干法脫硫除塵一體化技術(shù)研究
目前，國(guó)內(nèi)各類燃煤鍋爐排放的煙氣中含有大量的粉塵和二氧化硫等有害氣體。每年排入大氣的煙塵量達(dá)3000萬(wàn)噸以上，二氧化硫排放量1800萬(wàn)噸以上，嚴(yán)重污染了大氣，惡化了人們的生存環(huán)境。當(dāng)今世界上已經(jīng)研發(fā)出200余種煙氣脫硫方法，但商業(yè)化運(yùn)行的不超過(guò)20種，本文將著重介紹干法脫硫除塵一體化技術(shù)運(yùn)用于煙氣脫硫除塵系統(tǒng)。
1 煙氣脫硫技術(shù)的概述
煙氣脫硫技術(shù)按照工藝方案可分為：濕法脫硫工藝、半干法脫硫工藝和干法脫硫工藝。煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展初期多采用濕法工藝技術(shù)，最近的幾年里，國(guó)家大力提倡采用半干法工藝脫硫除塵。但由于半干法工藝存在的一些問(wèn)題，當(dāng)今的煙氣脫硫發(fā)展的趨勢(shì)逐漸的轉(zhuǎn)變?yōu)楦煞摿虺龎m工藝技術(shù)。
1.1 濕法脫硫工藝
濕法脫硫工藝中，脫硫劑和脫硫生成物均為濕態(tài)，其脫硫過(guò)程是氣液反應(yīng)，反應(yīng)速度快，脫硫效率高，脫硫劑利用率高，其中以濕法石灰石-石膏洗滌工藝最為成熟，應(yīng)用也最為廣泛。
濕法石灰石-石膏洗滌工藝的典型流程為：從除塵器出來(lái)的煙氣經(jīng)過(guò)一個(gè)換熱器，然后進(jìn)入吸收塔，在吸收塔內(nèi)SO2直接和磨細(xì)的石灰懸浮液接觸并被吸收。新鮮的石灰漿液不斷的加入到吸收塔底部的蓄液槽中，洗滌后的煙氣通過(guò)除霧器、換熱器和煙囪排入大氣。
該工藝脫硫效率可保證在95%以上，同時(shí)也存在廢水的二次污染、石膏結(jié)垢堵塞、脫硫產(chǎn)物的處理比較麻煩、煙氣溫度較低不利于擴(kuò)散、工藝較復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)用高、占地面積和投資較大等一些問(wèn)題。
1.2 半干法脫硫工藝
半干法煙氣脫硫市場(chǎng)占有率僅次于濕法。該工藝是利用煙氣顯熱蒸發(fā)石灰漿液中的水分，同時(shí)在干燥的過(guò)程中，石灰與煙氣中的SO2反應(yīng)生成亞硫酸鈣。噴霧干燥煙氣脫硫是典型的半干法脫硫工藝，其工藝流程包括：吸收劑的制備、吸收劑漿液霧化、霧粒與煙氣的接觸混合、液滴蒸發(fā)與SO2吸收、灰渣排出和再循環(huán)。
半干法工藝較簡(jiǎn)單，干態(tài)產(chǎn)物易于處理，無(wú)廢水產(chǎn)生，投資一般低于傳統(tǒng)濕法，但存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：（1）容器和管道的堵塞；（2）吸收塔內(nèi)固體沉積結(jié)垢；（3）噴霧器磨損；（4）煙道和除塵器的腐蝕；（5）除塵器壓降增加。
1.3 干法脫硫工藝
干法煙氣脫硫工藝在無(wú)液相介入，完全干燥的狀態(tài)下進(jìn)行，所以脫硫效率較濕法低。隨著干法脫硫工藝的日益完善，再加上干法工藝流程簡(jiǎn)單、投資少、運(yùn)行費(fèi)用低等因素，干法脫硫工藝已開(kāi)始在燃煤電廠推廣應(yīng)用。干法脫硫工藝可以分為：爐內(nèi)噴鈣、管道噴射和混合噴射等。
1.3.1爐內(nèi)噴鈣
爐內(nèi)噴鈣是把干的吸收劑直接噴到鍋爐爐膛的氣流中，爐膛內(nèi)的熱量將吸收劑煅燒成具有活性的CaO從而與煙氣中的SO2發(fā)生反應(yīng)。與其他脫硫工藝相比爐內(nèi)噴鈣對(duì)爐膛內(nèi)的溫度要求很高，溫度越高反應(yīng)速度增大，但溫度過(guò)高，CaO就會(huì)發(fā)生燒結(jié)，活性降低。所以爐內(nèi)噴鈣脫硫效率取決于在臨界溫度范圍內(nèi)的停留時(shí)間。
1.3.2管道噴射
管道噴射是直接將脫硫劑噴入煙氣管道中，一般脫硫劑有消石灰、鈉基吸收劑或石灰漿等。這種方案投資省，能耗低，但存在脫硫效率低，以及管道的沾污和腐蝕的問(wèn)題。
2 干法脫硫除塵一體化技術(shù)
2.1工藝流程簡(jiǎn)介
本工藝的主要技術(shù)是通過(guò)向含有粉塵和二氧化硫的煙氣中噴射熟石灰干粉和反應(yīng)助劑來(lái)實(shí)現(xiàn)脫硫的。二氧化硫和熟石灰在反應(yīng)助劑的輔助下充分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成固態(tài)硫酸鈣(CaSO4)，附著在粉塵上或凝聚成細(xì)微顆粒，隨粉塵一起被袋式除塵器收集下來(lái)。
該工藝中主要包括：急冷反應(yīng)塔系統(tǒng)、消石灰及反應(yīng)助劑的儲(chǔ)存、計(jì)量及輸送系統(tǒng)、除塵反應(yīng)系統(tǒng)和飛灰輸送系統(tǒng)等。
2.1.1. 急冷反應(yīng)塔系統(tǒng)
由于本系統(tǒng)中采用袋式除塵器，濾袋的使用溫度限定了進(jìn)入除塵器的煙氣的溫度，其最低溫度不得低于露點(diǎn)溫度，最高溫度不得高于1900C。另外，急冷反應(yīng)塔還起到一個(gè)增濕的作用，從而提高脫硫效率。在急冷反應(yīng)塔中，對(duì)噴水量和水滴直徑要求嚴(yán)格，否則引起急冷反應(yīng)塔濕壁和后續(xù)管道的腐蝕。為了防止?jié)癖谝鸱磻?yīng)塔腐蝕，除在反應(yīng)塔內(nèi)部鋪設(shè)防腐材料外，在反應(yīng)塔內(nèi)壁設(shè)置了空氣幕，保護(hù)急冷反應(yīng)塔不被腐蝕。
煙氣由急冷反應(yīng)塔上部的進(jìn)氣口進(jìn)入塔內(nèi)（塔體內(nèi)的上部設(shè)有氣流均布裝置），通過(guò)塔頂周圍布置的雙流體噴嘴噴霧降溫，使煙氣溫度降至1700C左右，再由急冷反應(yīng)塔下部排氣口通過(guò)煙道至袋除塵器進(jìn)氣口。在煙氣通過(guò)急冷反應(yīng)塔過(guò)程中，由于噴霧降溫和煙道通道面積的擴(kuò)大，煙氣中粒徑較大的粉塵在重力作用下會(huì)沉降在反應(yīng)塔的灰斗倉(cāng)內(nèi)，經(jīng)灰斗倉(cāng)底的螺旋除灰機(jī)和飛灰排出閥排出。
2.1.2．消石灰及反應(yīng)助劑的儲(chǔ)存、計(jì)量及輸送系統(tǒng)
吸收劑消石灰要求Ca(OH)2干粉，含水在0.5%以下，純度90%，200目。通過(guò)氣力輸送至圓形鋼倉(cāng)內(nèi)儲(chǔ)存?zhèn)溆谩榱朔乐瓜医Y(jié)塊，儲(chǔ)料倉(cāng)灰斗壁設(shè)有流化板，壓縮空氣通入流化板使粉塵流態(tài)化。消石灰通過(guò)單管螺旋預(yù)給料機(jī)送入螺旋計(jì)量秤。螺旋計(jì)量秤根據(jù)煙氣的硫含量來(lái)計(jì)量消石灰，計(jì)量后的消石灰入物料匯總小倉(cāng)。
干法脫硫工藝單選用吸收劑的情況下，其脫硫效率一般只能達(dá)到50%左右。所以必須選用反應(yīng)助劑提高脫硫效率，經(jīng)過(guò)特殊制備的反應(yīng)助劑可使脫硫率提高到90%以上。和消石灰一樣，反應(yīng)助劑經(jīng)過(guò)流化板、單管螺旋預(yù)給料機(jī)和螺旋計(jì)量秤計(jì)量后，入物料匯總小倉(cāng)。物料匯總小倉(cāng)后設(shè)置粉料供料機(jī)，通過(guò)加速器利用羅茨鼓風(fēng)機(jī)提供的高壓空氣把消石灰和反應(yīng)助劑混合物經(jīng)管道吹送至除塵器進(jìn)氣口煙道內(nèi)，并隨煙氣氣流進(jìn)入除塵器內(nèi)部。
2.1.3．除塵器系統(tǒng)
本系統(tǒng)中的除塵器已不單單是去除煙氣中的粉塵，它集脫硫和除塵于一體的袋式除塵器。煙氣進(jìn)入除塵器進(jìn)氣管在負(fù)壓作用下，較均勻的進(jìn)入除塵器的各個(gè)室，煙氣中反應(yīng)混合物在除塵器的濾袋表面吸附形成一層預(yù)過(guò)濾層，當(dāng)SO2氣體通過(guò)預(yù)涂層時(shí)，就與這些藥劑反應(yīng)而被除去。經(jīng)過(guò)了煙道內(nèi)的反應(yīng)和預(yù)過(guò)濾層的反應(yīng)，除塵效率已達(dá)到了90%以上。調(diào)節(jié)除塵器的清灰間隔，使預(yù)過(guò)濾層的脫硫劑消石灰充分反應(yīng)，生成CaSO4。當(dāng)除塵器清灰時(shí)預(yù)過(guò)濾層脫落落入灰斗，由于飛灰的濕含量較大，為防止在管道內(nèi)沉積而腐蝕管道，將不再循環(huán)利用，直接螺旋輸送機(jī)送入灰?guī)，凈化后的煙氣由后排風(fēng)機(jī)排入大氣。
2.1.4．飛灰輸送
除塵器濾袋過(guò)濾下來(lái)的粉塵，通過(guò)設(shè)在灰斗排灰口的回轉(zhuǎn)卸灰器和螺旋輸送機(jī)送入?yún)R總螺旋輸送機(jī)入倉(cāng)式泵進(jìn)料小倉(cāng)，通過(guò)倉(cāng)式泵經(jīng)管道送至飛灰?guī)臁?/p>
3 脫硫效率
干法脫硫工藝最主要的問(wèn)題就是干法脫硫效率較低，而影響脫硫效率的主要因素有：SO2的濃度、吸收劑的類型、Ca/S摩爾比、反應(yīng)溫度和停留時(shí)間、反應(yīng)助劑的添加、反應(yīng)的相對(duì)濕度和氯化物的含量。該套干法脫硫除塵一體化的工藝中，針對(duì)這些影響因素采取了相應(yīng)的措施以提高脫硫效率。
（1）在吸收劑的選擇方面，我們選擇200目的消石灰而不是石灰石。因?yàn)閺幕瘜W(xué)反應(yīng)來(lái)看，氫氧化物的反應(yīng)活性比碳酸鹽高，從而可以加快反應(yīng)速率提高脫硫效率。
（2）Ca/S摩爾比對(duì)脫硫效率的影響最為主要。從試驗(yàn)和理論上看，脫硫效率隨著Ca/S摩爾比的增加而增加，但當(dāng)Ca/S摩爾比超過(guò)1.5時(shí)，再增加脫硫劑，脫硫效率提升幅度較小。本系統(tǒng)中Ca/S控制在1.5～2.0之間。既保證了最大的脫硫效率又保證了脫硫劑的最大使用率，降低脫硫成本。
（3）反應(yīng)溫度和停留時(shí)間是影響脫硫效率的重要參數(shù)。在管道噴射中降低趨近飽和溫度到110C或以下，脫硫率最大。煙氣性質(zhì)不同飽和溫度也就不同，因此管道煙氣脫硫反應(yīng)溫度是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行調(diào)節(jié)的。停留時(shí)間即脫硫反應(yīng)時(shí)間，在保證了最佳的反應(yīng)溫度的情況下，脫硫反應(yīng)所需的時(shí)間約為1～2秒。本系統(tǒng)的脫硫反應(yīng)不僅在管道中進(jìn)行，在除塵器的濾袋表面還繼續(xù)二次反應(yīng)，保證了充足的反應(yīng)時(shí)間。
（4）添加劑使用的是我們新研發(fā)的特殊反應(yīng)助劑，它具有大的表面積和孔隙率，可以將脫硫效率提高到90%以上。
（5）相對(duì)濕度對(duì)脫硫效率的影響較大，相對(duì)濕度越高，蒸發(fā)所需時(shí)間越長(zhǎng)，延長(zhǎng)了脫硫反應(yīng)時(shí)間從而提高了脫硫效率。
（6）氯離子的存在能使ΔT（高于露點(diǎn)的溫度）保持較高的溫差，可以明顯提高脫硫效率，而且，氯離子與脫硫劑反應(yīng)生成氯化鈣，氯化鈣是一種多孔隙率物質(zhì)，在一些脫硫工藝中，氯化鈣作為添加劑使用，以提高脫硫效率。從實(shí)踐中看，該套工藝運(yùn)用于電廠脫硫和垃圾焚燒廠脫硫中的脫硫效率不同，垃圾焚燒廠的脫硫效率高于電廠脫硫效率的原因也在于垃圾焚燒廠的煙氣中氯含量較高。
4 小結(jié)
（1）從脫硫工藝上看，濕法、干法和半干法各有優(yōu)缺點(diǎn)，但由于干法工藝的投資省，工藝簡(jiǎn)單，和它不斷提高的脫硫效率，在實(shí)際中的運(yùn)用越來(lái)越廣泛。
（2）經(jīng)過(guò)理論研究和實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，干法脫硫工藝中選擇200目的消石灰、Ca/S控制在1.5～2.0之間、ΔT為110C、反應(yīng)時(shí)間保證在2秒和選用有效的反應(yīng)助劑這些條件，就能達(dá)到90%以上的脫硫效率。
（3）對(duì)于垃圾焚燒廠來(lái)說(shuō)，由于其本身的硫含量較電廠低，再加上煙氣中富含氯離子，可以適當(dāng)?shù)慕档虲a/S摩爾比，大約控制在1.5以下。
（4）隨著國(guó)家環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格和對(duì)煙氣排放中硫含量的控制，干法煙氣脫硫工程必定有著良好的市場(chǎng)前景。
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