干法煙氣脫硫綜述
我國(guó)是能源生產(chǎn)消費(fèi)大國(guó)，目前能源消費(fèi)占全球的 10%。在我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)體系中，煤約占整個(gè)能源結(jié)構(gòu)體系的75%[1]。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，燃煤量的增加，SO2 的排放也不斷增加。1995 年我國(guó)二氧化硫排放量超過2 370 萬t，超過美國(guó)1994 年排放值（2 100 萬t）而成為世界最大的二氧化硫排放國(guó)[1]。燃煤產(chǎn)生的二氧化硫污染及酸雨問題日趨嚴(yán)重。因此，控制和減少SO2 排放是我們面臨的亟待解決的問題。
1 煙氣脫硫技術(shù)的分類
所謂煙氣脫硫就是應(yīng)用化學(xué)或者物理的方法將煙氣中的SO2 予以固定和脫除。按照脫硫方式和產(chǎn)物的處理形式劃分，煙氣脫硫一般又可分為干法、半干法和濕法3 類[2]。濕法煙氣脫硫技術(shù)——液體或漿狀吸收劑在濕狀態(tài)下脫硫和處理脫硫產(chǎn)物。該法具有脫硫反應(yīng)速度快、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)。目前，濕法煙氣脫硫工藝仍然是脫硫工藝的主流。但該工藝存在投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用都很高、脫硫后產(chǎn)物處理較難、易造成二次污染、系統(tǒng)復(fù)雜、啟停不便、腐蝕、積垢、堵塞等問題。
半干法煙氣脫硫技術(shù)——半干法兼有干法與濕法的一些特點(diǎn)，是脫硫劑在干燥狀態(tài)下脫硫，在濕狀態(tài)下再生（如水洗活性炭再生流程）或者在濕狀態(tài)下脫硫，在干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物（如噴霧干燥法）的煙氣脫硫技術(shù)。近年來該方法受到人們廣泛的關(guān)注。
干法煙氣脫硫技術(shù)——脫硫吸收和產(chǎn)物處理均在干狀態(tài)下進(jìn)行。該法具有無污水和廢酸排出、設(shè)備腐蝕小、煙氣在凈化過程中無明顯溫降、凈化后煙溫高、利于煙囪排氣擴(kuò)散等優(yōu)點(diǎn)，但脫硫效率低、反應(yīng)速度較慢、設(shè)備龐大。
2 干法煙氣脫硫技術(shù)
近年來，干法煙氣脫硫技術(shù)也發(fā)展了多種工藝，這里僅列舉3 種比較典型的工藝。
2.1 電子束脫硫工藝
電子束脫硫工藝開發(fā)于20 世紀(jì)70 年代的日本，美國(guó)和德國(guó)也有研究。我國(guó)成都熱電廠成功利用日本荏原技術(shù)建立了電子束脫硫示范工程。工藝以氨為吸收劑，煙氣由噴灑塔冷卻至適當(dāng)溫度后進(jìn)入輻射反應(yīng)器，在高能電子束輻照下，煙氣中氮、氧和水形成自由基和離子，與SO2 和氮氧化物反應(yīng)生成硫酸和硝酸。在氨存在下，產(chǎn)生銨鹽。產(chǎn)物經(jīng)除塵器收集后，可作為肥料使用。
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工藝的關(guān)鍵設(shè)備是電子加速器。用于電子加速的電壓高達(dá)數(shù)百千伏，能源由直流電源供給。高能電子束穿透“窗口” 輻照煙氣，促使反應(yīng)進(jìn)行。阻隔電子加速器真空和煙氣的是微米級(jí)厚的鈦箱，它能抵抗住兩側(cè)的壓差，并耐受輻照高溫引起的煙氣腐蝕。整個(gè)輻照反應(yīng)器必須保持無輻射泄漏。
電子束脫硫工藝具有同時(shí)脫硫和脫氮的功能，產(chǎn)生的副產(chǎn)物可用作肥料。在最優(yōu)化運(yùn)行條件下，脫硫和脫氮效率能達(dá)到90%以上。該工藝流程簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)方便，煙氣負(fù)荷負(fù)載能力強(qiáng)，一次投資和運(yùn)行費(fèi)用低，無二次污染物產(chǎn)生，同時(shí)脫硫脫硝，副產(chǎn)物硫酸銨和硝酸銨是可利用的氮肥。
2.2 干法噴射脫硫技術(shù)
干法煙氣脫硫主要有2 種方法，一種是爐膛噴鈣脫硫；另一種是煙道噴鈣脫硫。有研究表明，爐膛噴鈣法脫硫效率在36%以下，鈣的利用率在15%以下，這其中最主要的原因是，CaSO4 覆蓋層阻止了反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)生，使反應(yīng)過程終止[1]。另外，由于爐內(nèi)的溫度都在1 000 ℃以上，高溫容易造成CaO 的燒結(jié)。燒結(jié)現(xiàn)象導(dǎo)致CaO 比表面積的減少和孔隙率的降低，影響了SO2 的擴(kuò)散。因此，爐膛噴鈣脫硫必須考慮CaO 的燒結(jié)問題。
煙道噴鈣脫硫是一種傳統(tǒng)的煙氣脫硫方法，該法存在的主要問題是[4]：①鍋爐煙道中的煙氣溫度只有150 ℃左右，在此條件下，充分反應(yīng)的時(shí)間在4 s 以上，煙氣的流速一般為10～15 m/s，這就要求煙氣在進(jìn)入除塵設(shè)備之前需要40～ 60 ｍ的煙道，這無論從基建投資、占地面積還是從煙氣溫度下降方面考慮都不現(xiàn)實(shí)；②吸收劑顆粒易聚集沉降，從而導(dǎo)致吸收劑比表面積減小、活性降低，最終致使脫硫效率降低。
針對(duì)干法煙氣脫硫過程出現(xiàn)的上述問題，國(guó)外開發(fā)了荷電干式吸收劑噴射脫硫技術(shù)，其原理是吸收劑以高速流過噴射單元產(chǎn)生的高壓靜電暈充電區(qū)，使吸收劑得到強(qiáng)大的靜電荷（通常是負(fù)電荷）。當(dāng)吸收劑通過噴射單元的噴管被噴射到煙氣流中時(shí)，由于吸收劑顆粒都帶同一符號(hào)電荷而相互排斥，所以會(huì)在煙氣中形成均勻的懸浮狀態(tài)，使每個(gè)吸收劑粒子的表面都充分暴露在煙氣中，與SO2 完全反應(yīng)機(jī)會(huì)大大增加，從而提高了脫硫效率，而且吸收劑粒子表面的電暈，還大大提高了吸收劑的活性，降低了同SO2 完全反應(yīng)所需的滯留時(shí)間，一般在2 s 左右即可完成慢硫化反應(yīng)，從而有效地提高了二氧化硫的去除效率。工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明，當(dāng)Ca/S 比為1.5 左右時(shí)，系統(tǒng)脫硫效率可達(dá)60%～70%。
此外，荷電干吸收劑噴射系統(tǒng)對(duì)小顆粒（亞微米級(jí) PM10）粉塵的清除也很有幫助。帶電的吸收劑粒子把小顆粒吸附在自己的表面，形成較大顆粒，提高了煙氣中塵粒的平均粒徑，這樣就提高了相應(yīng)除塵設(shè)備對(duì)亞微米級(jí)顆粒的去除效率。
荷電干式吸收劑噴射脫硫系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)為投資小、收效大、脫硫工藝簡(jiǎn)單有效、可靠性強(qiáng)；整個(gè)裝置占地面積小，可用于新建鍋爐的脫硫，對(duì)現(xiàn)有鍋爐的技術(shù)改造時(shí)該方法更具優(yōu)勢(shì)；不會(huì)造成二次污染，反應(yīng)生成物將與煙塵一起被除塵設(shè)備除去后統(tǒng)一運(yùn)出廠外。其主要缺點(diǎn)是對(duì)脫硫劑要求太高，一般的石灰難以滿足其使用要求。
2.3 爐內(nèi)噴鈣循環(huán)流化床反應(yīng)器脫硫技術(shù)
爐內(nèi)噴鈣循環(huán)流化床反應(yīng)器脫硫技術(shù)是由德國(guó)的 Sim-mering Graz Pauker/Lurgi GmbH 公司開發(fā)的。 該技術(shù)的基本原理是：在鍋爐爐膛適當(dāng)部位噴入石灰石，起到部分固硫作用，在尾部煙道電除塵器前裝設(shè)循環(huán)流化床反應(yīng)器，爐內(nèi)未反應(yīng)的CaO 隨著飛灰輸送到循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)，在循環(huán)流化床反應(yīng)器中，大顆粒CaO 被其中湍流破碎，為 SO2 反應(yīng)提供更大的表面積，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的脫硫率。
3 壁溫計(jì)算及結(jié)果分析
該類技術(shù)將循環(huán)流化床技術(shù)引入到煙氣脫硫中來，是其開創(chuàng)性工作，目前該技術(shù)脫硫率可達(dá)90%以上，這已在德國(guó)和奧地利電廠的商業(yè)運(yùn)行中得到證實(shí)。
在此基礎(chǔ)上，美國(guó)的EEC 公司（Environmental Elements Corporation）和德國(guó)Lurgi 公司進(jìn)一步合作開發(fā)了一種新型的煙氣脫硫裝置。在該工藝中，粉狀的Ca(OH)2 和水分別被噴入循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)，以此代替了爐內(nèi)噴鈣。在循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)，吸收劑被增濕活化，并且能充分地循環(huán)利用，而大顆粒吸收劑被其余粒子碰撞破碎，為脫硫反應(yīng)提供更大反應(yīng)表面積。
4 結(jié) 論
(1) 干法煙氣脫硫技術(shù)投資省、占地少，適用于老電廠煙氣脫硫改造；較寬的脫硫效率范圍使其具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，能滿足不同電站對(duì)煙氣脫硫的需要。
(2) 干法煙氣脫硫技術(shù)所有技術(shù)易于國(guó)產(chǎn)化，運(yùn)行可靠，便于國(guó)內(nèi)電廠的應(yīng)用和維護(hù)管理。
(3) 干法煙氣脫硫技術(shù)本身的脫硫效率較難達(dá)到高效脫硫的要求，但針對(duì)我國(guó)現(xiàn)階段SO2 排放控制工作剛起步， SO2 排放基數(shù)較大的特點(diǎn)，大力推廣這類技術(shù)，對(duì)削減SO2 的排放具有深遠(yuǎn)的意義。
5 中國(guó)煙氣脫硫技術(shù)前景展望
(1) 作為一個(gè)以煤為主要能源，而煤炭資源中高硫煤占一半以上的大國(guó)，開發(fā)先進(jìn)的脫硫技術(shù)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的意義。但煙氣脫硫投資較大，開展脫硫工作要依靠企業(yè)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和國(guó)家政策和法規(guī)的強(qiáng)制推動(dòng)，西方發(fā)達(dá)國(guó)家煙氣脫硫的普及也是得益于政策和法律的推動(dòng)。
(2) 隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的要求，出現(xiàn)了很多新理論、新材料和新發(fā)現(xiàn)。干法煙氣脫硫技術(shù)在新的領(lǐng)域里將有新的發(fā)展；利用納米材料的高比表積、高催化氧化性和高選擇性的特性，開發(fā)的新型脫硫脫硝一體化的吸附吸收材料將在不遠(yuǎn)的將來得以應(yīng)用。煙氣脫硫技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，必將為人類保護(hù)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。
(3) 還應(yīng)該清醒地意識(shí)到，只進(jìn)行煙氣SO2 脫除，還不足以很好地保證環(huán)境空氣質(zhì)量。從發(fā)展趨勢(shì)看，由于在脫除NOx 方面給予的重視相對(duì)較少，使 NOx 可能取代SO2 成為大氣酸雨的更主要來源。為此，必須加強(qiáng)脫除NOx 工藝的開發(fā)研究，發(fā)展脫硫脫硝一體化工藝。電子束脫硫工藝可以同時(shí)脫硫脫硝，副產(chǎn)物可回收用作肥料，是現(xiàn)有脫硫工藝中發(fā)展前景最好的。
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