電站鍋爐煙氣脫硫工藝分析

夏 珉

（中海石油舟山石化有限公司，浙江舟山 316015）

1 電站鍋爐煙氣脫硫的必要性

電站鍋爐一般以煤炭作為主要燃料，鍋爐運行時排出的煙氣含有一定的二氧化硫，會對大氣環境造成污染，并且二氧化硫還是酸雨形成的主要原因之一。隨著電力體制改革進程的逐步加快，推動了電力事業的發展，電站的規模隨之不斷擴大，燃煤鍋爐的煙氣排放量進一步增加。受到一些因素的影響，電站對燃煤鍋爐煙氣排放的控制力度有所欠缺，大量二氧化硫隨著煙氣被排放到空氣中，形成大范圍的酸雨污染，造成的直接和間接損失數以億計。目前，電站燃煤鍋爐的煙氣脫硫得到國家有關部門的密切關注和重視，并將之列為環境治理的首要任務，與此同時，國家陸續頒布相關法律法規，要求所有新建燃煤電站必須建設燃氣脫硫系統，在役電站如果使用的是燃煤鍋爐，應在限定期限內整改，使煙氣達到排放標準。

2 電站鍋爐煙氣脫硫主要工藝

2.1 石灰法

是一種在電站燃煤鍋爐煙氣脫硫中應用較為廣泛的工藝，屬于濕法脫硫的范疇。石灰法脫硫工藝系統的復雜程度較高，大體上可分為2 個部分，一部分是吸收塔，另一部分是漿液池。電站燃煤鍋爐煙氣脫硫中應用該方法時，一般是將系統安裝在除塵裝置后，從鍋爐內排出的煙氣經過除塵，進入反應塔與石灰漿發生反應，從而達到去除煙氣中二氧化硫的目的。石灰法工藝產生的副產品為石膏，因品質較差而影響銷路，石膏的處理是該工藝的難點問題之一。在實際應用中發現，石灰法脫硫效果較為理想，對煙氣中二氧化硫的脫除率較高，國內外80%以上的脫硫系統采用該技術工藝，特別是一些大型電站，煙氣脫硫效率可以達到95%。雖然該工藝脫硫效果較好，但缺點也較為明顯，如系統復雜程度高、前期投資大、需水量多、排煙溫度低、運維困難且費用較高等。

2.2 噴霧干燥法

屬于半干法脫硫工藝范疇，是指鍋爐中排除的煙氣與霧狀石灰漿在干燥吸收塔內進行反應，從而達到脫除二氧化硫的目的。應用實踐表明，采用該方法進行煙氣脫硫，在鈣硫摩爾比1.2～1.5 時，脫硫效率能夠達到75%～85%，副產物為硫酸鈣和亞硫酸鈣，還有部分氧化鈣和飛灰混合物。由于石灰法脫硫需消耗大量的水，并且還需要有廢水處理系統，不利于資源節約和環境保護。而噴霧干燥法脫硫過程中不產生廢水，工藝流程較為簡單，設備占地面積小，運行可靠性高，前期投資較少。但噴霧干燥法脫硫效率最高可以達到85%，這一點不及石灰法，并且石灰的耗用量也相對較大。此外，該方法還存在以下不足：脫硫過程使用石灰作為吸收劑，因石灰本身為粉末狀物體，使干燥吸收塔內壁容易出現結垢現象，而且霧化裝置容易磨損，且經常會出現堵塞情況，脫硫后形成的灰渣無法有效利用，增大了固廢處理成本。

2.3 海水煙氣脫硫工藝

屬于濕法脫硫范疇，是指以天然的海水作為吸收劑對煙氣中的二氧化硫進行脫除。燃煤鍋爐在燃燒過程中產生的煙氣進入海水脫硫系統前，先經除塵系統除塵，可以采用靜電除塵器，安裝在吸收塔上游位置處，經過除塵之后的煙氣進入吸收塔底部，與自上而下的海水相向流過，完成一次循環。從吸收塔內排出的干凈煙氣，需經加熱后才能排放，而吸收了二氧化硫的海水憑借重力作用返回到海水處理廠，與其余海水混合。因天然海水為堿性，其中含有過量的碳酸鈣和碳酸鈉，使海水能吸收并中和二氧化硫。該方法的優點是節約淡水資源，不會產生副產物及廢棄物，基本不會對環境造成污染和破壞，設備不結垢，工藝流程簡單、便于維護，前期投資少，脫硫效率可以達到90%以上。不足之處在于適用范圍小，僅適用于沿海地區的電站。

2.4 荷電干式噴射脫硫工藝

屬于干式脫硫范疇，基本原理：固態粉粒狀吸收劑以較高的速度從高壓靜電電暈區域通過，獲得強大靜電荷后，被噴射到煙道中呈懸濁狀態，使吸收劑離子表面充分暴露，增大與煙氣中二氧化硫反應的概率，離子表面電暈的存在使其活性大幅度增強，反應時間隨之縮短，脫硫效率顯著提高。該脫硫工藝的優點：工藝流程簡單、可靠性高、設備占地面積小、既可用于新建鍋爐脫硫，也可在鍋爐技術改造中應用，不會產生二次污染，反應生成物會隨煙塵被除塵設備一并去除。雖然該方法的優點較多，但缺點也比較明顯，如對脫硫劑的要求較高，無法使用普通石灰，脫硫劑噴射后在煙道中的分布常常會出現不均勻現象，影響脫硫效率，由此使得該方法的推廣應用受到影響。

2.5 氨水洗滌法

是一種濕法脫硫技術，該技術將氨水作為吸收劑，需要在脫硫前對鍋爐出口煙氣進行冷卻處理，當冷卻溫度降至90～100℃時，再通過預洗滌去除HCL 和HF，之后利用液滴分離器在煙氣中去除水滴，最后使煙氣進入前置洗滌器中，與氨水在硫化塔中發生反應，生成硫酸銨溶液，再將脫硫處理后的煙氣進行排放處理。氨水洗滌法具備脫硫效率高、無廢渣、無廢水等技術優勢，但因煙氣系統中設置了煙氣再熱器，進而增加了脫硫后期的防腐難度。為提高氨水洗滌法的脫硫效率，在電站鍋爐煙氣脫硫中還要具備以下條件：由于氨水脫硫要求的溫度是20～23 ℃，因此必須對焦油、萘進行預先處理，以避免低溫脫硫產生有機物堵塞現象；配備高效的除氨裝置，以保證在氨水洗滌脫硫后快速去除氨，降低出塔煤氣中的含氨量，提高洗氨工藝水平；在脫酸蒸氨過程中，富含硫化氫的氨水會產生強烈腐蝕性酸性氣體，要求必須配備氨水脫硫富液的相關裝置，提高工藝技術水平。

2.6 電子束照射脫硫法

屬于干式脫硫范疇，是一種新型的脫硫工藝，電子加速器是它的基礎，通過高能等離子體，可對煙氣中的二氧化硫進行氧化，并在較短的時間內生成硫酸和硝酸，再與氨反應后生成硫酸氨和硝酸氨的微細粉粒，捕集器對這些粉粒進行回收作為農肥，凈化后的氣體可直接排入大氣。該方法的優點：系統的結構較為簡單，操作方便，脫硫過程易于控制，能對煙氣成分的變化進行跟蹤，由于是干法脫硫，故不會產生廢水和廢渣，對環境的污染較小，副產物可作為肥料，經濟效益顯著，脫硫效率最高能夠達到94%。但在實際應用中發現，除塵系統的故障率會增大。

2.7 脈沖電暈放電等離子體煙氣脫硫

以電子束照射法為基礎，結合物理和化學方法，是一種有效的煙氣脫硫技術。脈沖電暈放電等離子體煙氣脫硫工藝原理與電子束照射法工藝原理基本相同，在電極之間讓反應器和脈沖電源產生高能電子，氧化處理煙氣中的硫和氮，將其轉化為高價氧化物，并反應生成硝酸、硫酸。同時，在除塵器中噴入中和劑，去除硝酸和硫酸。與電子束照射法相比，脈沖電暈放電等離子體煙氣脫硫工藝采用窄脈沖電場，可大幅度降低脫硫工藝的電能消耗，提高電站鍋爐煙氣脫硫的經濟性。此外，該脫硫工藝還具備裝置簡單、無廢渣和廢水的優勢，但由于脫硫后的副產品帶有一定腐蝕性，所以增加了后期回收處理的難度。

2.8 鈣鈉雙堿脫硫法

是一種先利用活性較強的鈉堿作為吸收劑，對鍋爐煙氣中的二氧化硫進行吸收，隨后用鈣堿對吸收液進行再生，在吸收和吸收液的處理過程中分別使用兩種類型的堿，所以該方法被稱之為雙堿脫硫法。應用實踐表明，該脫硫工藝可以最小的能耗獲得最大的脫硫效率，系統的脫硫效率保持在90%～95%之間，工藝參數和運行指標均處于領先水平。該技術的優點：系統的運行穩定性較高，主要設備的故障率低，基本不會影響電站鍋爐的正常運行；技術工藝先進，運行費用低，鈉堿具有較高的活性，只需要較低的液氣比，便可達到較高的脫硫效果，鈣堿價格低，并且能夠重復使用，運行成本大幅度降低；對煤種具有較強的適應性，可以實現脫硫除塵一體化，在節水、節能等方面效果顯著；吸收過程可以達到廢水零排放的目標，吸收液中的鹽分濃度較為穩定；反應中生成的廢渣可綜合利用，不會產生二次污染。

3 電站鍋爐煙氣脫硫工藝的選擇及問題處理

3.1 工藝選擇

綜上所述，目前可用于電站鍋爐煙氣脫硫的工藝，大部分都存在不足之處，綜合比較后，鈣鈉雙堿法的應用優勢最為明顯。因此，建議電站采用該方法對鍋爐進行煙氣脫硫。以下對該方法的工藝流程進行分析。

電站鍋爐中的含塵煙氣經由煙道進入到筒體后，含有OH-離子的堿性水從脫硫塔不同部位的螺旋噴嘴中噴出，形成與煙氣運動方向相反的水霧，煙塵中硫化物與水的碰撞頻率隨之進一步增加，氣液的相對速度也顯著提高，從而為煙氣除塵及脫硫效果提供了可靠保障。隨著氣體的逐步上升，氣液傳質的表面積增大，傳質速率提高，堿液與二氧化硫氣液交換可以快速完成。脫硫后的產物隨著水從塔底排出塔外，進入再生池，加入鈣堿進行再生后便可循環使用。應用該脫硫工藝時，應將脫硫塔設置在風機后，以確保脫硫系統在正壓下運行，避免堿液對風機的腐蝕。

3.2 工藝應用中的問題及處理措施

在該工藝應用中，較為常見的問題是塔內結垢及堵塞，對此可以采取如下措施進行處理：

（1）增大液氣比。通過增大液氣比，使煙氣中的二氧化硫與吸收液充分接觸，從而使吸收液中二價鈉的濃度降低，避免塔內結垢問題的發生。

（2）采用襯塑鋼管。針對吸收液管路堵塞問題，可以用襯塑鋼管取代PE 和碳鋼材料。由于襯塑鋼管具有較強的耐腐蝕性，加之管件以法蘭連接，更便于拆卸和檢修，有利于堵塞問題的解決。

4 結語

電站鍋爐煙氣脫硫是一項重要的工作，可用于煙氣脫硫的工藝較多，每種技術各具優缺點，綜合比較后得出，鈣鈉雙堿法的應用優勢最為明顯。因此，建議電站以該方法對鍋爐煙氣進行脫硫。在具體應用時，可以通過增大液氣比和使用襯塑鋼管來解決結垢及堵塞問題。