中小化工燃煤鍋爐煙氣脫硫技術路線的選擇

任 岷，婁曉靈

(1.中物科技集團 四川恒泰環境技術有限責任公司，四川 綿陽 621000;

2.中國工程物理研究院 信息中心，四川 綿陽 621900)

中小化工燃煤鍋爐煙氣脫硫技術路線的選擇

任 岷1，婁曉靈2

(1.中物科技集團 四川恒泰環境技術有限責任公司，四川 綿陽 621000;

2.中國工程物理研究院 信息中心，四川 綿陽 621900)

在分析了燃煤煙氣脫硫方式以及中小化工燃煤鍋爐特點的基礎上，對中小化工燃煤鍋爐適宜的煙氣脫硫技術路線進行了技術經濟比較。認為選擇脫硫路線時應考慮技術的成熟度及可靠性、脫硫劑和運行的成本、副產物的利用等因素。建議在煙氣量小于8×105m3/h時采用干法脫硫工藝;在煙氣量大于8×105m3/h時采用石灰石－石膏法脫硫工藝。

煙氣脫硫;燃煤;中小鍋爐;化工工藝

在對火電廠的大型燃煤發電鍋爐實施SO2和NOx排放控制以后，占SO2排放總量25%的工業燃煤鍋爐的煙氣排放也將成為控制重點［1］。GB13271—2001《鍋爐大氣污染物排放標準》［2］規定，2001年1月1日以后建成使用的、除煤粉發電鍋爐和單臺出力大于65 t/h發電鍋爐以外的各種容量和用途的燃煤、燃油和燃氣鍋爐排放的SO2，其排放濃度執行900 mg/m3的標準。隨著環保意識的增強和減排形勢的日益嚴峻，各地在實施該標準的過程中相繼提出了更為嚴格的地方排放標準。如根據 DB11/139—2007《鍋爐大氣污染物排放標準》［3］，北京市規定從2008年7月1日起，新、改、擴建的電廠和燃煤工業鍋爐排放的SO2執行20 mg/m3的標準;根據DB44/765—2010《鍋爐大氣污染物排放標準》［4］，廣東省規定從2010年11月1日起，新、改、擴建的燃煤工業鍋爐排放的SO2執行300 mg/m3(重點城區內)和400 mg/m3(重點城區外)的標準;上海市按照DB31/387—2007《鍋爐大氣污染物排放標準》［5］要求2007年9月1日起，新、改、擴建燃煤工業鍋爐的SO2排放量低于400 mg/m3。

因此，為適應新的環保形勢，中小工業燃煤鍋爐均需增設煙氣脫硫裝置及對原有的除塵脫硫裝置進行技術改造，以實現達標排放以及滿足地方排放總量的控制要求。

本文通過對各種脫硫工藝技術特點和相對運行成本進行分析比較，得到適宜中小化工燃煤鍋爐煙氣脫硫的技術路線。

1 燃煤脫硫方式

控制燃煤鍋爐煙氣中SO2排放的主要手段有三類，即燃燒前控制、燃燒中控制和燃燒后控制。

燃燒前控制或燃燒中控制燃煤鍋爐煙氣中的SO2排放，首先要求燃用特低硫煤和低硫煤。受脫硫率和低硫煤市場供應價格的制約，這兩類控制方法往往會造成鍋爐運行成本的增加，且實際運行效果也不理想，難以滿足今后的環保標準要求。

燃燒后控制是將燃煤煙氣通過專門設置的脫硫裝置，經化學過程除去煙氣中的絕大部分SO2，從而達到凈化煙氣的一種方法。脫硫在溶液中進行，脫硫劑和脫硫生成物均為濕態的稱為濕法脫硫;無論加入的脫硫劑是干態還是濕態，脫硫的最終反應產物是干態的稱為干法脫硫。

2 化工燃煤鍋爐的特點

化工行業自備的燃煤鍋爐出力一般小于420 t/h，屬于中小鍋爐。這類鍋爐通常具有以下特點:(1)以供熱為主;(2)大部分以煤為燃料;(3)燃煤來源不穩定，品質波動大，煙氣成分復雜，煙氣中SO2含量往往較高;(4)燃燒效率較低;(5)負荷變動大，開停爐比較頻繁;(6)設置比較分散;(7)煙囪較低，對周圍空氣質量有嚴重影響。

因此，化工行業燃煤鍋爐配備的脫硫裝置不同于大型鍋爐的操作環境，不能直接套用大型燃煤鍋爐煙氣脫硫工程常用的全套石灰石－石膏法脫硫技術路線。

3 適宜的化工燃煤鍋爐脫硫技術

對于中小化工燃煤鍋爐可供選擇的煙氣脫硫技術有:屬于濕法的鈉堿法、雙堿法、氨法、氧化鎂法、石灰石－石膏法和海水法等;屬于干法的旋轉噴霧干燥法(SDA)、增濕灰循環脫硫法(NID)等;屬于吸附－催化轉化的活性炭法等。海水法由于受地域性的限制，此處不進行討論。

濕法脫硫技術可以用一種通用的工藝流程表示，包括脫硫劑制備供應系統、SO2吸收系統、副產物處理系統、脫硫劑再生系統和水電氣公用工程系統等。各種濕法脫硫技術之間的主要區別在于副產物處理方式和脫硫劑能否再生以及再生利用方式。為強化傳質和維持反應的持續高效進行，SO2吸收系統可使用填料塔、旋流板塔、噴淋空塔等多種吸收塔型。鈉堿法采用堿液吸收SO2后，吸收液即排放，因而工藝流程最簡單;雙堿法用堿液吸收SO2后，要進行吸收劑的再生和副產物的沉淀分離;傳統的石灰石－石膏法由于包括石灰石漿液制備系統和副產物脫水系統，流程比雙堿法更復雜;氨法則需要對氨吸收SO2的漿液進行氧化、濃縮、結晶和干燥處理，分離得到副產物，因而流程較長;采用氧化鎂法吸收SO2后，漿液需經濃縮、干燥和煅燒再生。

相對于濕法脫硫而言，干法中的SDA法將吸收液霧化噴入吸收塔，副產物以干態輸出，流程簡單。NID法為保持一定的脫硫率，需要大量的灰循環和補充吸收劑，流程比SDA法復雜。

適用于中小化工燃煤鍋爐煙氣脫硫的技術及特點見表 1［1，6］。

表1 適用于中小化工燃煤鍋爐煙氣脫硫的技術及特點

4 脫硫技術路線選擇需考慮的主要因素

脫硫技術路線的選擇首先要考慮技術成熟度和運行可靠性;其次是裝置的投資及運行成本;再次是副產物的處置、工藝流程的復雜性、操作的靈活性和適應性等因素。

4.1 技術成熟度與運行可靠性

從技術的成熟度來說，上述濕法、干法脫硫技術都較成熟，工程實施不會存在較大的問題。從應用份額來說，濕法脫硫技術約占85%，干法等約占15%［6］。因此，從滿足日益嚴格的排放標準和技術本身具有的脫硫效率等特點來看，濕法脫硫技術應是首選。

濕法脫硫技術相對于其他方法的運行可靠性更高。隨著技術的研究與發展，已基本克服了早期濕法脫硫工藝運行過程中常出現的結垢和堵塞等問題。

4.2 建設投資

脫硫裝置的建設投資除與選擇的工藝有關外，還與處理的規模、設備配置的高低等因素有關。

在相同的處理規模(以200 MW估算)條件下，達到同樣的處理目標，若以含濕磨制漿系統和石膏脫水系統的石灰石－石膏法脫硫投資額為100計算，則氨法脫硫(含硫酸銨結晶、干燥和包裝系統)的投資額約為95;氧化鎂法脫硫(含氧化鎂煅燒再生和SO2外送系統)為95;干法脫硫(旋轉噴霧干燥)為75;吸附法脫硫(含稀硫酸濃縮系統)為80;鈉堿法脫硫為55;雙堿法脫硫為65［7－8］。

4.3 運行成本

以石灰石粉為原料的石灰石－石膏法脫硫技術脫除每噸SO2的脫硫成本為基數100，初步估算其他脫硫方法的運行成本和大致的成本構成。各種脫硫方法的相對運行成本和大致成本構成見表2。

表2 各種脫硫方法的運行成本和大致成本構成

由表2可見:造成上述各種脫硫方法運行成本差異的主要原因是脫硫劑的價格和能耗，其次是裝置的投資;在各種脫硫方法中，脫硫劑價格越高，相對運行成本也就越高;直接應用燒堿作為脫硫劑的鈉堿法相對運行成本最高，氨法次之，氧化鎂法、石灰石－石膏法和吸附法基本相當，雙堿法最低。

4.4 脫硫劑來源與供應

常用的脫硫劑主要有石灰、石灰石、氧化鎂、氨和氫氧化鈉等。其他的堿性物質或廢料如電石渣、廢堿液、廢氨水等也是潛在的脫硫劑。這些脫硫劑中，石灰石幾乎在我國各地都有分布，品質基本上都能滿足要求，也是幾種常用脫硫劑中商品售價最低的一種。石灰則是由石灰石煅燒而來，售價一般為石灰石售價的4倍左右。氧化鎂分布的地域性比較明顯，在寧夏等西部地區分布較多，在我國中部和東部則分布較少，因此采用氧化鎂法一般需具備原料產地優勢。氨和燒堿是常用的化工產品，均可從市場上購得。液氨屬危險化學品，在擬建的脫硫裝置附近有氨廠或廢氨水的情況下可以選擇氨法脫硫工藝。燒堿和純堿的購買、運輸和存儲比較方便，貨源也比較充足。

4.5 脫硫率與含硫量

從脫硫效率來看，濕法的脫硫率高于干法，一般都在90%以上。對于中、高含硫量的煙氣，在選擇脫硫技術路線時應尤為慎重。當燃用煤種和煤質可能發生變化時，宜選擇適應性較強的濕法脫硫技術。

4.6 脫硫副產物及處置

由表1可見，氨法脫硫的副產物硫酸銨是最好利用的，可以直接用作農用肥料。石灰石－石膏法的副產物為二水石膏。當煙氣含塵量少、石灰石品質好時，副產石膏的色澤就好，白度較高，適用于生產石膏裝飾面板;一般的副產石膏可以替代天然石膏用作水泥生產中的緩凝劑。氧化鎂法的副產物是亞硫酸鎂或硫酸鎂漿液，可以作為化工原料使用，但銷量及使用有限。雙堿法和干法的脫硫副產物是亞硫酸鈣，脫硫產生的亞硫酸鈣如不經處理則只能作為鋪路的輔料或作為礦穴、山谷、廢坑的回填之物。吸附法產生的副產物是質量分數為25%左右的稀硫酸，經過蒸發濃縮后可將質量分數提高至65%左右，從而減小存儲量。由此可見，在選擇脫硫技術路線時，對副產物的出路和利用均需認真考慮，以防產生二次污染。

5 結論與建議

通過上述分析，在進行中小化工煙煤鍋爐增設脫硫裝置的技術路線選擇時，得出以下結論:

(1)在煙氣量為5×105～8×105m3/h時，對脫硫效率的要求不高，建議選擇工藝流程簡單的干法脫硫工藝;

(2)在煙氣量為8×105m3/h以上時，在有穩定的石灰石粉、石灰、消石灰粉或電石渣來源供應的情況下，為便于副產物的綜合利用，建議采用不帶濕磨、含強制氧化的石灰石－石膏法脫硫工藝;

(3)當企業內部或附近有廢氨水或廢氨來源時，推薦采用氨法脫硫工藝;

(4)鑒于當前的環保形勢和日益嚴格的環保要求，脫硫裝置應選用高質量的系統配置，以提高裝置運行的可靠性。

結合多年從事脫硫裝置工程設計的經驗，建議在進行濕法脫硫裝置的設計時，既要充分考慮煤質的變化趨勢、鍋爐負荷的變動情況，又要考慮滿足越來越高的排放標準以及脫硫副產物的綜合利用，裝置應留有適當的設計裕量。采用帶液相再分布器的噴淋空塔、濕煙囪排放等優化設計方案可以降低系統能耗和運行費用。采用多爐一塔的設計可明顯降低裝置的投資。

［1］ 楊飏.中小型鍋爐煙氣脫硫(FGD)的技術路線［J］.中國環保產業，2009，8:19 －27.

［2］ 中華人民共和國環境保護局.GB13271—2001鍋爐大氣污染物排放標準［S］.北京:中國環境科學出版社，2001.

［3］ 北京市環境保護局.DB11/139—2007北京市地方標準鍋爐大氣污染物排放標準［S］.北京:中國環境科學出版社，2007.

［4］ 廣東省環境保護廳.DB44/765—2010廣東省地方標準鍋爐大氣污染物排放標準［S］.北京:中國環境科學出版社，2010.

［5］ 上海市環境保護局.DB31/387—2007上海市地方標準鍋爐大氣污染物排放標準［S］.北京:中國環境科學出版社，2007.

［6］ 郝吉明，王書肖，陸永琪.燃煤二氧化硫污染控制技術手冊［M］.北京:化學工業出版社，2001:300.

［7］ 李成益.幾種煙氣脫硫工藝及技術經濟分析［J］.石油化工技術經濟，2006，22(6):14 －19.

［8］ 谷吉林.旋轉噴霧干燥法(SDA)脫硫工藝系統的應用研究［J］.中國環保產業，2007，(6):38－42.

Technical Route Choice for Flue Gas Desulfurization of Medium and Small Coal Fired Boilers in Chemical Industry

Ren Min1，Lou Xiaoling2

(1.Sichuan ENTECH Environment Technology Co.LTD.，Science and Technology Group of China Academy of Engineering Physics，Mianyang Sichuan 621000，China;2.Information Center，China Academy of Engineering Physics，Mianyang Sichuan 621900，China)

Based on the analysis of flue gas desulfurization mode and characteristics of medium and small coal-fired boilers in chemical industry，the technical and economic comparisons of suitable technical routes are carried out.The factors such as technology maturity and reliability，desulfurizer performance and operation cost and the utilization of by-products must be considered.It is suggested that dry process should be used when the gas flow is less than 8×105m3/h，while limestone-gypsum process should be used when the gas flow is more than 8×105m3/h.

flue gas desulfurization;coal;medium and small boils;chemical process

X701.3

A

1006－1878(2011)03－0226－04

2010－11－24;

2011－02－11。

任岷(1962—)，男，重慶市人，碩士，研究員，長期從事環保領域的工程設計及技術研究。電話 0816－8013328，電郵 martinren311@163.com。

(編輯 王 馨)