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        高效脫硫技術(shù)研究進(jìn)展

        2018-07-07 03:18:20王曉慧
        山東化工 2018年11期
        關(guān)鍵詞:單塔石灰石氣液

        趙 毅,王曉慧

        (華北電力大學(xué)(保定) 環(huán)境科學(xué)與工程系,河北 保定 071000)

        1 污染現(xiàn)狀

        我國(guó)是世界上最大的發(fā)展中國(guó)家,隨著科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,環(huán)境問(wèn)題卻日益凸顯。臭氧層破壞、全球變暖、全國(guó)性的霧霾和酸雨天氣,這些環(huán)境問(wèn)題正逐步影響著人們的生活、危害著人體的健康[1]。而燃煤鍋爐的煙氣排放是造成我國(guó)現(xiàn)在大氣污染現(xiàn)狀的主要因素之一。我國(guó)目前是全球最大的煤炭產(chǎn)出國(guó)和消費(fèi)國(guó),據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)2012年煤炭類(lèi)能源產(chǎn)出量和消費(fèi)量分別占能源總產(chǎn)出量和總消費(fèi)量的76.5%和66.6%[2]。在燃煤煙氣眾多污染物中,二氧化硫是研究最早、脫除方法種類(lèi)最多的污染物之一。我國(guó)2006年到2014年二氧化硫排放情況如圖1所示,從圖中可以看出的是,雖然二氧化硫的排放量呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì),但是總體仍處在一個(gè)較高的排放水平。

        圖1 2006~2014年我國(guó)大氣中二氧化硫的排放情況

        2 二氧化硫的來(lái)源及危害

        2.1 二氧化硫的來(lái)源

        二氧化硫的來(lái)源主要分為以下三種途徑:(1) 火山噴發(fā)產(chǎn)生部分二氧化硫;(2)含硫燃料(如煤和石油)的燃燒和含硫礦石的冶煉;(3)汽車(chē)尾氣的排放。

        2.2 二氧化硫的危害

        二氧化硫的危害主要體現(xiàn)在對(duì)人類(lèi)的影響和對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響。對(duì)人類(lèi)的影響主要有是影響人的呼吸系統(tǒng)。SO2還具有加強(qiáng)苯并(a)芘的作用效果[3],有可能造成癌癥的頻發(fā)現(xiàn)象。對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在,二氧化硫的過(guò)度排放導(dǎo)致酸雨現(xiàn)象頻發(fā)。有統(tǒng)計(jì)顯示,我國(guó)酸雨影響面積超過(guò)400萬(wàn)km2,而且有越來(lái)越嚴(yán)重之趨勢(shì),是世界三大酸雨區(qū)之一。

        3 污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的提高

        國(guó)家針對(duì)日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題,尤其是二氧化硫等污染物排放量居高不下的現(xiàn)象,不斷制定日益嚴(yán)格的污染物排放標(biāo)準(zhǔn),針對(duì)燃煤電站更是制定專(zhuān)門(mén)的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。2011年國(guó)家制定了新火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)--《火電大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011),在該標(biāo)準(zhǔn)要求中二氧化硫排放限值降到100 mg/m3,如表1所示。

        表1 《火電大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)中部分污染物項(xiàng)目排放限制

        在2014年國(guó)家提出的《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造計(jì)劃(2014~2020年)》[4]將二氧化硫的排放限值進(jìn)一步提高,二氧化硫的排放限值達(dá)到35 mg/m3,與燃?xì)鈾C(jī)組相近。越來(lái)越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)出了國(guó)家對(duì)環(huán)境治理尤其是大氣污染物治理的決心及魄力。

        4 現(xiàn)有脫硫控制技術(shù)

        在燃煤電廠中,脫硫控制技術(shù)按照控制部分在燃煤電站在燃燒過(guò)程中的先后順序可以歸納為三類(lèi):燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫。最主要的是燃燒后脫硫即煙氣脫硫技術(shù),目前常用的煙氣脫硫工藝多達(dá)數(shù)十種,包括濕式石灰石/石膏法[5]、雙堿法脫硫工藝、氨法脫硫工藝、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法、循環(huán)流化床、爐內(nèi)噴鈣法、電子束照射法、海水脫硫技術(shù)。根據(jù)其作用機(jī)理的不同可分為濕法、半干法和干法,表2展示了幾種常見(jiàn)的脫硫工藝。

        表2 幾種常見(jiàn)的脫硫工藝

        5 脫硫增效改進(jìn)技術(shù)

        針對(duì)目前我國(guó)越來(lái)越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn),原有脫硫工藝很難達(dá)到要求,因此對(duì)脫硫工藝進(jìn)行改進(jìn),提出脫硫增效改進(jìn)技術(shù)即高效脫硫技術(shù)。常見(jiàn)的脫硫增效改進(jìn)有以下幾種:提升石灰石品質(zhì)、強(qiáng)化氣液傳質(zhì)效果、調(diào)整pH值、脫硫增效添加劑等。

        5.1 提升石灰石品質(zhì)

        石灰石的品質(zhì)會(huì)影響石灰石的利用率,進(jìn)而影響吸收塔漿液pH值、石灰石加倉(cāng)和破碎系統(tǒng)、球磨機(jī)的運(yùn)行等,導(dǎo)致脫除效率的降低。一般對(duì)石灰石的品質(zhì)要求主要體現(xiàn)在純度、硬度等方面。提示石灰石的品質(zhì)有利于脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的安全與平穩(wěn)[6]。一般要求碳酸鈣的含量要在95%以上。

        5.2 強(qiáng)化氣液傳質(zhì)效果

        強(qiáng)化氣液傳質(zhì)效果的方法主要分為以下幾種:提高液氣比、噴淋增效環(huán)技術(shù)、托盤(pán)技術(shù)等[7-8]。液氣比是影響脫硫效率的主要因素之一,可以通過(guò)增加噴淋層來(lái)降低液氣比,進(jìn)而達(dá)到提高脫硫效率的目的。噴淋增效環(huán)技術(shù)是由ALSTOM公司開(kāi)發(fā),在每層噴淋層塔壁設(shè)置1圈增效環(huán),從而將塔壁區(qū)域的煙氣導(dǎo)向吸收塔中心的高密度噴淋區(qū)域,改善塔壁區(qū)域的氣液固三相傳質(zhì)狀況,從而提高脫除效率。托盤(pán)技術(shù)是美國(guó)巴威B&W專(zhuān)利技術(shù),通過(guò)在吸收塔入口和第一層噴淋層之間設(shè)置一層合金托盤(pán),有效地降低了液氣比,提高了脫硫效率。

        5.3 調(diào)整pH值技術(shù)

        濕法脫硫工藝中脫硫塔pH值是影響脫硫系統(tǒng)的重要因素之一,其主要會(huì)影響石灰石的利用率、進(jìn)而對(duì)脫硫效率產(chǎn)生一定的影響,另外pH值對(duì)系統(tǒng)結(jié)垢也有一定的影響。常見(jiàn)的調(diào)整pH值技術(shù)方法有雙循環(huán)技術(shù)及單塔雙區(qū)技術(shù)。雙循環(huán)技術(shù)主要原理為利用分區(qū)技術(shù),將脫硫塔分為兩個(gè)部分,兩個(gè)部分采用不同pH值的循環(huán)漿液,每個(gè)部分采用格子對(duì)應(yīng)的循環(huán)回路及噴淋裝置。此技術(shù)可以在原有脫硫塔進(jìn)行改造,改造費(fèi)用較低。單塔雙區(qū)技術(shù)原理也是利用pH值的不同實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化去和吸收區(qū)的分開(kāi),與單塔雙循環(huán)不同的是,將單塔單循環(huán)的“塔+罐”的模式改為單個(gè)塔控制,通過(guò)設(shè)置分區(qū)調(diào)節(jié)器和射流攪拌系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)兩個(gè)區(qū)域的pH調(diào)控,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)脫硫效率的提高。

        5.4 脫硫增效添加劑

        脫硫增效添加劑[9-10]又稱(chēng)為脫硫增效劑、脫硫催化劑或者脫硫添加劑主要生產(chǎn)原理是對(duì)高分子物質(zhì)進(jìn)行加工改性后與無(wú)極高分子材料充分混合,形成具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和性能的新型催化氧化煙氣脫硫添加劑,其主要成份大部分為高分子催化劑,與SO2有很強(qiáng)的反應(yīng)活性。其作用原理循環(huán)漿液中的離子濃

        度,強(qiáng)化氣液傳質(zhì)效率,進(jìn)而提高脫硫效率。此種方法的優(yōu)點(diǎn)有:(1)提高脫硫效率,無(wú)需進(jìn)行設(shè)備擴(kuò)容改造;(2)節(jié)能降耗(主要是節(jié)約廠用電);(3)減少石灰石用量;(4)減少設(shè)備的結(jié)垢等。

        致謝:衷心感謝國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(No.2016YFC0203705,No. 2017YFC0210603,No. 2016YFC0203701)的支持!

        [1] 中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)脫硫脫硝委員會(huì).我國(guó)脫硫脫硝行業(yè)2012年發(fā)展綜述[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè),2013(7):8-20.

        [2] 國(guó)家能源局.中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社,2013.

        [3] 王慧文,潘秀丹.沈陽(yáng)市大氣二氧化硫污染對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病死亡率的影響[J].環(huán)境與健康雜志,2007,24(10):762-765.

        [4] 王 建.煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃[M].杭州:浙江人民出版社,2014.

        [5] Yi H H,Hao J M,Tang X L.Atmospheric environmental protection in China: Current status,developmental trend and research emphasis[J].Energy Policy,2007,35(2):907-915.

        [6]柏 源,周啟宏,李啟良,等.燃煤電廠應(yīng)對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)煙氣濕法脫硫提效策略研究[J].電力科技與環(huán)保,2012,28(6):19-21.

        [7] 譚云松,張國(guó)華.吸收塔液體再分配(ALRD)技術(shù)介紹[J].電站系統(tǒng)工程,2013,29(2):67.

        [8] 武漢凱迪電力環(huán)保有限公司.具有負(fù)荷條件和煙氣均流功能的脫硫噴淋塔:中國(guó),ZL200810047850.1[P].2011-09-28.

        [9] 何永勝.單塔濕法高效脫硫技術(shù)的新標(biāo)桿:大唐馬頭電廠脫硫增效改造設(shè)計(jì)與研究[C]//第三屆火電行業(yè)環(huán)境保護(hù)研討會(huì),北京:[出版者不詳],2014.

        [10] 楊 磊,盧嘯風(fēng).WFGD工藝典型脫硫添加劑應(yīng)用探討[J].電站系統(tǒng)工程,2007,23(3):4-6.

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