染。

2 脫硫工藝選擇

根據以上濕法脫硫幾種方式的優缺點，結合卷煙企業中小型鍋爐的現狀，采用氧化鎂法鍋爐煙氣脫硫方式。

2.1 氧化鎂法脫硫的工作原理

采用氧化鎂為脫硫劑，先與水進行消化，生成氫氧化鎂，用含一定氫氧化鎂的水漿液進行塔內脫硫，由于脫硫產物硫酸鎂或亞硫酸鎂的溶解度非常大，一般不會造成過飽和結晶，形成結垢堵塞問題。另一方面脫硫劑為水不溶物，脫硫產物為溶解度很大的物質，脫硫劑和脫離產物很容易分離，脫硫劑利用率很高。脫硫發生的化學反應為酸堿反應，瞬間即可完成，反應速度很快，脫硫效率的高低主要取決于脫硫劑擴散到水中的速率。

2.2 鎂法煙氣脫硫工藝主要包括4個部分

2.2.1 吸收劑制備與補充。

2.2.2 吸收劑漿液與煙氣的高效傳質。

2.2.3 塔內霧滴與煙氣接觸混合。

2.2.4 脫硫產物處理。

2.2.5 具體反應過程如下所示：

（1）SO2的擴散 SO2（氣相主體）→SO2（氣膜）

（2）SO2的溶解 SO2（g）→SO2 （aq）

（3）SO2的水合 SO2（aq）+H2O→H2SO3

（4）SO2的離解和氧化 H2SO3→H++HSO3 HSO3-→H++SO32-

HSO3-+1/2O2→HSO4- SO32-+1/2 O2→SO42-（部分）

（5）MgO的水合 MgO+H2O→Mg（OH）2

（6）Mg（OH）2的微量解離 Mg（OH）2→Mg2++2OH-

（7）酸堿中和反應 OH-+H+→H2O

（8）鹽的生成 Mg2++SO32-→MgSO3

MgSO3+SO2+H2O→Mg（HSO3）2 Mg2++SO32-+1/2O2→MgSO4

2.3 工藝流程

根據廠區三臺鍋爐運行的實際情況制定流程方案。兩臺35t/h鍋爐共用一套脫硫裝置，一臺20t/h鍋爐用一套脫硫裝置。20t/h鍋爐煙氣經引風機增壓后進入脫硫裝置，在脫硫塔內，脫硫漿液與煙氣充分接觸后使煙氣達標，再經副塔脫水，凈化后的煙氣由煙囪直接排到大氣。風機正壓運行，徹底避免引風機因帶水嚴重而引起腐蝕等一系列問題，降低煙氣的絕對含濕量。兩臺35t/h鍋爐共用一套脫硫裝置流程與上述基本一致，只是在進入脫硫系統前，由閥門相互切換，從而使運行的鍋爐煙氣凈化達標排放。上述兩套裝置共用一個水池。脫硫劑擬采用氧化鎂，氧化鎂由給料機送至制漿罐內，與水在攪拌情況下制成含固量20%左右的氫氧化鎂漿液，制好后的漿液靠位差自流至循環水池，由循環水泵打入脫硫塔，脫硫后溶液回流至循環水池。脫落后產物主要為硫酸鎂或亞硫酸鎂，因其溶解度大，脫硫產物不易析出，可定期檢測循環水池內的濃度，若超過30%，可定期更換部分循環水。水、氣和除塵脫硫生成物見如下流程： 氣路：引風機出口-渦輪增壓湍流除塵脫硫塔-副塔（高效凝聚除霧器）-煙囪-大氣。水路：布水器-渦輪增壓湍流除塵脫硫塔-集水排水器-循環水池-循環水泵-布水器。

3 脫硫塔系統設備

3.1 脫硫塔主體設備

脫硫塔主體設備包括：脫硫塔、高效凝聚除霧器及脫硫塔系統內管道。脫硫塔主體設備選用超低碳不銹鋼316L制作，任何穿透殼體的設施如人孔、接管座等都將密封并防止泄漏。所有內部的導流板和支撐不能堆積污物、污泥或結垢，并易于清潔所有表面，吸收塔內液體和煙氣流分布均勻。除霧器安裝在吸收塔的上部分離夾帶的霧滴，為了防止煙氣帶水對煙囪產生腐蝕。

3.2 工藝水供應系統設備

脫硫裝置所需的工藝水通過工藝水泵引至脫硫系統中，其可能的主要用戶為：（1）吸收塔蒸發水；（2）除霧器及所有漿液輸送設備、輸送管路、貯存箱的沖洗水；（3）引風機、氧化風機和其他設備的冷卻水及密封水。

3.3 制漿系統、其他管道和附屬件及控制系統

配備氧化鎂粉倉（含倉頂除塵器）、制漿罐，配備各系統之間的管道，并配套脫硫設備的控制系統。

4 系統設計的主要考慮因素

4.1 系統的整體布置

由于脫硫系統設計是在原有場地進行改造，脫硫系統周圍建筑物（煙囪、煤棚、風機房等）較多，場地狹小，系統規劃時既要考慮脫硫系統現場詳細規劃，精心布置，達到設計指標，同時需要考慮周圍建筑物的安全。

4.2 脫硫效率的前瞻性

設計保證當前脫硫系統達標排放的基礎上，脫硫效率的設計指標要有前瞻性，確保環保部門今后更高的排放要求。

4.3 引風機風壓

安裝脫硫系統后，風壓不能滿足鍋爐的正常運行，需要將引風機進行增容。

4.4 系統的防腐

系統設計時，要充分考慮煙道、煙囪的防腐處理，同時考慮于脫硫液接觸部分的管道、閥門、泵類設備的防腐設計。本系統煙道、脫硫塔、管道均采用316L不銹鋼。