我國煙氣脫硫技術(shù)與應(yīng)用

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簡介： 我國煙氣脫硫控制技術(shù)的研究開發(fā)始于60年代初，對燃煤電廠、燃煤工業(yè)鍋爐和冶金廢氣開展了煙氣脫硫工藝研究、設(shè)備研制，取得實驗室小試和現(xiàn)場中試結(jié)果。
關(guān)鍵字：煙氣脫硫

我國煙氣脫硫控制技術(shù)的研究開發(fā)始于60年代初，對燃煤電廠、燃煤工業(yè)鍋爐和冶金廢氣開展了煙氣脫硫工藝研究、設(shè)備研制，取得實驗室小試和現(xiàn)場中試結(jié)果。80年代以來，開展了一系列研究、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作。原國家科委組織了“七五”和“八五”攻關(guān)項目，對國際上現(xiàn)有脫硫技術(shù)主要方法進(jìn)行研究和實用性工程裝置實驗；國家自然科學(xué)基金委員會設(shè)立課題支持脫硫技術(shù)的基礎(chǔ)研究，取得了很多成績。目前我國自行研究開發(fā)的煙氣脫硫方法，尚處在工業(yè)化示范試驗階段。國家科技部在“九五”期間，組織“中小鍋爐實用脫硫防塵技術(shù)與裝備研究及產(chǎn)業(yè)化”攻關(guān)課題，其中包括針對燃煤電廠煙氣脫硫技術(shù)，采用脈沖電暈等離子體煙氣脫硫新技術(shù)研究；與此同時，引進(jìn)了脫硫技術(shù)項目，進(jìn)行示范規(guī)模試驗和工業(yè)化運行應(yīng)用。

　　我國電廠煙氣脫硫技術(shù)起步于1961年，科研院所和高等院校相繼投入研究開發(fā)力旦，進(jìn)行于法、濕法和半干法等等的煙氣脫硫的探索研究，國家科技部(原國家科委)“七五” “八五”和“九五”的脫硫?qū)ｍ椫С秩〉脴O好進(jìn)展。但目前我國自行開發(fā)的煙氣脫硫工程，尚處在小試、中試階段。工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)不多。

　　1．旋轉(zhuǎn)噴霧干法煙氣脫硫中試

　　1983年，在四川白馬電廠建成了處理煙氣量3500Nm³/h小型試驗裝置基礎(chǔ)上，在該電廠進(jìn)行70000Nm³/h中試裝置。經(jīng)過近一年的調(diào)試和2000小時連續(xù)運轉(zhuǎn)考查，使用石灰為脫硫劑，處理高硫煤(硫含量為3.5%)煙氣，在鈣硫比為1.4時脫硫率約為80％。

　　脫硫劑噴人吸收塔以后，與煙氣中SO₂發(fā)生反應(yīng)，生成固體灰渣，固體灰渣在塔內(nèi)下落時不斷干燥，最終形成干燥固體粉塵，一部分在塔內(nèi)分離排出，另一部分隨煙氣進(jìn)入電除塵器除去。

　　工藝流程包括：吸收劑制備，吸收劑漿液霧化，接觸混合反應(yīng)，液滴蒸發(fā)與SO₂吸收和廢渣排出。

主要設(shè)備：

(1)噴霧機：RN—10T型，轉(zhuǎn)速1000r/min，霧化漿液10t/h。

(2)吸收塔：φ8m，圓筒體高6m。

(3)電防塵器：雙室雙電場，有效截面積2×15.8m，單電場長4.5m。

(4)引風(fēng)機：Y₄—73NO18D型，轉(zhuǎn)速960r/h，容量143920m₃/h，壓力3300Pa。

(5)石灰消化器：φ600×4500mm，容量3-5t/h。

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

    主要技術(shù)問題，高速旋轉(zhuǎn)噴頭磨強，影響霧化質(zhì)量形成結(jié)垢，漿液輸送泵的耐久性等。

　　2. 旋轉(zhuǎn)噴霧干法煙氣脫硫工藝試驗研究

   　 1987年開始，為引進(jìn)丹麥Niro公司旋轉(zhuǎn)噴霧干法煙氣脫硫設(shè)備運行積累操作經(jīng)驗，在北京市橡膠六廠6.5t/h鍋爐上引出部分煙氣，建立處理2000Nm³／h煙氣量的試驗裝置，開展前期工藝試驗。

    Ca(OH)₂漿液的霧化以及與煙氣充分混合反應(yīng)脫硫裝民包括干燥吸收塔、高速離心噴算機、氣流分布器和終產(chǎn)物收集器。干燥吸收塔直徑2m，高5m，高速離心噴霧機轉(zhuǎn)速為17000—27200r/min，漿液流率為50kg/h。Ca(0H)₂由生石灰在消化槽制成，煙氣入口溫度150℃．被處理S0₂濃度1000-2000ppm。絕熱飽和溫度值為24.6℃、鈣硫比1.2—1.8時，脫琉串為66%-79%。

　　3．湖北松木坪電廠建成5咖KIn3／h煙氣水洗再生活性炭脫硫中試

    　1987年建成，用含碘O.5％的活性炭為脫硫劑，填裝在并列的4座填充脫疏塔中，煙氣通過脫硫塔時，SO₂被活性炭吸附并催化氧化成硫酸。飽和后的脫硫塔用不同濃度的稀硫酸隨和水分五級依次洗滌再生，炭中殘留的硫酸濃度降至約3%左右，然后用蒸汽干燥再投入脫硫運行。第一、二級洗出為20%稀硫酸產(chǎn)品，20%稀硫酸經(jīng)濃縮制得70%硫酸。最長單塔累計運行時間約2000h，最長的全流程連續(xù)運行15天。入口S0₂濃度大于3000PPm，出口S0₂濃度小于350Ppm，脫硫率88%。

    　催化活性物碘的流失和稀硫酸濃縮是該法的嚴(yán)重問題、致命弱點，阻礙了擴(kuò)大應(yīng)用。

　　4．四川豆壩電廠5000Nm³/h煙氣磷銨肥料脫硫中試

   　 1982年西安熱工研究所首先探索本方法，1983年至1985年初熱工所與四川環(huán)?？蒲兴献鬟M(jìn)行3m³/h小試，確定了該法的基本流程。1986年磷銨肥法煙氣脫琉被遴選為國家“七五”重點攻關(guān)專題，在四川豆壩電廠建成5000Nm³/h中試裝置，于1990年底連續(xù)運行2000h以上．經(jīng)國家組織的驗收簽定確認(rèn)該法流程合理可行。中試時S0²濃度為1600-2700Ppm的煙氣，總脫硫效率維持在>95%，磷礦粉萃取率>90%，獲得有效成分為37%的氮磷復(fù)臺肥料數(shù)十噸。

    　經(jīng)高效除塵后的煙氣含塵濃度<200mg／Nm³，經(jīng)噴水降溫調(diào)濕后進(jìn)入4塔并列的新型活性炭脫硫塔組，3塔運行、1塔再生。采用稀硫酸及三級洗滌再生，獲得濃度為30%左右的硫酸，活性炭脫琉后的煙氣進(jìn)入二級脫硫塔，用磷銨溶液洗滌，凈化后的煙氣排放，在常規(guī)單槽多槳萃取槽中用脫硫制得的琉鞍分解磷礦粉萃取獲得的稀磷鞍加氨中和得磷銨，作為二級脫琉的洗滌液。二級脫琉后的肥料槳經(jīng)氧化、濃縮、干燥，獲得固體氮磷復(fù)合肥料。

　5．噴鈣脫硫成套技術(shù)與示范工程

    在貴陽市貴州輪胎廠一臺20t/h層燃爐進(jìn)行示范。鈣粉用水泥罐車運至脫硫裝置進(jìn)粉管處、用氣動輸送方式經(jīng)三根進(jìn)粉管道送至主料斗。主料斗設(shè)有粉使測量裝置，還設(shè)有過濾裝置以除去氣動輸送排氣中的粉塵。主料斗設(shè)有四個出料口同時出料，經(jīng)振動電機振動進(jìn)入二次料斗，然后經(jīng)加粉器均勻進(jìn)入到四臺混合器中，加粉器由調(diào)速電機的轉(zhuǎn)速來控制加粉量。由高壓空氣鼓風(fēng)機送來的空氣將粉料于四個不同部位噴入鍋爐爐膛，在爐內(nèi)高溫作用下，碳酸鈣粉炬燒分解成為氧化鈣，同時部分氧化鈣與煙氣中的So：反應(yīng)生成亞硫鞍鈣和硫鞍鈣；未反應(yīng)的氧化鈣鉛隨煙氣進(jìn)入文丘里管，文丘里管前端設(shè)有一個水霧化噴頭，氧化鈣粉與水霧滴碰撞，生成Ca(OH)₂，進(jìn)一步與煙氣中的SO₂反應(yīng)生成亞硫鞍鈣和硫酸鈣。顆粒物在水膜除塵器中與飛灰一并除去，脫琉后的煙氣經(jīng)引風(fēng)機人煙囪排出。

    　當(dāng)Ca/S＝1.5時，系統(tǒng)脫硫率達(dá)80%，鈣利用率為53.3%，其中包括文丘里管中噴入少量水及水膜除塵等，有20%脫硫率。

　　6．工業(yè)燃煤鍋爐濕式煙氣脫硫工程

    　工業(yè)鍋爐濕法煙氣脫琉除塵一體化研究開發(fā)、生產(chǎn)產(chǎn)品較多。介紹幾種如下：

   　(1)SHG型脫硫除塵器采用了干、濕結(jié)合的結(jié)構(gòu)．含塵煙氣經(jīng)預(yù)旋分離，90%左右的較大塵粒被捕集。SHG型脫硫除塵器充分利用旋風(fēng)器芯管氣流的旋轉(zhuǎn)力和通過篩板時循環(huán)液在氣流作用下形成的銻騰層，使氣、液、固三相充分接觸，強化傳質(zhì)，進(jìn)一步將煙氣中的細(xì)微塵粒捕集，并添加石灰脫除煙氣中的二氧化琉，SHG型脫硫除塵器的脫水除男裝置，排除了煙氣帶水現(xiàn)象，保證了正常運行，脫琉率為70%—80%。SHG型濕式脫琉除塵器已在北京、徐州、杭州等地應(yīng)用。

    　(2)BL—ZH型脫琉除塵器是塔式結(jié)構(gòu)。塔的下部為除塵段，除塵段的上部為迷宮式布水裝置，它使除塵段能形成一層均勻的水胺．再上面是由塔板組成的脫硫段，脫硫塔板的上部設(shè)有吸收液噴淋裝置和防止煙氣帶水的旋流板除霧裝置。

    　該設(shè)備工作時，循環(huán)水泵將含有脫硫劑的吸收液從位于塔體上部的循環(huán)液入口打入洗滌器，經(jīng)塔板到達(dá)迷宮式布液裝置，并將液體均勻分布到除塵段塔壁。鍋爐煙氣則由位于塔體下部的煙氣進(jìn)口切向進(jìn)入塔體旋轉(zhuǎn)上升，在離心力作用下，塵粒被甩到塔壁而被水膜粘附由循環(huán)液出口排放沉淀池。細(xì)微塵粒和大部分二氧化琉隨同煙氣一起進(jìn)入脫硫段，在塔板的作用下使氣液間充分接觸，在脫除二氧化琉的同時，也除去細(xì)微塵粒。被凈化后的鍋爐煙氣經(jīng)除霧板除霧后排出塔外。

    　該種脫硫除塵器已在張家口市人民醫(yī)院和貴陽卷煙廠等單位得到應(yīng)用。煙氣進(jìn)口速度在18—28m/s，空塔速度在1.5-3.5m/s，液氣比為O.5-2.0L/m³，除霧旋流板葉片向上翹起22-25^。，除塵效率大于98%；采用堿性液作為吸收液時的脫硫效率為82.5%-88.6%，熱態(tài)設(shè)備阻力小于1400Pa。

    　(3)臥式篩網(wǎng)脫硫除塵器

    　臥式篩網(wǎng)脫硫除塵器第一段為沖擊板除塵段，在沖擊板前有噴淋管噴水，使沖擊板上形成一層很薄的水膜，塵粒在慣性的作用下，大塵粒與沖擊板碰撞被捕集，被捕集的塵粒隨往下流動的濃膜流到塔底：第二段為篩網(wǎng)陳塵脫硫段，篩網(wǎng)上面設(shè)有布水管，使篩網(wǎng)形成一均勻水膜。在煙氣的作用下篩網(wǎng)上的水膜呈沸騰狀，當(dāng)大量氣泡形成并隨之破裂時，伴有少量的水花和水滴，當(dāng)煙氣穿過水膜時，氣液間接觸很充分，對細(xì)微塵粒的捕集和二氧化硫的脫除均十分有利。在青島第六橡膠廠、沈陽第一機床廠等單位的工業(yè)鍋爐上得到應(yīng)用。當(dāng)采用水力沖渣加部分廢堿水作為脫硫液、液氣比為1.5-2.0L/m³左右、空塔速度為3-5m/s左右時，脫硫率為60%—70%。

    　7．旋流飯塔煙氣脫硫工程

    　浙江大學(xué)化工系環(huán)境工程教研室在旋流板塔內(nèi)用電石渣漿液對吸收含低濃度S0₂的煙氣進(jìn)行了研究。電石渣是乙炔生產(chǎn)的副產(chǎn)物，其主要成分為Ca(OH)₂因此，用電石渣槳液吸收含低濃度SO₂的技術(shù)，實質(zhì)上是濕式鈣法煙氣脫硫技術(shù)。使用電石渣作為脫硫劑不僅能為煙氣脫硫提供廉價的原料、又可解決乙炔生產(chǎn)廠家的度碴處理問題，達(dá)到“以廢治廢”的目的。

    　浙江大學(xué)與杭州鐵路分局機務(wù)段合作，為一臺六噸鍋爐設(shè)計建成φ1500旋流板塔煙氣脫硫防塵裝置，裝設(shè)了四塊塔板和一塊除霧板，處理氣量近2000Nm³/h，1987年5月建成后經(jīng)過一年多的運行，效果良好。

    　旋流塔板是一種具有多片傾斜葉片、以便通過它的氣流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動的噴射型塔板，具有氣、液負(fù)荷高、壓降低、操作彈性寬、運轉(zhuǎn)周期長(不易堵塞)、結(jié)構(gòu)簡單等特點，適合于濕式煙氣脫硫。

    　利用電石渣漿吸收S0₂時發(fā)生的反應(yīng)屬氣、液、因三相反應(yīng)體系。在濕式鈣法煙氣脫硫系統(tǒng)中PH的控制是很重要的。PH值不僅影響脫硫率，而且對整個系統(tǒng)避免腐蝕、結(jié)垢，保持正常運行有密切關(guān)系。PH值大于6，脫硫率在55%以上。考慮到腐蝕、結(jié)垢等問題，實際操作時pH值控制在6.8為宜。PH值降低對脫硫有影響。

    　電石渣槳液的噴淋密度對脫硫率有一定影內(nèi)。噴淋密度范圍在20-40m³／m²h，其全塔壓降約50mmH₂0，脫硫率達(dá)75％。如果塔板數(shù)多于三塊，脫硫率可以提高，噴淋密度還可以降低。

    　電石渣槳液濃度范圍為2.4%-8.5%(w1)，漿液濃度對脫硫率沒有影響，但漿液濃度高．有效吸收時間長。

    　電石渣漿液中加添加劑己二酸、有機酸和金屬化臺物。如加MgO，能大大提高脫硫率，延長漿液吸收時間并能緩沖PH值，防止結(jié)垢。結(jié)垢對脫硫設(shè)備危害很大．可使系統(tǒng)壓降增大，影響正常操作，引起管路堵塞，加速設(shè)備腐蝕，甚至使控制儀表失靈。所以加有機酸添加劑，使pH值<5，垢層可逐步溶解。

　　8. 脈沖放電煙氣技術(shù)工業(yè)化試驗

    　本項目是在“八五”國家自然科學(xué)基金重點項目和“八五”國家科技攻關(guān)項目的基礎(chǔ)上，設(shè)計并運行了1000-3000m³/h煙氣的脈沖放電等離子體工業(yè)化試驗裝置。

    　其基本原理是：在氣體中進(jìn)行脈沖放電，可產(chǎn)生大量的OH、H₂0、0、0₃^-、0₂⁺、O₂^-、N等自由基和活性粒子，利用這些活性物質(zhì)與S0₂的化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)對煙氣的脫硫處理。產(chǎn)生這些活性物質(zhì)是由于故電場加速的電子與其它氣體分子碰撞，氣體分子被激發(fā)、電離或裂解的結(jié)果。采用窄脈沖放電，一方面使火花電壓大幅度升高，電暈空間可以得到很高的電場。另一方面由于施加電壓的時間極短，離子的加速被抑制，而電子故加速具有較高的能量。與離子相比電子具有很高的溫度，由于加速被抑制，形成了非平衡態(tài)等離子體。這樣產(chǎn)生上述自由基和活性粒子的數(shù)量及能量效率就可以有較大幅度的提高。當(dāng)含有的SO₂的煙氣通過脈沖電暈放電場時，S0₂與這些活性物質(zhì)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)．最終被去除。

    　利用試驗系統(tǒng)進(jìn)行了脫硫試驗，獲得主要結(jié)果：在煙氣溫度為65-75℃時，煙氣含水量10%-15%，NH₃的注入量與SO₂為1：1化學(xué)計量比，總能耗為<5Wh/m³的條件下,初始濃度為1500-2000ppm的SO₂,脫除率為75%—80%，產(chǎn)物中(NH₄)₂S04的含量＞80%。

    　“九五”期間，國家科技部仍立攻關(guān)項目，支持脈沖電暈等離子體煙氣脫硫技術(shù)，建立12000-20000Nm³/h脈沖電暈等離子體煙氣脫硫工業(yè)試驗裝置進(jìn)行運行實驗。