工業鍋爐脫硫試驗與性能考核*

王志成，張偉君，張 宇

（黑龍江省能源環境研究院，黑龍江 哈爾濱 150027）

（Energy and Environmental Research Institute of Heilongjiang Province，Harbin 150027,China）

環境工程

工業鍋爐脫硫試驗與性能考核*

王志成，張偉君，張 宇

（黑龍江省能源環境研究院，黑龍江 哈爾濱 150027）

采用高效脫硫劑及脫硫工藝對工業鍋爐煙氣進行脫硫試驗與性能考核。研究試驗過程包括脫硫劑的研制，脫硫試驗曲線的繪制、工業試驗及考核等。

工業鍋爐；脫硫；試驗；考核

Industrial boiler desulphurization test and performance test*

WANG Zhi-cheng，ZHANGWei-jun，ZHANG Yu

（Energy and Environmental Research Institute of Heilongjiang Province，Harbin 150027,China）

Abstract:It is about the desulphurization test and the performance test on flue gas of industrial boiler by using highly efficient desulphurizing agents.The process includes themanufacture of the desulphurizing agents,the curve drawing of desulfurization test,industrial testand evaluation and so on.

Key words:industrial boiler；desulphurization；experiment；evaluation

國家環保總局統計指出：2007年全國煤耗25.8億t，SO2排放總量為2468萬t，全國工業鍋爐約50萬臺左右，其中96%是燃煤的，年耗煤4.3億t，排放SO2約640萬t。正是由于SO2排放量超出大氣環境容量的80%，位居世界第一，使“十一五”環保減排計劃無法按期完成。

環境保護是我國的一項基本國策，為迎接2008年北京奧運會，創建環保城市，國家“十一五”期間設立了“清潔能源”技術攻關項目，不僅對煙氣SO2排放濃度提出高標準，也對SO2排放總量提出要求。我院承擔了工業鍋爐脫硫技術攻關課題。

1 煙氣凈化機理

工業鍋爐脫硫技術屬于濕法脫硫，液體煙氣脫硫劑對煙氣洗滌，發生氧化還原反應，達到固硫的目的。煤中硫分為有機硫和無機硫兩種形式。煤中硫的存在形式主要以無機硫為主，大約占70%左右。無機硫又主要以FeS2形式存在。

FeS2在燃燒過程中發生如下反應：

在富氧以及500℃以上的條件下，

煤中有機硫大約占煤中硫的30%，大致可分為以下幾種形態：

硫醇類（R-SH）：苯硫酚

硫化物類（R-S-R'）：硫醚

二硫化物類（R-S-S-R'）：二硫醚

噻吩類：噻吩、二苯并噻吩、硫茚[1]。

有機硫與氧的反應按溫度的高低可分兩個階段進行。低溫下帶有C-S、S-H鏈式鍵的硫化合物發生分解，再與O2反應生成SO2；高溫下多環噻吩類化合物發生分解，與O2反應生成SO2。H2S氧化反應按下列過程進行：

工業鍋爐爐膛溫度屬于高溫[2]。

從煤的燃燒機理上看，硫在燃燒后主要以SO2形式排放到大氣中。我們應用氧化還原反應理論，在除塵器后加一套煙氣凈化裝置，把有害氣體SO2轉化為硫酸鹽類沉降，從而減少SO2排放量，達到國家SO2排放標準要求。

其反應過程如下：

首先，SO2溶解于水中，生成H2SO3，

其次，H2SO3與脫硫劑中元素X反應

H2SO3+X→XSO3+H2O

由于煙氣中SO2過剩，故繼續與生成的亞硫酸鹽反應：

由于亞硫酸鹽和亞硫酸氫鹽不穩定，一部分被O2氧化：

XHSO3、XSO3、XHSO4和 XSO4顆粒沉降后，未被利用的凈化劑被送回凈化裝置中循環使用。

2 脫硫劑的研究與實驗

脫硫劑原料是常規化工原料，加工工藝簡單易行，脫硫劑溶解度大，對SO2親和力強，反應產物不結垢，吸收SOx后生成固體的硫酸鹽，沉積在煙氣脫硫裝置底部，便于回收。

脫硫劑中有Fe、Mg等化學元素，在煙氣脫硫過程中進行化學反應，有下列反應：

為了檢測脫硫劑的脫硫效果，我們對不同含硫量原煤進行脫硫試驗，測得脫硫劑與固硫量之間的比例關系。

表1 劑硫比測試結果Tab.1 The testing data table of the sorbentwith sulfur ratio

從表1中可以得出,劑硫比為1.5∶1，求得直線方程：x-1.5y=0。

圖1 劑硫比測試圖Fig.1 The ratio of the sorbentwith sulfur

劑硫比是衡量脫硫效果的重要指標，同時也是考核脫硫成本的依據，我們通過不同的劑硫比檢驗了煙氣排放的SO2濃度，收集、整理數據見表2、圖2。

表2劑硫比與SO2測試表Tab.2 The ratio of the sorbentwith sulfurand testing data of SO2

圖2 SO2排放濃度曲線圖Fig.2 The emission concentration curve of SO2

從圖2、表2中可以看出，劑硫比越高，脫硫效果越好。通過比較，確定劑硫比1.5∶1為最佳，即用最低的劑硫比達到最佳的脫硫效果，且經濟性最佳。

確定劑硫比后，通過實驗，確定了加劑量與SO2排放濃度的曲線回歸方程見表3。

表3 回歸方程計算統計表Tab.3 Regression equation table

計算曲線回歸方程：U=u0e-cv

得出直線回歸方程：ln u=9.59－0.197v；

變換曲線回歸方程：U=14618e-0.197v。

3 工業試驗

3.1 煙氣凈化裝置

煙氣凈化裝置是實現工業鍋爐脫硫的重要設備。我們通過計算機仿真系統模擬煙氣流場情況，經過分析、設計、試驗，確定采用噴淋式煙氣洗滌裝置。脫硫劑通過噴淋頭霧化后，與流經的煙氣充分接觸，對煙氣進行洗滌脫硫，射流方向與煙氣流動方向相同的有4個噴淋頭，相反的有4個噴淋頭，這樣既保證脫硫劑與煙氣接觸時間充足，又減少了對煙氣的阻力，有利于煙氣的排放。噴淋頭的作用是把液體脫硫劑分割成許多微小滴群，增大其表面積，促進脫硫劑與煙氣最大面積接觸，在流出凈化裝置之前，完成化學反應。直徑1mm的液滴被分割成直徑10μm均勻的液滴群后，其個數增加1百萬倍，表面積增加100倍。噴霧液滴與氣體相比密度高，具有一定的穿透氣體的能力，有利于與SO2充分反應，達到脫硫的目的，煙氣凈化裝置脫硫塔見圖3。

圖3 煙氣凈化裝置脫硫塔Fig.3 Flue gas desulfurization tower

煙氣凈化裝置還包括固液分離器，它能使噴淋后的脫硫劑（含固體硫酸鹽，脫硫劑粘度隨著噴淋時間的加長而增大），通過固液分離器將硫酸鹽從脫硫劑中沉降、分離出來。脫硫劑可重復使用。在煙氣凈化裝置的設計中我們充分考慮了煙氣出入口的位置、噴淋頭的大小、位置及個數，同時還根據煙氣的流量，脫硫劑噴淋時對煙氣的阻力，選擇了合理的脫硫劑循環泵，以滿足噴淋的要求，保證脫硫效率。

煙氣凈化裝置的進出口和允許的最大煙氣流量與試驗用工業鍋爐相匹配，為此，課題組專程前往山西太原測取工業鍋爐的基礎數據。

3.2 工業試驗及性能考核

工業鍋爐脫硫試驗選擇在全國清潔能源城市、SO2污染嚴重的山西省太原市進行，在太原市煤氣化有限公司4t·h-1工業鍋爐上完成。鍋爐型號CMML2.8-60/85-A，使用日期為2004年11月，燃料消耗量為900kg·h-1，排氣煙筒高35m，大氣壓力935kPa，環境溫度－7℃。

脫硫考核由太原市環境監測中心站負責。該站監測人員根據定電位電解法，采用KM900手持式煙氣分析儀，監測SO2、O2的數據，我院應用碘量法，同時監測SO2，兩個結果誤差僅為0.9%～1.1%。

工業試驗首先對未經脫硫處理的煙氣進行SO2排放濃度監測，太原市環境監測中心監測結果為3096mg·m-3(平均值)，我院科研人員監測結果為3123mg·m-3（平均值），試驗誤差0.9%。

圖5 脫硫后煙氣監測點示意圖Fig.5 Schematic diagram ofmonitoring pointson flue gasafter desulfurization

試驗人員啟動脫硫劑泵，煙氣經煙氣凈化裝置，被脫硫劑洗滌，系統穩定運行30min后，開始監測脫硫后煙氣SO2排放濃度。太原市環境監測中心站監測結果 SO2排放濃度為 175mg·m-3(平均值)，我院科研人員監測結果為173mg·m-3(平均值)，試驗誤差1.1%，最終監測結果均以太原市環境監測中心站數據為準，脫硫效率高達94.3%。國標鍋爐大氣污染物排放標準（GB13271-2001）規定，燃煤鍋爐II時段最新標準SO2允許排放濃度為900mg·m-3，脫硫后SO2排放濃度175mg·m-3，僅為國家標準SO2排放限值的20%。課題組圓滿完成脫硫試驗及性能考核任務。

4 結論

工業鍋爐脫硫技術有效地解決了工業鍋爐煙氣SO2排放超標的問題，不僅脫硫率高，而且投資少，適合老工業鍋爐改造，便于技術推廣。

［1］張名耀.潔凈煤發電技術及工程應用［M］.北京：化學工業出版社，2010.138-140.

［2］劉琦.環境化學［M］.北京：化學工業出版社，2004.68-69.

TM621.2

A

1002-1124（2011）01-0029-04

2010-12-08

國家科技攻關計劃項目（2001BA401A02-53）

王志成（1973-），男，哈爾濱市人，高級工程師，1996年畢業于哈爾濱工程大學，學士學位，研究室主任，主要從事鍋爐尾氣凈化及替代能源技術研究工作，曾獲黑龍江省科技發明一等獎兩項；黑龍江省科技進步一等獎一項；全國石油化工行業科技二等獎一項；黑龍江省科技進步三等獎一項，科技成果十余項。