鍋爐煙氣脫硫除塵技術及應用分析

馬玉蘭

（山西省煤炭規劃設計院 山西太原 030045）

引言

據統計，2017年，全國能源消費總量為44.9億t標準煤，煤炭消費占能源消費比重為60.4%。在對全國338個地級及以上城市中僅有99個城市環境空氣質量達標，占全部城市數的29.3%；239個城市環境空氣質量超標，占70.7%。我國能源結構主要還是以煤為主，加重了大氣污染程度。其中，粉塵和酸雨危害較重。因此，做好燃煤鍋爐脫硫除塵工作，控制燃煤煙塵和二氧化硫的排放量，對改善環境，尤其是防治大氣環境污染方面發揮著重要作用。目前，燃煤鍋爐脫硫除塵技術包括濕法脫硫、干法脫硫，以及干濕法綜合脫硫法，不同的脫硫除塵方法在燃煤鍋爐煙氣脫硫除塵中的應用有其各自不同特點和應用領域。

1 煙氣脫硫除塵理論

1.1 煙氣脫硫除塵基本原理

燃煤鍋爐排放的煙氣中含有二氧化硫，呈現出酸性特點，因此，利用堿性物質反應實現脫除煙氣中的二氧化硫效果。應用堿性物質與燃煤鍋爐煙道中的二氧化硫發生反應，會生成硫酸鹽與亞硫酸鹽混合物，不同的堿性物質會生成鈣鹽、鈉鹽、鎂鹽等。其中不同的工藝條件會產成亞硫酸鹽和硫酸鹽的不同比率，甚至還會出現亞硫酸鹽全部轉化為硫酸鹽的處理效果。

1.2 煙氣脫硫除塵方法概述

脫硫除塵方法根據不同標準和依據有著不同的分類方法。主要分為燃燒前、燃燒中以及燃燒后脫硫三大類。其中，燃燒后脫硫又叫煙氣脫硫。①根據脫硫劑使用種類可以將煙氣脫硫除塵分為：鈣法脫硫、鎂法脫硫、鈉法脫硫、氨法脫硫和有機堿法脫硫五種。分別是以石灰石、氧化鎂、亞硫酸鈉、氨氣和有機堿等為基礎的煙氣脫硫除塵法。其中，鈣法使用最為廣泛，約占全部煙氣脫硫除塵的90%以上。②根據吸收劑及脫硫干濕狀態，可以將煙氣脫硫除塵分為濕法脫硫、干法脫硫和半干/半濕法脫硫。其中，濕法脫硫具有脫硫效率高、設備簡單以及反應速度快等優點，但濕法的不足之處是具有較強的腐蝕性，后期的運維費較高，容易造成二次污染等問題。干法脫硫的優點是腐蝕設備較輕、二次污染少等，但不足之處是脫硫效率差，反應速度慢，設備龐大不易管理等等。半干法脫硫則是指干燥狀態脫硫，在濕狀態下再生，或者在濕狀態下脫硫、在干狀態下處理脫硫產物的煙氣脫硫技術。其中，濕狀態下脫硫、半干狀態下處理脫硫產物的半干法具有反應速度快、脫硫效率高、無廢酸及脫硫產物易處理等優點。③依據脫硫產物用途的不同，可以將煙氣脫硫除塵技術分為拋棄法和回收法。

2 煙氣脫硫除塵技術及應用

2.1 濕法脫硫除塵技術

燃煤鍋爐煙氣濕法脫硫技術主要采用的是液體吸收鍋爐煙氣中排放出的二氧化硫。其中，又可以根據不同脫硫劑使用將其分為鈣法脫硫、鎂法脫硫、鈉法脫硫、氨法脫硫和雙堿法脫硫五種。

2.1.1 鈣法脫硫

鈣法脫硫又叫石灰-石膏法，該法脫硫主要是利用石灰石、生石灰或者消石灰的浮濁液作為吸附劑，將煙道排放出的煙氣中的二氧化硫吸收，并生成亞硫酸鈣，亞硫酸鈣通過空氣發生氧化后獲得石膏產物。鈣法脫硫技術具有價格便宜，用石灰石等吸收劑易得，石膏產物回收后還可以將其作為建筑材料二次利用。因此，鈣法脫硫在實際應用中十分廣泛，被廣泛應用于電石法生產PVC。脫硫效率達到75%以上。

2.1.2 鎂法脫硫

亞硫酸鎂脫硫工藝，是將漿化后的氧化鎂與脫硫后的液中亞硫酸氫鎂發生反應，生成亞硫酸鎂飽和溶液，將亞硫酸飽和溶液作為脫硫吸收劑。鎂法脫硫工藝原理：先是進行氧化鎂漿化，然后在脫硫塔內將亞硫酸鎂與二氧化硫發生反應，最后形成亞硫酸鎂顆粒物沉淀。鎂法脫硫具有處理能力大、系統運行穩定以及脫硫效率高，維護便捷等優勢，但不足之處是前期投入較大，用地面積也較大，且設備容易受到沉淀物的結垢磨損，對煙氣的要求較高。袁雪生等將鎂法脫硫應用于金隆銅業有限公司，應用運行以來，脫硫效率達到了93%左右，預脫硫系統再運行后，現脫硫效率高達98～99%。

2.1.3 鈉法脫硫

鈉法脫硫技術是應用氫氧化鈉、碳酸鈉以及亞硫酸鈉水溶液作為脫硫吸收劑，用以吸收煙道排放出的煙氣中的二氧化硫。鈉法脫硫具有吸收速度快，不易堵塞管道和設備等優勢，因此，也用也十分的廣泛。鈉法處理二氧化硫后產生的吸收液經無害化處理后直接排放。或者采用其他工藝方法，將吸收液處理后獲得硫酸鈉晶體等副產物。

2.1.4 氨法脫硫

氨法脫硫工藝是利用氨水作為吸收劑處理煙氣中的二氧化硫的一種處理方法。吸收率會達到80～90%左右，氨法脫硫會產生亞硫酸氨以及硫酸銨等，主要應用于火電廠鍋爐煙道氣的處理，以及一些氨來源十分充沛的區域。氨法脫硫也會產生相應的副產物，如石膏、硫酸銨以及單體硫等。

2.1.5 雙堿法脫硫

雙堿脫硫法即，利用氫氧化鈉作為煙氣脫硫除塵的吸收劑，氫氧化鈣作為再生劑。該法脫硫的效果會達到80%左右，在煙氣脫硫除塵過程中會產生石膏等，具有二次利用價值，為充分回收中間脫硫產物，還需要對其進行先除塵，待除塵完成后再進行脫硫工藝處理。若不考慮中間脫硫產物的回收利用，可直接脫硫除塵一體進行。此外，氫氧化鈉脫硫劑能夠循環使用，節約脫硫除塵成本。趙長軍將雙堿法脫硫工藝應用在頁巖磚廠煙氣脫硫中，經調試后，煙氣中的二氧化硫中的最大排放濃度為196mg/m3，達到了《磚瓦工業大氣污染物排放標準》（GV29620-2913）新建企業標準。

2.2 干法脫硫

干法脫硫除塵處理煙氣中的二氧化硫，主要是選擇固體吸附劑或反應劑。目前，常用到的干法脫硫技術包括活性炭法脫硫、催化氧化法脫硫等。

2.2.1 活性炭法

活性炭法脫硫除塵主要是利用活性炭的活性，以及活性炭所具有的較大的比表面積，能夠將煙氣中的二氧化硫在活性炭表面與氧及水蒸氣發生反應，生成硫酸被吸附的原理。活性炭法脫硫又根據活性炭的工作狀態差異，分為移動床活性炭脫硫法、流動床活性炭脫硫法和固定床活性炭脫硫法。水洗脫吸活性炭表面硫酸，吸收率超過了95%，回收產物主要是稀硫酸。其中，固定床活性炭法主要應用于每月失活或者失活很慢的催化劑，以及溫度控制極大地限制了反應器尺寸的場合。固定床活性炭法脫硫，由于氣體能夠直接通過床層無需反混，接近100%的理論轉化率。流化床活性炭脫硫則適用于小顆粒、不易碎以及失活很快的催化劑，溫度控制好，因此，在大設備中進行大規模的生產應用。

2.2.2 催化氧化法

催化氧化法脫硫原理，是將氧化鋁作為載體，利用氧化鈾、硫酸鉀以及五氧化二釩等作為催化劑，將煙氣排放的二氧化硫含量被氧化為無水或者78%的硫酸。催化氧化法需要在高溫下脫硫操作，因此，后期的處理費用需求較大，但該工藝穩定性強，較成熟，對高濃度煙氣脫硫處理效果較好。日本的千代田化工建設公司推出的催化氧化法煙氣脫硫工藝技術，能夠將煙氣中的二氧化硫含量減少90%以上。新的催化氧化法脫硫工藝具有脫硫范圍廣，燃煤鍋爐煙氣脫硫除塵，也適應硫磺回收尾氣脫硫。建設費用較低，省去了大型循環泵，吸收塔結構也較為簡單，由于不需吸收劑，因此不會產生排水及廢棄物等。后期的操作和運維也方便，工藝器件使用較少。催化劑價格便宜，稀硫酸副產品除可以作為中和劑使用外，還可以對其濃縮制成濃硫酸，或制成建筑材料石膏二次利用。

3 結語

綜上，鍋爐煙氣脫硫技術可供選擇應用的較多，既有干法脫硫，也有濕法脫硫，還有半干法/半濕法脫硫處理技術，不同的處理工藝有其各自的應用特點和適用范圍，具體來說，要在實際工作中綜合考慮技術的穩定性、技術的成本以及自身的經濟水平等因素，選擇合適的脫硫工藝方法，創造出最大的經濟效益和環境效益。