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我国重工业企业烟气脱硫技术及存在的问题 陆轶青 环境保护部环境保护对外合作中心， 北京 100035 摘要 为使企业在 “十二五” 期间达到 SO2减排指标， 总结出几种目前应用普遍， 技术成熟， 投资、 运行成本较低的脱硫 工艺， 包括烟气脱硫的基本原理、 主要设备、 技术难点及存在的问题。供企业新建， 改建或扩建脱硫系统借鉴。 关键词 烟气脱硫; 燃煤火电厂; 钢铁企业; 脱硫效率 FUEL GAS DESULPHURIZATION TECHNOLOGY AND ISSUES IN ENTERPRISES OF NATIONAL HEAVY INDUSTRY Lu Yiqing Foreign Economic Cooperation Office of Ministry of Environmental Protection，Beijing 100035，China AbstractSeveral commonly used mature technologies of low cost and investments on desulfurization process are summarized for plants to reach SO2emission reduction in the 12th Five Year Plan，including basic principals of fuel gas desulfurization， major equipment，technical difficulties，and the existing problems，which provides experiences for plants to install，rebuild or extend desulfurization systems. Keywordsfuel gas desulfurization;coal-fired power plant;iron and steel enterprises;desulfurization efficiency 0引言 我国是一个能源结构以煤炭为主的发展中国家， 每年直接用于燃烧的煤达 12 亿 t 以上。2009 年我国 SO2排放量达2 214. 4 万 t， 处世界第一位 。“十一五” 期间， 国家提出 SO2排放量在 2005 年的基础上削减 10 的目标， 在各级政府和企业的努力之下已提前完 成 。“十二五” 期间， 预计我国 SO2的排放量仍将处 于增长趋势， 在实现 “十二五” 减排任务中， 排放大户 火电厂和钢铁厂仍将面临较大的减排压力。 1燃煤火电厂脱硫技术 2008 年 我 国 火 电 厂 烟 气 脱 硫 装 机 容 量 超 过 379 108kWh， 占火电总装机容量的 60 ， 2009 年 国内已建成的烟气脱硫机组容量达5. 73 108kWh， 脱硫产业迅速发展。 目前， 国内脱硫技术主要有 石灰石石膏法、 喷 雾干燥工艺、 烟气循环流化床法、 海水脱硫法、 电子束 烟气脱硫工艺、 双碱法、 氨循环工艺、 氧化镁 锰 法 等 10 多种脱硫工艺。 其中， 石灰石石膏法烟气脱硫技术仍占主流， 火电厂烟气脱硫项目中， 这一工艺所占比重达 90 。 1. 1石灰石 石灰 石膏法 WFGD 烟气脱硫工艺 采用石灰石浆液 CaCO3 作为吸收剂， 与锅炉烟 气中 SO2在 特 定 的 吸 收 塔 中 进 行 充 分 反 应 生 成 CaSO3， CaSO3与氧气进一步反应生成 CaSO4。该工 艺特点 脱硫效率高 95 ， 吸收剂廉价， 并且利 用率高 95 ， 钙硫比低 1. 05 ， 能适应高浓度 SO2， 脱硫终产物石膏可以综合利用。 1. 1. 1石灰石石膏湿法烟气脱硫系统主要设备 1 吸收塔。用于烟气中 SO2向液相石灰石浆液 传质过程并发生化学反应的特定设备。 2 增压风机 BUF 。用于克服系统压力损失， 将烟气引入脱硫装置。 3 烟气挡板。把烟气接通和关闭进脱硫装置的 开关。 4 浆液循环泵。使吸收浆液和进入吸收装置的 烟气充分接触， 进行传质过程的动力设备。 5 烟气换热器 RGGH 。利用原高温烟气的热 能加热低温净化后的烟气热量传递的装置。可使净 化后的烟气温度达露点以上， 不腐蚀烟囱。 6 氧化风机。提供氧气给吸收塔， 使 SO2 － 3 氧化 08 环境工程 2011 年 2 月第 29 卷第 1 期 成 SO2 － 4 。 7 除雾器。用于去除脱硫后净化烟气中的水雾 装置。 8 搅拌器。防止吸收浆液发生局部沉淀的搅拌 装置。 1. 1. 2影响石灰石石膏湿法烟气脱硫效率的因素 1 进口 SO2浓度。火电厂燃煤锅炉， 排放烟气 量大， 原料煤含硫量不稳定， 造成烟气中 SO2浓度波 动大， 直接影响脱硫效果。 2 石灰石浆液的品质及供浆量。浆液的密度、 m Ca /m S 、 液气比等重要的工艺参数。 3 吸收塔内浆液的 pH 值。浆液 pH 值直接影响 烟气中 SO2吸收过程， 对石灰石的溶解和析出过程产 生影响， 对四价态硫氧化为六价态硫以及石膏生成过 程都产生影响。一般循环浆液 pH 值 5 ～ 5. 8。 1. 1. 3石灰石石膏法脱硫工艺存在的问题 1 腐蚀与磨损。此工艺过程中低温腐蚀、 电化 学腐蚀和磨损常发生在脱硫系统的关键部位。如脱 硫吸收塔、 净烟道、 吸收塔烟气进口烟道、 RGGH 装置 是容易发生腐蚀的部位。易发生磨损的部位是脱硫 塔、 浆液输送管道、 泵壳、 叶轮等处。 2 燃煤锅炉的生产状况。脱硫装置本身的启动 和停运不能影响电厂机组的正常运行， 它必须服从主 机的生产状况， 给脱硫系统的正常运行带来困难。 3 入炉燃料煤质成分。煤种变化大， 燃烧出的 烟气成分变化大， 给脱硫系统增加负担， 难以保证全 烟气脱硫。造成排放不达标。 4 脱硫副产品的资源化利用。副产品石膏没打 开销路， 火电厂脱硫产生的石膏约4 000 万 t/a， 但利 用率仅 30 ， 利用率低， 造成二次污染。 1. 2旋转喷雾干燥法 SDA 法 SDA 法是一种半干法烟气脱硫技术， 目前市场 占有率仅次于湿法脱硫。该法是将吸收剂 Ca OH 2 在反应塔内喷雾， 细小的雾滴在吸收烟气中 SO2的同 时被热烟气蒸发， 生成固体颗粒并被除尘器捕集。当 m Ca / m S 为 1. 3 ～ 1. 6 时， 脱硫率可达 80 ～ 90 ， 此工艺流程简单， 占地面积小。 SDA 法关键设备是高速旋转雾化器， 通过它将 吸收剂浆液雾化成细小雾滴与烟气进行传质、 传热反 应， 其转速可达15 000 ～ 20 000 r/min。 雾化效果直接 影响脱硫率。 此工艺存在的问题 Ca OH 2作为吸收剂， 需要 专门的设备进行吸收剂的制备， 投资费用偏大， 吸收 剂的利用率 50 ， 低于石灰石石膏法 95 的利用 率。钙硫比较高， 易产生结垢和堵塞。脱硫效率低于 WFGD 法。 1. 3烟气循环流化床脱硫工艺 烟气循环流化床脱硫工艺 CFB-FGD 是新兴的 烟 气 脱 硫 技 术。它 利 用 Ca OH 2 干 粉， 粒 径 在 10 μm以下细小的颗粒输入流化床吸收塔内， 同时还 需喷入一定量的水以提高脱硫效率。未经处理的锅 炉烟气从流化床的底部进入， 流化床底部设有文丘里 装置， 烟气经文丘里管后速度加快， 并与很细的吸收 剂粉末相互接触， 气体与吸收剂粉末之间产生剧烈地 摩擦， 吸收剂与 SO2反应生成亚硫酸钙和硫酸钙。经 脱硫后带有大量固体颗粒的烟气从吸收塔顶部排出， 进入除尘器中， 烟气中大部分固体颗粒被分离出来， 经过一个中间仓循环使用。为此， 大部分颗粒物都将 循环使用多次， 这就相当于加大吸收剂的滞留时间， 滞留时间一般可达30 min以上。大幅度地提高了吸 收剂的利用率。从循环除尘器排出的烟气如不能满 足排放标准时， 可再安装一台除尘器， 经除尘后的洁 净烟气经引风机通过烟囱排入大气。 此工艺不但具备干法脱硫的优点， 而且能在低钙 硫比下 1. 1 ～ 1. 2 达到甚至超过湿法工艺的脱硫效 果， 脱硫率可达 95 以上。还可同时除尘、 脱硝、 除 汞。此工艺占地面积少， 投资少， 基本不存在腐蚀、 结 垢与堵塞问题。副产品可综合利用。国内已有多家 企业应用， 很有发展前景。 2钢铁企业脱硫技术 钢铁行业是传统的污染大户， 在其生产和加工过 程中消耗大量的燃料和矿石， 同时排放出大量的空气 污染物。钢铁生产过程产生的 SO2主要来源于烧结 工序。其 SO2排放量占钢铁行业 SO2总排放量的 80 以上， 一般质量浓度在 200 ～ 5 000 mg/m3， 属于 大烟气量低浓度烟气， 此类烟气在治理上有一定难 度。烧结烟气是钢铁企业 SO2污染控制的重点。 燃煤火电厂的脱硫工艺同样适用于钢铁企业对 SO2的治理。针对钢铁企业的特点， 从原料来源和资 源综合利用角度还可采用氨硫铵法、 钢渣石膏法、 氧 化镁 锰 法等。这些工艺都有工程应用， 而且效果 较理想。 2. 1氨硫铵法 氨硫铵法脱硫技术从 20 世纪 70 年代开始投入 18 环境工程 2011 年 2 月第 29 卷第 1 期 应用。当时有人主张把焦炉烟气中的氨与烧结烟气 中的 SO2相结合生产硫酸铵， 一举两得。但焦化厂均 设有硫铵车间， 没有多余的氨水， 即使焦化厂不回收 氨气， 一般的钢铁厂也做不到氨水与 SO2的产生量相 匹配， 氨少， SO2量大， 此技术没有得到推广。 利用氨水脱硫反应属于酸碱瞬时反应。此工艺 有多种功能既能脱硫、 脱硝又能除尘。具有一般湿法 脱硫不具备的优点。脱硫效率高， 脱硫率可达 95 以上。副产物硫酸铵作为化肥， 应用价值高。液气比 小是 WFGD 法的 1 /10， 可大幅度地降低能耗， 减少设 备及运行费用。对烟气量和烟气的含硫量适应性强; 系统阻力小， 一般吸收塔的阻力在 500 ～ 800 Pa; 对系 统的腐蚀性小， 现已有反应塔应用 10 年以上。 存在的缺点 系统流程需采用密闭的循环体系， 并设有防氨泄漏措施。还应对烧结烟气除尘灰中微 量元素及有害成分进行分析测定， 不能把有毒有害物 质转移到副产品中， 给副产品的再利用造成隐患， 危 害人类的健康。 2. 2钢渣石膏法 钢铁厂中有大量的钢渣， 钢渣含有大量的活性组 分。其中， 含 CaO 约 12. 9 ， MgO 约 0. 63 ， FeO 约 56. 93 ， Fe2O3约 9. 04 ， Al2O3约 1. 88 。属碱性 物质， 可利用做为脱硫剂， 以废治废。 把钢渣磨细， 制成 1 的浆液， 在吸收塔内吸收 SO2烟 气。初 始浆液 pH 为 9. 0， 反应 初 始 结段 以 CaO、 MgO 与 SO2反应为主， 随反应不断进行， CaO、 MgO 的含量不断下降， 使浆液 pH 值下降， 当 pH 值下 降至 4. 5 ～ 2. 0 时， 使浆液中的 FeO、 Fe2O3生成 Fe2 、 Fe3 ， 可与 SO2发生反应生成 FeSO4。为促使反应加 快可添加碱性物质为添加剂。 副产品 FeSO4可做为水处理的絮凝剂。生成的 两水石膏可用于建筑材料。应分析副产品的组分， 达 到综合利用。 此技术的缺点 钙硫比大， 脱硫效率比其他湿法 较低。对设备的磨损大， 容易堵塞。吸收液中还需添 加碱性添加剂。 2. 3氧化镁 锰 法 具备有脱硫原料的企业可考虑， 将 MgO 进行熟 化反应， 制成质量分数为 35 的 Mg OH 2吸收液， 在脱硫塔内， 使 Mg OH 2与烟气中的 SO2反应生成 Mg HSO3 2， Mg HSO32经强制氧化生成 MgSO4 ， 生 成的 MgSO4经烘干后生成固体 MgSO4进行回收。 此工艺脱硫率达 95 以上。工艺流程简单， 占 地面积少， 投资费用较低。此工艺在韶钢 4 号烧结机 上已投产使用一年多， 运行稳定， 属于我国首创采用 镁法脱硫技术进行烧结烟气脱硫的企业。 存在的问题 1 脱硫塔、 氧化罐和储存罐内衬腐 蚀较严重; 2 设备之间的连接管线及液位计易出现 堵塞; 3 对脱硫剂 MgO 的纯度和粒度以及制出的 Mg OH 2浆液的浓度要求较高; 4 烧结机作业率低， 经常开停机， 采购的脱硫剂不能按保质期用完， 易造 成浪费， 以上存在的问题通过改进均可解决。 3结论 本文对当前应用较广泛， 技术较成熟的烟气脱硫 工艺进行了介绍， 分析了几种工艺的优点及存在的问 题。这些工艺都有实际工程应用。对于需烟气脱硫 的企业可根据本厂的实际情况灵活选择最适宜本厂 的脱硫工艺。搞好烟气脱硫工作不仅是本企业可持 续发展的基础， 更能为“十二五” 的减排目标做出 贡献。 参考文献 ［1 ］ 孙瑞林， 罗军. 燃煤电厂石灰石石膏湿法烟气脱硫系统日常 运行环保监督考核方法探讨［J］ . 环境研究与监测， 2010， 23 1 43- 46. ［2 ］ 杨东， 郑乐平， 刘幼林. 复合式气动旋流脱硫除尘技术在烧结烟 气净化中的应用［J］ . 环境工程， 2010， 28 1 55- 57. ［3 ］ 张建桂， 程胜福. 韶钢 4烧结机烟气脱硫生产实践［J］ . 工业安 全与环保， 2010， 36 1 21- 22. ［4 ］ Rozpondek M，Siudek M. Pollution control technologies applied to coal-fired power plant operation ［J］ .Acta Montanistica Slovaca Rocnk，2009，14 2 156- 160. ［5 ］ Dikshit AK， DuttaA， RayS.LeastcostSO2emission minimization for a petroleum refinery by optimum use of source reduction，tail gas treatment and flue gas desulphurization ［J］ . Clean Technologies and Environmental Policy，2005，7 3 182- 189. 作者通信处陆轶青100035北京市西城区后英房胡同 5 号环 境保护部环境保护对外合作中心 电话 010 82268856 E- mailyiqing_lu 126. com 2010 － 08 － 21 收稿 28 环境工程 2011 年 2 月第 29 卷第 1 期