煙氣脫硫工藝的研究

□文/朱東升 黃 徐 胡海蘭．蘭州石化公司研究院 ．蘭州石化公司

煙氣脫硫工藝的研究

The Study on Flue Gas Desulfurization Process

□文/朱東升1黃 徐2胡海蘭1
1．蘭州石化公司研究院 2．蘭州石化公司

目前工業生產中脫除硫化物的凈化技術分為濕法工藝和干法工藝兩大脫硫體系。濕法采用不同的脫硫劑，構成不同的脫硫方法。本文介紹了國內外煙氣脫硫工藝技術，對比分析了幾種煙氣脫硫的工藝技術優缺點。

煙氣脫硫 氨法脫硫 二氧化硫

近年來我國二氧化硫年排放量在2 000萬噸以上，居全球首位，我國已成為僅次于歐洲和北美的第三大酸雨區。硫氧化物和氮氧化物是公認的嚴重污染物，一直以來，人類為降低這些有毒氣體排放量進行著不懈的努力。一方面通過研究和開發新技術以盡早攻克“三廢”難題；另一方面通過減排條例、法律和標準的制定，強制要求降低有毒氣體污染物的排放。控制二氧化硫排放，保護大氣環境的緊迫要求，促使資源化煙氣脫硫技術全面推廣應用。

一、煙氣脫硫技術簡介

目前工業生產中脫除硫化物的凈化技術分為濕法工藝和干法工藝兩大脫硫體系。濕法脫硫的工作硫容高，工藝操作彈性大，處理硫負荷性能強，特別是其系列中廣泛應用的濕式氧化法，還具有連續運行的特點，適用于高含硫量工藝氣體的凈化。通常前配置為半水煤氣脫硫、變換氣脫硫，其工藝較為復雜，多單元控制的難度更大。

干法脫硫則凈化度高，設備布局簡單，工藝操作方便，還可轉化吸收有機硫化物，多用于脫碳后工藝氣體的精脫硫。

二、典型工藝對比

1. 石灰石—石膏濕法煙氣脫硫

石灰石—石膏濕法脫硫是目前世界上技術最為成熟、應用最多的脫硫工藝。該工藝以石灰石漿液作為吸收劑，通過石灰石漿液在吸收塔內對煙氣進行洗滌，發生反應，以去除煙氣中的SO2，反應產生的亞硫酸鈣通過強制氧化生成含兩個結晶水的硫酸鈣(石膏)，脫硫后的煙氣從煙囪排放。

優點：技術成熟，運行可靠，目前國內煙氣脫硫的8 0% 以上采用該法，設備和技術很容易取得；脫硫劑石灰石易得，價格便宜，且周邊已有制粉企業，副產品石膏目前有一定的市場；對鍋爐負荷變化有良好的適應性，在不同的煙氣負荷及SO2濃度下，脫硫系統仍可保持較高的脫硫效率及系統穩定性。

缺點：占地面積較大，脫硫塔設備投資稍高；脫硫塔循環量大，耗電量較高；系統有發生結垢、堵塞的傾向；石膏純度須在94% 以上才有出路。

2. LCFB—FGD循環流化床脫硫技術

鍋爐排出的煙氣直接進入流化床反應塔與塔內高濃度的脫硫劑反應，完成脫硫。脫硫后的煙氣進入電除塵器除塵凈化后，經引風機，由煙囪排出。

優點: 系統阻力低，確保鍋爐正常運行；斷面風速高，床體瘦長，占地少，有利于現有電站鍋爐的煙氣脫硫劑技術改造；負荷調節比例大，負荷調節快，適合負荷波動大的場合；系統對煙氣的含塵要求不高，系統不運行時，可直接作為煙道使用，系統的可用率高。

缺點: 脫硫效率相對較低，國內目前運行的系統中脫硫效率基本在80%左右；適應范圍較小， 適用范圍為一爐一塔或二爐一塔，對多爐一塔則系統的穩定性較差；脫硫產物由于含量復雜，基本無法利用。

3. M gO濕法煙氣脫硫技術

工藝系統主要包括：煙氣系統、SO2吸收系統、脫硫劑漿液制備系統、副產物處理系統、事故漿液系統、工藝水系統等。

優點：技術成熟，運行可靠。氧化鎂脫硫技術是一種成熟度僅次于鈣法的脫硫工藝。在日本和美國，氧化鎂脫硫在各工業領域得到一定應用。并且目前在國內也已有使用，但副產品拋棄不回收；脫硫效率高。在化學反應活性方面氧化鎂要大于鈣基脫硫劑，氧化鎂的分子量較碳酸鈣和氧化鈣都比較小，因此其他條件相同的情況下氧化鎂的脫硫效率要高于鈣法的脫硫效率，一般情況下氧化鎂的脫硫效率可達到95%～98% ；副產品亞硫酸鎂是造紙工業的化工原料，亞硫酸鎂/硫酸鎂是重要的肥料，可以生產含鎂復合肥。

缺點：副產品回收困難。因M gSO3和M gSO4在水中的溶解度較高，如采用蒸發結晶的辦法將消耗大量能源。對于本項目最經濟的辦法就是加入生石灰CaO，此法實際上就是“雙堿法”。其最終副產品也是石膏；到目前為止，國內還沒有帶回收副產品的鎂法脫硫裝置；鎂法脫硫工藝成立的前提是：副產品有市場，能回收再利用，出路有造紙業(MgSO3)和硫酸生產廠。

4. 氨—肥法煙氣脫硫工藝

氨—肥法技術以水溶液中的SO2和NH3的反應為基礎，采用氨將廢氣中的SO2脫除，得到亞硫酸銨中間產品。采用壓縮空氣對亞硫銨直接氧化，并利用煙氣的熱量濃縮結晶生產硫銨。

優點：氨一肥法脫硫技術將回收的二氧化硫、氨全部轉化為硫酸銨化肥；尤其適用高硫煤；脫硫效率較高，可達90%～95%；占地面積相對較小；系統阻力較小，脫硫塔總阻力在1 250Pa左右，一般可以利用原系統風機。

缺點：對煙氣中的塵含量要求較高(不大于200m g/m3)，如煙氣中塵含量達到350m g/m3，平均每天將有近1噸的濾料要清理；脫硫成本主要取決于氨的價格。氨的消耗為1噸SO2消耗0.5噸氨。如氨的價格上漲較多，將影響脫硫成本(一般地說，硫銨價格與氨的價格掛鉤， 同漲同降)；系統須采用重防腐：如氨系統泄漏，易造成二次污染。

5. 可再生胺脫硫技術

CANSOLV可再生胺脫硫技術是濕法回收法，使用專利胺液循環高效吸收煙氣中的SO2， 效率可高達99%以上。根據汽提原理，利用工廠的低壓蒸汽加熱吸收了SO2的胺液，將純SO2氣體從胺液中解吸出來，得到的高純度飽和SO2氣體可用來制酸或硫磺，而再生出來的胺液回到系統循環再用。

優點：脫硫效率高，脫后煙氣含硫量可在50m g/m3以下；系統操作、維護簡單可靠。

缺點：需要有硫磺回收或硫酸等下游配套裝置；再生蒸汽消耗量較大，能耗成本高；有機胺的抗氧化性、過程中生成的鹽需要很好地解決。

6. 日本新型半干式煙氣脫硫技術

半干式煙氣脫硫方法首先將脫硫劑(CaCO3、Ca(OH)2)吹入燃燒爐內進行一次脫硫，然后再向排氣中噴水使它與未反應的CaO反應進行二次脫硫。其流程見圖1。

該方法綜合了爐內注射式和濕式脫硫法的優點，主要有過程簡單無排水問題；設備占地面積小，運行操作和保養容易；建設費用低；動力消耗少；經濟效率高等等。脫硫過程如下：

綜合脫硫率為80%左右，副反應CaSO3即可以直接廢棄處理又可進一步氧化成石膏加以利用。

7. 活性炭脫硫脫硝技術

活性炭脫硫脫硝技術是以德國和美國為中心在20世紀50年代開始研究的，日本起始于60年代，但在70年代后才有快速發展。在此就日本在這一技術開發上處于領先地位的電源開發株式會社的研究作一些介紹。這種技術的處理工藝如圖2所示，圖中脫硫塔活性炭吸附排氣中的SOx，脫硝塔活性炭使NH3與NOx反應，分離塔加熱活性炭脫去SOx再生活性炭。

從最新驗證性實驗(燃煤排煙SOx800ppm，NOx190ppm)得出中試結果及經濟性評價如下：

(1)沒有發生裝置故障和活性炭過熱問題， 具有可靠性、安全性；

(2)脫硫率能達到97%以上，脫硝率能達到80%以上；

(3)工業用水量只有濕法脫硫的1/60，排水量可減少1/10。

(4)在現有的鍋爐排放氣體和環境條件下，對干式同時脫硫脫硝技術和目前所使用的技術進行比較，結果兩者的建設費干式同時脫硫脫硝技術稍低，但是活性炭的成本高，干式同時脫硫脫硝技術的運行費用比較高。如果今后環境指標更加嚴格，性能優越的干式同時脫硫脫硝技術是能夠與現代技術競爭的。另外，這一技術對于用水困難的地區更具意義。

8. 脈沖放電法脫硫脫硝技術

脈沖電暈放電法于2 0世紀8 0年代中后期從電子束法發展而來，其脫硫脫硝機理與電子束法基本相同。兩者主要區別是后者利用快速上升的窄脈沖電場加速而得到高能電子形成非平衡離子體狀態，產生大量的活性粒子而驅動電子的能耗極小，因而較前者能量利用率高，同時獲得較高的脫硫脫硝效率。由于這種方法設備簡單，投資省，操作簡便，成為國際上干法脫硫脫硝的研究前沿。現在所研究的典型實驗工藝流程如圖3。

目前脈沖電暈放電法仍處于中間試驗階段， 還有許多問題有待研究解決(如實驗研究不充分，脫除過程研究不深入和脈沖電源的性能有待改善等)。

綜上所述，鈣法屬資源拋棄型，產品為石膏渣和二氧化碳；氨法脫硫屬資源回收型，產品為硫銨化肥。鈣法脫硫技術在國外已很成熟且公開，是目前各國普遍使用的商業化技術。與此相比，我國擁有發展氨法煙氣脫硫的優越條件。國內合成氨市場的供應量在每年3 500萬噸以上，為氨法脫硫提供了強有力的原料保障。此外，氨法脫硫產品是具有較大市場空間的硫銨化肥。

略

圖3 干法脫硫脫硝典型工藝流程