浅析烟气脱硫工艺的优劣性

乔二浪，乔林艳，王有斌，曹 梯

(1.陕西榆能化学材料有限公司，陕西 榆林 719000；2.国家能源鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古 鄂尔多斯市 017209)

1 烟气脱硫工艺简介

目前应用到工业化生产中的主要脱硫工艺有湿法、半干法和干法。湿法脱硫旨在将脱硫剂以浆液的形式注入反应器，其生成物也以浆液的形式排出，具体工艺因脱硫剂不同而异。湿法脱硫工艺适用范围广，脱硫效率高，运行稳定，市场占有率>85%，但其投入费用较高，常用的湿法脱硫有石灰石法、氧化镁法、氨法等[1]。半干法脱硫是指湿态脱硫，干态排出，兼具湿法和干法的优势，半干法脱硫的效率60%-80%。干法脱硫是指加入的脱硫剂为干态，产物仍为干态的脱硫工艺。干法脱硫反应速度慢，效率<50%，稳定性差，投入和运行成本低，脱硫过程无废水废酸产生，腐蚀小，烟气温降小，有利于烟囱排气[2]。

2 烟气脱硫方案的选择

陕西榆能化学材料有限公司锅炉烟气中SO2含量约为500 mg/Nm3，需降至50 mg/Nm3以下，为了满足排放标准，要求SO2最低脱除效率为：

脱除率=

由上述公式可知烟气中SO2脱除效率=(500-50)/500=90%，通过效率进行如下筛选：(1)干法脱硫效率低于50%，经过脱硫处理后满足不了环保排放的要求，所以不采用；(2)半干法脱硫效率一般在60%—80%，其中DSC-M半干法脱硫效率可以得到85%以上；(3)湿法脱硫效率基本都在95%以上，主要有氧化镁法、石灰石法、氨法、双碱法等几类。经筛选，榆能化学材料公司热电车间的烟气脱硫可以选用石灰石法、氧化镁法、双碱法、氨法、10CBF半干法等，现将以上几种备选方法简介如下：

2.1 石灰石法

石灰石—石膏法脱硫工艺以石灰石作为吸收剂，预制成粉末状，再与水混合呈乳状浆液注入吸收塔内与烟气混合，烟气中的SO2与浆液中的碳酸钙在空气作用下发生氧化反应生成石膏[3]。脱硫处理后的烟气经除雾器除去细小液滴，经烟囱排放，石膏浆脱水后回收利用，不饱和的浆液再循环。石灰石—石膏法是目前工业化中最成熟、脱除率最高、应用最广的脱硫工艺，适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫处理[4]。

2.2 氧化镁法

氧化镁法脱硫剂是由氧化镁粉与热水熟化制成的氢氧化镁溶液，在洗涤塔内洗涤高温烟气，吸收二氧化硫再经氧化反应生成硫酸镁溶液，再经结晶处理后得到七水硫酸镁和其他副产品[5]。氧化镁脱硫工艺有如下优点：①氧化镁反应活性高于氧化钙，氢氧化镁碱性强于氢氧化钙，在反应中氧化钙颗粒与二氧化硫反应生成硫酸钙覆盖膜，不影响后续反应。②镁基脱硫剂投资少，这是由于氧化镁的相对质量是氧化钙的71%，碳酸钙的40%。③副产品溶解度较高，悬浮物不易聚集沉降。④无次生污染，副产物亚硫酸镁与硫酸镁的水溶液可直接外排。

2.3 双碱法

双碱法采用的脱硫剂为反应性能良好的钠基或镁基吸收剂，其反应中间产物再与钙基吸收剂发生二次反应，钠基或镁基吸收剂还原再生，最终副产品为石膏。此过程起吸收作用的为高效的纳镁基型，而实际消耗的却是市场价值较低且易于获得的石灰石[6]。该工艺结合了石灰法与钠碱法的特点，即解决了前者易结垢的问题，又兼具后者吸收效率高的优点。但由于脱硫剂的再生过程复杂，目前应用还不够成熟。

2.4 氨法脱硫

氨法脱硫的工艺原理是将液氨蒸发产生氨气，再制备成一定浓度的氨水，烟气中的SO2在溶液中与NH3反应生成亚硫氢铵，在富NH3环境中二次反应生成亚硫酸铵，由外界不断地补充反应消耗的氨气[7]，不断地吸收SO2，饱和态的浓溶液经结晶离心处理后得到硫酸铵和亚硫酸铵产品，可用于氮硫肥料的制备，也可单独使用，市场需求可观。因此，氨法脱硫工艺是比较经济合理的选择。

2.5 10CFB烟气脱硫

10CFB烟气脱硫是指吸收剂以悬浮状态在脱硫塔和除尘器之间循环使用，与烟气中的SO2充分接触反应达到脱除的目的。主要过程为：(1)吸收剂的预制与输送；(2)烟气雾化增湿调温后与脱硫剂充分接触；(3)二氧化硫的吸收；(4)增湿活化；(5)物料循环再利用；(6)副产物后续处理。它不仅工艺流程简单、占地少、投资小以且副产物可综合利用，而且能在低钙硫比(Ca/S=1.2-1.3)情况下达到较高的脱硫效率。

3 烟气脱硫主流厂家的相关数据

3.1 石灰-石膏法脱硫工艺

利用石灰作为SO2的吸收剂的湿法脱硫，以脱硫塔、吸收塔浆液循环泵、流化风机、石灰石浆液泵、真空脱水皮带机、真空泵、滤布冲洗水泵为主要设备的公司有：①广州市天赐三和环保工程有限公司②罗浩斯实业发展有限公司③山东福源节能环保工程有限公司④北京高华蓝天环保科技有限公司。

3.2 氧化镁法脱硫工艺

利用氧化镁作为SO2的吸收剂的湿法脱硫，以脱硫塔、吸收塔浆液循环泵、流化风机、石灰石浆液泵、真空脱水皮带机、真空泵、滤布冲洗水泵、氧化风机为主要设备的公司有：①北京高华蓝天环保科技有限公司。

3.3 氨法脱硫工艺

利用氨水作为主脱硫剂的湿法脱硫，硫酸铵液体形式销售，以脱硫塔、氨洗塔为主要设备的公司有：①河南远中装备制造股份有限公司。

3.4 氨法脱硫+硫酸铵精制工艺

3.4.1 利用氨水作为主脱硫剂的湿法脱硫工艺，以脱硫塔、饱和塔、一级氨洗塔、二级氨洗塔、稠后器、硫酸铵冷却器作为主要设备的公司有：①河南远中装备制造股份有限公司 。

3.4.2 以氨水作为主脱硫剂的湿法脱硫，以脱硫塔、浆液泵、结晶泵、氨水泵、结晶器、、湿电除尘器、工艺水泵为主要设备的公司有：①洛阳格林环保工程有限公司。

3.5 双碱法湿法脱硫工艺

利用烧碱清液作为主脱硫剂，利用生石灰作为再生剂，以脱硫塔、脱硫塔循环泵、罗茨风机、真空脱水皮带机、真空泵为主要设备的公司有：①河南远中装备制造股份有限公司。

3.6 循环流化床半干法工艺

利用酸碱反应及循环流化床内气固传质，吸收烟气中酸性气体SO2脱硫，以吸收塔、变频水泵、布袋除尘器、气力输送装置、氢氧化钙粉仓、智能变量给料机为主要设备的公司有：①洛阳瑞昌石油化工设备有限公司。

4 烟气脱硫厂家经济性分析

评价指标体系的确定，目的是用来评价“供求匹配”程度模型的优劣，本文将以投资A，效率B，运行成本C，占地面积D四项作为厂家脱硫工艺经济性分析的评价指标，利用层次分析法对四个指标进行赋权重，然后按照两两比较的结果构成判断矩阵。利用MATLAB对矩阵求解，得出每个指标的占比。四个指标赋权数值如下表1所示：

表1 四个指标赋权数值

上表中1表示投资与其自身之比；1.2表示投资与效率之比；1.5表示投资与运行成本之比；其余值以此类推。根据上表中四个指标赋权的数值列出下列矩阵：

然后利用MATLAB软件求出其权重值分别为：投资A的权重值为E=1.2，效率B的权重值为为E=1，运行成本C的权重值为为E=1.1，占地面积的权重值为E=0.9。因此，最优选项是低成本，高效率，较好选项是成本较高，效率较高，良好选型是成本适中，效率适中，普通选型是成本高，效率高。由于指标性质的不同，对于指标A/C/D三项，属于越小越好型，而指标B则属于越大越好型，我们根据计算的权值从而建立如(2)所示综合效应函数算出10家公司的四项指标权重后的加权累计值如下表2所示.

Z=1.2*K-F+1.1*W+0.9*M

表2 四项指标权重的加权累计值

结论

通过对投资、运行成本、占地面积、效率等四个指标加权估值综合计算，得出的数值越小越好，由表中结果可知，选择河南远中装备制造股份有限公司烧碱清液作为主脱硫剂，利用生石灰作为再生剂的双碱法湿法脱硫工艺在几种里面最具有优势，所以建议我厂采用双碱法脱硫工艺。