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    目前最常用的幾種煙氣脫硫技術的優缺點
     

    前言

      我國的能源以燃煤為主,占煤炭產量75%的原煤用于直接燃燒,煤燃燒過程中產生嚴重污染,如煙氣中CO2是溫室氣體,SOx可導致酸雨形成,NOX也是引起酸雨元兇之一,同時在一定條件下還可破壞臭氧層以及產生光化學煙霧等,倫敦正是由于光化學煙霧的原因,整天被霧所籠罩著,所以才會有霧都之稱??傊济寒a生的煙氣是造成中國生態環境破壞的最大污染源之一。

      中國的能源消費占世界的8%~9%,SO2的排放量占到世界的15.1%,燃煤所排放的SO2又占全國總排放量的87%。中國煤炭一年的產量和消費高達12億噸,SO2的年排放量為2000多噸,預計到2010年中國煤炭量將達18億噸,如果不采用控制措施,SO2的排放量將達到3300萬噸。據估算,每削減1萬噸SO2的費用大約在1億元左右,到2010年,要保持中國目前的SO2排放量,投資接近1千億元,如果想進一步降低排放量,投資將更大。為此1995年國家頒布了新的《大氣污染防治法》,并劃定了SO2污染控制區及酸雨控制區。各地對SO2的排放控制越來越嚴格,并且開始實行SO2排放收費制度。

      隨著人們環境意識的不斷增強,減少污染源、凈化大氣、保護人類生存環境的問題正在被億萬人們所關心和重視,尋求解決這一污染措施,已成為當代科技研究的重要課題之一。因此控制SO2的排放量,既需要國家的合理規劃,更需要適合中國國情的低費用、低耗本的脫硫技術。

      正文

      煙氣脫硫經過了近30年的發展已經成為一種成熟穩定的技術,在世界各國的燃煤電廠中各種類型的煙氣脫硫裝置已經得到了廣泛的應用。從煙氣脫硫技術的種類來看,除了濕式洗滌工藝得到了進一步的發展和完善外,其他許多脫硫工藝也進行了研究,并有一部分工藝在燃煤電廠得到了使用。煙氣脫硫技術是控制SO2和酸雨的有效手段之一,根據脫硫工藝脫硫率的高低,可以分為高脫硫率工藝、中等脫硫率工藝和低脫硫率工藝;最常用是按照吸收劑和脫硫產物的狀態進行分類可以分為三種:濕法煙氣脫硫、半干法煙氣脫硫和干法煙氣脫硫。

      濕法煙氣脫硫工藝是采用液體吸收劑洗滌SO2煙氣以脫除SO2。常用方法為石灰/石灰石吸收法、鈉堿法、鋁法、催化氧化還原法等,濕法煙氣脫硫技術以其脫硫效率高、適應范圍廣、鈣硫比低、技術成熟、副產物石膏可做商品出售等優點成為世界上占統治地位的煙氣脫硫方法。但由于濕法煙氣脫硫技術具有投資大、動力消耗大、占地面積大、設備復雜、運行費用和技術要求高等缺點,所以限制了它的發展速度。

      半干法煙氣脫硫工藝是采用吸收劑以漿液狀態進入吸收塔(洗滌塔),脫硫后所產生的脫硫副產品是干態的工藝流程。

      干法煙氣脫硫工藝是采用吸收劑進入吸收塔,脫硫后所產生的脫硫副產品是干態的工藝流程,干法脫硫技術與濕法相比具有投資少、占地面積小、運行費用低、設備簡單、維修方便、煙氣無需再熱等優點,但存在著鈣硫比高、脫硫效率低、副產物不能商品化等缺點。

      自20世紀80年代末,經過對干法脫硫技術中存在的主要問題的大量研究和不斷的改進,現在已取得突破性進展。有代表性的噴霧干燥法、活性炭法、電子射線輻射法、填充電暈法、荷電干式吸收劑噴射脫硫技術、爐內噴鈣尾部增濕法、煙氣循環流化床技術、爐內噴鈣循環流化床技術等一批新的煙氣脫硫技術已成功地開始了商業化運行,其脫硫副產物脫硫灰已成功地用在鋪路和制水泥混合材料方面。這一些技術的進步,迎來了干法、半干法煙氣脫硫技術的新的快速發展時期。

      傳統的石灰石/石膏法脫硫與新的干法、半干法煙氣脫硫技術經濟指標的比較見表1。表1說明在脫硫效率相同的條件下,干法、半干法脫硫技術與濕法相比,在單位投資、運行費用和占地面積的方面具有明顯優勢,將成為具有產業化前景的煙氣脫硫技術。  

      本文主要論述了高脫硫率工藝——濕式洗滌工藝,主要是石灰石—石膏工藝;中脫硫率工藝——噴霧干燥工藝、爐內噴鈣加濕活化工藝、煙氣循環流化床和電子束照工藝;低脫硫率工藝——爐內噴射工藝和管道噴射工藝。

      1.低脫硫率工藝  脫硫率≤70%

         低脫硫率工藝主要包括爐內噴射工藝和管道噴射工藝。這些工藝的特點是投資費用低,但運行成本高,在煤中含硫量高。此工藝適用于剩余壽命短或現場安裝空間有限的調峰機組的改造。

       2.中脫硫率工藝脫硫率70%~90%

      中等脫硫技術包括三種工藝:爐內噴鈣加增濕活化工藝(LIFAC),煙氣循環流化床(CFB,包括噴鈣和常規)和噴霧干燥工藝。與低脫硫效率的工藝相比,脫硫效率有所提高,運行費用相對減少,設備較復雜,因而投資費用增加。與高效率的濕法工藝相比具有啟停方便,負荷跟蹤能力強的特點。適用于燃用中低含硫量的現有機組的脫硫改造。

      (1) LIFAC脫硫技術是由芬蘭的Tampella公司和IVO公司首先開發成功并投入商業應用的該技術是將石灰石于鍋爐的800℃~1150℃部位噴入,起到部分固硫作用,在尾部煙道的適當部位(一般在空氣預熱器與除塵器之間)裝設增濕活化反應器,使爐內未反應的CaO和水反應生成Ca(OH)2,進一步吸收SO2,提高脫硫率。

      LIFAC技術是將循環流化床技術引入到煙氣脫硫中來,是其開創性工作,目前該技術脫硫率可達90%以上,這已在德國和奧地利電廠的商業運行中得到實現。

      LIFAC技術具有占地小、系統簡單、投資和運行費用相對較、無廢水排放等優點,脫硫率為60%~80%;但該技術需要改動鍋爐,會對鍋爐的運行產生一定影響。我國南京下關電廠和紹興錢清電廠從芬蘭引進的LIFAC脫硫技術和設備目前已投入運行。

      (2) 爐內噴鈣循環流化床反應器脫硫技術是由德國Sim-mering Graz Pauker/Lurgi GmbH公司開發的。該技術的基本原理是:在鍋爐爐膛適當部位噴入石灰石,起到部分固硫作用,在尾部煙道電除塵器前裝設循環流化床反應器,爐內未反應的CaO隨著飛灰輸送到循環流化床反應器內,在循環硫化床反應器中大顆粒CaO被其中湍流破碎,為SO2反應提供更大的表面積,從而提高了整個系統的脫硫率。

      該技術將循環流化床技術引入到煙氣脫硫中來,是其開創性工作,目前該技術脫硫率可達90%以上,這已在德國和奧地利電廠的商業運行中得到證實。在此基礎上,美國EEC(Enviromental  Elements Corporation)和德國Lurgi公司進一步合作開發了一種新型煙氣的脫硫裝置。在該工藝中粉狀的Ca(OH)2和水分別被噴入循環流化床反應器內,以此代替了爐內噴鈣。在循環流化床反應器內,吸收劑被增濕活化,并且能充分的循環利用,而大顆粒吸收劑被其余粒子碰撞破碎,為脫硫反應提供更大反應表面積。

      本工藝流程的脫硫效率可達95%以上,造價較低,運行費用相對不高,是一種較有前途的脫硫工藝。

      (3) 噴霧干燥法煙氣脫硫技術是一項發展最成熟的煙道氣脫硫技術之一。該技術采用了旋轉噴霧器,投資低于濕法工藝,在全世界范圍內得到廣泛應用,在西歐的德國、意大利等國家利用較多。對中高硫燃料的SO2脫硫率能達到80-90%。

      該技術的基本原理是由空氣加熱器出來的煙道氣進入噴霧式干燥器中,與高速旋轉噴嘴噴出的充分霧化的石灰、副產品泥漿液相接觸,并與其中SOX反應,生成粉狀鈣化合物的混合物,再經過除塵器和吸風機,然后再將干凈的煙氣通過煙囪排出,其反應方程式為:

      SO2 + Ca(OH)2  CaSO3 + H2O

      SO3 + Ca(OH)2   CaSO4 + H2O

      該技術一般可分為吸收劑霧化、混合流動、反應吸收、水汽蒸發、固性物的分離五個階段,與其它干燥技術相比其獨特之處就在于吸收劑與高溫煙氣接觸前首先被霧化成了細小的霧滴,這樣便極大增加了吸收劑的比表面積,使得反應吸收及傳熱得以快速進行。其工藝流程如圖1所示【3】。該技術安裝費用相對較低,一般是同等規模的石膏法煙氣脫硫系統的70%左右。但存在著石灰石用量大、吸收劑利用率低及脫硫后的副產品不能夠再利用的難題,故該技術意味著要承擔雙倍的額外費用,即必須購買更多的石灰石和處理脫硫后的副產品,然后還要將其中的一部分花錢倒掉。

      3.高脫硫率工藝 脫硫率>90%

      濕法煙氣脫硫工藝是目前碚硫率最高的FGD技術,一般在Ca/S為1.05左右,脫硫效率達到90%以上。濕法工藝包括了許多不同類型的工藝流程,但是使用最多的還是以石灰石作為吸收劑的石灰石/石灰——石膏煙氣碚硫工藝。根據吸收塔的型式不同,石灰石/石灰——石膏工藝又可分為三類:逆流噴淋塔,順流填料塔和噴射流泡反應器。


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