循環(huán)懸浮式半干法煙氣脫硫技術(shù)的研究

常志鵬(河南能源化工集團有限公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

煤炭燃燒是我國能源供應(yīng)的主要方式，隨著經(jīng)濟發(fā)展的同時，對煤炭消耗量也是急劇增加，不斷增長的二氧化硫的排放量對環(huán)境造成了極大影響。大氣中SO2排放量有90%來源于燃煤，酸雨、霧霾等問題也與煤炭等化石燃料燃燒排放大量二氧化硫排放有關(guān)，都對生態(tài)環(huán)境造成了極大破壞[1]，進而對人類呼吸及神經(jīng)等系統(tǒng)造成損傷。我國能源結(jié)構(gòu)主要以煤炭為主，由于煤炭燃燒對環(huán)境、經(jīng)濟的發(fā)展都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，我國針對尾氣二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)，也在逐漸提高，要積極認(rèn)真的落實好《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》，一定要完成防治污染目標(biāo)，減污減排任務(wù)仍任重道遠(yuǎn)?；痣娦袠I(yè)主要以煤炭為燃料，排放的二氧化硫在總量中占比較高，脫硫技術(shù)的優(yōu)化與創(chuàng)新不斷面臨著新的機遇和挑戰(zhàn)，因此有效推進煤炭潔凈燃燒、優(yōu)化SO2煙氣脫硫技術(shù)對燃煤行業(yè)及改善環(huán)境都具有重要的影響。

1 煙氣脫硫技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

煙氣脫硫是在燃燒后以降低二氧化硫排放為目的的末端治理技術(shù)。煙氣脫硫技術(shù)根據(jù)脫硫劑和脫硫產(chǎn)物的干濕形態(tài)分為濕法、半干法和干法三類[2]。濕法脫硫工藝即脫硫劑和副產(chǎn)物均為濕態(tài)，煙氣中的二氧化硫被堿性溶液脫硫劑進行有效的吸收從而達到脫硫目的，濕法煙氣脫硫工藝的發(fā)展完善隨著科技水平提升不斷進步，已能滿足35mg/Nm3超凈排放的要求，能達99%以上的脫硫效率，濕法煙氣脫硫工藝具有投資少且易操作、脫硫效率高等優(yōu)點，但缺點也是不容忽視的，此工藝易造成二次污染，濕性易造成運作設(shè)備的腐蝕，從而影響設(shè)備的穩(wěn)定運行。石灰石-石膏法是濕法工藝較為成熟常用的方法。半干法煙氣脫硫工藝的脫硫劑為濕態(tài)、副產(chǎn)物為干態(tài)形態(tài)，此脫硫工藝是在氣、液、固三相中進行，脫硫產(chǎn)物為干粉狀，具備工藝簡單、脫硫效率較高、占地面積小、生成物易于處理、設(shè)備不易被腐蝕等特點。干法煙氣脫硫工藝的脫硫劑和副產(chǎn)物為干態(tài)，可使煙氣中二氧化硫充分得到凈化，具有工藝簡單、無污水處理、耗能低等優(yōu)點，缺點是脫硫效率相對較低、占地投資大、不易操控等[3]。目前，中國脫硫市場上有以石灰石-石膏法、雙堿法、氨法、氧化鎂法、海水脫硫法等為主的濕法脫硫技術(shù)；活性炭法、電子束法等干法技術(shù)；主要有循環(huán)流化床法、噴霧干燥法、爐內(nèi)噴鈣尾部增濕脫硫工藝等半干法脫硫技術(shù)。

2 循環(huán)懸浮式半干法煙氣脫硫技術(shù)

2.1 工藝特性

循環(huán)懸浮式半干法煙氣脫硫技術(shù)主要是以循環(huán)流化床理論為依據(jù)，使吸收劑以懸浮方式懸浮在吸收塔內(nèi)并反復(fù)循環(huán)形成密相區(qū)，使其與煙氣中的SO2得到充分接觸反應(yīng)來實現(xiàn)脫硫的一項脫硫技術(shù)。該技術(shù)的最大優(yōu)勢表現(xiàn)在經(jīng)噴水方式可將吸收塔內(nèi)溫度保持在最佳的反應(yīng)溫度，使氣固紊流充分混合至最佳狀態(tài)，暴露出消石灰未反應(yīng)的新表面，同時多次循環(huán)的固體物料使脫硫劑停留時間增長，有效提高了脫硫劑的利用率和脫硫效率。循環(huán)懸浮式半干法煙氣脫硫技術(shù)占地小、造價較低、脫硫效率及吸收劑利用率相對較高、設(shè)備可靠性高、對煤種適應(yīng)性強、所產(chǎn)生的最終固態(tài)產(chǎn)物易于處理等優(yōu)點，其相對適用范圍也較為廣泛。

(1)石灰漿液和水使用霧化噴嘴呈霧狀顆粒，使吸收劑增濕活化，底部則直接送入反應(yīng)器中，能有效避免腐蝕問題并可以有效控制物料的循環(huán)量。采用具有更大通徑、不易堵塞的雙流體噴嘴。

(2)脫硫劑在脫硫塔內(nèi)再循環(huán)的方式可有效的避免了脫硫劑在管道中發(fā)生堵塞和嚴(yán)重磨損噴嘴的情況。

(3)在循環(huán)懸浮式半干法脫硫反應(yīng)塔中，循環(huán)物料具有很高的濃度，提高了待處理煙氣與脫硫劑的接觸面積，因此二氧化硫的吸收率增高。大面積的接觸保證了吸收劑與SO2之間的反應(yīng)高效進行，脫硫劑的利用率高，因此降低了脫硫系統(tǒng)副產(chǎn)物脫硫灰的產(chǎn)量。也由此煙氣的停留時間相對較短，反應(yīng)器的直徑相對減小，占地面積和投資費用相應(yīng)減少。塔內(nèi)高濃度的物料顆粒不斷的沖刷石灰漿，使其不會發(fā)生貼壁現(xiàn)象。

(4)循環(huán)懸浮式半干法系統(tǒng)內(nèi)部沒有任何運動部件，保證設(shè)備運行相對連續(xù)、無須長期維護，也節(jié)省了維護費用。

(5)循環(huán)懸浮式半干法工藝不僅能夠脫除煙氣中的酸性氣體，也能脫去如鎘、鉛、汞等重金屬。

2.2 工藝系統(tǒng)

循環(huán)懸浮式半干法脫硫技術(shù)工藝系統(tǒng)的主要部分是脫硫塔主體、旋風(fēng)分離器、石灰漿制備系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。脫硫工藝有吸收劑的儲存和運輸、煙氣霧化增濕調(diào)溫、脫硫劑與含濕煙氣霧化顆粒充分接觸混合、二氧化硫的吸收、增濕活化、灰循環(huán)和廢渣排除這七步工藝流程。

煙氣經(jīng)管道進入至噴霧干燥脫硫反應(yīng)器主體的底部，經(jīng)霧化器增濕作用，將吸收劑漿液噴射成均勻的霧化液滴充分與SO2直接作用，達到煙氣脫硫的目的。經(jīng)歷煙道所生成的干粉狀生成物與煙氣中的粉塵一同進入布袋除塵器，從而進一步被分離。

2.3 影響因素

該技術(shù)的主要控制參數(shù)有循環(huán)倍率、酸性氣體濃度、在吸收塔內(nèi)煙氣及脫硫劑的停留時間，吸收塔內(nèi)溫度、鈣硫比等。在脫硫系統(tǒng)運行時液滴大小、含水量以及絕熱飽和的溫度值等因素影響的是液滴干燥的時間長短；脫硫參數(shù)對脫硫反應(yīng)的影響主要反應(yīng)在影響反應(yīng)速率、接觸反應(yīng)的時間和接觸面積上。其中氣相傳質(zhì)阻力、液相傳質(zhì)阻力和石灰溶解阻力決定了反應(yīng)的速率；反應(yīng)時間則取決于脫硫劑顆粒表面水分的蒸發(fā)過程。以上的各因素都會對吸收塔的設(shè)計和脫硫率有著重要的影響。

通過研究各運行參數(shù)對脫硫效率的影響、循環(huán)對脫硫裝置脫硫效率的影響及增濕水對脫硫的強化作用的情況可得：

提高循環(huán)倍率可提高系統(tǒng)脫硫效率。將反應(yīng)產(chǎn)物再次循環(huán)，使未反應(yīng)完畢的石灰進入脫硫塔內(nèi)再與SO2進行反應(yīng)，可以提高脫硫效率及脫硫劑的利用率，同樣可節(jié)省吸收劑的成本。再循環(huán)的灰進入脫硫塔內(nèi)后，與新鮮的吸附劑發(fā)生碰撞后，附著在其表面，相對增加了與SO2反應(yīng)的漿滴有效表面積，從而提高了脫硫效率。吸收劑循環(huán)脫除SO2是減少給料量且能提高利用率的一種實效方法。脫硫效率隨循環(huán)灰含濕量的增加而提高，含濕量增加相當(dāng)于延長了循環(huán)灰內(nèi)水分的停留時間，有利于脫硫反應(yīng)的進行。但循環(huán)灰含濕量的增加影響了灰的流動性能，易出現(xiàn)內(nèi)壁積灰現(xiàn)象。

增濕水可使脫硫效率明顯提高，增加增濕水量，液相水有利于脫硫反應(yīng)的進行，隨著脫硫塔內(nèi)液相存在的時間不斷延長，脫硫效率達到一定程度后便開始下降。增濕水的噴入點應(yīng)選在石灰漿液恰好干燥的位置。

3 結(jié)語

本文研究了循環(huán)懸浮式半干法煙氣脫硫技術(shù)中工藝參數(shù)絕熱飽和溫距、鈣硫比、脫硫塔入口煙氣溫度對脫硫效率的影響、循環(huán)對脫硫裝置脫硫效率的影響及增濕水對脫硫的強化作用影響。我們要優(yōu)化研究促進脫硫效率的措施，更好的設(shè)置脫硫裝備的運行參數(shù)，使循環(huán)懸浮式半干法煙氣脫硫技術(shù)的脫硫效率得到進一步的提高，更適用于我國工業(yè)對于脫硫?qū)嵡榈男枰?/p>