烟气脱硫经典工艺
1、烟气脱硫经典工艺
烟气脱硫(ＦＧＤ)是目前世界上唯一大规模商业应用的脱硫方式,也是最经济切实可行的方法。迄今为止,世界各国研究开发的ＦＧＤ技术估计超过了200多种,目前成熟可行的有十多种。通常按照脱硫剂和脱硫产物的干湿状态分为湿法、半干法和干法。
1.1湿法脱硫
这是目前较成熟、运行较稳定的方法。由于是气液反应,脱硫反应速率快、效率高、脱硫剂利用率高。但由于其废水处理量大,运行成本也较高。
1.1.1石灰石-石灰法。
是以石灰石或石灰的浆液为脱硫剂,在吸收塔内对ＳＯ2烟气进行洗涤吸收的方法,其产物为ＣａＳＯ3和ＣａＳＯ4。石灰石系统的最佳操作条件ＰＨ值为 5.8-6.2,而石灰系统的最佳ＰＨ值为8。由于原料中的Ｃａ(ＯＨ)2或ＣａＣＯ3沉积或结晶析出、反应产物ＣａＳＯ3和ＣａＳＯ4的结晶析出等,所以其最大的难点是吸收塔结垢和堵塞问题。为了解决这个问题,现在石灰石-石灰法已被石灰石-石膏法所代替。
1.1.2石灰石-石膏法。
是以空气鼓入吸收塔,使得ＣａＳＯ3氧化为ＣａＳＯ4(石膏),由于其鼓入气体使料液更为均匀,脱硫率更高,其堵塞和结垢的几率大大降低。此法的最大优点是石灰石来源广、价格低,而生成的石膏可用于建筑材料和钙塑材料。其缺点是系统管理操作复杂、初期投资较大。
1.1.3双碱法。
此法种类较多,实际上是为了克服石灰法易结垢的缺点,主要是钠碱双碱法。即采用ＮａＣＯ3或ＮａＯＨ溶液为第一吸收液,再用石灰石或石灰溶液为第二碱液使之再生,再生后溶液继续循环使用。此法得到的ＳＯ2仍以ＣａＳＯ3或ＣａＳＯ4的形式沉淀出来。由于其产物的生产过程在吸收塔外,所以避免了结垢和堵塞。
1.1.4氧化镁吸收法。
除了Ｃａ+对ＳＯ2有吸收作用外,ＭｇＯ、ＭｎＯ2和ＺｎＯ等对ＳＯ2也有吸收作用。此法具有代表性的工艺有基里洛(Ｇｉｒｉｌｌｏ)法和凯米克 (Ｃｈｅｍｉｃｏ)法。基里洛法是用吸收性能好且易再生的ＭｇＯｘ、ＭｎＯｙ为吸收剂,吸收烟气中的ＳＯ2。凯米克法是用ＭｇＯ的水溶液 [Ｍｇ(ＯＨ)2]吸收烟气中的ＳＯ2,吸收液再生后可继续循环使用。我国氧化镁资源丰富,而且可再生,成本相对较低,吸收后得到高浓度ＳＯ2气体,适宜于制造硫酸或固态硫磺。由于镁还是会有损失,易造成二次污染。
1.1.5钠碱吸收法。
本法是用ＮａＯＨ、Ｎａ2ＣＯ3和Ｎａ2ＳＯ3的水溶液为吸收剂,吸收烟气中的ＳＯ2。其中使用最多的是威尔曼-洛德(Ｗｅｌｌｍａｎ-Ｌｏｒｄ)法,是美国和日本应用较多的脱硫方法。此法实际上是采用Ｎａ2ＳＯ3和ＮａＨＳＯ3混合液为吸收剂。当吸收剂中ＮａＨＳＯ3浓度达到80%-90%时,就要对吸收剂进行再生,可获得较高浓度的ＳＯ2和Ｎａ2ＳＯ3。再生后的Ｎａ2ＳＯ3可用于循环使用,ＳＯ2可用于生产硫酸。对烟气的吸收效率可达到90%以上。此法具有吸收速度快、运转时不易堵塞等优点。
除以上方法外,湿法还包括氨法、碱式硫酸铝法、水和稀酸吸收法等。这些方法由于吸收效率不高,应用范围较窄。
1.2半干法脱硫。
是利用显热蒸发吸收液中的水份,使最终产物为干粉状,得到废渣较难利用,一般抛弃处理。
1.2.1炉内喷钙湿活化(ＬＩＦＡＣ)法。
此法是由芬兰ＩＶＯ公司和ＴＡＭＰＥＬＬＥ公司联合开发的。是在传统炉内喷钙法基础上增加了活化反应器,并促进喷水增湿。由于其脱硫效率可达到75%-80%左右,较适合于中小机组和老电厂改造。
1.2.2旋转喷雾干燥(ＳＤＡ)法。
此法是利用喷雾干燥的原理,将吸收剂(如石灰浆液)雾化喷入吸收塔内,使得吸收剂与烟气中的ＳＯ2发生化学反应。得到的固体以废渣形式排出。ＳＤＡ法系统简单、投资较低,不会结垢和堵塞,但其效率略低于湿法。
1.3干法脱硫。
传统是用石灰苏打(ＣａＯ-Ｎａ2ＣＯ3)干粉来除去烟道内废气所含的ＳＯ2。从而得到干粉状钙盐和钠盐及未反应的干燥粉尘的混合产物的方法。此法可以达到自动控制的目的,但效率不及湿式脱硫法,可靠性也还有待提高。
2、新工艺发展现状。
由于传统工艺存在效率低、操作复杂等特点,在科技的发展和环保要求下,许多国家已不局限于传统经典工艺。所以,新工艺不断被研究开发出来。
2.1荷电干式喷射脱硫(ＣＤＳＩ)法。
此法是美国ＡＬＡＮＣＯ公司开发的专利技术。其技术核心是吸收剂以高速通过高压静电电晕充电区,得到强大的静电荷后,被喷射到烟气中,扩散形成均匀的悬浮状态。由于粒子表现的电晕,增强了活性、缩短了反应时间,从而有效提高了反应效率。此法投资及占地仅为传统湿法的10%和27%。但其脱硫效率相对较低。
2.2电子束照射(ＥＢＡ)法。
其原理是在烟气进入反应器之前先加入氨气,然后在反应器中用电子加速器产生的电子束照射烟气,使水蒸气与氧等分子激发产生氧化能力强的自由基,这些自由基使烟气中的ＳＯ2很快氧化,产生硫酸。再和氨气反应形成硫酸氨。其主要特点是系统简单,操作方便,过程易于控制,副产物可用于生产化肥。脱硫成本低于传统方法。但此法需要大功率、长期温度的电子枪,同时需要防辐射屏蔽。
2.2.3脉冲电晕等离子体(ＰＰＣＰ)法。
是日本专家增田闪一在ＥＢＡ法的基础上提出的。由于省去了昂贵的电子束加速器,避免了电子枪寿命短和Ｘ射线屏蔽等问题。所以世界许多科学家竞相研究。它是靠脉冲高压电源在普通反应器中形成等离子体,产生高能电子。此法设备简单,操作简便,投资是ＥＢＡ法的60%。除以上介绍的以外,近年发展的新工艺还有ＡＢＢ公司开发的新型集成半干式脱硫(ＮＩＤ)法,适合于海边工厂的海水脱硫工艺、常温精脱硫工艺等。
3、ＦＧＤ工艺的比较与选择。
无论选择何种ＦＧＤ工艺,其经济上总是要亏损的,但它保护了环境,产生了社会效益。通常在考虑选择工艺时,要求在满足排放标准的情况下,尽可能降低成本,其中包括一次投入成本和运行成本;同时还要考虑二次污染和产物处理。所以通常要根据具体的情况来选择不同的方法。
4、新工艺发展趋势。
当今我国脱硫技术还是依靠国外进口设备为主。国产化的设备还处在60年代水平。从各项资料分析表明,国外最新脱硫技术研究主要有以下几个特点。
4.1除尘、脱硫、脱氮一体化。
由于硫氧化物、氮氧化物同是国家限制排放的污染物,而分开处理明显增加了设备的投资和空间的占用。所以,一体化也势在必行。ＥＢＡ法现在已经可以达到同时脱硫脱氮的目。但脱氮效率仅20%左右。还有待改善。
4.2自动化技术更加明显。
最新的几个脱硫工艺更多的是向干法脱硫方向发展,而干法脱硫是最容易达到自动化目的。这也是向社会不断发展的电子技术靠拢。相应的,其科技含量也将越来越高。
4.3生产成本不断下降。
可以看出新工艺的脱硫成本相对较低,在这个讲究经济效益的时代要想不被淘汰,其各项成本应越低越好。由于我国现存工业公司对污染控制更多还是靠国家强制执行,没有自我改善的意识,所以估计在很长一段时间内,我国还很难改变从国外进口先进设备的现状。而何时能够实现国产化,何时才能真正把烟气脱硫的成本降下来有待进一步研究。
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