工業(yè)煙氣脫硫的技術(shù)

1、工業(yè)煙氣脫硫技術(shù)應(yīng)化 1201 呂迪摘 要： 本文針對工業(yè)煙氣的脫硫技術(shù)的研究現(xiàn)狀及研究方 向進(jìn)行綜合 性分析。 關(guān)鍵詞： 煙氣 脫硫 技術(shù) 研究 1 前言SO2 是造成大氣污染的主要污染物之一，有效控制工業(yè)煙 氣中 SO2 是當(dāng)前刻不容緩的環(huán)保課題。 據(jù)國家環(huán)保統(tǒng)計(jì)，每年各種煤及各種資源 冶煉產(chǎn)生二氧化硫(S02)達(dá)2158.7萬t,高居世界第一位，其中工業(yè)來源排 放量1800 萬 t, 占總排放量的 83%。其中我國目前的一次能 源消耗中，煤炭占 76， 在今后若干年內(nèi)還有上升的趨勢。 我國每年排入大氣的 87%的 SO2 來 源于煤的直接燃燒。隨 著我國工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快， SO2 的

2、排放量 也日漸增多。 2 、煙氣脫硫技術(shù)進(jìn)展目前，煙氣脫硫技術(shù)根據(jù)不同的劃分方法可以分為多種方 法；其中 最常用的是根據(jù)操作過程的物相不同，脫硫方法可 分為濕法、干法和半 干法 1。 2.1 濕法煙氣脫硫技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：濕法煙氣脫硫技術(shù)為氣液反應(yīng)，反應(yīng)速度快，脫硫 效率高， 一般均高于 90 %，技術(shù)成熟，適用面廣。濕法脫硫 技術(shù)比較成熟，生 產(chǎn)運(yùn)行安全可靠，在眾多的脫硫技術(shù)中， 始終占據(jù)主導(dǎo)地位，占脫硫總 裝機(jī)容量的 80%以上 2。缺點(diǎn)： 生成物是液體或淤渣， 較難處理， 設(shè)備腐蝕性嚴(yán)重， 洗滌后 煙氣需再熱，能耗高，占地面積大，投資和運(yùn)行費(fèi)用 高。系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè) 備龐大、耗水量大、一次性投資高，

3、一般 適用于大型電廠。分類：常用的濕法煙氣脫硫技術(shù)有石灰石-石膏法、 間接的石 灰石 -石膏法、檸檬吸收法等。A 石灰石石灰 -石膏法：原理：是利用石灰石或石灰漿液吸收煙氣中的S02, 生成亞硫酸鈣，經(jīng)分離的亞硫酸鈣（CaO3S ）可以拋棄，也可以氧化為硫酸鈣（ CaS04 ），以石膏形式回收。是目前世界上技術(shù)最成熟、 運(yùn)行狀況最穩(wěn)定的脫硫工藝， 脫硫效率達(dá)到 90 以上。 B 間 接石灰石 -石膏法 :常見的間接石灰石 -石膏法有：鈉堿雙堿法、堿性硫酸鋁法和稀硫酸吸收法等。原理：鈉堿、堿性氧化鋁（AI2O3 ? nH20 ）或稀硫酸（H2SO4 ） 吸收 SO2, 生成的吸收液與石灰石反應(yīng)

4、而得以再生，并生成石膏。該法 操作簡單，二次污染少，無 結(jié)垢和堵塞問題，脫硫效率高，但是生成的 石膏產(chǎn)品質(zhì)量較 差。C檸檬吸收法：原理：檸檬酸（H3C6H5O7 ? H2O ） 溶液具有較好的緩沖性能，當(dāng) SO2 氣體通過檸檬酸鹽液體 時，煙氣中 的 SO2 與水中 H 發(fā)生反應(yīng)生成 H2SO3 絡(luò)合物 ,SO2 吸收率在 99以 上。這種方法僅適于低濃度SO2 煙氣，而不適于高濃度 SO2 氣體吸收，應(yīng)用范圍比較窄 3 。 另外， 還有海 水脫硫法、磷銨復(fù)肥法、液相催化法等濕法煙氣脫硫 技術(shù)。 2.2 干法 煙氣脫硫技術(shù)先進(jìn)的可達(dá)優(yōu)點(diǎn)：干法煙氣脫硫技術(shù)為氣同反應(yīng)，相對于濕法脫硫系 統(tǒng)來說，設(shè)

5、 備簡單，占地面積小、投資和運(yùn)行費(fèi)用較低、操 作方便、能耗低、生成 物便于處置、 無污水處理系統(tǒng)等。 缺 點(diǎn)：但反應(yīng)速度慢，脫硫率低，60-80 。但目 前此種方法脫硫效率較低， 吸收劑利用率低， 磨損、結(jié)垢現(xiàn) 象比較嚴(yán)重，在設(shè)備維護(hù)方面難度較大， 設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性、 可靠性不高，且壽命 較短，限制了此種方法的應(yīng)用。 分類：常用的干法煙氣脫硫技術(shù)有活性 碳吸附法、電子束輻 射法、荷電干式吸收劑噴射法、金屬氧化物脫硫法 等。典型的干法脫硫系統(tǒng)是將脫硫劑 （如石灰石、 白云石或消石 灰 ）直 接噴入爐內(nèi)。 以石灰石為例， 在高溫下煅燒時， 脫硫劑 煅燒后形成 多孔的氧化鈣顆粒， 它和煙氣中的 SO

6、2 反應(yīng)生成 硫酸鈣，達(dá)到脫硫 的目的。 A 活性碳吸附法：原理： SO2 被活性碳吸附并被催化氧化為三氧化硫 （SO3） ， 再與 水反應(yīng)生成 H2SO4 , 飽和后的活性碳可通過水洗或加熱 再生，同時生 成稀 H2SO4 或高濃度 SO2 ?？色@得副產(chǎn)品 H2SO4 ，液態(tài) SO2 和單 質(zhì)硫，即可以有效地控制 SO2 的排 放，又可以回收硫資源。該技術(shù)經(jīng) 西安交通大學(xué)對活性炭進(jìn) 行了改進(jìn)，開發(fā)出成本低、選擇吸附性能強(qiáng)的 ZL30 ， ZIA0 ， 進(jìn)一步完善了活性炭的工藝，使煙氣中 SO2 吸附 率達(dá)到95.8 ，達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn) 4。 B 電子束輻射法：原理：用高能電子束照射煙氣， 生

7、成大量的活性物質(zhì)， 將 煙氣中的 SO2 和氮氧化物氧化為 SO3 和二氧化氮 （NO2） ，進(jìn) 一步生成 H2SO4 和硝酸 （NaN03 ），并被氨 （ NH3 ）或石灰石 （CaC03 ）吸收劑吸收 C 荷電干式吸收劑噴射脫硫法 （CD SI ）:電區(qū)，使原理：吸收劑以高速流過噴射單元產(chǎn)生的高壓靜電電暈充 吸收劑帶有靜電荷，當(dāng)吸收劑被噴射到煙氣流中， 吸收劑因帶同種電荷 而互相排斥，表面充分暴露，使脫硫效 率大幅度提高。 此方法為干法 處理， 無設(shè)備污染及結(jié)垢現(xiàn)象， 不產(chǎn)生廢水廢渣，副產(chǎn)品還可以作為 肥料使用，無二次污染 物產(chǎn)生， 脫硫率大于 90 7 ，而且設(shè)備簡單， 適應(yīng)性比較廣 泛

8、。但是此方法脫硫靠電子束加速器產(chǎn)生高能電子；對于 一 般的大型企業(yè)來說，需大功率的電子槍，對人體有害，故還 需要防 輻射屏蔽，所以運(yùn)行和維護(hù)要求高。四川成都熱電廠 建成一套電子脫硫 裝置， 煙氣中 SO2 的脫硫達(dá)到國家排放標(biāo) 準(zhǔn)。 D 金屬氧化物脫硫法： 原理：根據(jù) SO2 是一種比較活潑的氣體的特性，氧化錳 （MnO ）、 氧化鋅（ZnO）、氧化鐵（Fe3O4 ）、氧化銅（CuO ）等氧化物對SO2 具有較強(qiáng)的吸附性， 在常溫或低溫下， 金屬氧化 物對 SO2 起吸附作 用，高溫情況下，金屬氧化物與 SO2 發(fā) 生化學(xué)反應(yīng)，生成金屬鹽。然 后對吸附物和金屬鹽通過熱分 解法、洗滌法等使氧化物

9、再生。這是一種 干法脫硫方法，雖 然沒有污水、廢酸，不造成污染，但是此方法也沒有 得到推 廣，主要是因?yàn)槊摿蛐时容^低，設(shè)備龐大，投資比較大， 操 作要求較高， 成本高。 該技術(shù)的關(guān)鍵是開發(fā)新的吸附劑。 以上幾種 SO2 煙氣治理技術(shù)目前應(yīng)用比較廣泛的， 雖然脫硫 率比較高，但是工藝復(fù) 雜，運(yùn)行費(fèi)用高，防污不徹底，造成 二次污染等不足，與我國實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì) 和環(huán)境和諧發(fā)展的大方針 不相適應(yīng)， 故有必要對新的脫硫技術(shù)進(jìn)行探 索和研究。 2.3 半 干法煙氣脫硫技術(shù) 半干法脫硫包括噴霧干燥法脫硫、半干半濕法脫硫、粉末 一顆粒噴 動床脫硫、煙道噴射脫硫等。A 噴霧干燥法 5 ：噴霧干燥脫硫方法是利用機(jī)械或

10、氣流的力量將吸收劑分 散成極細(xì)小 的霧狀液滴，霧狀液滴與煙氣形成比較大的接觸 表面積，在氣液兩相之 間發(fā)生的一種熱量交換、質(zhì)量傳遞和 化學(xué)反應(yīng)的脫硫方法。一般用的吸 收劑是堿液、石灰乳、石 灰石漿液等，目前絕大多數(shù)裝置都使用石灰乳 作為吸收劑。 一般情況下，此種方法的脫硫率 65%? 85%。其優(yōu)點(diǎn)：脫 硫 是在氣、液、固三相狀態(tài)下進(jìn)行，工藝設(shè)備簡單，生成物為 干態(tài)的 CaSO 、 CaSO ，易處理，沒有嚴(yán)重的設(shè)備腐蝕和堵塞情況，耗水也比較少。缺點(diǎn)：自動化要求比較高，吸收劑 的用量難以控制，吸收效率 不是很高。所以，選擇開發(fā)合理 的吸收劑是解決此方法面臨的新難題。 B 半干半濕法：半干半濕法

11、是介于濕法和干法之間的一種脫硫方法，其脫 硫效率和 脫硫劑利用率等參數(shù) 也介于兩者之間， 該方法主要適用于中小鍋爐的煙 氣治理。 這種技術(shù)的特點(diǎn)是：投資少、運(yùn)行費(fèi)用低，脫硫率雖低于濕 法 脫硫技術(shù)，但仍可達(dá)到 70% tn，并且腐蝕性小、占地面積少，工藝可靠。工業(yè)中常用的半干半濕法脫硫系統(tǒng)與濕法脫 硫系統(tǒng)相比，省去了制 漿系統(tǒng)，將濕法脫硫系統(tǒng)中的噴入Ca(OH) : 水溶液改為噴入 CaO 或Ca(OH) : 粉末和水霧。與 干法脫硫系統(tǒng)相比，克服了爐內(nèi)噴鈣法 SO2 和 CaO 反應(yīng)效 率低、反應(yīng)時間長的缺點(diǎn)，提高了脫硫劑的利用率，且 工藝 簡單， 有很好的發(fā)展前景。 C 粉末一顆粒噴動床半

12、千法煙氣 脫 硫法 : 技術(shù)原理 : 含 SO2 的煙氣經(jīng)過預(yù)熱器進(jìn)入粉粒噴 動床，脫硫劑 制成粉末狀預(yù)先與水混合，以漿料形式從噴動 床的頂部連續(xù)噴人床內(nèi)， 與噴動粒子充分混合，借助于和熱 煙氣的接觸，脫硫與干燥同時進(jìn)行。 脫硫反應(yīng)后的產(chǎn)物以干 態(tài)粉末形式從分離器中吹出。 這種脫硫技術(shù)應(yīng)用 石灰石或消 石灰做脫硫劑。具有很高的脫硫率及脫硫劑利用率，而且對 環(huán)境的影響很小。但進(jìn)氣溫度、床內(nèi)相對濕度、反應(yīng)溫度之 間有嚴(yán)格的 要求，在漿料的含濕量和反應(yīng)溫度控制不當(dāng)時， 會有脫硫劑粘壁現(xiàn)象發(fā) 生。 D 煙道噴射半干法煙氣脫硫 : 該方法利用鍋爐與除塵器之間的煙 道作為反應(yīng)器進(jìn)行脫 硫，不需要另外加吸收

13、容器， 使工藝投資大大降低， 操作簡 單，需場地較小，適合于在我國開發(fā)應(yīng)用。半干法煙道噴射煙氣脫硫即往煙道中噴人吸收劑漿液，漿滴邊蒸發(fā)邊反應(yīng)， 反應(yīng)產(chǎn)物以 干態(tài)粉末出煙道。 3 新興的煙氣脫硫方法以及當(dāng) 前研究的熱點(diǎn)最近幾年，科技突飛猛進(jìn)，環(huán)境問題已提升到法律高度。 我國的科 技工作者研制出了一些新的脫硫技術(shù)，但大多還處 于試驗(yàn)階段，有待于 進(jìn)一步的工業(yè)應(yīng)用驗(yàn)證。3 1 硫化堿脫硫法由 Outokumpu 公司開發(fā)研制的硫化堿脫硫法主要利用工 業(yè)級硫化 納作為原料來吸收 SO2 工業(yè)煙氣，產(chǎn)品以生成硫磺 為目的。 反應(yīng)過 程相當(dāng)復(fù)雜， 有 Na2SO4 、 Na2SO3 、Na2S203 、

14、S、 Na2Sx 等物 質(zhì)生成，由生成物可以看出過程耗能較高， 而且副產(chǎn)品價值低，華南理 工大學(xué)的石林經(jīng)過研究表明過程 中的各種硫的化合物含量隨反應(yīng)條件 的改變而改變，將溶液 pH 值控制在 5.5 6.5 之間，加入少量起氧化 作用的添加劑 TFS ，則產(chǎn)品主要生成 Na2S203 , 過濾、蒸發(fā)可得到附 加值 高的 5H 0 ? Na2S203 , 而且脫硫率高達(dá) 97%，反應(yīng)過程為： SO2+Na2S=Na2S203+S 。此種脫硫新技術(shù)已通過中試，正在 推廣應(yīng) 用。 32 膜吸收法以有機(jī)高分子膜為代表的膜分離技術(shù)是近幾年研究出的 一種氣體分 離新技術(shù)，已得到廣泛的應(yīng)用，尤其在水的凈化

15、和處理方面。中科院大 連物化所的金美等研究員創(chuàng)造性地利 用膜來吸收脫出 SO2 氣體，效果 比較顯著，脫硫率達(dá) 90%。過程是： 他們利用聚丙烯中空纖維膜吸收器， 以 NaOH 溶液 為吸收液， 脫除 SO2 氣體，其特點(diǎn)是利用多孔膜將氣體 SO2 氣體和 NaOH 吸收 液分開， SO2 氣體通過多孔膜中的孔道到 達(dá)氣液相界面處， S02 與NaOH 迅速反應(yīng)，達(dá)到脫硫的目的。 此法是膜分離技術(shù)與吸收技術(shù)相 結(jié)合的一種新技術(shù)，能耗 低，操作簡單，投資少。 3 3 微生物脫硫技 術(shù)根據(jù)微生物參與硫循環(huán)的各個過程，并獲得能量這一特 點(diǎn)，利用微 生物進(jìn)行煙氣脫硫，其機(jī)理為：在有氧條件下， 通過脫硫

16、細(xì)菌的間接氧 化作用，將煙氣中的 SO2 氧化成硫 酸，細(xì)菌從中獲取能量。 生物法 脫硫與傳統(tǒng)的化學(xué)和物理脫硫相比，基本沒有高溫、 高壓、催化劑等外 在條件，均為常溫常壓下操作，而且工藝 流程簡單，無二次污染。國外 曾以地?zé)岚l(fā)電站每天脫除 5t 量的 H : S 為基礎(chǔ)；計(jì)算微生物脫硫的總費(fèi)用是常規(guī)濕法50 %6 。無論對于有機(jī)硫還是無機(jī)硫，一經(jīng)燃燒均可生成被微生物間接利用的無機(jī)硫 SO2, 因此，發(fā)展微生物煙氣脫硫技術(shù)， 很具有潛力。四 川大學(xué)的王安等人在實(shí)驗(yàn)室條件下，選用氧 化亞鐵桿菌進(jìn)行脫硫研究， 在較低的液氣比下，脫硫率達(dá) 98%。 4、煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展趨勢目前已有的各種技術(shù)都有自己的

17、優(yōu)勢和缺陷，具體應(yīng)用時 要具體分 析，從投資、運(yùn)行、環(huán)保等各方面綜合考慮來選擇 一種適合的脫硫技術(shù)。 隨著科技的發(fā)展，某一項(xiàng)新技術(shù)韻產(chǎn) 生都會涉及到很多不同的學(xué)科，因 此，留意其他學(xué)科的最新 進(jìn)展與研究成果，并把它們應(yīng)用到煙氣脫硫技 術(shù)中是開發(fā)新 型煙氣脫硫技術(shù)的重要途徑，例如微生物脫硫、電子束法 脫 硫等脫硫新技術(shù)，由于他們各自獨(dú)特的特點(diǎn)都將會有很大的 發(fā)展空 間。隨著人們對環(huán)境治理的日益重視和工業(yè)煙氣排放 量的不斷增加，投 資和運(yùn)行費(fèi)用少、脫硫效率高、脫硫劑利 用率高、污染少、無二次污染 的脫硫技術(shù)必將成為今后煙氣 脫硫技術(shù)發(fā)展的主要趨勢各種各樣的煙氣脫硫技術(shù)在脫除 SO2 的過程中取得了一 定的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)保效益，但是還存在一些不足，隨著生 物技術(shù)及高 新技術(shù)的不斷發(fā)展，電子束脫硫技術(shù)和生物脫硫 等一系列高新、適用