烟气脱硫和硫回收资源化技术应用及发展前景

烟气脱硫和硫回收资源化技术应用及发展前景

颜丙崑

内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司

内蒙古自治区赤峰市025350

摘要：随着我国节能环保政策的推广应用，人们环保意识也不断提升，对工业生产提出更加严格的要求，避免工业生产引起环境污染加重。烟气脱硫脱硝技术能有效清除烟气中的有害物质，从而有效降低工业废气对环境造成的污染，从而满足环保部门对工业生产的相关要求，因此近些年来得到了快速发展。燃煤锅炉烟气脱硫资源化利用中节能减排关键技术，开发利用本地资源低品位软锰矿处理燃煤锅炉烟气中的二氧化硫，实现烟气中的二氧化硫和低品位锰矿的资源化利用，回收资源并实现以废治废。

关键词：燃煤锅炉；烟气脱硫；硫回收 

随着经济发展，电能使用量逐年增长，作为工业和民生的重要能源，一直是国民经济的发展基础，我国受经济、自然条件等因素影响，煤炭发电仍然是主要发电方式，电力工业消耗煤炭占比超全年消耗一半以上，大量煤炭燃烧会产生二氧化硫(SO2)，它是公认最严重的大气污染物之一，是造成酸雨的元凶，严重破坏环境，危害人类健康。随着发展，人们对环境的要求越来越高，世界各国都投入巨资对二氧化硫进行治理，我国也注重风能、水能、核能等新能源开发和使用比重，兼顾环境和经济，合理布局国家能源结构。国家不断升级和规范电厂排放标准，制定燃煤电厂烟气脱硫的综合治理规范，电厂也积极投资脱硫技术改造和更换工艺设备，以实现可持续发展。

一、 燃煤电厂烟气脱硫技术

燃煤电厂仍然是我国现阶段最主要的电力供应，为达到环保要求，降低燃煤电厂排放污染物浓度，提高排放标准，行业需要积极投入人力财力来升级脱硫工艺和设施。煤炭脱硫方法有很多，根据不同燃烧阶段和标准要求分为很多种类，比如根据阶段分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫。煤炭燃烧前除去原煤中部分硫分，减低二氧化碳的生成量，这种具有经济、高效优点，既提高煤炭燃烧效率，又减小煤炭污染。燃烧前脱硫根据原理分为物理脱硫、化学脱硫和生物脱硫等。物理脱硫是利用煤炭中有机质和硫铁矿的密度差异进行物理选煤的过程，有跳汰选煤、重介质选煤、空气重介质流化床干法选煤、风力选煤、斜槽和摇床选煤、电磁选煤等重力选煤方法；原煤化学脱硫分纯化学法和物理化学法，化学脱硫法有碱法脱硫、热解氢化脱硫、氧化法脱硫和气体脱硫等，物理化学脱硫法指浮选，有泡沫浮选、浮选柱、表层浮选和选择性絮凝等方法。燃烧中脱硫指煤炭燃烧过程中进行燃烧前脱硫的技术，是流化床燃烧技术和炉内喷钙技术。燃烧后脱硫通常称为烟气脱硫，利用脱硫剂与燃烧烟气产生化学反应，除去烟气中 SO2。烟气脱硫，作为煤炭燃烧脱硫的后工艺，是应用最广泛的脱硫工艺，工业应用的烟气脱硫成熟方法很多，也在实践中不断创新和优化。烟气脱硫分为湿法脱硫和干法脱硫，方法有石灰/石灰石烟气脱硫法、氨法烟气脱硫法、海水烟气脱硫、旋转喷雾干燥烟气脱硫法、循环流化床干法烟气脱硫法、电子束法烟气脱硫法等。

二、试验部分

1、试验原料。实验用软锰矿经烘干、粉碎研磨、筛分至粒径为 0.075~0.150 mm 一系列试验软锰矿样，软锰矿元素分析为：Mn 20.47 %，Fe 9.87 %，Si 26.85 %，Al 5.27 %，P 1.04 %，Ca 1.72 %，Mg 1.16 %，S 0.21 %，Ni 0.029 %，Co 0.052 %；分析结果，该软锰矿为低品位软锰矿。

2、试验工艺。燃煤锅炉烟气脱硫资源化利用中试系统包括燃煤锅炉烟气脱硫和后续处理，燃煤锅炉烟气脱硫部分由喷淋鼓泡脱硫塔、加热器、风机等组成，后续处理部分包括脱硫液净化除杂、高温氧化处理等。流程：烟气处理量为 3000 m3/h，烟气中SO2浓度为 1900 g/m3，烟气流速为 1 m/s 左右。将粒径为 0.125 mm的软锰矿粉，加一定量的水，再加一定量的硫酸，液固质量比为 5∶1，控制矿浆中硫酸浓度为 20 g/L搅匀，制备成矿浆。将制备的矿浆用泵从喷淋鼓泡塔顶入口送入，控制流量为 50m3/h，锅炉产生的烟气经布袋除尘器除尘后通过风机从喷淋鼓泡塔底入口送入，采用机械搅拌，搅拌速率为 100 r/min，在 80 ℃条件下，反应时间为 7 h，控制塔顶出口烟气中 SO2浓度低于 130g/m3。取样进行锰含量和 SO2 浓度分析，并计算烟气脱硫率和锰浸出率。将脱硫浸出液经过净化除杂、高温氧化处理，得到合格的硫酸锰溶液，通过电解得到高性能电解二氧化锰。软锰矿样含锰量和浸出液中含锰量分析采用高氯酸-硫酸亚铁铵容量法测定；烟气中 SO2 浓度分析采用 KM900 便携式烟气分析仪；软锰矿样元素分析采用原子吸收法测定；连二硫酸锰含量分析采用蒸馏-碘量法测定；电解二氧化锰 BET 采用MFA-140 比表面仪测定。

三、结果与讨论

1、矿浆中硫酸浓度对烟气脱硫和锰浸出效果的影响。控制软锰矿粒径为 0.125 mm，液固质量比为 5∶1，反应温度为 80 ℃，反应时间为 7 h，矿浆流量为 50m3/h，考察矿浆中硫酸的不同浓度对烟气脱硫和锰浸出效果的影响，结果硫酸浓度在 5~25 g/L 范围内，随着硫酸浓度增大，锰浸出率不断增大，烟气脱硫率不断减小；当硫酸浓度达到 20 g/L时，硫酸浓度再增大，锰浸出率增大不明显，烟气脱硫率下降很快。

2、液固质量比对烟气脱硫和锰浸出效果的影响。控制软锰矿粒径为 0.125 mm，矿浆中硫酸浓度为 20 g/L，反应温度为 80 ℃，反应时间为 7 h，矿浆流量为 50 m3/h，考察不同液固质量比对烟气脱硫和锰浸出效果影响，结果液固质量比在 3∶1~7∶1 范围内，随着液固质量比增大，锰浸出率和烟气脱硫率不断增大，当液固质量比达到 5∶1 时，液固质量比再增大，锰浸出率和烟气脱硫率增大不明显。试验选择液固质量比为 5∶1。

3、反应温度对烟气脱硫和锰浸出效果的影响。控制软锰矿粒径为 0.125 mm，矿浆中硫酸浓度为 20 g/L，液固质量比为 5∶1，反应时间为 7 h，矿浆流量为 50 m3/h，考察不同反应温度对烟气脱硫和锰浸出效果的影响，结果反应温度在 20~100 ℃范围内，随着反应温度升高，锰浸出率和烟气脱硫率不断增大，当反应温度达到 80 ℃时，反应温度再提高，锰浸出率和烟气脱硫率增大不明显。同时研究表明，温度较高有利于抑制连二硫酸锰的生成[1]。试验选择合适的反应温度为 80 ℃。

4、软锰矿粒径对烟气脱硫和锰浸出效果的影响。控制矿浆中硫酸浓度为 20 g/L，液固质量比为 5∶1，反应温度为 80 ℃，反应时间为 7 h，矿浆流量为 50 m3/h，考察软锰矿不同粒径对烟气脱硫和锰浸出效果的影响，结果软锰矿粒径在 0.125~0.075 mm 范围内，随着软锰矿粒径的减小，锰浸出率和烟气脱硫率不断增大，当软锰矿粒径≤0.125 mm 时，锰浸出率和烟气脱硫率增大缓慢。如再减小软锰矿粒径，则会在生产过程中消耗大量的能耗，增加生产成本，同时使后续过滤脱水变得困难。试验选择合适的软锰矿粒径为 0.125mm。

5、中试适宜工艺条件及烟气脱硫和锰浸出效果。燃煤锅炉烟气脱硫资源化利用中试研究的适宜工艺条件为：软锰矿粒径为 0.125 mm，矿浆中硫酸浓度为 20g/L，液固质量比为 5∶1，反应温度为 80 ℃，反应时间为 7 h，矿浆流量为 50 m3/h。在适宜工艺条件下，烟气脱硫和锰浸出效果为：锰浸出率 91.5 %，烟气脱硫率 90.2 %。

结论

(1)利用低品位软锰矿浆与燃煤锅炉烟气中二氧化硫反应，不仅可以脱除烟气中的二氧化硫，将脱硫浸出液经过净化除杂、高温氧化处理，而且可以生产工业硫酸锰，通过电解硫酸锰溶液还可生产高性能的电解二氧化锰。

(2)通过中试试验表明，燃煤锅炉烟气脱硫资源化利用技术具有烟气脱硫率高，锰的浸出率高，能耗低、无大气污染，不仅适用于燃煤锅炉烟气脱硫，而且适用于低品位软锰矿的综合利用，具有良好的环保效果和较高的经济价值，适合大量推广使用。

(3)燃煤锅炉烟气脱硫资源化利用中试研究的适宜工艺条件为：软锰矿粒径为 0.125 mm，矿浆中硫酸浓度为 20 g/L，液固质量比为 5∶1，反应温度为 80 ℃，反应时间为 7 h，矿浆流量为 50 m3/h。在适宜工艺条件下，锰浸出率为 91.5 %，烟气脱硫率为90.2 %。  

参考文献：

[1]程伟 燃煤发电厂烟气脱硫处理方案的技术经济评价研究[D] 华北电力大学 2018

[2]王珲，宋蔷，姚强．电厂湿法脱硫系统对烟气中细颗粒物脱除作用的实验研究[D] 2018