半干法烟道喷射石灰浆烟气脱硫技术工艺与机理研究

半干法烟道喷射石灰浆烟气脱硫技术工艺与机理研究

匡文浩,李景超

东莞市丰业固体废物处理有限公司 广东省东莞市523000

摘要：目前锅炉发展的烟气脱硫工艺技术手段包括湿法、半干法和干法三类，半干法脱硫工艺技术手段以投入较省、占用小、运营费用较少、可节约大量的水资源、可有效脱除烟尘中的SO3为主要优点，有着更大的发展前景。

关键字：半干法脱硫；循环流化床；预除尘器

前言：近年来，由于社会工业生产的迅速发展，环保问题也越来越凸显，雾霾气候形势越来越严峻，世界各国的环保意识也越来越提高，对大气环境污染物排放的管理也日益规范。尽管目前风电、太阳能发电、核能等新兴能源行业发展得很快，但在比较长的一段时间内废热火力发电厂在城市能源构成中仍将占有很大比例，煤仍然是废热火力发电厂的主要能源，煤焚烧过程中形成了巨大的二氧化硫废气，成为城市空气污染的主要污染源，同时也是产生酸雨的主要因素。

一、半干法脱硫技术介绍

燃料锅炉脱硫工作方式一般来说分成点燃前脱硫、点燃中脱硫和点燃后脱硫三类，当中点燃后脱硫即工业烟气脱硫（FGD）是目前当今全球上最广泛使用的工作方式。烟气脱硫法按反应产品的物料形式（液态、固态）可分成湿式、半干式和干式三类。目前世界上大中型机组所使用的脱硫方式大多是湿法脱硫，如石灰石－石膏法、海洋法等。

半干法连接脱磺酸基工艺，主要是使用粉剂状的光吸收剂对烟尘中的二氧化硫加以吸附，整条工业生产过程在完全干燥情况下完成，所形成的光衍射体即是经过晾干的成品。目前比较常见的干法脱硫工艺技术，一般有炉中喷钙法和炉中喷钙尾部增湿脱硫方法，这些烟气脱硫工艺技术现已在欧盟、美国等地方得到了大规模使用。

循环流化床烟气脱硫工艺技术，是近年国外市场上刚出现的一项较为领先的半干法烟气脱硫工艺技术，在目前的干法、半干法烟气脱硫工艺技术中，运用得较为普遍。其主要是基于循环流化床基本原理进行设计，脱硫反应主要是在脱磺酸基吸附塔中完成，以脱磺酸基吸收剂为主要消石灰，通过用水调整空气温度和提高吸附剂活力，将吸附剂、经大气雾化后的水和部分经循环系统返回的物灰喷入吸附塔中进行化学反应。当烟雾流入反应塔底层后，经塔中里管的推动，把泻落塔中的吸附剂和经循环系统返回的物质吹起，从而产生沸腾的相当于循环流化床锅炉的床体。系统以高压锅炉飞灰为主要循环物质，通过物质中的消石灰和空气中的SO2、SO3等强酸式与空气完全接触反应，来进行脱硫。

二、半干法脱硫技术的特点

（一）温度控制要求高

烟气脱硫温度控制的调节实质上就是指排烟相应温湿度的调节，在半干法烟尘脱硫工艺中排烟的温湿度对脱硫效果的影响较大。当相应温湿度调节为百分之四十至百分之五十时，消石灰功能增强，可以十分高效地吸附SO2等，而排烟的相应温湿度则是利用给排烟洒水的方式来调控。排烟相应温湿度的增加，能够使烟尘脱硫作业温度控制达到或超过露点气温10-20℃（气温区域为65-75℃)，激发消石灰吸附SO2。SO2是烟尘中反应速度较慢的成分，维持床温靠近露点温度（即较高的相对湿度），能够维持微粒表面的湿片有较多的时间，促进SO2与Ca2化学组分间的化学反应，使SO2等的吸附程度和莱姆的效率达到最佳。

（二）脱硫与除尘一体化时，应设有预除尘器

半干法脱硫控制系统分为预除尘器、脱硫塔、布袋除尘器和吸附剂系列，工艺简单，控制系统简洁安全，运行简单；但由于系统损坏严重，粉体很容易渗漏。半干法脱硫还需要布置预除尘器，也就是：

(1）有利于燃料灰与脱硫灰的再循环：虽然锅炉燃料产生的燃料灰的量比较多，但进行脱磺酸基的脱硫灰的量却比较少，一般前者为后者的三倍左右。若没有预除尘器，当脱硫灰与燃料灰混合在同一个循环中再造时，将有约百分之七十五的循环再造物料为燃料灰，但这种巨量的燃烧灰对增加脱磺酸基量和减少碱酸比值并没有帮助，同时还将进一步降低与吸附剂、脱硫灰和SO2等的相接触几率，耗费动能，从而增加了化学反应塔容积；而且随着循环再造量变增加，还将增加烟气喷出的最初速率以获得同样的流化状态，这一最初速率的增加，进一步缩短了烟气在塔内的停留时间，从而减少了塔中的化学反应量；而且由于烟气流量的增加，把大部分的细微粒带出反应塔，不利于吸附剂的合理使用，从而降低了碱酸比。

(2）对于脱硫塔以下的脱硫除尘器：若缺少了预除尘器，则大部分燃料会混在脱硫灰中进行循环系统，从而导致循环量变大，因此脱硫除尘器的进口的粉尘质量浓度也将相应提高，在除尘器排污指标规定的前提下，脱硫除尘器的进口粉尘质量浓度是有限制的，太高的进口粉尘质量浓度将会导致除尘处理的费用增加，这必将降低循环系统频次，从而降低了吸入剂利用率。但一旦有了预除尘器，则这一现象就会有所好转。当缺少了预除尘器设备时，吸入剂的循环系统频次通常只是30-50次，而没有了预除尘器，吸入剂的循环系统频次则能够达100-150次。

（三）可高效脱除烟雾中的SO3，减少烟雾侵蚀和污染

湿法脱硫中对SO3的脱除效率很低，但同时湿法脱硫也大大地提高了烟气中的水分浓度，这样造成SO3和烟尘中的水分反应会形成气溶胶中的硫酸高速分布，而气溶胶中散射的超细微粒会长时间漂浮在天空中，从而产生了雾霾，导致大气环境的能见度大幅降低。此外，由于SO3和烟尘中含量的提高使得烟尘的露点温度提高，增强了烟尘对下游烟道和系统的腐蚀性。

半干法脱硫技术也可有效脱除工艺SO3，理由在于SO3的空气酸性一般较SO2等高，而半干法烟气脱硫工艺所使用的主要脱硫剂是消石灰，经过加湿技术活化后与SO3的反应远大于与SO2等的反应，使得在半干法脱磺酸基后烟尘中的SO3脱除工艺率远高于SO2，甚至可达百分之九十九左右，这样就有效地防止了由于烟尘中存在SO3而带来的危险。而且由于在脱磺酸基塔中，Ca(OH)2对烟尘中的SO3、HCl、HF脱除工艺的效率较高，而且由于净烟尘含湿量一般很低，故烟尘结露温度可下降至五十五摄氏度以下，而反应温度一般高于酸结露十五摄氏度，且空气腐蚀性较小，因此烟囱的工作条件也相对温和，无需进行专门的防腐措施。

（四）对大型化产品的影响因素

半干法工艺脱磺酸基利用率可稳定保持在百分之九十以下，只使用在硫分小于百分之一的非重要控制区域。在烟尘量较大时，半干法脱硫工艺技术控制系统损耗加大，所以在六百MW级别大发电机组使用较少。半干法脱磺酸基对操作工序、系统要求高，脱硫塔在运转中易产生基质地层灰坍落度，阻塞底部通风机弯曲角度，从而危害高压锅炉机组运转安全。脱磺酸基除尘工艺控制系统的气压低大，电压损失导致厂用电量增大。脱磺酸基副产品的大范围资源化综合利用正在研究，脱磺酸基副产品中亚硫酸钙的物理化学特性不平衡，影响资源化综合利用。

结语：现在，全世界都在积极探讨进一步发展半干法脱硫工艺技术，并在逐渐地向装备规模化、操作简单化、管理智能化走向进一步发展，因而半干法脱硫工艺技术的实际使用比重也在逐步提高。但由于人们对半干法脱硫工序技术探讨的不断深入，对工程应用的反复总结，对关键设备的攻关改进，半干法脱硫工艺技术在更大规模装备的使用上仍有着巨大前景。

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