048烟气脱硫技术的分析及应用正文.doc

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烟气脱硫技术的分析及应用
吉林省石油化工设计研究院 王继鑫 李 晶
摘要：
锅炉燃烧产生的二氧化硫是一种有害气体，对环境影响非常大，随着国家在环境保护方面的政策及投资力度加大，锅炉烟气脱硫技术进几年发展很快。目前，国内外已开发出数百种烟气脱硫技术，而实际进入工业应用较为成熟的技术也不过二十几种，由于脱硫工程是一项技术复杂耗资巨大的环境治理项目，必须因地制宜地探索出技术上可行，经济上合理，具有实际操作可能的烟气脱硫方案。烟气脱硫的方式受炉型的制约，因此应根据工程实际情况选择与炉型相适应的脱硫除尘工艺以及配套的附属设备。本文从工程设计实例出发，简要分析和介绍设计中几种常用的烟气脱硫技术。
关键词：锅炉烟气脱硫 除尘器
1 概述
随着科学技术的发展，人类驾御自然能力的提高，环境保护已经成为一个刻不容缓的课题。我国尚处于社会主义的初级阶段，工业燃料主要以煤炭为主，我们除了要解决燃煤向大气中排放的粉尘，更重要的是要解决向大气中排放的二氧化硫。
二氧化硫是一种毒害气体，是形成酸雨的主要成分，对农作物的生长及人类的身心健康有害，还将破坏古代文化的遗迹，对环境的影响非常大。国家标准《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2001）中对二氧化硫的排放作出了严格的规定：即从2001年1月1日起，建成使用的燃煤锅炉房烟气中二氧化硫含量的排放要达到900mg/m3 以下。这样对我们在设计燃烧高硫份燃料煤锅炉烟气脱硫方面增加了一定的难度。
目前，防治锅炉烟气中二氧化硫对大气污染的途径主要有二种：
1.1 采用低硫燃料或对燃料进行脱硫处理。由于受低硫燃料资源的限制和燃料脱硫处理费用昂贵，此种方法有一定的局限性；
1.2 烟气脱硫。由于烟气中的硫份是以SO2的形式存在，因此在技术上脱硫是能够作到的。
烟气脱硫的方法可分为抛弃法和回收法两大类。
抛弃法是将吸收剂与SO2结合，形成废渣，没有再生步骤，废渣抛弃或作添坑处理。抛弃法最大的问题是污染未得到彻底解决，只是将空气污染变成固体污染。
回收法是将吸收剂吸收或吸附SO2，然后再生或循环使用。回收法效果较好，但成本较高。
目前我国在工程中锅炉烟气脱硫主要采用抛弃法，一般以使用吸收剂的形态和处理过程的不同，将回收方法分为干法烟气脱硫、半干法烟气脱硫和湿法烟气脱硫三类。在实际工程中，采用什么样的脱硫方法取决于锅炉的燃烧方式及除尘器的形式，如循环流化床锅炉一般配备静电除尘器或布袋除尘器，常采用干法炉内脱硫；链条锅炉一般配备湿式除尘器，常采用湿法脱硫。在实际工程中应用比较多的是干法烟气炉内脱硫和湿法脱硫。
2 几种常用脱硫方法的原理及比较
2.1 干法烟气炉内脱硫
干法烟气炉内脱硫主要应用于循环流化床锅炉，脱硫剂为石灰石粉。其主要原理是石灰石粉在炉膛内煅烧成CaO，然后同SO2反应，生成CaSO3和CaSO4，然后随炉渣一起排出。
这种脱硫方法的脱硫效率为40%~75%，系统比较简单，投资省，脱硫效率相对较低，钙硫比较高（Ca/S=2.5~5.0），运行成本高。而且对锅炉有不利的影响，有引起炉内结焦、受热面磨损的潜在威胁。另外，需在已有的锅炉主厂房内增装体积较大的石灰石粉仓，改造难度较大。此种脱硫系统在国内也有许多电厂使用，但只局限于在新建的容量较小的机组上采用。
2.2 湿法脱硫
湿法脱硫常用于层燃方式的链条炉。湿法脱硫在除尘器内进行，其主要原理是利用石灰石粉浆液洗涤烟气，使SO2与CaCO3反应，生成CaSO3和CaSO4，沉淀后同灰渣一起排出。
这种脱硫方法的脱硫效率为40%~70%，技术可靠，工艺系统完整，技术相对比较成熟，钙硫比较低（Ca/S=1.2~1.3），在工程中的应用比较广泛。除尘器的形式多样，选型的空间较大。进几年，高效湿式脱硫除尘器的发展较快，其主要特点是及脱硫和除尘一体，脱硫效率及除尘效率都比较高，尤其是应用在我国北方，由于其占地面积小，可以室内布置，已经逐步取代麻石水膜除尘器。
2.3 循环流化床半干法脱硫
循环流化床半干法脱硫工艺，采用气悬浮吸收法（GSA）。又称为《气固循环一体化烟气脱硫系统》，该系统吸收剂浆液和烟气均从反应塔下部进入，吸收剂在烟气中呈悬浮状态，干燥之后的含尘烟气，脱硫产物和未反应物进入旋风分离器，大部分固体颗粒被分离出来返回吸收塔，形成循环流化床的运行工况，大大提高了反应强度。而一部分粉尘被分离出来，起到预除尘效果。减少了进入净电除尘器烟尘总量，改进了整个系统的除尘性能，与此同时起到脱硫的效果。
该技术是利用循环流化床强烈的传热和传质特性，在吸收塔内加入石灰等脱硫剂，用高速气使脱硫剂流态化从而与烟气强烈混合接触，烟气中的酸性污染物与脱硫剂中和、固化从而达到净化烟气的目的。对降低烟囱对空排污染物放浓度，具有重要作用。此种方法在国内火力发电厂已有运行实例。
循环流化床半干法脱硫工艺被认为是一项前景广阔的技术，脱硫效率高，吸收剂利用率高，耗水量小，耗电量少，副产品干态易于处理，对烟气负荷变化的适应性好，操作简单，运行可靠，无结垢堵塞等现象发生，占地面积小，投资费用仅为石灰石-石膏法的70%以下，运行费用也略低，具有优越的性价比，特别适用于现有已建成的电厂烟气系统技术改造。该方案所述脱硫装置在世界各国有几十台机组使用，我国云南小龙潭电厂6号机组采用该技术脱硫已经投入运行，效果良好。
3 工程实例
3.1 炉内干法脱硫
吉恩镍业股份有限公司热电站坐落于长春高新技术产业开发区，是由吉林省电力勘察设计院进行设计的，建设规模为4×35t/h循环流化床锅炉，配备布袋除尘器。布置方式见下图：

石灰石粉由输送罐车上的空压机输送至各台锅炉的石灰石贮仓，通过溜灰管进入炉前的螺旋给煤机，随着原煤一起进入锅炉。石灰石粉的投入量是由溜灰管上的星形给料器控制的，星形给料器与螺旋给煤机的电机联锁，通过螺旋给煤机的电机转数控制星形给料器的给料量，从而较准确的加入石灰石粉。
石灰石粉在炉内高温的状态下生成CaO，然后同煤燃烧产生的SO2反应，生成CaSO3和CaSO4，一部分随细灰经布袋除尘器捕集下来，另一部分随炉渣经冷渣器排出。炉渣及灰均不含水，炉渣有较好的活性，有利于炉渣的综合利用。但干性的炉渣及细灰极易产生二次污染，故在运行管理方面需下很大功夫，Ca/SO>2时，脱硫效率可达85%以上。
3.2 湿法脱硫
长春热电二厂一期供热管网调峰锅炉房坐落在东岭南街的伊通河畔，是由吉林省石油化工设计研究院进行设计，建设规模为3×58MW链条锅炉，配备湿式脱硫除尘器，于2001年建成投产，已经运行了三个采暖季。该工程于2003年获得吉林省优秀市政工程设计二等奖，其厂房布置方式见下图：

锅炉产生的烟气经烟道由塔底部进入除尘器，除尘器用水为闭式循环，循环水来自澄清池，由循环水泵送至除尘器喷嘴，脱硫用的石灰乳液来自石灰浆液制备系统，除尘器根据液位及除尘器内的PH值补充碱液，除尘器捕捉的细灰定期排放。同时也利用炉渣冲灰的碱性水补充除尘器用水，可以使废水二次利用，节约用水。除尘器下面为沉灰部分，当灰水浓度达到一定程度时，灰浆泵启动，将灰水打入除尘器下的刮板机中运走。为了防止烟气中带水，在引风机入口加装了一套脱水导流装置，可以防止引风机的腐蚀。
此种除尘器与比麻石水膜除尘器占地面积小，脱硫效率高，可以布置在室内，解决了北方冬季麻石除尘器上冻的问题，烟气的除尘脱硫效果显著，经测试，除尘效率达到99.1%，脱硫效率达到62%（因燃用低硫煤）, 运行稳定，故障少，对负荷变化适应能力较强，灰渣处理较简洁，不易产生二次污染。
4 结束语
因脱硫方式受锅炉燃烧方式制约，锅炉燃烧方式的选择又取决于生产负荷情况、煤质情况，因此作为设计者，在锅炉选型上一定要从该工程的实际情况出发，全面考虑，选择合理的脱硫工艺。从脱硫效率上来看，循环流化床锅炉在烟气脱硫方面具有得天独厚的优势，但其高昂的投资及运行管理费用使其推广起来有一定的难度，而使用链条锅炉的关键在于选择质量过关的除尘器，选择合适的灰水工艺流程。
环境保护是一个永恒的课题，希望通过除尘器厂家和设计院以及全社会的共同努力，彻底解决二氧化硫的污染问题，给人们的生活创造一个健康的环境，还地球一片蓝天，为子孙后代造福！
[参考文献]
《锅炉房实用设计手册》第二版 机械工业出版社
作者：王继鑫，男，1975年8月出生，工程师。
李 晶，女，1977年10月出生，工程师
通讯地址：吉林省长春市人民大街3623号 吉林省石油化工设计研究院
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