? ?隨著工業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高,對能源的消耗也在不斷增加,燃煤鍋爐煙氣中的SO2已經(jīng)成為大氣污染的主要原因。減少SO2污染已成為當(dāng)今大氣環(huán)境治理的當(dāng)務(wù)之急。不少鍋爐煙氣脫硫工藝已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用,其對各類鍋爐和焚燒爐尾氣的治理也具有重要的現(xiàn)實意義。
? ?鍋爐煙氣脫硫(FGD)是工業(yè)行業(yè)大規(guī)模應(yīng)用的、有效的脫硫方法。按照硫化物吸收劑及副產(chǎn)品的形態(tài),脫硫技術(shù)可分為干法、半干法和濕法三種。干法煙氣脫硫工藝主要是利用固體吸收劑去除煙氣中的SO2,一般把石灰石細(xì)粉噴入爐膛中,使其受熱分解成CaO,吸收煙氣中的SO2,生成CaSO3,與飛灰一起在除塵器收集或經(jīng)煙囪排出。濕法煙氣脫硫是采用液體吸收劑在離子條件下的氣液反應(yīng),進(jìn)而去除煙氣中的SO2,系統(tǒng)所用設(shè)備簡單,運行穩(wěn)定可靠,脫硫效率高。干法脫硫的最大優(yōu)點是治理中無廢水、廢酸的排出,減少了二次污染;缺點是脫硫效率低,設(shè)備龐大。濕法脫硫采用液體吸收劑洗滌煙氣以除去SO2,所用設(shè)備比較簡單,操作容易,脫硫效率高;但脫硫后煙氣溫度較低,設(shè)備的腐蝕較干法嚴(yán)重。
1.?石灰石(石灰)-石膏濕法煙氣脫硫工藝
石灰石(石灰)濕法脫硫技術(shù)由于吸收劑價廉易得,在濕法FGD領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
以石灰石為吸收劑反應(yīng)機(jī)理為:
吸收:SO2(g)→ SO2(L)+ H2O → H+?+ HSO3-?→ H+?+ SO32-?
溶解:CaCO3(s)+ H+→ Ca2++HCO3-?
中和:HCO3-?+ H+?→ CO2(g)+ H2O?
氧化:HSO3-?+ 1/2O2?→ SO32-?+ H+?
? ? ? ?SO32-?+ 1/2O2?→ SO42-?
結(jié)晶:Ca2+?+ SO42-?+ 1/2HO2?→ CaSO4·1/2H2O(s)?
該工藝的特點是脫硫效率高(>95%)、吸收劑利用率高(>90%)、能適應(yīng)高濃度SO2煙氣條件、鈣硫比低(一般<1.05) 、脫硫石膏可以綜合利用等。缺點是基建投資費用高、水消耗大、脫硫廢水具有腐蝕性等。
2.?鈉鈣雙堿法脫硫工藝
鈉鈣雙堿法是以碳酸鈉或氫氧化鈉溶液為第一堿吸收煙氣中的SO2,然后再用石灰或熟石灰作為第二堿進(jìn)行再生處理吸收液,再生后的吸收液送回吸收塔循環(huán)使用。由于采用鈉堿液作為吸收液,不存在結(jié)垢和漿料堵塞問題,且鈉堿吸收速率比鈣堿速率快,所需要的液氣比低很多,可以節(jié)省動力消耗。
脫硫工藝反應(yīng)原理:
脫硫工程(氫氧化鈉):2NaOH + SO2?→?Na2SO3?+ H2O
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Na2SO3?+ SO2?+ H2O ?→?2NaHSO3
再生過程(用生石灰):CaO + H2O?→??Ca(OH)2
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2?NaHSO3?+?Ca(OH)2?→?Na2SO3?+ CaSO3?+ 2?H2O
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Na2SO3?+?Ca(OH)2?→??2NaOH +?CaSO3
結(jié)晶過程(若有氧或曝氣后):2CaSO3?+ O2?→??CaSO4·1/2H2O
該工藝的特點是脫硫效率高、吸收劑利用率高、適應(yīng)高濃度SO2煙氣條件、液氣比低、水消耗大、脫硫廢水具有腐蝕性等,但優(yōu)點是工藝流程簡單、總投資費用低。
3.煙氣循環(huán)流化床鍋爐干法脫硫工藝(CFB-FGD)
此工藝是為循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)煙氣專用的一種干法脫硫工藝(CFB-FGD)。這種工藝以循環(huán)流化床原理為基礎(chǔ),通過吸收劑的多次再循環(huán),使吸收劑與煙氣接觸的時間長達(dá)半小時以上,大大提高了吸收劑的利用率,其不但具有干法工藝的許多優(yōu)點,如流程簡單,占地少,投資小以及副產(chǎn)品可以綜合利用等,而且能在很低的鈣硫比情況下(Ca/S=1.1~1.2)達(dá)到甚至超過濕法工藝的脫硫效率(95%以上)。
CFB工藝流程由吸收劑制備、吸收塔、吸收劑再循環(huán)、除塵器以及控制系統(tǒng)等部分組成,未經(jīng)處理的鍋爐煙氣從流化床的底部進(jìn)入。流化床的底部接有文丘里裝置,煙氣經(jīng)文丘里管后速度加快,并與很細(xì)的吸收劑粉末互相結(jié)合。顆粒之間,氣體與顆粒之間產(chǎn)生劇烈的摩擦。吸收劑與SO2反應(yīng),生成亞硫酸鈣和硫酸鈣。
經(jīng)脫硫后帶有大量固體顆粒的煙氣由吸收塔的頂部排出,進(jìn)入吸收劑再循環(huán)除塵器中,該除塵器可以是機(jī)械式,也可以是電氣除塵器前的機(jī)械式預(yù)除塵器。煙氣中的大部分固體顆粒都分離出來,經(jīng)過一個中間灰倉返回吸收塔。由于大部分顆粒都循環(huán)許多次,因此吸收劑的滯留時間很長,一般可達(dá)30分鐘以上。中間灰倉的一部分灰根據(jù)吸收劑的供給量以及除塵效率,按比例排出固體再循環(huán)回路,送到灰倉待外運。
從再循環(huán)除塵器排出的煙氣如不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求,則需要再安裝一個除塵器。經(jīng)除塵后的潔凈的煙氣通過引風(fēng)機(jī)、煙囪排入大氣。
吸收劑一般為Ca(OH)2干粉,顆粒很細(xì),在10μm以下。脫硫時,吸收劑輸入硫化床吸收塔,同時還要噴入一定量的水以提高脫硫效率。這樣可以使噴水后的煙氣溫度與水露點十分接近,在多種運行條件下達(dá)到很高的脫硫效率。
CFB工藝的副產(chǎn)品呈干粉狀,其化學(xué)組分與噴霧干燥工藝的副產(chǎn)品相似,主要由飛灰、CaCO3、CaSO4以及未反應(yīng)的Ca(OH)2等構(gòu)成。其處置方法也與噴霧干燥工藝的副產(chǎn)品基本相同。CFB工藝的副產(chǎn)品加水后會固化, 屈服強(qiáng)度可達(dá)15~18N/mm2,滲透率與粘土類似,約為3×10-11 ,壓實密度為1.28g/cm3,如能進(jìn)一步加以開發(fā), 可成為良好的建材工業(yè)原料。
典型的脫硫灰飛的成分為:飛灰約60%~70%;CaCO3為7%~12%;Ca(OH)2為2%~4%;CaSO3為12%~18%;CaSO4為2%~5%;水<1%。
CFB-FGD工藝以區(qū)別于傳統(tǒng)脫硫工藝的特點在脫硫行業(yè)中具有良好的應(yīng)用前景。CFB-FGD工藝系統(tǒng)簡單, 可靠性高;脫硫效率高;煙氣負(fù)荷變化時,系統(tǒng)仍可能正常工作;脫硫副產(chǎn)品呈干粉狀,沒有大量廢水,利于綜合利用;基本上不存在像濕法吸收塔中出現(xiàn)的嚴(yán)重腐蝕、結(jié)垢與堵塞等問題;可以脫除部分重金屬,特別是可以脫除一部分汞,對煙氣的進(jìn)一步治理很有意義。