淺談煙氣脫硫技術

任中京、付善任

1． 前言

  我國的能源構成以煤炭為主，其消費量占一次能源總消費量的70％左右，這種局面在今后相當長的時間內(nèi)不會改變。火電廠以煤作為主要燃料進行發(fā)電，煤直接燃燒釋放出大量SO2，造成大氣環(huán)境污染，且隨著裝機容量的遞增，SO2的排放量也在不斷增加。加強 環(huán)境保護工作是我國實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要保證。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：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫、燃燒后脫硫 即煙氣脫硫（FGD），目前煙氣脫硫被認為是控制SO2最行之有效的途徑。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 實質(zhì)上是酸性的，可以通過與適當?shù)膲A性物質(zhì)反應從煙氣中脫除SO2。煙道氣脫最常用的堿性物質(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，因而相對便宜，生石灰和熟石灰都是由石灰石通過加熱來制取。有時也用碳酸納(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，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)間的反應或在堿溶液中發(fā)生(濕法煙道氣脫硫技術)，或在固體堿性物質(zhì)的濕潤表面發(fā)生(干法或半干法煙道氣脫硫技術)。 

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。反應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溶解性。例如，硫酸鈣的溶解性相對較差，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，生成相應的亞硫酸鹽和硫酸鹽。為了使這種反應能夠進行，固體堿性物質(zhì)必須是十分疏松或相當細碎。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。

3 煙氣脫硫技術

  目前煙氣脫硫技術主要有石灰石-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，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、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。

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫主要通過六步來實現(xiàn)：

（1）氣態(tài)SO2在氣流中擴散，擴散通過氣膜；

（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，研磨能耗和設備投資將會大大增加。綜合考慮上述兩個方面，一般要求石灰石細度為250-325目（47μm-61μm）。

4 小結(jié)

    石灰石-石膏法煙氣脫硫以技術成熟、脫硫效率高、吸收劑價廉易得、煤種適應范圍寬、能滿足大機組煙氣脫硫要求、脫硫副產(chǎn)品可資源化、對負荷變化的適應性強，適應30%-100%的負荷變化，并有較大幅度降低工程造價的可能性等顯著優(yōu)點成為目前世界上最成熟、應用最廣泛的煙氣脫硫工藝。