煙氣脫硫 指從煙道氣或其他工業(yè)廢氣中除去硫氧化物(SO2和SO3)。

工藝簡介

    煙氣脫硫（Flue gas desulfurization，簡稱FGD）,在FGD技術(shù)中,按脫硫劑的種類劃分,可分為以下五種方法：以CaCO3（石灰石）為基礎(chǔ)的鈣法，以MgO為基礎(chǔ)的鎂法，以Na2SO3為基礎(chǔ)的鈉法，以NH3為基礎(chǔ)的氨法，以有機(jī)堿為基礎(chǔ)的有機(jī)堿法。

基本原理

    化學(xué)原理：煙氣中的SO2 實(shí)質(zhì)上是酸性的，可以通過與適當(dāng)?shù)膲A性物質(zhì)反應(yīng)從煙氣中脫除SO2。煙道氣脫硫最常用的堿性物質(zhì)是石灰石(碳酸鈣)、生石灰(氧化鈣，Cao)和熟石灰(氫氧化鈣)。石灰石產(chǎn)量豐富，因而相對(duì)便宜，生石灰和熟石灰都是由石灰石通過加熱來制取。有時(shí)也用碳酸納(純堿)、碳酸鎂和氨等其它堿性物質(zhì)。所用的堿性物質(zhì)與煙道氣中的SO2發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生了一種亞硫酸鹽和硫酸鹽的混合物(根據(jù)所用的堿性物質(zhì)不同，這些鹽可能是鈣鹽、鈉鹽、鎂鹽或銨鹽)。亞硫酸鹽和硫酸鹽間的比率取決于工藝條件，在某些工藝中，所有亞硫酸鹽都轉(zhuǎn)化成了硫酸鹽。SO2與堿性物質(zhì)間的反應(yīng)或在堿溶液中發(fā)生(濕法煙道氣脫硫技術(shù))，或在固體堿性物質(zhì)的濕潤表面發(fā)生(干法或半干法煙道氣脫硫技術(shù))。

在濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中，堿性物質(zhì)(通常是堿溶液，更多情況是堿的漿液)與煙道氣在噴霧塔中相遇。煙道氣中SO2溶解在水中，形成一種稀酸溶液，然后與溶解在水中的堿性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)。反應(yīng)生成的亞硫酸鹽和硫酸鹽從水溶液中析出，析出情況取決于溶液中存在的不同鹽的相對(duì)溶解性。例如，硫酸鈣的溶解性相對(duì)較差，因而易于析出；硫酸鈉和硫酸銨的溶解性則好得多。在干法和半干法煙道氣脫硫系統(tǒng)中，或使煙氣穿過堿性吸收劑床噴入煙道氣流中，或使固體堿性吸收劑與煙道氣相接觸。無論哪種情況，SO2都是與固體堿性物質(zhì)直接反應(yīng)，生成相應(yīng)的亞硫酸鹽和硫酸鹽。為了使這種反應(yīng)能夠進(jìn)行，固體堿性物質(zhì)必須是十分疏松或相當(dāng)細(xì)碎。在半干法煙道氣脫硫系統(tǒng)中，水被加入到煙道氣中，以在堿性物質(zhì)顆粒物表面形成一層液膜，SO2溶入液膜，加速了與固體堿性物質(zhì)的反應(yīng)。

工藝方法簡介

    世界上普遍使用的商業(yè)化技術(shù)是鈣法，所占比例在90%以上。按吸收劑及脫硫產(chǎn)物在脫硫過程中的干濕狀態(tài)又可將脫硫技術(shù)分為濕法、干法和半干（半濕）法。濕法FGD技術(shù)是用含有吸收劑的溶液或漿液在濕狀態(tài)下脫硫和處理脫硫產(chǎn)物，該法具有脫硫反應(yīng)速度快、設(shè)備簡單、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)，但普遍存在腐蝕嚴(yán)重、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高及易造成二次污染等問題。干法FGD技術(shù)的脫硫吸收和產(chǎn)物處理均在干狀態(tài)下進(jìn)行，該法具有無污水廢酸排出、設(shè)備腐蝕程度較輕，煙氣在凈化過程中無明顯降溫、凈化后煙溫高、利于煙囪排氣擴(kuò)散、二次污染少等優(yōu)點(diǎn)，但存在脫硫效率低，反應(yīng)速度較慢、設(shè)備龐大等問題。半干法FGD技術(shù)是指脫硫劑在干燥狀態(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)。特別是在濕狀態(tài)下脫硫、在干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物的半干法，以其既有濕法脫硫反應(yīng)速度快、脫硫效率高的優(yōu)點(diǎn)，又有干法無污水廢酸排出、脫硫后產(chǎn)物易于處理的優(yōu)勢(shì)而受到人們廣泛的關(guān)注。按脫硫產(chǎn)物的用途，可分為拋棄法和回收法兩種。

     目前，國內(nèi)外常用的煙氣脫硫方法按其工藝大致可分為三類：濕式拋棄工藝、濕式回收工藝和干式工藝。其中變頻器在設(shè)備中的應(yīng)用為節(jié)約能源做出了巨大貢獻(xiàn)。

干式脫硫

干式煙氣脫硫工藝

該工藝用于電廠煙氣脫硫始于80年代初，與常規(guī)的濕式洗滌工藝相比有以下優(yōu)點(diǎn)：投資費(fèi)用較低；脫硫產(chǎn)物呈干態(tài)，并和飛灰相混；無需裝設(shè)除霧器及再熱器；設(shè)備不易腐蝕，不易發(fā)生結(jié)垢及堵塞。其缺點(diǎn)是：吸收劑的利用率低于濕式煙氣脫硫工藝；用于高硫煤時(shí)經(jīng)濟(jì)性差；飛灰與脫硫產(chǎn)物相混可能影響綜合利用；對(duì)干燥過程控制要求很高。

噴霧脫硫

噴霧干式煙氣脫硫工藝

噴霧干式煙氣脫硫(簡稱干法FGD)，最先由美國JOY公司和丹麥NiroAtomier公司共同開發(fā)的脫硫工藝，70年代中期得到發(fā)展，并在電力工業(yè)迅速推廣應(yīng)用。該工藝用霧化的石灰漿液在噴霧干燥塔中與煙氣接觸，石灰漿液與SO2反應(yīng)后生成一種干燥的固體反應(yīng)物，最后連同飛灰一起被除塵器收集。我國曾在四川省白馬電廠進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)噴霧干法煙氣脫硫的中間試驗(yàn)，取得了一些經(jīng)驗(yàn)，為在200～300MW機(jī)組上采用旋轉(zhuǎn)噴霧干法煙氣脫硫優(yōu)化參數(shù)的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

煤灰脫硫

    日本從1985年起，研究利用粉煤灰作為脫硫劑的干式煙氣脫硫技術(shù)，到1988年底完成工業(yè)實(shí)用化試驗(yàn)，1991年初投運(yùn)了首臺(tái)粉煤灰干式脫硫設(shè)備，處理煙氣量644000Nm/h。其特點(diǎn)：脫硫率高達(dá)60%以上，性能穩(wěn)定，達(dá)到了一般濕式法脫硫性能水平；脫硫劑成本低；用水量少，無需排水處理和排煙再加熱，設(shè)備總費(fèi)用比濕式法脫硫低1/4；煤灰脫硫劑可以復(fù)用；沒有漿料，維護(hù)容易，設(shè)備系統(tǒng)簡單可靠。

濕法脫硫FGD工藝

     世界各國的濕法煙氣脫硫工藝流程、形式和機(jī)理大同小異，主要是使用石灰石(CaCO3)、石灰（CaO）或碳酸鈉(Na2CO3)等漿液作洗滌劑，在反應(yīng)塔中對(duì)煙氣進(jìn)行洗滌，從而除去煙氣中的SO2。這種工藝已有50年的歷史，經(jīng)過不斷地改進(jìn)和完善后，技術(shù)比較成熟，而且具有脫硫效率高(90%～98%)，機(jī)組容量大，煤種適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行費(fèi)用較低和副產(chǎn)品易回收等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)美國環(huán)保局(EPA)的統(tǒng)計(jì)資料，全美火電廠采用濕式脫硫裝置中，濕式石灰法占39.6%，石灰石法占47.4%，兩法共占87%；雙堿法占4.1%，碳酸鈉法占3.1%。在中國的火電廠、鋼廠，90%以上采用濕式石灰/石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝流程。但是在中國臺(tái)灣、日本等脫硫處理較早的國家和地區(qū)，基本采用鎂法脫硫，占到95%以上。其主要優(yōu)點(diǎn)是脫硫效率高，同步運(yùn)行率高，且其吸收劑的資源豐富，副產(chǎn)品可吸收，商業(yè)價(jià)值高。目前，鎂法脫硫在日本等煙氣控制嚴(yán)格的地區(qū)應(yīng)用較多，尤其最早進(jìn)行脫硫開發(fā)的日本地區(qū)有100多例應(yīng)用，臺(tái)灣電站有95%以上是用的鎂法。對(duì)硫煤要求不高，適應(yīng)性好。無論是高硫煤還是低硫煤都有很好的脫出率，可達(dá)到98%以上。鎂法脫硫主要的問題是吸收劑單價(jià)較高，副產(chǎn)品設(shè)備復(fù)雜。但是優(yōu)點(diǎn)是高脫除率，高運(yùn)行率，副產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益好等。

    濕法FGD工藝較為成熟的還有：海水法；氫氧化鈉法；美國DavyMckee公司Wellman-LordFGD工藝；氨法等。

    在濕法工藝中，煙氣的再熱問題直接影響整個(gè)FGD工藝的投資。因?yàn)榻?jīng)過濕法工藝脫硫后的煙氣一般溫度較低(45℃），大都在露點(diǎn)以下，若不經(jīng)過再加熱而直接排入煙囪，則容易形成酸霧，腐蝕煙囪，也不利于煙氣的擴(kuò)散。所以濕法FGD裝置一般都配有煙氣再熱系統(tǒng)。目前，應(yīng)用較多的是技術(shù)上成熟的再生(回轉(zhuǎn))式煙氣熱交換器(GGH)。GGH價(jià)格較貴，占整個(gè)FGD工藝投資的比例較高。近年來，日本三菱公司開發(fā)出一種可省去無泄漏型的GGH，較好地解決了煙氣泄漏問題，但價(jià)格仍然較高。前德國SHU公司開發(fā)出一種可省去GGH和煙囪的新工藝，它將整個(gè)FGD裝置安裝在電廠的冷卻塔內(nèi)，利用電廠循環(huán)水余熱來加熱煙氣，運(yùn)行情況良好，是一種十分有前途的方法。

工藝歷史

     1927年英國為了保護(hù)倫敦高層建筑的需要，在泰吾士河岸的巴特富安和班支賽德兩電廠（共120MW），首先采用石灰石脫硫工藝。

     據(jù)統(tǒng)計(jì)，1984年有SO2控制工藝189種，目前已超過200種。主要可分為四類：（1）燃燒前控制-原煤凈化（2）燃燒中控制-硫化床燃燒（CFB）和爐內(nèi)噴吸收劑（3）燃燒后控制-煙氣脫硫（4）新工藝（如煤氣化/聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)、液態(tài)排渣燃燒器）其中大多數(shù)國家采用燃燒后煙氣脫硫工藝。煙氣脫硫則以濕式石灰石/石膏法脫硫工藝作為主流。

     自本世紀(jì)30年代起已經(jīng)進(jìn)行過大量的濕式石灰石/石膏法研究開發(fā)，60年代末已有裝置投入商業(yè)運(yùn)行。ABB公司的第一套實(shí)用規(guī)模的濕法煙氣脫硫系統(tǒng)于1968年在美國投入使用。1977年比曉夫公司制造了歐洲第一臺(tái)石灰/石灰石石膏法示范裝置。IHI（石川島播磨）的首臺(tái)大型脫硫裝置1976年在磯子火電廠1、2號(hào)機(jī)組應(yīng)用，采用文丘里管2塔的石灰石石膏法混合脫硫法。三菱重工于1964年完成第一套設(shè)備，根據(jù)其運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)績，進(jìn)行煙氣脫硫裝置的開發(fā)。

     第一代FGD系統(tǒng)：美國和日本從70年代開始安裝。早期的FGD系統(tǒng)包括以下一些流程：石灰基流質(zhì)；鈉基溶液；石灰石基流質(zhì)；堿性飛灰基流質(zhì)；雙堿（石灰和鈉）；鎂基流質(zhì)；Wellman-Lord流程。采用了廣泛的吸收類型，包括通風(fēng)型、垂直逆流噴射塔、水平噴射塔，并采用了一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)如托盤、填料、玻璃球等來增進(jìn)反應(yīng)。

第一代FGD的脫硫效率一般為70%~85%。

除少數(shù)外，副產(chǎn)品無任何商用價(jià)值只能作為廢料排放，只有鎂基法和Wellman-Lord法產(chǎn)出有商用價(jià)值的硫和硫酸。特征是初投資不高，但運(yùn)行維護(hù)費(fèi)高而系統(tǒng)可靠性低。結(jié)垢和材料失效是最大的問題。隨著經(jīng)驗(yàn)的增長，對(duì)流程做了改進(jìn)，降低了運(yùn)行維護(hù)費(fèi)，提高了可靠性。

     第二代FGD系統(tǒng)：在80年代早期開始安裝。為了克服第一代系統(tǒng)中的結(jié)垢和材料問題，出現(xiàn)了干噴射吸收器，爐膛和煙道噴射石灰和石灰石也接近了商業(yè)運(yùn)行。然而占主流的FGD技術(shù)還是石灰基、石灰石基的濕清洗法，利用填料和玻璃球等的通風(fēng)清洗法消失了。改進(jìn)的噴射塔和淋盤塔是最常見的。流程不同其效率也不同。最初的干噴射FGD可達(dá)到70%~80%，在某些改進(jìn)情形下可達(dá)到90%，爐膛和煙道噴射法可達(dá)到30%~50%，但反應(yīng)劑消耗量大。隨著對(duì)流程的改進(jìn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的提高，可達(dá)到90%的效率。美國所有第二代FGD系統(tǒng)的副產(chǎn)物都作為廢物排走了。然而在日本和德國，在石灰石基濕清洗法中把固態(tài)副產(chǎn)品強(qiáng)制氧化，得到在某些工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中有商業(yè)價(jià)值的石膏。第二代FGD系統(tǒng)在運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用和系統(tǒng)可靠性方面都有所進(jìn)步。

     第三代FGD系統(tǒng)：爐膛和煙道噴射流程得到了改進(jìn)，而LIFAC和流化床技術(shù)也發(fā)展起來了。通過廣泛采用強(qiáng)制氧化和鈍化技術(shù)，影響石灰、石灰石基系統(tǒng)可靠性的結(jié)垢問題基本解決了。隨著對(duì)化學(xué)過程的進(jìn)一步了解和使用二基酸（DBA）這樣的添加劑，這些系統(tǒng)的可靠性可以達(dá)到95%以上。鈍化技術(shù)和DBA都應(yīng)用于第二代FGD系統(tǒng)以解決存在的問題。許多這些系統(tǒng)的脫硫效率達(dá)到了95%或更高。有些系統(tǒng)的固態(tài)副產(chǎn)品可以應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和工業(yè)。在德國和日本，生產(chǎn)石膏已是電廠的一個(gè)常規(guī)項(xiàng)目。隨著設(shè)備可靠性的提高，設(shè)置冗余設(shè)備的必要性減小了，單臺(tái)反應(yīng)器的煙氣處理量越來越大。在70年代因投資大、運(yùn)行費(fèi)用高和存在腐蝕、結(jié)垢、堵塞等問題，在火電廠中聲譽(yù)不佳。經(jīng)過15年實(shí)踐和改進(jìn)，工作性能與可靠性有很大提高，投資和運(yùn)行費(fèi)用大幅度降低，使它的下列優(yōu)點(diǎn)較為突出：（1）有在火電廠長期應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)；（2）脫硫效率和吸收利用率高（有的機(jī)組在Ca/S接近于1時(shí)，脫硫率超過90%）；（3）可用性好（最近安裝的機(jī)組，可用性已超過90%）。人們對(duì)濕法的觀念，從而發(fā)生轉(zhuǎn)變。

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