电厂烟气脱硫工艺分析与选择

2020-06-19易娟，何磊

广州化工 2020年11期

易娟，何磊

(1 武汉材料保护研究所有限公司，湖北武汉 430000；2 国电青山热电有限公司，湖北武汉 430000)

随着国民生活水平日益提升，人民日益增长的美好生活需要，对生活环境的要求越来越高。目前，我国仍是以煤炭为主的能源大国，煤炭资源丰富而石油和天然气短缺。煤是一种低位品的化石能源，煤炭中含有一定比例的硫份，不同产地的煤中硫份含量不同，而煤炭燃烧后，产生的烟气中含SOx，烟气排放到大气中造成严重的环境污染。随着经济社会的发展，人们对环境的间接依赖越来越多，为了可持续发展，造福子孙后代，各国在发展经济的同时越来越注重环境污染，倒逼一次能源结构发生改变，但煤炭比重在总能源中仍占到60%左右。据中国统计年鉴统计[1]，2017年我国SO2总排放量为875.4万吨，比2015年下降112%，环保措施效果显著，但SO2排放总量仍需控制。

全面推广脱硫工艺，采取适当的脱硫方法降低由于燃煤产生烟气中SO2等污染气体的排放，以使烟气排放达到国家环保排放标准，为我国环保事业做出贡献。

1 烟气脱硫分类

当前，国内外最常见的电厂烟气脱硫技术大致可分为湿法、干法和半干法3种类型。湿法烟气脱硫技术是采用液体或者浆状吸收剂洗涤烟气，吸收烟气中SOx。干法烟气脱硫技术是脱硫吸收和产物的处理均在无液相介入的状态下进行。半干法烟气脱硫技术是吸收剂在湿态下脱硫，在干态下处理脱硫产物；或在相反，干态下脱硫，在湿态下处理脱硫产物[2]。

2 烟气脱硫工艺

2.1 石灰石-石膏法

在现有的湿法烟气脱硫技术中，发展比较完善的是石灰石-石膏法，运行可靠，应用广泛。石灰石-石膏法是以石灰石为脱硫剂，向吸收塔内喷入吸收剂浆液，与烟气充分接触，吸收剂浆液中的碳酸钙与烟气中的SO2以及氧化空气发生化学反应，最终生成石膏排出，达到净化烟气的目的。主要分为两个反应步骤，即吸收和氧化。

二氧化硫的吸收：

CaCO3+SO2+1/2H2O=CaSO3·1/2H2O+CO2

亚硫酸钙氧化：

Ca(HSO3)2+1/2O2+H2O=CaSO4·2H2O+SO2

石灰石-石膏法脱硫工艺具有原料来源广、价格低、钙利用率高，脱硫效率高等优点，但是存在流程长、投资大、相对能耗较高且存在废水、废渣的处理问题，特别是副产品石膏利用率比较低，易造成二次污染[3]。

2.2 海水脱硫法

海水含有氯化钠、硫酸盐及可溶性碳酸盐，呈碱性具有很强的酸碱缓冲能力和吸收SO2的能力。海水脱硫技术是利用海水的天然碱性吸收烟气中SO2的一种新型脱硫工艺[4]。第一步将烟气中SO2溶解于海水中，生成亚硫酸盐。

海水中的溶解氧和补充的氧气，将亚硫酸盐氧化成硫酸盐。

海水脱硫技术原理是气液逆流吸收原理，冷却后的烟气进入吸收塔底部向上流动，海水则由塔顶进入向下流动，海水与烟气在吸收塔板上呈逆流接触，海水中碱性物质吸收烟气中的SO2发生化学反应，达到烟气脱硫目的，净化后的烟气经除雾后经烟囱排至大气。吸收了SO2的海水在曝气池曝气处理使水质恢复碱性后，送回大海。海水脱硫工艺有如下优点：设备较简单、操作费用低；不需添加其他化学药剂，不会产生固废。缺点是处理后的尾气因温度低而不能达到烟气排放要求，需加热后排放，并且该技术只适用于沿海地区[4]。

2.3 旋转喷雾法

旋转喷雾法属于半干法脱硫工艺，该工艺于20世纪80年代迅速发展起来的，首先在美国河滨电站试运行成功。该法是利用利用喷雾干燥原理，吸收剂浆液在吸收塔湿态下发生气液反应脱硫，同时烟气将热量传给吸收剂使之不断干燥，固态吸收剂在吸收塔内发生气固反应脱硫，产生固体灰渣，一部分在塔内分离，另一部分在电除尘器处理。主要步骤如下：

CaSO4难溶于水，便会迅速沉淀析出固态CaSO4。

该法脱硫效率达80%～85%，腐蚀较小、设备操作简单、运行可靠性高、无废水排放、脱硫产物呈干粉状，能耗较低，只是湿法工艺能耗的1/2～1/3。

2.4 电子束脱硫技术

电子束脱硫技术属于干法脱硫工艺[5]，20世纪70年代，日本就开始致力于研究电子束法这一脱硫新工艺。最早是由日本荏原(EBARA)公司开发成功[6]。成都热电厂采用日本荏原电子束脱硫技术，建立了国内第一个处理烟气量300000 m3/h的电子束脱硫项目，脱硫率超过80%。

电子束脱硫采用高能的电子束轰击烟气产生高活性自由基，再氧化烟气中的SO2。反应过程为：

O2和H2O的裂解，当高能电子束照射烟气时，高能电子的能量大部分被N2、O2、H2O吸收，产生了强氧化自由基O、OH、HO2。

SO2的氧化，在上述强氧化性自由基存在下，SO2被氧化为硫酸。

与脱硫剂NH3反应生产硫酸铵。

电子束脱硫技术的应用优势在于不会产生二次污染，还能实现资源综合利用；产物铵盐可用作化肥。但是电子束烟气脱硫过程需要靠电子束加速器产生高能电子，这不仅需要大功率的电子枪，还需要防辐射屏蔽，成本高且运行和维护技术要求高[4]。

2.5 活性焦烟气脱硫技术

活性焦烟气脱硫技术属于干法脱硫工艺，活性焦烟气脱硫依靠活性焦的活性位点对SO2的吸附和在高温下解析完成烟气脱硫和再生循环过程。由于其具有脱硫效果达95%，无二次污染，可同时脱除多种污染物且能回收硫资源等优点而受到广泛关注[4]，其简单工艺流程如图1所示。活性焦作为一种多孔吸附材料，具有发达的孔结构、较高的比表面积，来源广、成本低等特点，广泛地应用于工农业、医药、化工领域，尤其在空气污染控制领域。活性焦烟气脱硫技术具有市场应用前景的脱硫技术之一。

活性焦脱硫机理很多，多数研究者认为烟气中的SO2、H2O和O2首先全部吸附在活性焦表面的活性位点上，变为活化的吸附态分子，在活性焦的吸附和催化作用下，吸附态的SO2、H2O和O2反应生产硫酸[4]。其主要脱硫机理如下[7-8]：

该机理说明SO2、O2、H2O首先全部吸附在活性焦表面的活性位点上，变为活化的吸附态分子，并且在焦表面的三种吸附态分子间必须要保持一定的距离和适当的空间构型才能反应生成H2SO4。

3 工艺对比分析

烟气脱硫工艺的优劣评价主要从四个方面考虑：技术成熟度、技术性能、环境特性和经济性。

表1 烟气脱硫工艺对比Table 1 Analysis and comparison of flue gas desulfurization processes

烟气脱硫处理工艺众多且各有优缺点，选择合适的处理工艺需从以上四方面综合考虑，根据具体情况选择合适的处理工艺。通过表1对上述介绍的几种烟气脱硫工艺进行对比，可知，石灰石-石膏法脱硫效率一般为80%，脱硫副产物石膏利用率比较低，易造成二次污染，投资高，但技术成熟，且已经商业化；海水脱硫效率一般为90%，副产物为硫酸盐，投资相对较低；旋转喷雾法脱硫效率80%左右，生产过程中用水比较多，投资较高；电子束法脱硫效率85%左右，副产物硫酸铵可用作化肥，投资较高；活性焦法的脱硫效率一般能达到95%，对煤种适应性广泛，副产物为硫酸，投资相对来算比较低。

据此，可以得出活性焦烟气脱硫工艺不仅脱硫效率高，对煤的适用性广泛，在用水用地情况及脱硫成本等方面也有显著的优势，是具有市场应用前景的烟气脱硫工艺。