淺談煙氣脫硫技術(shù)

任中京、付善任

1． 前言

  我國(guó)的能源構(gòu)成以煤炭為主，其消費(fèi)量占一次能源總消費(fèi)量的70％左右，這種局面在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不會(huì)改變。火電廠以煤作為主要燃料進(jìn)行發(fā)電，煤直接燃燒釋放出SO2，造成大氣環(huán)境污染，且隨著裝機(jī)容量的遞增，SO2的排放量也在不斷增加。加強(qiáng) 環(huán)境保護(hù)工作是我國(guó)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要。所以，加大火電廠SO2的控制力度 就顯得非常緊迫和必要。SO2的控制途徑有三個(gè)：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫、燃燒后脫硫 即煙氣脫硫（FGD），目前煙氣脫硫被認(rèn)為是控制SO2行之有效的途徑。煙氣脫硫主要為干法、半干法和濕法。

2．煙氣脫硫的基本原理

煙氣中的SO2 實(shí)質(zhì)上是酸性的，可以通過與適當(dāng)?shù)膲A性物質(zhì)反應(yīng)從煙氣中脫除SO2。煙道氣脫常用的堿性物質(zhì)是石灰石(碳酸鈣)、生石灰(氧化鈣，CaO)和熟石灰(氫氧化鈣)。石灰石產(chǎn)量豐富，因而相對(duì)便宜，生石灰和熟石灰都是由石灰石通過加熱來制取。有時(shí)也用碳酸納(純堿)、碳酸鎂和氨等其它堿性物質(zhì)。

所用的堿性物質(zhì)與煙道氣中的SO2發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生了一種亞硫酸鹽和硫酸鹽的混合物(根據(jù)所用的堿性物質(zhì)不同，這些鹽可能是鈣鹽、鈉鹽、鎂鹽或銨鹽)。亞硫酸鹽和硫酸鹽間的比率取決于工藝條件，在某些工藝中，所有亞硫酸鹽都轉(zhuǎn)化成了硫酸鹽。

SO2與堿性物質(zhì)間的反應(yīng)或在堿溶液中發(fā)生(濕法煙道氣脫硫技術(shù))，或在固體堿性物質(zhì)的濕潤(rùn)表面發(fā)生(干法或半干法煙道氣脫硫技術(shù))。

在濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中，堿性物質(zhì)(通常是堿溶液，更多情況是堿的漿液)與煙道氣在噴霧塔中相遇。煙道氣中SO2溶解在水中，形成一種稀酸溶液，然后與溶解在水中的堿性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)。反應(yīng)生成的亞硫酸鹽和硫酸鹽從水溶液中析出，析出情況取決于溶液中存在的不同鹽的相對(duì)溶解性。例如，硫酸鈣的溶解性相對(duì)較差，因而易于析出。硫酸納和硫酸銨的溶解性則好得多。

在干法和半干法煙道氣脫硫系統(tǒng)中，固體堿性吸收劑或使煙氣穿過堿性吸收劑床噴入煙道氣流中，使其與煙道氣相接觸。無論哪種情況，SO2都是與固體堿性物質(zhì)直接反應(yīng)，生成相應(yīng)的亞硫酸鹽和硫酸鹽。為了使這種反應(yīng)能夠進(jìn)行，固體堿性物質(zhì)必須是十分疏松或相當(dāng)細(xì)碎。在半干法煙道氣脫硫系統(tǒng)中，水被加入到煙道氣中，以在堿性物質(zhì)顆粒物表面形成一層液膜，SO2溶入液膜，加速了與固體堿性物質(zhì)的反應(yīng)。

3 煙氣脫硫技術(shù)

  目前煙氣脫硫技術(shù)主要有石灰石-石灰拋棄法，石灰石-石膏法、雙堿法、氧化鎂法、韋爾曼—洛德法、氨法、海水脫硫法等濕法脫硫法技術(shù)，以及旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法，爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化法、循環(huán)硫化床脫硫技術(shù)、荷電干式噴射脫硫法、電子束照射法、脈沖電暈等離子體法等干式、半干式煙氣脫硫技術(shù)。

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫主要通過六步來實(shí)現(xiàn)：

（1）氣態(tài)SO2在氣流中擴(kuò)散，擴(kuò)散通過氣膜；

（2）SO2被吸收，離解成亞硫酸根和氫離子；

（3）氫離子與碳酸鈣反應(yīng)生成鈣離子；

（4）亞硫酸根離子被氧化生成硫酸根離子；

（5）在酸性條件下，硫酸根與鈣離子反應(yīng)生成硫酸鹽；

（6）硫酸鹽結(jié)晶產(chǎn)生石膏。

影響石灰石-石膏煙氣脫硫效率的主要因素有吸收溫度，石灰石的品質(zhì)、粒度，液氣比，鈣硫比，漿液的pH值，煙氣流速和溫度，煙氣中的含氧量，漿池的持液量，石膏過飽和度等。

這里著重介紹一下石灰石的品質(zhì)和漿液顆粒粒徑對(duì)脫硫效率的影響。石灰石的主要成分是CaCO3,CaCO3含量越高，石灰石的活性越大，越有利于脫硫。一般來說，石灰石粒徑越小，比表面積越大，液固接觸越充分，從而能有效降低液相阻力，使它在液相中的溶解及反映更快、更充分，有利于提高吸收劑利用率和脫硫效率。但粒徑越小，研磨能耗和設(shè)備投資將會(huì)大大增加。綜合考慮上述兩個(gè)方面，一般要求石灰石細(xì)度為250-325目（47μm-61μm）。

4 小結(jié)

    石灰石-石膏法煙氣脫硫以技術(shù)成熟、脫硫效率高、吸收劑價(jià)廉易得、煤種適應(yīng)范圍寬、能滿足大機(jī)組煙氣脫硫要求、脫硫副產(chǎn)品可資源化、對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)性強(qiáng)，適應(yīng)30%-100%的負(fù)荷變化，并有較大幅度降低工程造價(jià)的可能性等顯著優(yōu)點(diǎn)成為目前世界上成熟、應(yīng)用廣泛的煙氣脫硫工藝。