淺析中小型燃煤鍋爐濕法脫硫技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張杰

摘 要：由于我國能源資源特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的制約，決定了以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)在我國將長期存在。大量的使用煤炭等化石燃料的結(jié)果，使得大氣污染十分嚴(yán)重。按照國家煙草專賣局“十二五”規(guī)劃的要求，卷煙企業(yè)的中小型燃煤鍋爐進(jìn)行煙氣脫硫治理勢在必行。文章分析了燃煤所產(chǎn)生的SO2的原因及危害，介紹了燃煤鍋爐煙氣脫硫的幾種常用的濕法脫硫方式及其優(yōu)缺點(diǎn)，分析了濕法脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要設(shè)備及考慮因素。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐；濕法脫硫；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 濕法脫硫的幾種方式及優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 氧化鎂法

1.1.1 技術(shù)成熟

氧化鎂濕法脫硫技術(shù)是一種成熟度較高的脫硫工藝，該工藝在世界各地都有成功的應(yīng)用業(yè)績。循環(huán)液在循環(huán)過程中對水泵、管道、設(shè)備無明顯堵塞現(xiàn)象，便于設(shè)備運(yùn)行與保養(yǎng)，是一種特別適合中小型鍋爐煙氣脫硫技術(shù)。

1.1.2 脫硫劑來源充足

氧化鎂在我國已探明的儲藏量約為160億噸，占全世界的80%左右。

1.1.3 脫硫效率高

在化學(xué)反應(yīng)活性方面氧化鎂要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鈣基脫硫劑。氧化鎂的脫硫效率達(dá)到95%以上。

1.1.4 運(yùn)行費(fèi)用較高

脫硫劑價(jià)格及運(yùn)輸成本較鈣基脫硫劑大。

1.2 石灰石-石膏法

利用石灰石粉料漿洗滌煙氣，使石灰石與煙氣中的SO2反應(yīng)生成亞硫酸鈣，脫去煙氣中的SO2，再將亞硫酸鈣氧化反應(yīng)生成石膏。

1.2.1 脫硫率高：≥95%、工藝成熟、適合所有煤種、操作穩(wěn)定、操作彈性好、脫硫劑易得、運(yùn)行成本低、副產(chǎn)物石膏可以綜合利用，不會形成二次污染。

1.2.2 缺點(diǎn)：工藝流程較長，投資較高；硫酸鈣的二次污染難處理。

1.3 海水脫硫法

利用海水洗滌煙氣吸收煙氣中的SO2氣體。

1.3.1 優(yōu)點(diǎn)：脫硫率比較高：≥90%、工藝流程簡單，投資省、占地面積小、運(yùn)行成本低。

1.3.2 缺點(diǎn)：受地域條件限制，只能用于沿海地區(qū)。只適用于中、低硫煤種、有二次污染。

1.4 氨法

氨法是用氨水洗滌含SO2的廢氣，溶液中的（NH4）2SO3對SO2具有很好的吸收能力，它是氨法中的主要吸收劑。

1.4.1 氨法是煙氣脫硫各方法中較為成熟的方法，氨可留在產(chǎn)品內(nèi)，以氮肥的形式提供使用，因而產(chǎn)品實(shí)用價(jià)值較高。

1.4.2 氨法缺點(diǎn)：但氨易揮發(fā)，因而吸收劑的消耗量較大，另外氨的來源受地域及生產(chǎn)行業(yè)的限制較大。

1.5 雙堿法

雙堿法是以Na2CO3或NaOH溶液為第一堿吸收煙氣中的SO2，然后再用石灰石或石灰作為第二堿，處理吸收液，產(chǎn)品為石膏。再生后的吸收液送回吸收塔循環(huán)使用。優(yōu)點(diǎn)：脫硫效率高，脫硫劑易找到；缺點(diǎn)：運(yùn)行成本高，反應(yīng)中消耗堿量大，管路會堵塞，且易發(fā)生二次污染。

2 脫硫工藝選擇

根據(jù)以上濕法脫硫幾種方式的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合卷煙企業(yè)中小型鍋爐的現(xiàn)狀，采用氧化鎂法鍋爐煙氣脫硫方式。

2.1 氧化鎂法脫硫的工作原理

采用氧化鎂為脫硫劑，先與水進(jìn)行消化，生成氫氧化鎂，用含一定氫氧化鎂的水漿液進(jìn)行塔內(nèi)脫硫，由于脫硫產(chǎn)物硫酸鎂或亞硫酸鎂的溶解度非常大，一般不會造成過飽和結(jié)晶，形成結(jié)垢堵塞問題。另一方面脫硫劑為水不溶物，脫硫產(chǎn)物為溶解度很大的物質(zhì)，脫硫劑和脫離產(chǎn)物很容易分離，脫硫劑利用率很高。脫硫發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為酸堿反應(yīng)，瞬間即可完成，反應(yīng)速度很快，脫硫效率的高低主要取決于脫硫劑擴(kuò)散到水中的速率。

2.2 鎂法煙氣脫硫工藝主要包括4個(gè)部分

2.2.1 吸收劑制備與補(bǔ)充。

2.2.2 吸收劑漿液與煙氣的高效傳質(zhì)。

2.2.3 塔內(nèi)霧滴與煙氣接觸混合。

2.2.4 脫硫產(chǎn)物處理。

2.2.5 具體反應(yīng)過程如下所示：

（1）SO2的擴(kuò)散 SO2（氣相主體）→SO2（氣膜）

（2）SO2的溶解 SO2（g）→SO2 （aq）

（3）SO2的水合 SO2（aq）+H2O→H2SO3

（4）SO2的離解和氧化 H2SO3→H++HSO3 HSO3-→H++SO32-

HSO3-+1/2O2→HSO4- SO32-+1/2 O2→SO42-（部分）

（5）MgO的水合 MgO+H2O→Mg（OH）2

（6）Mg（OH）2的微量解離 Mg（OH）2→Mg2++2OH-

（7）酸堿中和反應(yīng) OH-+H+→H2O

（8）鹽的生成 Mg2++SO32-→MgSO3

MgSO3+SO2+H2O→Mg（HSO3）2 Mg2++SO32-+1/2O2→MgSO4

2.3 工藝流程

根據(jù)廠區(qū)三臺鍋爐運(yùn)行的實(shí)際情況制定流程方案。兩臺35t/h鍋爐共用一套脫硫裝置，一臺20t/h鍋爐用一套脫硫裝置。20t/h鍋爐煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)增壓后進(jìn)入脫硫裝置，在脫硫塔內(nèi)，脫硫漿液與煙氣充分接觸后使煙氣達(dá)標(biāo)，再經(jīng)副塔脫水，凈化后的煙氣由煙囪直接排到大氣。風(fēng)機(jī)正壓運(yùn)行，徹底避免引風(fēng)機(jī)因帶水嚴(yán)重而引起腐蝕等一系列問題，降低煙氣的絕對含濕量。兩臺35t/h鍋爐共用一套脫硫裝置流程與上述基本一致，只是在進(jìn)入脫硫系統(tǒng)前，由閥門相互切換，從而使運(yùn)行的鍋爐煙氣凈化達(dá)標(biāo)排放。上述兩套裝置共用一個(gè)水池。脫硫劑擬采用氧化鎂，氧化鎂由給料機(jī)送至制漿罐內(nèi)，與水在攪拌情況下制成含固量20%左右的氫氧化鎂漿液，制好后的漿液靠位差自流至循環(huán)水池，由循環(huán)水泵打入脫硫塔，脫硫后溶液回流至循環(huán)水池。脫落后產(chǎn)物主要為硫酸鎂或亞硫酸鎂，因其溶解度大，脫硫產(chǎn)物不易析出，可定期檢測循環(huán)水池內(nèi)的濃度，若超過30%，可定期更換部分循環(huán)水。水、氣和除塵脫硫生成物見如下流程： 氣路：引風(fēng)機(jī)出口-渦輪增壓湍流除塵脫硫塔-副塔（高效凝聚除霧器）-煙囪-大氣。水路：布水器-渦輪增壓湍流除塵脫硫塔-集水排水器-循環(huán)水池-循環(huán)水泵-布水器。

3 脫硫塔系統(tǒng)設(shè)備

3.1 脫硫塔主體設(shè)備

脫硫塔主體設(shè)備包括：脫硫塔、高效凝聚除霧器及脫硫塔系統(tǒng)內(nèi)管道。脫硫塔主體設(shè)備選用超低碳不銹鋼316L制作，任何穿透殼體的設(shè)施如人孔、接管座等都將密封并防止泄漏。所有內(nèi)部的導(dǎo)流板和支撐不能堆積污物、污泥或結(jié)垢，并易于清潔所有表面，吸收塔內(nèi)液體和煙氣流分布均勻。除霧器安裝在吸收塔的上部分離夾帶的霧滴，為了防止煙氣帶水對煙囪產(chǎn)生腐蝕。

3.2 工藝水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備

脫硫裝置所需的工藝水通過工藝水泵引至脫硫系統(tǒng)中，其可能的主要用戶為：（1）吸收塔蒸發(fā)水；（2）除霧器及所有漿液輸送設(shè)備、輸送管路、貯存箱的沖洗水；（3）引風(fēng)機(jī)、氧化風(fēng)機(jī)和其他設(shè)備的冷卻水及密封水。

3.3 制漿系統(tǒng)、其他管道和附屬件及控制系統(tǒng)

配備氧化鎂粉倉（含倉頂除塵器）、制漿罐，配備各系統(tǒng)之間的管道，并配套脫硫設(shè)備的控制系統(tǒng)。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要考慮因素

4.1 系統(tǒng)的整體布置

由于脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在原有場地進(jìn)行改造，脫硫系統(tǒng)周圍建筑物（煙囪、煤棚、風(fēng)機(jī)房等）較多，場地狹小，系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)既要考慮脫硫系統(tǒng)現(xiàn)場詳細(xì)規(guī)劃，精心布置，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，同時(shí)需要考慮周圍建筑物的安全。

4.2 脫硫效率的前瞻性

設(shè)計(jì)保證當(dāng)前脫硫系統(tǒng)達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)上，脫硫效率的設(shè)計(jì)指標(biāo)要有前瞻性，確保環(huán)保部門今后更高的排放要求。

4.3 引風(fēng)機(jī)風(fēng)壓

安裝脫硫系統(tǒng)后，風(fēng)壓不能滿足鍋爐的正常運(yùn)行，需要將引風(fēng)機(jī)進(jìn)行增容。

4.4 系統(tǒng)的防腐

系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮煙道、煙囪的防腐處理，同時(shí)考慮于脫硫液接觸部分的管道、閥門、泵類設(shè)備的防腐設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)煙道、脫硫塔、管道均采用316L不銹鋼。