我国烟气脱硫技术与应用

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简介： 我国烟气脱硫控制技术的研究开发始于60年代初，对燃煤电厂、燃煤工业锅炉和冶金废气开展了烟气脱硫工艺研究、设备研制，取得实验室小试和现场中试结果。
关键字：烟气脱硫

我国烟气脱硫控制技术的研究开发始于60年代初，对燃煤电厂、燃煤工业锅炉和冶金废气开展了烟气脱硫工艺研究、设备研制，取得实验室小试和现场中试结果。80年代以来，开展了一系列研究、开发和产业化工作。原国家科委组织了“七五”和“八五”攻关项目，对国际上现有脱硫技术主要方法进行研究和实用性工程装置实验；国家自然科学基金委员会设立课题支持脱硫技术的基础研究，取得了很多成绩。目前我国自行研究开发的烟气脱硫方法，尚处在工业化示范试验阶段。国家科技部在“九五”期间，组织“中小锅炉实用脱硫防尘技术与装备研究及产业化”攻关课题，其中包括针对燃煤电厂烟气脱硫技术，采用脉冲电晕等离子体烟气脱硫新技术研究；与此同时，引进了脱硫技术项目，进行示范规模试验和工业化运行应用。

　　我国电厂烟气脱硫技术起步于1961年，科研院所和高等院校相继投入研究开发力旦，进行于法、湿法和半干法等等的烟气脱硫的探索研究，国家科技部(原国家科委)“七五” “八五”和“九五”的脱硫专项支持取得极好进展。但目前我国自行开发的烟气脱硫工程，尚处在小试、中试阶段。工业化、产业化技术不多。

　　1．旋转喷雾干法烟气脱硫中试

　　1983年，在四川白马电厂建成了处理烟气量3500Nm³/h小型试验装置基础上，在该电厂进行70000Nm³/h中试装置。经过近一年的调试和2000小时连续运转考查，使用石灰为脱硫剂，处理高硫煤(硫含量为3.5%)烟气，在钙硫比为1.4时脱硫率约为80％。

　　脱硫剂喷人吸收塔以后，与烟气中SO₂发生反应，生成固体灰渣，固体灰渣在塔内下落时不断干燥，最终形成干燥固体粉尘，一部分在塔内分离排出，另一部分随烟气进入电除尘器除去。

　　工艺流程包括：吸收剂制备，吸收剂浆液雾化，接触混合反应，液滴蒸发与SO₂吸收和废渣排出。

主要设备：

(1)喷雾机：RN—10T型，转速1000r/min，雾化浆液10t/h。

(2)吸收塔：φ8m，圆筒体高6m。

(3)电防尘器：双室双电场，有效截面积2×15.8m，单电场长4.5m。

(4)引风机：Y₄—73NO18D型，转速960r/h，容量143920m₃/h，压力3300Pa。

(5)石灰消化器：φ600×4500mm，容量3-5t/h。

(6)湿式球磨机：MXQG1500型，φ1500×3000mm，出力2-7t/h(干料)。

    主要技术问题，高速旋转喷头磨强，影响雾化质量形成结垢，浆液输送泵的耐久性等。

　　2. 旋转喷雾干法烟气脱硫工艺试验研究

   　 1987年开始，为引进丹麦Niro公司旋转喷雾干法烟气脱硫设备运行积累操作经验，在北京市橡胶六厂6.5t/h锅炉上引出部分烟气，建立处理2000Nm³／h烟气量的试验装置，开展前期工艺试验。

    Ca(OH)₂浆液的雾化以及与烟气充分混合反应脱硫装民包括干燥吸收塔、高速离心喷算机、气流分布器和终产物收集器。干燥吸收塔直径2m，高5m，高速离心喷雾机转速为17000—27200r/min，浆液流率为50kg/h。Ca(0H)₂由生石灰在消化槽制成，烟气入口温度150℃．被处理S0₂浓度1000-2000ppm。绝热饱和温度值为24.6℃、钙硫比1.2—1.8时，脱琉串为66%-79%。

　　3．湖北松木坪电厂建成5咖KIn3／h烟气水洗再生活性炭脱硫中试

    　1987年建成，用含碘O.5％的活性炭为脱硫剂，填装在并列的4座填充脱疏塔中，烟气通过脱硫塔时，SO₂被活性炭吸附并催化氧化成硫酸。饱和后的脱硫塔用不同浓度的稀硫酸随和水分五级依次洗涤再生，炭中残留的硫酸浓度降至约3%左右，然后用蒸汽干燥再投入脱硫运行。第一、二级洗出为20%稀硫酸产品，20%稀硫酸经浓缩制得70%硫酸。最长单塔累计运行时间约2000h，最长的全流程连续运行15天。入口S0₂浓度大于3000PPm，出口S0₂浓度小于350Ppm，脱硫率88%。

    　催化活性物碘的流失和稀硫酸浓缩是该法的严重问题、致命弱点，阻碍了扩大应用。

　　4．四川豆坝电厂5000Nm³/h烟气磷铵肥料脱硫中试

   　 1982年西安热工研究所首先探索本方法，1983年至1985年初热工所与四川环保科研所合作进行3m³/h小试，确定了该法的基本流程。1986年磷铵肥法烟气脱琉被遴选为国家“七五”重点攻关专题，在四川豆坝电厂建成5000Nm³/h中试装置，于1990年底连续运行2000h以上．经国家组织的验收签定确认该法流程合理可行。中试时S0²浓度为1600-2700Ppm的烟气，总脱硫效率维持在>95%，磷矿粉萃取率>90%，获得有效成分为37%的氮磷复台肥料数十吨。

    　经高效除尘后的烟气含尘浓度<200mg／Nm³，经喷水降温调湿后进入4塔并列的新型活性炭脱硫塔组，3塔运行、1塔再生。采用稀硫酸及三级洗涤再生，获得浓度为30%左右的硫酸，活性炭脱琉后的烟气进入二级脱硫塔，用磷铵溶液洗涤，净化后的烟气排放，在常规单槽多桨萃取槽中用脱硫制得的琉鞍分解磷矿粉萃取获得的稀磷鞍加氨中和得磷铵，作为二级脱琉的洗涤液。二级脱琉后的肥料桨经氧化、浓缩、干燥，获得固体氮磷复合肥料。

　5．喷钙脱硫成套技术与示范工程

    在贵阳市贵州轮胎厂一台20t/h层燃炉进行示范。钙粉用水泥罐车运至脱硫装置进粉管处、用气动输送方式经三根进粉管道送至主料斗。主料斗设有粉使测量装置，还设有过滤装置以除去气动输送排气中的粉尘。主料斗设有四个出料口同时出料，经振动电机振动进入二次料斗，然后经加粉器均匀进入到四台混合器中，加粉器由调速电机的转速来控制加粉量。由高压空气鼓风机送来的空气将粉料于四个不同部位喷入锅炉炉膛，在炉内高温作用下，碳酸钙粉炬烧分解成为氧化钙，同时部分氧化钙与烟气中的So：反应生成亚硫鞍钙和硫鞍钙；未反应的氧化钙铅随烟气进入文丘里管，文丘里管前端设有一个水雾化喷头，氧化钙粉与水雾滴碰撞，生成Ca(OH)₂，进一步与烟气中的SO₂反应生成亚硫鞍钙和硫酸钙。颗粒物在水膜除尘器中与飞灰一并除去，脱琉后的烟气经引风机人烟囱排出。

    　当Ca/S＝1.5时，系统脱硫率达80%，钙利用率为53.3%，其中包括文丘里管中喷入少量水及水膜除尘等，有20%脱硫率。

　　6．工业燃煤锅炉湿式烟气脱硫工程

    　工业锅炉湿法烟气脱琉除尘一体化研究开发、生产产品较多。介绍几种如下：

   　(1)SHG型脱硫除尘器采用了干、湿结合的结构．含尘烟气经预旋分离，90%左右的较大尘粒被捕集。SHG型脱硫除尘器充分利用旋风器芯管气流的旋转力和通过筛板时循环液在气流作用下形成的锑腾层，使气、液、固三相充分接触，强化传质，进一步将烟气中的细微尘粒捕集，并添加石灰脱除烟气中的二氧化琉，SHG型脱硫除尘器的脱水除男装置，排除了烟气带水现象，保证了正常运行，脱琉率为70%—80%。SHG型湿式脱琉除尘器已在北京、徐州、杭州等地应用。

    　(2)BL—ZH型脱琉除尘器是塔式结构。塔的下部为除尘段，除尘段的上部为迷宫式布水装置，它使除尘段能形成一层均匀的水胺．再上面是由塔板组成的脱硫段，脱硫塔板的上部设有吸收液喷淋装置和防止烟气带水的旋流板除雾装置。

    　该设备工作时，循环水泵将含有脱硫剂的吸收液从位于塔体上部的循环液入口打入洗涤器，经塔板到达迷宫式布液装置，并将液体均匀分布到除尘段塔壁。锅炉烟气则由位于塔体下部的烟气进口切向进入塔体旋转上升，在离心力作用下，尘粒被甩到塔壁而被水膜粘附由循环液出口排放沉淀池。细微尘粒和大部分二氧化琉随同烟气一起进入脱硫段，在塔板的作用下使气液间充分接触，在脱除二氧化琉的同时，也除去细微尘粒。被净化后的锅炉烟气经除雾板除雾后排出塔外。

    　该种脱硫除尘器已在张家口市人民医院和贵阳卷烟厂等单位得到应用。烟气进口速度在18—28m/s，空塔速度在1.5-3.5m/s，液气比为O.5-2.0L/m³，除雾旋流板叶片向上翘起22-25^。，除尘效率大于98%；采用碱性液作为吸收液时的脱硫效率为82.5%-88.6%，热态设备阻力小于1400Pa。

    　(3)卧式筛网脱硫除尘器

    　卧式筛网脱硫除尘器第一段为冲击板除尘段，在冲击板前有喷淋管喷水，使冲击板上形成一层很薄的水膜，尘粒在惯性的作用下，大尘粒与冲击板碰撞被捕集，被捕集的尘粒随往下流动的浓膜流到塔底：第二段为筛网陈尘脱硫段，筛网上面设有布水管，使筛网形成一均匀水膜。在烟气的作用下筛网上的水膜呈沸腾状，当大量气泡形成并随之破裂时，伴有少量的水花和水滴，当烟气穿过水膜时，气液间接触很充分，对细微尘粒的捕集和二氧化硫的脱除均十分有利。在青岛第六橡胶厂、沈阳第一机床厂等单位的工业锅炉上得到应用。当采用水力冲渣加部分废碱水作为脱硫液、液气比为1.5-2.0L/m³左右、空塔速度为3-5m/s左右时，脱硫率为60%—70%。

    　7．旋流饭塔烟气脱硫工程

    　浙江大学化工系环境工程教研室在旋流板塔内用电石渣浆液对吸收含低浓度S0₂的烟气进行了研究。电石渣是乙炔生产的副产物，其主要成分为Ca(OH)₂因此，用电石渣桨液吸收含低浓度SO₂的技术，实质上是湿式钙法烟气脱硫技术。使用电石渣作为脱硫剂不仅能为烟气脱硫提供廉价的原料、又可解决乙炔生产厂家的度碴处理问题，达到“以废治废”的目的。

    　浙江大学与杭州铁路分局机务段合作，为一台六吨锅炉设计建成φ1500旋流板塔烟气脱硫防尘装置，装设了四块塔板和一块除雾板，处理气量近2000Nm³/h，1987年5月建成后经过一年多的运行，效果良好。

    　旋流塔板是一种具有多片倾斜叶片、以便通过它的气流产生旋转运动的喷射型塔板，具有气、液负荷高、压降低、操作弹性宽、运转周期长(不易堵塞)、结构简单等特点，适合于湿式烟气脱硫。

    　利用电石渣浆吸收S0₂时发生的反应属气、液、因三相反应体系。在湿式钙法烟气脱硫系统中PH的控制是很重要的。PH值不仅影响脱硫率，而且对整个系统避免腐蚀、结垢，保持正常运行有密切关系。PH值大于6，脱硫率在55%以上。考虑到腐蚀、结垢等问题，实际操作时pH值控制在6.8为宜。PH值降低对脱硫有影响。

    　电石渣桨液的喷淋密度对脱硫率有一定影内。喷淋密度范围在20-40m³／m²h，其全塔压降约50mmH₂0，脱硫率达75％。如果塔板数多于三块，脱硫率可以提高，喷淋密度还可以降低。

    　电石渣桨液浓度范围为2.4%-8.5%(w1)，浆液浓度对脱硫率没有影响，但浆液浓度高．有效吸收时间长。

    　电石渣浆液中加添加剂己二酸、有机酸和金属化台物。如加MgO，能大大提高脱硫率，延长浆液吸收时间并能缓冲PH值，防止结垢。结垢对脱硫设备危害很大．可使系统压降增大，影响正常操作，引起管路堵塞，加速设备腐蚀，甚至使控制仪表失灵。所以加有机酸添加剂，使pH值<5，垢层可逐步溶解。

　　8. 脉冲放电烟气技术工业化试验

    　本项目是在“八五”国家自然科学基金重点项目和“八五”国家科技攻关项目的基础上，设计并运行了1000-3000m³/h烟气的脉冲放电等离子体工业化试验装置。

    　其基本原理是：在气体中进行脉冲放电，可产生大量的OH、H₂0、0、0₃^-、0₂⁺、O₂^-、N等自由基和活性粒子，利用这些活性物质与S0₂的化学反应来实现对烟气的脱硫处理。产生这些活性物质是由于故电场加速的电子与其它气体分子碰撞，气体分子被激发、电离或裂解的结果。采用窄脉冲放电，一方面使火花电压大幅度升高，电晕空间可以得到很高的电场。另一方面由于施加电压的时间极短，离子的加速被抑制，而电子故加速具有较高的能量。与离子相比电子具有很高的温度，由于加速被抑制，形成了非平衡态等离子体。这样产生上述自由基和活性粒子的数量及能量效率就可以有较大幅度的提高。当含有的SO₂的烟气通过脉冲电晕放电场时，S0₂与这些活性物质发生一系列化学反应．最终被去除。

    　利用试验系统进行了脱硫试验，获得主要结果：在烟气温度为65-75℃时，烟气含水量10%-15%，NH₃的注入量与SO₂为1：1化学计量比，总能耗为<5Wh/m³的条件下,初始浓度为1500-2000ppm的SO₂,脱除率为75%—80%，产物中(NH₄)₂S04的含量＞80%。

    　“九五”期间，国家科技部仍立攻关项目，支持脉冲电晕等离子体烟气脱硫技术，建立12000-20000Nm³/h脉冲电晕等离子体烟气脱硫工业试验装置进行运行实验。