烟气脱硫技术研究进展及其对燃气脱硫的借鉴意义.doc

烟气脱硫技术研究进展及其对燃气脱硫的借鉴意义摘要：目前燃煤锅炉产生大量的含硫废气进而污染大气。而燃气作为一种清洁能源越来越受到各国的重视，许多国家以渐渐地把燃煤锅炉取代为燃气锅炉，从而减少硫的排放量。但是燃气在应用的过程中同样不可避免的会产生含硫废气。本文选择燃气为研究对象，分析了目前国家脱硫技术的状况，并对干法和湿法脱硫原理进行了详细的阐述，对比了干法与湿法脱硫技术的优劣，提出了采用烟气干法脱硫技术控制SO2排放量的工艺路线。关键词：烟气脱硫；干法脱硫；湿法脱硫；研究进展；燃气脱硫1. 引 言我国是能源生产消费大国，目前能源消费占全国的10%。在我国的能源结构体系中，煤约占整个能源结构体系的75%。随着国民经济的快速发展，燃煤量也不断的增多，SO2排放量也不断增多。1995年我国二氧化硫排放量超过2370万吨，超过美国1994排放量(2100万吨)，成为世界最大的二氧化硫排放国1。燃煤产生的二氧化硫污染及酸雨问题日趋严重，在这种背景下，燃气就渐渐地取代了燃煤而被广泛应用在各个领域2。近年来，国家对烟气脱硫要求更高更急，对烟气中SO2排放标准更严，这就更加迫切的要求火力发电厂尽快解决烟气中SO2的脱除问题，现在国内发电机组大多采用了脱硫技术以确保排放的SO2浓度和总量3。目前控制SO2污染技术通常可分为3类4：（1）燃烧前脱硫，是通过各种方法将燃气净化，去除燃气中所含的硫分，灰分等污染杂质；（2）燃烧中脱硫，即在燃气燃烧过程中加入石灰石或白云石粉作为脱硫剂，C aCO3和MgCO3加热分解成CaO和MgO，和烟气中的SO2反应生成硫酸盐，随灰分排出；（3）燃烧后烟气脱硫，即烟气脱硫(FGD)，是当今世界上唯一最大规模商业化应用的脱硫技术，是控制SO2最行之有效的途径。所谓烟气脱硫5就是应用化学或者物理的方法将烟气中的SO2予以固定或脱除。按照脱硫方式和产物的处理形式划分，烟气脱硫6又可划分为：干法，半干法和湿法三类。干法烟气脱硫技术7，即脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行的，该方法具有无污水和废酸排出、设备腐蚀小、烟气在脱硫过程中无明显温降、净化后烟温高、利用烟囱排气扩散等有点。湿法烟气脱硫技术8，液体或浆状吸收剂在湿状态下脱硫和处理脱硫产物，该法具有脱硫反应速度快，脱硫效率高等有点。但湿法烟气脱硫工艺存在投资和设备运行费用都很高、脱硫后产物处理较难、易造成二次污染、启停不便、腐蚀积垢等问题。半干法烟气脱硫技术，该方法皆有干法和湿法等特点，是脱硫剂在干燥状态下脱硫，在湿状态下再生或者在湿状态下脱硫，在干状态下处理脱硫产物(如喷雾干燥法)的烟气脱硫技术。本文就分别阐述了这三种烟气脱硫技术，并分析各种方法的优缺点，并提出了本文的观点采用干法烟气脱硫技术。2. 烟气脱硫技术研究进展锅炉烟气脱硫是控制SO2含量的行之有效的途径。不同的技术对烟气脱硫的效果不同。目前，国内外的脱硫技术主要有干法和湿法2 类。干法脱硫主要有石灰/石灰石抛弃法、石灰石/石膏法、循环流化床脱硫等;湿法脱硫方法主要有双碱法、氧化镁碱法、氨碱法等5。2.1 干法烟气脱硫2.1.1 电子束脱硫工艺电子束脱硫工艺开发于20世纪70年代的日本（如图1）1，美国和德国也有研究。我国成都热电厂成功利用日本荏原技术建立了电子束脱硫示范工程。工艺以氨为吸收剂，烟气由喷洒塔冷却至适当温度后进入辐射反应器，在高能电子束辐照下，烟气中氮、氧和水形成自由基和离子，与SO2和氮氧化物反应生成硫酸和硝酸。氨存在下，产生铵盐。产物经除尘器收集后，可作为肥料使用。工艺的关键设备是电子加速器。用于电子加速的电压高达数百千伏，能源由直流电源供给。高能电子束穿透“窗口”辐照烟气，促使反应进行。阻隔电子加速器真空和烟气的是微米级厚的钛箱，它能抵抗住两侧的压差，并耐受辐照高温引起的烟气腐蚀。整个辐照反应器必须保持无辐射泄漏。电子束脱硫工艺具有同时脱硫和脱氮的功能，产生的副产物可用作肥料。在最优化运行条件下，脱硫和脱氮效率能达到90%以上。该工艺流程简单、运行维护方便，烟气负荷负载能力强，一次投资和运行费用低，无二次污染物产生，同时脱硫脱硝，副产物硫酸铵和硝酸铵是可利用的氮肥。图1 电子束脱硫工艺流程图2.1.2 干法喷射脱硫技术干法烟气脱硫主要有2 种方法，一种是炉膛喷钙脱硫；另一种是烟道喷钙脱硫1。有研究表明，炉膛喷钙法脱硫效率在36%以下，钙的利用率在15%以下，这其中最主要的原因是，CaSO4覆盖层阻止了反应的进一步发生，使反应过程终止。另外，由于炉内的温度都在1000以上，高温容易造成CaO 的烧结。烧结现象导致CaO比表面积的减少和孔隙率的降低，影响了SO2的扩散。因此，炉膛喷钙脱硫必须考虑CaO的烧结问题。烟道喷钙脱硫是一种传统的烟气脱硫方法，该法存在的主要问题是：锅炉烟道中的烟气温度只有150左右，在此条件下，充分反应的时间在4 s以上，烟气的流速一般为10-15 m/s，这就要求烟气在进入除尘设备之前需要40-60m的烟道，这无论从基建投资、占地面积还是从烟气温度下降方面考虑都不现实；吸收剂颗粒易聚集沉降，从而导致吸收剂比表面积减小、活性降低，最终致使脱硫效率降低。针对干法烟气脱硫过程出现的上述问题，国外开发了荷电干式吸收剂喷射脱硫技术，其原理是吸收剂以高速流过喷射单元产生的高压静电晕充电区，使吸收剂得到强大的静电荷（通常是负电荷）。当吸收剂通过喷射单元的喷管被喷射到烟气流中时，由于吸收剂颗粒都带同一符号电荷而相互排斥，所以会在烟气中形成均匀的悬浮状态，使每个吸收剂粒子的表面都充分暴露在烟气中，与SO2完全反应机会大大增加，从而提高了脱硫效率，而且吸收剂粒子表面的电晕，还大大提高了吸收剂的活性，降低了同SO2完全反应所需的滞留时间，一般在2s 左右即可完成慢硫化反应，从而有效地提高了二氧化硫的去除效率。工业应用结果表明，当Ca/S比为1.5 左右时，系统脱硫效率可达60%-70%。此外，荷电干吸收剂喷射系统对小颗粒（亚微米级PM10）粉尘的清除也很有帮助。带电的吸收剂粒子把小颗粒吸附在自己的表面，形成较大颗粒，提高了烟气中尘粒的平均粒径，这样就提高了相应除尘设备对亚微米级颗粒的去除效率。荷电干式吸收剂射脱硫系统的优点为投资小、收效大、脱硫工艺简单有效、可靠性强；整个装置占地面积小，可用于新建锅炉的脱硫，对现有锅炉的技术改造时该方法更具优势；不会造成二次污染，反应生成物将与烟尘一起被除尘设备除去后统一运出厂外。其主要缺点是对脱硫剂要求太高，一般的石灰难以满足其使用要求。2.1.3 炉内喷钙循环流化床反应器脱硫技术炉内喷钙循环流化床反应器脱硫技术1是由德国的Sim-mering Graz Pauker/Lurgi GmbH 公司开发的。该技术的基本原理是：在锅炉炉膛适当部位喷入石灰石，起到部分固硫作用，在尾部烟道电除尘器前装设循环流化床反应器，炉内未反应的CaO 随着飞灰输送到循环流化床反应器内，在循环流化床反应器中，大颗粒CaO 被其中湍流破碎，为SO2反应提供更大的表面积，从而提高了整个系统的脱硫率。2.2 湿法烟气脱硫石灰石石膏湿法脱硫工艺9是目前应用最广泛的一种烟气脱硫技术,其优点是脱硫率高,可适合高、中、低硫煤,设备运转率高;缺点是占地面积大,投资和运行费用较高。烟气从吸收塔喷淋区下部进入并向上运动,石灰石浆液从喷嘴喷出,形成分散的浆液雾向下运行并与烟气逆流接触,对烟气中的SO2 、SO3 、HF、HCl等酸性组分进行洗涤,同时,烟气中的部分烟尘颗粒与液滴接触而被捕集。因此,石灰石石膏湿法脱硫工艺不仅具有较高的脱硫效率,对烟气中其他酸性组分和烟尘也具有一定的脱除率，具体可参见文献【10】，这里就不再赘述了。3. 烟气脱硫的优缺点及其对燃气脱硫的借鉴意义湿法脱硫产物的处理比较麻烦，烟温降低不利于扩散，传统湿法的工艺较复杂，占地面积和一次性投资昂贵，设备运行费用较高,加之我国水资源的日益缺乏，技术成熟的湿法脱硫工艺因投资大、用水量大等原因在缺水地区的推广应用受到限制，为适应我国脱硫市场的需要，许多国家都在致力开发研究高效的干法脱硫技术。湿法脱硫虽然技术较成熟，但对煤气要先冷却，然后再加热，不仅浪费煤气中的显热，而且需增加煤气预热装置。而采用干法脱硫同常规湿法脱硫相比，有以下特点1：(1)可回收高温煤气中占总值10%-20%的显热,提高发电效率l%2%。(2)不必像湿法脱硫那样除去热煤气中的水汽及CO2, 可直接推动燃气轮机, 增加了输出功率。(3)省去了煤气热交换装置, 减少设备投资, 降低了发电成本。(4)硫回收弹性大，可视市场供需情况, 生产硫磺或硫酸。常规火力发电厂, 燃煤中的硫分多作为废料排走。(5)煤气中焦油等杂质不因冷凝而堵塞系统。综上所述，干法脱硫具有净化度高, 能脱除多种有机硫化物的特点。当原料气含硫量较低, 或需净化的气体流量较小时, 仅采用干法脱硫即可达到目的。4. 结论(1) 燃气作为一种新型能源被广泛应用在发电等领域，但其在应用过程中，难免有大气污染，本文针对目前我国SO2污染的严重性，阐述了烟气脱硫的几种技术。(2) 综合分析各种烟气脱硫技术，及其各种脱硫方法的优缺点，提出了本文的观点利用干法脱硫技术对烟气进行脱硫处理。(3) 本文只是简单地理论分析了各种烟气脱硫技术，由于现阶段实验设备不完全，因此缺少各方法的实际实验操作。参考文献(reference)1 邱炜，周刚，付英杰.干法烟气脱硫综述J. 电站系统工程，2005，21(3):19-202 欧俭平，吴慧卿，肖佩林，等. 新型燃气燃烧器性能试验研究J. 金属热处理，2007，32(10):85-873 陈正芳,肖大和. 石灰石湿法烟气脱硫运行可靠性的探讨J. 四川电力技术，2008，31(4):36-384 李红英, 周长丽, 王海英. 干法烟气脱硫技术的进展及其应用分析J. 辽宁化工，2007，36(8):540-5425 尚乃明, 王玉庆. 锅炉烟气脱硫技术方案选择J. 化肥设计，2008，46(4):23-266 王志才. 对干法烟气脱硫技术应用的探讨J. 内蒙古科技与经济，2008，14(168):208-2097 王芳芳,伍星亮,赵海，等. 干法脱除煤气中有机硫的研究现