干法烟气脱硫技术应用及其进展【环境工程论文】.doc

环境工程论文-干法烟气脱硫技术应用及其进展摘要：本文主要论述了干法脱除烟气中 SO2 的各种技术应用及其进展情况，对烟气脱硫技术的发展进行展望，即研究开发出优质高效、经济配套、性能可靠、不造成二次污染、适合国情的全新的烟气污染控制技术势在必行 关键词：烟气脱硫 二氧化硫 干法 前言：我国的能源以燃煤为主，占煤炭产量 75%的原煤用于直接燃烧，煤燃烧过程中产生严重污染，如烟气中 CO2 是温室气体，SOx 可导致酸雨形成，NOX 也是引起酸雨元凶之一，同时在一定条件下还可破坏臭氧层以及产生光化学烟雾等总之燃煤产生的烟气是造成中国生态环境破坏的最大污染源之一中国的能源消费占世界的 8%～9%，SO2 的排放量占到世界的 15.1%，燃煤所排放的 SO2 又占全国总排放量的 87%中国煤炭一年的产量和消费高达 12 亿吨，SO2 的年排放量为 2000 多吨，预计到 2010 年中国煤炭量将达 18 亿吨，如果不采用控制措施，SO2 的排放量将达到 3300 万吨据估算，每削减 1 万吨 SO2 的费用大约在 1 亿元左右，到 2010 年，要保持中国目前的 SO2 排放量，投资接近1 千亿元，如果想进一步降低排放量，投资将更大[1]。

为此 1995 年国家颁布了新的《大气污染防治法》，并划定了 SO2 污染控制区及酸雨控制区各地对SO2 的排放控制越来越严格，并且开始实行 SO2 排放收费制度随着人们环境意识的不断增强，减少污染源、净化大气、保护人类生存环境的问题正在被亿万人们所关心和重视，寻求解决这一污染措施，已成为当代科技研究的重要课题之一因此控制 SO2 的排放量，既需要国家的合理规划，更需要适合中国国情的 低费用、低耗本的脱硫技术烟气脱硫技术是控制 SO2 和酸雨危害最有效的手段之一，按工艺特点主要分为湿法烟气脱硫、干法烟气脱硫和半干法烟气脱硫湿法脱硫是采用液体吸收剂洗涤 SO2 烟气以脱除 SO2常用方法为石灰/石灰石吸收法、钠碱法、铝法、催化氧化还原法等，湿法烟气脱硫技术以其脱硫效率高、适应范围广、钙硫比低、技术成熟、副产物石膏可做商品出售等优点成为世界上占统治地位的烟气脱硫方法但由于湿法烟气脱硫技术具有投资大、动力消耗大、占地面积大、设备复杂、运行费用和技术要求高等缺点，所以限制了它的发展速度干法脱硫技术与湿法相比具有投资少、占地面积小、运行费用低、设备简单、维修方便、烟气无需再热等优点，但存在着钙硫比高、脱硫效率低、副产物不能商品化等缺点。

自 20 世纪 80 年代末，经过对干法脱硫技术中存在的主要问题的大量研究和不断的改进，现在已取得突破性进展有代表性的喷雾干燥法、活性炭法、电子射线辐射法、填充电晕法、荷电干式吸收剂喷射脱硫技术、炉内喷钙尾部增湿法、烟气循环流化床技术、炉内喷钙循环流化床技术等一批新的烟气脱硫技术已成功地开始了商业化运行，其脱硫副产物脱硫灰已成功地用在铺路和制水泥混合材料方面这一些技术的进步，迎来了干法、半干法烟气脱硫技术的新的快速发展时期传统的石灰石/石膏法脱硫与新的干法、半干法烟气脱硫技术经济指标的比较见表 1表 1 说明在脱硫效率相同的条件下，干法、半干法脱硫技术与湿法相比，在单位投资、运行费用和占地面积的方面具有明显优势，将成为具有产业化前景的烟气脱硫技术本文主要论述了喷雾干燥法、活性炭法、电子射线辐射法、填充电晕法、荷电干式吸收剂喷射脱硫技术、炉内喷钙尾部增湿法、烟气循环流化床技术、炉内喷钙循环流化床技术等几种干法烟气脱硫技术和近几年研究出来的几项半干法烟气脱硫技术及其各种方法在工业方面的应用情况及今后的发展方向1、喷雾干燥法烟气脱硫技术喷雾干燥法烟气脱硫技术是一项发展最成熟的烟道气脱硫技术之一。

该技术采用了旋转喷雾器，投资低于湿法工艺，在全世界范围内得到广泛应用，在西欧的德国、意大利等国家利用较多对中高硫燃料的 SO2 脱硫率能达到 80-90%该技术的基本原理是由空气加热器出来的烟道气进入喷雾式干燥器中，与高速旋转喷嘴喷出的充分雾化的石灰、副产品泥浆液相接触，并与其中 SOX 反应，生成粉状钙化合物的混合物，再经过除尘器和吸风机，然后再将干净的烟气通过烟囱排出，其反应方程式为：　　SO2 + Ca(OH)2 CaSO3 + H2OSO3 + Ca(OH)2 CaSO4 + H2O该技术一般可分为吸收剂雾化、混合流动、反应吸收、水汽蒸发、固性物的分离五个阶段，与其它干燥技术相比其独特之处就在于吸收剂与高温烟气接触前首先被雾化成了细小的雾滴，这样便极大增加了吸收剂的比表面积，使得反应吸收及传热得以快速进行其工艺流程如图 1 所示【3】该技术安装费用相对较低，一般是同等规模的石膏法烟气脱硫系统的 70%左右但存在着石灰石用量大、吸收剂利用率低及脱硫后的副产品不能够再利用的难题，故该技术意味着要承担双倍的额外费用，即必须购买更多的石灰石和处理脱硫后的副产品，然后还要将其中的一部分花钱倒掉。

2、活性炭吸附法烟气脱硫技术采用固体吸附剂吸附净化 SO2 是干法净化含硫废气的重要方法目前应用最多的吸附剂是活性炭，在工业上应用已较成熟其方法原理为：活性炭对烟气中 SO2 的吸附过程中及有物理吸附又有化学吸附，当烟气中存在着氧气和水蒸气时，化学反应非常明显因为活性炭表面对 SO2 与 O2 的反应有催化作用，反应结果生成 SO3，SO3 易溶于水而生成硫酸，从而使吸附量比纯物理吸附时增大许多物理吸附过程：SO2 SO2*O2 O2 *H2O H2O* 化学吸附过程： SO2* + O2* 2SO3*SO3*+ H2 O* H2SO4*　　 吸附 SO2 的活性炭，由于其内、外表覆盖了稀硫酸，使活性炭吸附能力下降，因此必须对其再生再生的方法通常有洗涤再生和加热再生两种，前者是用水洗出活性炭微孔中的硫酸，再将活性炭进行干燥；后者是对吸附有SO2 的活性炭加热，使炭与硫酸发生发应，使 H2 SO4 还原为 SO2，富集后的SO2 可用来生产硫酸其工艺流程为：对活性炭再生的方法不同，其反应的工艺流程也不同，一般采用加热再生法流程和洗涤再生法流程洗涤再生法是用水洗出活性炭微孔中的硫酸，再对活性炭进行干燥。

加热再生法是对吸附 SO2 的活性炭进行加热，使炭与硫酸发生反应，将 H2SO4 又还原为 SO2，富集后的 SO2 可用来生成硫酸[4]该方法的优点是吸附剂价廉，再生简单；缺点是吸附剂磨损大，产生大量的细炭粒被筛出，再加上反应中消耗掉一部分炭，因此吸附剂成分较高，所用设备庞大[5]3、电子射线辐射法烟气脱硫技术 电子射线辐射法是日本荏原制作所于 1970 年着手研究，1972 年又与日本原子能研究所合作，确立的该技术作为连续处理的基础1974 年荏原制作所处理重油燃烧废气，进行了 1000Nm3/h 规模的试验，探明了添加氨的辐射效果,稳定了脱硫脱硝的条件，成功地捕集了副产品和硝铵80 年代由美国政府和日本荏原制作所等单位分担出资在美国印第安纳州普列斯燃煤发电厂建立了一套最大处理高硫煤烟气量为 24000Nm3/h 地电子束装置，1987 年 7 月完成，取得了较好效果，脱硫率可达 90％以上，脱硝率可达 80％以上现日本荏原制作所与中国电力工业部共同实施的“中国 EBA 工程”已在成都电厂建成一套完整的烟气处理能力为 300000Nm3/h 的电子束脱硫装置，设计入口 SO2 浓度为1800ppm，在吸收剂化学计量比为 0.8 的情况下脱硫率达 80％，脱硝率达10％[6]。

该法工艺由烟气冷却、加氨、电子束照射、粉体捕集四道工序组成，其工艺流程图如图 2 所示温度约为 150℃左右的烟气经预除尘后再经 冷却塔 喷水冷却道 60～ 70℃左右，在反应室前端根据烟气中 SO2 及 NOX 的浓度调整加入氨的量，然后混合气体在反应器中经电子束照射，排气中的 SO2 和 NOX 受电子束强烈作用，在很短时间内被氧化成硫酸和硝酸分子，被与周围的氨反应生成微细的粉粒（硫酸铵和硝酸铵的混合物），粉粒经集尘装置收集后，洁净的气体排入大气[7]脱硫、脱氮反应大致可分为三个过程进行，这三个过程在反应器内相互重叠，相互影响：a)在辐射场中被加速的电子与分子/离子发生非弹性碰撞，或者发生分子/离子之间的碰撞生成氧化物质和活性基团烟气中含有 O2、H2O、N2、CO2、SO2、NO、NO2 等成分，当电子束照射烟气时,在辐射场中被加速的电子与烟气中气体分子如 O2 及水分子发生非弹性碰撞，生成具有化学反应活性的活性基团或氧化性物质，可表示为：O2、H2O + e* HO、HO2、HO2· 、H、O2、O2、eO + O2 + M O3 + M(M 为 N2 等分子 )b)活性基团与气态污染物发生反应。

活性基团或氧化性物质氧化烟气中的 SO2 生成 SO3，可表示为：SO2 +·OH HSO3SO2 + O SO3HSO3 +·OH H2SO4SO2 +O2++M SO4++MSO4+ + e SO3　　生成的 SO3 和高价态氮氧化物与水反应生成 H2SO4 和 HNO3c)硫酸铵和硝酸铵的生成生成的 H2SO4 和 HNO3 与加入的 NH3 进行中和反应，分别生成硫酸铵和硝酸铵微粒，荷电后被捕集此外，还可能有尚未反应的 SO2 和 NH3，SO2 与 NH3反应生成硫酸铵反应为：H2SO4 + 2NH3 (NH4)2SO4HNO3 + HN3 NH4NO3SO2 + 2NH3+ H2O + 1/2O2 (NH4)2SO4该工艺能同时脱硫脱硝，具有进一步满足我国对脱硝要求的潜力；系统简单，操作方便，过程易于控制，对烟气成分和烟气量的变化具有较好的适应性和跟踪性；副产品为硫铵和硝铵混合肥，对我国目前硫资源缺乏、每年要进口硫磺制造化肥的现状有一定的吸引力，但在是否存在 SO2 污染物转移、脱硫后副产物捕集等问题上有待进一步讨论另外厂耗电力也比较高[8]4、填充式电晕法烟气脱硫技术填充式电晕法是近几年发展起来的一项新技术，该方法设备简单、操作简便、投资是电子束法的 60%，因此成为国际上干法脱硫的研究前沿。

填充式电晕法脱硫原理为：在高压电晕放电的情况下，由于电场的作用，在烟气中形成大量的非平衡态等离子体在高能电子的碰撞下，烟气中的 HO2、O2、SO2 等气体分子活化、裂解或电离，产生大量氧化性强的活化基团，如： OH· 、HO2 ·、O、O3、O2+、O2*等电晕电场的存在源源不断的提供了这些离子的来源而 SO2 在其中发生一系列的气体等离子体化学反应，反应过程相对复杂总体上是在这些基团的作用下，最终使二氧化硫氧化成三氧化硫【9】 反应途径主要如下： 　　其实验流程图如图 1 所示反应原料气由空气和二氧化硫混合配置而成，经流量计进入反应器进行处理，在反应器前后各设置一个采样口，用大气采样器同时进行采样采样的样品用碘量法测定其浓度5、荷电干式吸收剂喷射脱硫系统（CDSI）荷电干式吸收剂喷射脱硫系统（CDSI）是美国最新专利技术，它通过在锅炉出口烟道喷入干的吸收剂（通常用熟石灰），使吸收剂与烟气中的 SO2 发生反应产生颗粒物质，被后面的除尘设备除去，从而达到脱硫的目的干式吸收剂喷射是一种传统技术，但由于存在以下两个技术问题没能得到很好的解决，因此效果不明显，工业应用价值不大一个技术难题是反应温度与滞留时间，在通常的锅炉烟气温度（低于 200℃）条件下，只能产生慢速亚硫酸盐化反应，充分反应的时间在 4 秒以上。

而烟气的流速通常为 10～15m/s，这样就需要在烟气进入除尘设备之前至少有 40～60m 的烟道，无论从占地面积还是烟气温度下降等方面考虑均是不现实的另一个技术难题是即使有足够长的烟道，也很难使吸收剂悬浮在烟气中与 SO2 发生反应因为粒度再小的吸收剂颗粒在进入烟道后也会重新。