柏順 袁澤華(北京化工大學(xué), 北京 100000)
燃煤排放煙氣脫硫技術(shù)概述
柏順 袁澤華(北京化工大學(xué), 北京 100000)
SO2是造成我國大氣污染的主要污染物之一。在我國,燃煤排放的SO2是我國SO2排放的主要來源[1]。SO2對人體健康有很大的影響,濃度100 ppm的SO2可以造成呼吸道痙攣、呼吸困難,甚至死亡。在自然中,SO2可以產(chǎn)生大氣污染,如倫敦光化學(xué)煙霧等。SO2還可以產(chǎn)生酸雨。當(dāng)前,我國近20個省市地區(qū)受酸雨的侵蝕和危害。酸雨會腐蝕雕塑、金屬、建筑物等。此外,酸雨還會影響植物生長,破壞土地成分。每年,全球因酸雨造成的環(huán)境污染導(dǎo)致的直接和間接經(jīng)濟損失高達(dá)百億元[1,2]。
燃煤;排放煙氣;脫硫技術(shù)
為促進我國硫酸工業(yè)的環(huán)保水平,促進轉(zhuǎn)型升級,2010 年12月31日,我國發(fā)布發(fā)布了《硫酸工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 26132-2010),更加嚴(yán)格地規(guī)定了硫酸工業(yè)中SO2的排放標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,從2013年10月1日起,SO2排放限值降低到400 mg·m-3[3,4]。
2011年發(fā)布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定:自2012.01.01起,新建火電廠執(zhí)行SO2氣體的排放限值為200 mg·m-3。對比發(fā)現(xiàn),我國新制定的標(biāo)準(zhǔn)比其他國家更為嚴(yán)格。
據(jù)統(tǒng)計,當(dāng)前正在開發(fā)和應(yīng)用的脫硫技術(shù)已經(jīng)超過了200種。概括而言,脫硫技術(shù)可以分為:燃燒前、燃燒中和燃燒后脫硫(即煙氣脫硫)。
燃燒前脫硫是指在燃燒前對燃料進行脫硫或固定硫的脫硫方式。其處理技術(shù)主要通過物理(機械、磁力或洗選)、化學(xué)或生物(微生物降解)的方法實現(xiàn)。燃燒中脫硫則是在燃燒中通過添加固定劑或催化劑實現(xiàn)脫硫,主要方式有煤固硫技術(shù)、石灰/石灰石直接噴射技術(shù),石灰石注入爐內(nèi)分段燃燒技術(shù)(LIMB)、循環(huán)流化床燃燒技術(shù)(CFBC)、增壓流化床燃燒燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)技術(shù)(PFBC-CC)、煤氣/蒸汽聯(lián)合循環(huán)技術(shù)(IGCC)、爐內(nèi)噴鈣和氧化鈣活化技術(shù)(LIFAC)等。燃燒中脫硫技術(shù)具有燃燒效率高、煤種適應(yīng)性強、脫硫效率較高的特點,但是需要改造鍋爐。煙氣脫硫(即燃燒后脫硫),顧名思義就是對燃燒后的煙氣進行脫硫或者固硫的方法,主要有氨法、雙堿法、石灰石-石膏法等。煙氣脫硫不需對燃燒設(shè)備或工藝進行改造,現(xiàn)階段具有成本低廉、操作方便、技術(shù)成熟等優(yōu)點。
受煤炭產(chǎn)地、處理技術(shù)等因素的限制,燃燒前脫硫技術(shù)仍處于實驗室階段,目前僅有少量的中試和商業(yè)化報道。燃燒中脫硫技術(shù)發(fā)展迅速,但其限制明顯:即反應(yīng)生成物難處理和利用。因此,燃燒后脫硫技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展最充分、工業(yè)化應(yīng)用程度最高的脫硫技術(shù)。上表對當(dāng)前典型脫硫技術(shù)進行了總結(jié)。
氨法脫硫工藝因技術(shù)成熟、運行平穩(wěn),目前已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化。理論而言,氨法脫硫工藝應(yīng)使用氨溶液用于吸收劑;然而,實際上主要是以氨與SO2反應(yīng)生成的(NH4)2SO3作為吸收劑。根據(jù)反應(yīng)副產(chǎn)物,氨法脫硫工藝主要分為氨-酸法、氨-亞硫酸銨法、氨-硫酸銨法三種。氨-酸法脫硫過程需要消耗硫酸;氨-亞硫酸銨法的副產(chǎn)品為亞硫酸銨,亞硫酸銨因產(chǎn)能過剩,處理困難。因此,這兩種工藝受到一定的限制。硫酸銨是氨-硫酸銨法的副產(chǎn)品,可用做肥料。此外,氨法脫硫工藝運行穩(wěn)定,脫硫塔不易結(jié)垢,適合中高硫煤種,不產(chǎn)生廢水污染。因而,氨-硫酸銨法得到了更多關(guān)注。氨法脫硫工藝的優(yōu)點是脫硫效率高、運行穩(wěn)定、成本低廉和副產(chǎn)物可利用。根據(jù)吸收和氧化方式的不同,商業(yè)化的氨法脫硫工藝有Walther工藝、AMASOX工藝、GE(Marsulex)工藝、NKK工藝等。
在氨法脫硫過程中,主要反應(yīng)為吸收劑與煙氣中的SO2反應(yīng)。式(1)-式(3)主要發(fā)生在SO2的吸收過程[7,8],式(4)-式(5)為副產(chǎn)物的生成過程[6,7]。
表1 濕法、半干法和干法煙氣脫硫工藝對比
Chu guangwen等[9]和單從云等[10]考察了規(guī)整式填料旋轉(zhuǎn)填充床在并流操作條件下壓降特性和氨法脫硫效率。孫志斌等[11]研究了旋轉(zhuǎn)填充床氨法脫硫性能,考察了脫硫富液氧化再生后的脫硫性能。趙志強等探討了規(guī)整絲網(wǎng)填料用于氨法脫硫過程的傳質(zhì)性能。Yan Jinpei等[11]研究了氨法脫硫過程中的噴霧的形成機理并給出了相應(yīng)的去除方法。
因脫硫效率高及低成本的優(yōu)勢,氨法脫硫工藝得到了廣泛的工業(yè)應(yīng)用。在傳統(tǒng)氨法脫硫工藝中,泡沫塔或復(fù)噴復(fù)擋設(shè)備是其主要反應(yīng)設(shè)備。但設(shè)備龐大、壓降高、傳質(zhì)效率低。
隨著我國對企業(yè)環(huán)保要求的提高,對大氣污染物排放限值不斷降低,排放指標(biāo)更加嚴(yán)苛,煙氣脫硫面臨新的發(fā)展和挑戰(zhàn)。與其他技術(shù)相比,超重力旋轉(zhuǎn)填充床以其可以強化傳質(zhì)、體積小、使用物系廣、填料易于更換等特點,超重力旋轉(zhuǎn)填充床氨法脫硫工藝運行穩(wěn)定、脫硫效率高。因此,研究氨法脫硫工藝具有重要的現(xiàn)實意義和價值。
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