燃煤排放煙氣脫硫技術概述

柏順 袁澤華(北京化工大學， 北京 100000)

燃煤排放煙氣脫硫技術概述

柏順 袁澤華(北京化工大學， 北京 100000)

SO2是造成我國大氣污染的主要污染物之一。在我國，燃煤排放的SO2是我國SO2排放的主要來源[1]。SO2對人體健康有很大的影響，濃度100 ppm的SO2可以造成呼吸道痙攣、呼吸困難，甚至死亡。在自然中，SO2可以產生大氣污染，如倫敦光化學煙霧等。SO2還可以產生酸雨。當前，我國近20個省市地區受酸雨的侵蝕和危害。酸雨會腐蝕雕塑、金屬、建筑物等。此外，酸雨還會影響植物生長，破壞土地成分。每年，全球因酸雨造成的環境污染導致的直接和間接經濟損失高達百億元[1,2]。

燃煤；排放煙氣；脫硫技術

1 脫硫的意義與必要性

為促進我國硫酸工業的環保水平，促進轉型升級，2010 年12月31日，我國發布發布了《硫酸工業污染物排放標準》(GB 26132-2010)，更加嚴格地規定了硫酸工業中SO2的排放標準。新標準規定，從2013年10月1日起，SO2排放限值降低到400 mg·m-3[3，4]。

2011年發布的《火電廠大氣污染物排放標準》規定：自2012．01．01起，新建火電廠執行SO2氣體的排放限值為200 mg·m-3。對比發現，我國新制定的標準比其他國家更為嚴格。

據統計，當前正在開發和應用的脫硫技術已經超過了200種。概括而言，脫硫技術可以分為：燃燒前、燃燒中和燃燒后脫硫(即煙氣脫硫)。

2 當前典型脫硫技術(見表1)

燃燒前脫硫是指在燃燒前對燃料進行脫硫或固定硫的脫硫方式。其處理技術主要通過物理(機械、磁力或洗選)、化學或生物(微生物降解)的方法實現。燃燒中脫硫則是在燃燒中通過添加固定劑或催化劑實現脫硫，主要方式有煤固硫技術、石灰/石灰石直接噴射技術，石灰石注入爐內分段燃燒技術(LIMB)、循環流化床燃燒技術(CFBC)、增壓流化床燃燒燃氣/蒸汽聯合循環技術(PFBC-CC)、煤氣/蒸汽聯合循環技術(IGCC)、爐內噴鈣和氧化鈣活化技術(LIFAC)等。燃燒中脫硫技術具有燃燒效率高、煤種適應性強、脫硫效率較高的特點，但是需要改造鍋爐。煙氣脫硫(即燃燒后脫硫)，顧名思義就是對燃燒后的煙氣進行脫硫或者固硫的方法，主要有氨法、雙堿法、石灰石-石膏法等。煙氣脫硫不需對燃燒設備或工藝進行改造，現階段具有成本低廉、操作方便、技術成熟等優點。

受煤炭產地、處理技術等因素的限制，燃燒前脫硫技術仍處于實驗室階段，目前僅有少量的中試和商業化報道。燃燒中脫硫技術發展迅速，但其限制明顯：即反應生成物難處理和利用。因此，燃燒后脫硫技術是當前發展最充分、工業化應用程度最高的脫硫技術。上表對當前典型脫硫技術進行了總結。

3 旋轉填充床氨法脫硫技術

氨法脫硫工藝因技術成熟、運行平穩，目前已經實現了商業化。理論而言，氨法脫硫工藝應使用氨溶液用于吸收劑；然而，實際上主要是以氨與SO2反應生成的(NH4)2SO3作為吸收劑。根據反應副產物，氨法脫硫工藝主要分為氨-酸法、氨-亞硫酸銨法、氨-硫酸銨法三種。氨-酸法脫硫過程需要消耗硫酸；氨-亞硫酸銨法的副產品為亞硫酸銨，亞硫酸銨因產能過剩，處理困難。因此，這兩種工藝受到一定的限制。硫酸銨是氨-硫酸銨法的副產品，可用做肥料。此外，氨法脫硫工藝運行穩定，脫硫塔不易結垢，適合中高硫煤種，不產生廢水污染。因而，氨-硫酸銨法得到了更多關注。氨法脫硫工藝的優點是脫硫效率高、運行穩定、成本低廉和副產物可利用。根據吸收和氧化方式的不同，商業化的氨法脫硫工藝有Walther工藝、AMASOX工藝、GE(Marsulex)工藝、NKK工藝等。

在氨法脫硫過程中，主要反應為吸收劑與煙氣中的SO2反應。式(1)-式(3)主要發生在SO2的吸收過程[7，8]，式(4)-式(5)為副產物的生成過程[6，7]。

表1 濕法、半干法和干法煙氣脫硫工藝對比

Chu guangwen等[9]和單從云等[10]考察了規整式填料旋轉填充床在并流操作條件下壓降特性和氨法脫硫效率。孫志斌等[11]研究了旋轉填充床氨法脫硫性能，考察了脫硫富液氧化再生后的脫硫性能。趙志強等探討了規整絲網填料用于氨法脫硫過程的傳質性能。Yan Jinpei等[11]研究了氨法脫硫過程中的噴霧的形成機理并給出了相應的去除方法。

因脫硫效率高及低成本的優勢，氨法脫硫工藝得到了廣泛的工業應用。在傳統氨法脫硫工藝中，泡沫塔或復噴復擋設備是其主要反應設備。但設備龐大、壓降高、傳質效率低。

隨著我國對企業環保要求的提高，對大氣污染物排放限值不斷降低，排放指標更加嚴苛，煙氣脫硫面臨新的發展和挑戰。與其他技術相比，超重力旋轉填充床以其可以強化傳質、體積小、使用物系廣、填料易于更換等特點，超重力旋轉填充床氨法脫硫工藝運行穩定、脫硫效率高。因此，研究氨法脫硫工藝具有重要的現實意義和價值。

[1] 平措.我國城市大氣污染現狀及綜合防治對策[J].環境科學與管理,2006,31(1):18-21.

[2] 李培,王新,柴發合,等.我國城市大氣污染控制綜合管理對策[J].環境與可持續發展,2011,36(5):8-14.

[3] GB26132.硫酸工業污染物排放標準[S].2010.

[4] GB13223.火電廠大氣污染物排放標準[S].2011.

[5] Kaminski,J.Technologies and costs of SO2-emissions reduction for the energy sector[J].Appl. Energy,2003,75(3–4),165-172.

[6] Keeth,R; Ireland,P; Radcliffe,P.Economic evaluations of 28 FGD processes[R].In:Proceedings of the 1991 SO2 control symposium.Washington D.C,1991.

[7] Gao,X; Ding,H; Du,Z,et al.Gas–liquid absorption reaction between(NH4)2SO3 solution and SO2 for ammonia-based wet flue gas desulfurization[J]. Appl.Energy,2010,87(8),2647-2651.

[8] Jia,Y; Zhong,Q; Fan,X,et al.Kinetics of oxidation of total sulfite in the ammonia-based wet flue gas desulfurization process[J].Chem.Eng. J.,2010,164(1),132-138.

[9] Chu,G-W; Luo,Y; Shan,C-Y,et al.Absorption of SO2 with Ammonia-Based Solution in a Cocurrent Rotating Packed Bed[J].Ind.Eng.Chem. Res.,2014,53(40),15731-15737.

[10]單從云,羅勇,初廣文,等.整體式碳化硅填料旋轉填充床并流壓降特性研究[J].高校化學工程學報,2014,(04):701-706.

[11]Yan,J; Bao,J; Yang,L,et al.The formation and removal characteristics of aerosols in ammoniabased wet flue gas desulfurization[J].J.Aerosol. Sci.,2011,42(9),604-614.