燃煤工業鍋爐煙氣脫硫技術及經濟性分析

崔宏斌

摘要：燃煤工業鍋爐煙氣中污染物的主要成分是SO2，SO2大量排放加上特殊的地形和氣象條件最終形成霧霾，酸雨的產生也與SO2有很大關系，嚴重危害環境和人體健康，所以控制SO2排放迫在眉睫。目前，近90%以上電廠均使用石灰石-石膏法脫除煙氣中SO2，為了進一步提高SO2脫除率，脫硫增效劑具有顯著的節能增效效果。基于本生反應的濕法煙氣脫硫新方法，I2/HI吸收系統可有效去除系統煙氣中SO2，去除率高達98.8%。將半干法脫硫系統與除塵系統形成一個整體的環保設備，脫硫效果對煙氣中含塵不敏感，不僅減小脫硫除塵系統的占地面積，而且增加了脫硫適應性。

關鍵詞：燃煤工業鍋爐;煙氣脫硫技術;經濟性

引言

根據有關部門的數據統計顯示，2017年我國煤炭消費占總能源消費44.9億噸標準煤的60.4%，全國僅有99個城市環境空氣質量達標，200多個城市環境空氣質量超標，由于現階段我國是以煤炭為主要的能源，隨著鍋爐煙氣污染的不斷加劇，給我國的大氣環境造成了非常嚴重的影響，為了實現節能環保的工作目標，需要采取煙氣脫硫技術，有效控制煙氣的污染物質，更好地保護我國的大氣環境。

1濕法脫硫技術

1.1石灰石-石膏濕法脫硫工藝

石灰石-石膏濕法脫硫工藝以石灰石作為脫硫劑，將石灰石粉體與水混合，制成脫硫劑漿液，噴入脫硫塔中，在脫硫塔中，脫硫劑漿液與煙氣充分接觸混合。煙氣中的SO2與漿液中的Ca2+反應生成CaSO3，實現脫硫，CaSO3不穩定，會與鼓入空氣中的氧氣發生反應，生成石膏。石灰石-石膏濕法脫硫工藝具有脫硫效率高特點，但是在脫硫的同時，會由于存在脫硫漿液霧化夾帶、脫硫產物結晶析出及各種氣-液、氣-液-固脫硫反應等霧化過程，形成PM2.5。石灰石-石膏濕法脫硫工藝對PM2.5的捕集效率很低，并且出口煙氣細顆粒中S、Ca元素含量明顯增加。由于PM2.5是霧霾產生的重要因素，因此對于石灰石-石膏濕法脫硫工藝而言，不僅要保持較高的脫硫效率，還要保證PM2.5的有效捕集。

1.2超重力法脫硫工藝

超重力法脫硫工藝的應用之一是脫除焦爐煤氣中的硫化氫。其原理是H2S與CO2因化學性質的差異，被堿溶液吸收的速度不同，從而實現選擇性脫硫。H2S在被堿溶液吸收時，首先電離成HS-和H+，再與堿溶液反應，實現H2S的脫除。在脫硫過程中，CO2會與水反應生成H2CO3，H2CO3進一步分解成HCO3-和H+，再被堿溶液吸收。H2S的溶解速度快于CO2，因此通過提高超重力設備的傳質效率，縮短停留時間，可以有效提高脫除H2S的選擇性。

1.3氨法脫硫工藝

氨法脫硫工藝具有原理簡單、吸收高效、應用廣泛的特點，是一種典型的濕法脫硫技術。該工藝利用氨與尿素反應，脫除煙氣中的SO2，并產生副產物硫酸銨。具體過程：混有一定體積二氧化硫的氮氣或空氣，從吸收塔的底部進入;從吸收塔上部進料的氨水向下噴淋，在吸收塔內的填料表面與自下而上的混合氣逆流接觸，吸收混合氣中的二氧化硫。脫除SO2后的氣體從吸收塔的頂部排到大氣中;吸收SO2的混合液則從吸收塔底部排出，經過濃縮、脫水、干燥等步驟得到硫酸銨。

2半干法脫硫

2.1高倍率灰鈣循環煙氣脫硫（NGD）

某地區煤種硫含量多數小于2.5%，且水資源匱乏。針對該地區煤質特點，煤科院節能技術有限公司結合CFB-FGD與NID工藝，研發出一種新型的NGD脫硫工藝。將粉煤灰和熟石灰混合作為脫硫劑循環使用進行脫硫，可解決半干法脫硫產物難回收問題，NGD脫硫工藝流程如圖1所示。

圖1NGD工藝流程

NGD脫硫系統主要由脫硫反應器、除塵器、增濕攪拌器及測控系統構成。脫硫反應器由彎管段、直管段、文丘里段組成，直徑最大部分57.5cm，反應器長度為23.2m，整個脫硫系統占地面積很小。脫硫反應器入口與鍋爐出口相連，鍋爐煙氣氣速在12～20m/s，煙氣從反應器底部進入流過文丘里段，氣體先加速后減速，漸擴段出口煙氣仍具有高氣速，煙氣與脫硫劑以及脫硫劑之間發生強烈碰撞、摩擦，充分發生脫硫反應，脫硫劑與煙氣中SO2反應生成CaSO3和少量CaSO4。脫硫后帶有脫硫劑顆粒的煙氣由反應器頂部排出，經除塵器分離后的脫硫劑經中間灰倉進入增濕混合器，將脫硫劑增濕至5%～10%進入下一個脫硫循環過程。

2.2 NGD脫硫

NGD脫硫屬于離子間的液相反應，因此水分對脫硫反應速率的影響至關重要。根據增濕水分的干燥過程，將脫硫分成3個階段：常速反應階段、降速反應階段以及擬平衡階段，并認為脫硫反應主要發生在前2個階段。脫硫反應僅發生在有液態水存在的常速反應階段。所以由于水分對脫硫反應速率的影響，脫硫反應的前2個階段是脫硫反應的關鍵階段，延長脫硫反應前2個階段水分的干燥時間是提高脫硫效率的有效手段，在工程中常采用適當增加增濕水量，采取多級增濕方式以及控制脫硫溫度來改變水分蒸發速率。

2.3電子束脫硫

電子束脫硫工藝是一種能夠同時脫硫脫硝的技術。其基本原理是使高溫煙氣先經過預處理（除塵、降溫、增濕），再進入輻照室，在一定溫度范圍內進行電子束輻照。輻照過程中，H2O、O2等被電離成離子、自由基團、次級電子等各種活性物質。這些活性物質會促使煙氣中的硫、氮氧化物轉化成SO2和NO2。這2種物質進一步與水蒸氣、氨氣反應生成硫酸銨和硝酸銨的氣溶膠微粒。微粒隨煙氣離開輻照室后，被除塵設備捕集，獲得副產品硫酸銨和硝酸銨，煙氣則通過煙囪排放。

3輻射技術

高能輻射法就是通過對煙氣中有害物質進行輻射進行脫硫脫硝。高能輻射方法一般分為電子輻照法和脈沖電暈等離子體法。電子輻照法是指高能電子產生等離子體的工藝，是去除工業煙氣中NOX的有效方法之一，等離子將這些有害物質氧化成氣態化合物，如煙霧。超氧化后，有害物質與外部水蒸氣反應形成霧化硝酸。同時，在硫酸與硝酸銨、硫酸銨和硝酸銨發生化學反應后，產生了噴霧氨及其他物質。經過煙氣凈化后，高能輻射的應用更加方便，成本更低，已廣泛應用于燃煤電廠，該脫硫脫硝工藝的脫硫率可達90%以上，脫硝率可達20%。同時，該技術在生產過程中不產生廢水和二次污染，這是現階段使用最廣泛的脫硫和脫硝技術。脈沖電暈等離子體技術主要采用脈沖大電流對煙氣進行脫硫脫硝。然而，由于高能量消耗和與電子照射方法的反應機理相同，通常不使用該方法。

結語

濕法脫硫仍是目前電站鍋爐中使用最廣泛的脫硫技術，由于燃煤工業鍋爐具有單臺容量較小、爐型多、鍋爐負荷變化大、煤種多變、啟停頻繁等特點，而濕法脫硫過程中廢水較多，在冬季寒冷地區由于啟停頻繁導致的廢水結冰是限制濕法脫硫的重要因素，因此半干法脫硫對比濕法脫硫具有更好的適應性。

參考文獻

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