几种常见的烟气脱硫技术

2006年2月

山　西　化　工

SHANXICHEMICALINDUSTRY

Vol.26　No.1

Feb.2006

　专题讨论

几种常见的烟气脱硫技术

赵　毅,　许勇毅,　赵翠仙(华北电力大学环境科学与工程学院,河北　保定　071003)

摘要:火力发电厂是我国最主要的烟气排放源,会产生大量的SO2及NOx,给大气环境造成了很大的危害。介绍了目前几种常见的烟气脱硫技术,并对一些新兴脱硫技术进行了展望。关键词:烟气;脱硫;吸收

中图分类号:X701.3　　文献标识码:A　　文章编号:100427050(2006)0120053203

引　言

人为排放到大气中的SO2和NOx主要来源于化石燃料燃烧产生的烟气[1]。长期以来,在中国能

源的生产与消费结构中,煤炭一直占主导地位,这种格局在比较长的一段时间内不会改变[2]。煤炭燃烧产生大量的含SO2及NOx的烟气。我国目前燃煤SO2排放量占SO2排放总量的90%以上,而火力发电厂又是最主要的烟气排放源[3]。随着火电厂装机容量的逐年增加及工业持续快速发展,SO2污染未能得到有效控制,NOx的控制也刚刚起步,因此,加快脱硫脱硝技术和设备的研究、开发、推广和应用成为当前大气污染控制工作的一个重点。本文介绍了目前常见的几种烟气脱硫技术。

低,设备庞大。湿法脱硫采用液体吸收剂洗涤烟气以除去SO2,常用的方法有石灰石/石膏法、钠碱吸收法、氨吸收法、铝法、催化氧化和催化还原法等。湿法脱硫所用设备比较简单,操作容易,脱硫效率高。但脱硫后烟气温度较低,不利于烟气的扩散。1.1　石灰石/石膏湿法脱硫

石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺是目前世界上应用最广泛、技术最成熟的SO2脱除技术,约占已安装FGD机组容量的70%。该工艺具有脱硫效率高、运行可靠性高、吸收剂利用率高、能适应大容量机组和高浓度SO2烟气条件、对煤种适应性强、吸收剂廉价、钙硫比低(一般小于1.05)以及副产品具有综合利用的商业价值等特点,其主要缺点是基建投资费用高、占地面积大、耗水量大及脱硫副产品为湿态,因此难以处理,而且脱硫产生的废水需要经过处理才能排放。1.2　海水烟气脱硫

海水烟气脱硫是目前惟一一种不需要添加任何化学药剂的工艺,也不产生固体废弃物,脱硫效率大于92%,运行稳定,系统可用率高达100%;用海水冷却水脱硫,经济性好,运行及维护费用较低;压力损失小,一般在0.98kPa～2.16kPa;结构简单,操作简便,易于实现自动化。

海水烟气脱硫工艺受地域限制,仅适用于有丰富海水资源的工程,特别适用于海水作循环冷却水的火电厂;用于脱硫的海水碱度、pH和盐度等水质

1　几种常见的烟气脱硫技术

目前,工业应用的烟气脱硫技术可分为干法(含

半干法)脱硫和湿法脱硫。干法脱硫是使用固体吸收剂、吸附剂或催化剂除去废气中的SO2,常用的方法有活性炭吸附法、分子筛吸附法、氧化法和金属氧化物吸收法等。干法脱硫的最大优点是治理中无废水、废酸的排出,减少了二次污染;缺点是脱硫效率

收稿日期:2005209208

作者简介:赵　毅,男,1955年出生,教授,博士生导师,院长,主要从事大气污染控制方面的研究。

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指标要求比较高;只适用于燃用中低硫煤的电厂,对燃用高硫煤的电厂其脱硫成本显著增加;需要采取专门的防腐设计,妥善解决吸收塔内部、吸收塔排水管沟及其后部烟道、烟囱、曝气池和曝气装置的防腐问题。1.3　喷雾干燥工艺

喷雾干燥工艺(SDA)是一种半干法烟气脱硫技术,其市场占有率仅次于湿法。该法是将吸收剂浆液Ca(OH)2在反应塔内喷雾,雾滴在吸收烟气中SO2的同时被热烟气蒸发,生成固体并由电除尘器捕集。SDA法较适于中、低硫煤地区,当钙硫比为1.3～1.6时,脱硫效率可达80%～90%。其主要缺粉状,无污水排放。6)系统基本上不存在像湿法吸

收塔中出现的严重腐蚀、结垢与堵塞等问题,塔的材料可以采用普通钢材,不必采用防腐材料。7)可以脱除部分重金属,特别是可以脱除一部分汞,对烟气的进一步治理很有意义。烟气循环流化床工艺存在的不足是:由于固体物料浓度较高,增大了除尘器负荷,系统阻力相对较大;运行费用与普通喷雾干燥法差不多;脱硫副产品的利用问题尚需作进一步的开发研究。1.5　电子束脱硫工艺电子束辐射技术脱硫的工艺是一种干法脱硫技术,其流程是燃煤锅炉排出的烟气经除尘后进入冷却塔,在塔中由喷雾水冷却到65℃～70℃,在烟气进入反应器之前,注入接近化学计量比的氨气,然后在反应器中接受高能电子束照射,使烟气中的N2、O2和水蒸气等发生辐射反应,生成大量的自由基、原子、电子和各种激发态的原子、分子等活性物质,它们将烟气中的SO2氧化为SO3。这些高价的硫氧化物与水蒸气反应生成雾状的硫酸,这些酸再与事先注入反应器的氨反应,生成硫铵,净化后的烟气经烟囱排放。

点是利用消石灰乳作为吸收剂,系统易结垢和堵塞,而且需要专门设备进行吸收剂的制备,因而投资费用偏大;脱硫效率和吸收剂利用率也不如石灰石/石膏法高。该工艺在欧洲应用较多,国内有四川白马电厂[4]的工业性中试和青岛黄岛电厂的脱硫示范工程[5]。1.4　烟气循环流化床脱硫工艺

烟气循环流化床脱硫工艺(CFB2FGD)常采用消石灰作为吸收剂,其脱硫原理与喷雾干燥法类似。来自空气预热器的烟气通过循环流化床反应器的底部,向上与塔内的石灰反应,大量的反应产物与飞灰由烟气携带进入反应塔后部的预除尘器和ESP,大部分固体物料返回流化床,最终的产物为干态的粉末状钙基混合物。与传统的石灰石/石膏法脱硫装置相比,CFB2FGD具有系统简单,工程投资、维修和运行费用低,占地面积小等特点,适于现有电厂及工业锅炉的改造。经济分析表明:1)CFB2FGD工艺的单位容量投资加运行费用仅为石灰石/石膏法的60%,初投资为喷雾干燥法的80%。2)吸收剂采用Ca(OH)2和循环粉煤灰,粉煤灰可以作为Ca(OH)2的载体,增大吸收剂与烟气的接触面积,提高吸收剂的利用率,减少石灰用量。同时,吸收剂在流化床内多次循环,气固间剧烈紊流混合可以使未反应的消石灰不断暴露出来,而且吸收剂与烟气的接触时间长,因此脱硫效率和吸收剂的利用率较高。3)可以通过喷水将床温控制在最佳反应温度条件下,排烟温度可在烟气露点温度以上,不需常规脱硫工艺的烟温调整。4)对煤种适应性强,对反应塔入口的SO2浓度变化有很快的适应性,既可处理燃用低、中

2　新兴脱硫技术展望

烟气脱硫技术发展到目前为止,基本上是基于

传统科学、传统材料的传统应用技术。随着科学技术的日益发展及人类社会对可持续发展的要求,出现了很多新理论、新材料和新发现。基于这些新的科学技术,烟气净化技术在新的领域里将有新的发展前景:利用纳米材料的高比表面积、高催化氧化性和高选择性的特性开发的新型脱硫脱氮一体化的吸附吸收材料将在不久的将来得到应用;利用各种气体分子量的不同而开发的重力分离技术将把烟气中各种气体逐一分离,得到高纯度的各种气体。目前工业应用的烟气脱硫技术均是脱硫剂与SO2发生化学反应,将气态的SO2固化在固态反应生成物中,脱硫剂使用后不可再生,造成脱硫系统的运行费用高,难以适应中国国情,且从长远来看,还会有越来越多的脱硫废弃物需要堆放,既浪费土地资源又对环境造成二次污染,因此,对可再生脱硫剂的研究要求日益迫切。如今纳米TiO2光催化作用下的脱硫研究已成为一种可能的发展途径。TiO2对SO2的吸附主要是物理吸附,只有极少量化学吸附,由于烧结后的TiO2粉末具有相对高的比表面积,这些表面能以物理吸附的方式吸附SO2、O2和水分等;另

硫煤产生的烟气,又可处理燃用高硫煤产生的烟气

(对于高硫煤,在钙硫比为1.1～1.5时脱硫效率可达90%以上,与湿法脱硫接近)。5)脱硫产物呈干

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一方面,TiO2还具有催化作用,一部分TiO2发生水化而使粒子表面富含羟基,这些羟基和吸附在脱硫剂表面的O2、SO2和水分等发生化学反应生成H2SO3和H2SO4,又进一步起到脱硫作用。对该材料在低温下进行模拟烟气的脱硫试验表明:该材料具有良好的吸附性能及易再生性能,从而为探索可再生脱硫剂找到了一条新的途径[6]。

参考文献:

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[2]　叶荣泗.今日中国电力工业[M].北京:外文出版社,

2004:35.

[3]　韩慧,白敏冬,白希尧.脱硫脱氮技术展望[J].环境科

3　结束语

如何改进净化火力发电厂所排放的含有二氧化硫和氮氧化物的烟气的处理技术,已成为目前环境

保护工作中一个令人关注的重要课题,而探索可再生脱硫剂也成为日趋紧迫的一项工作,完善和改进各项脱硫工艺技术以及加大对新兴脱硫技术的应用是控制大气二氧化硫含量的必要条件。

学研究,2002,15(1):55260.

[4]　吕太,杨茉,国文学,等.我国火电厂脱硫示范性工程状况和脱硫前景分析[J].上海理工大学学报,2001,23

(4):3372341.[5]　郝吉明,王书肖,陆永琪.燃煤二氧化硫污染控制技术

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[6]　李大骥,罗永刚.纳米级二氧化钛脱硫及再生性能的实

验研究[J].能源研究与利用,2001(5):29231.

SomeOrdinaryTechnologyofDesulfurizationfromFlueGas

ZHAOYi,XUYong2yi,ZHAOCui2xian

(SchoolofEnvironmentalScience&Engineering,NorthChinaElectricPowerUniversity,BaodingHebei071003,China)Abstract:Thethermalpowerplantisthemainsourceofthefluegasinourcountry;itproducesagreatdealofSO2andNOx,resultsseriousharmtoatmosphere.Someordinaryandnewtechnologiesofdesulfurizationareintroduced.Keywords:fluegas;desulfurization;absorb

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