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        鍋爐煙氣脫硫氨法與半干法的對比分析

        2021-12-22 19:24:57劉軍
        科學與生活 2021年8期
        關鍵詞:對比分析

        劉軍

        摘要:去除煙道氣或其他工業(yè)廢氣中SO2和SO3的過程稱為煙氣脫硫。依照脫硫產生的反應物和脫硫產物存在形態(tài)可分為干法、濕法以及半干法。半干法脫硫因其無廢水排放,排煙為干煙氣,煙囪可不防腐等優(yōu)點,在國內有較多裝置。但隨著環(huán)保要求的提高,半干法因為其工藝路線所限,已經(jīng)難以滿足最新的環(huán)保排放標準。氨法脫硫技術起步較晚,屬于濕法的一種,其優(yōu)點在于不產生二次污染、可進行資源化利用且脫硫效率極高,能夠起到間接保護環(huán)境作用,并且還能實現(xiàn)資源循環(huán)利用,不增加碳排放,促進經(jīng)濟健康發(fā)展。其中國內脫硫裝置單臺煙氣量能夠與500MW發(fā)電機組相匹敵。

        關鍵詞:氨法脫硫;半干法脫硫;對比分析

        一、工藝流程的對比

        (一)氨法

        氨法的主要工藝流程包括以下內容:脫硫塔內循環(huán)漿液對引風機進入的煙氣進行洗滌工作,降低煙氣溫度,并通過含氨循環(huán)液吸收其中的二氧化硫,二者結合產生(NH4)2SO3。而含有(NH4)2SO3的液體還會與空氣發(fā)生氧化反應,從而形成(NH4)2SO4,進一步形成硫酸銨稀溶液。硫酸銨稀溶液還會在脫硫塔內進行濃縮、結晶,最終得到硫酸銨漿液,并且該漿液具有一定固含量。當硫酸銨濃度符合相關規(guī)定標準后,可以放入硫銨后處理系統(tǒng)經(jīng)過水力旋流、離心、干燥和包裝后得到硫酸銨成品化肥。

        化學反應方程式如下:

        xNH3+H2O+SO2=(NH4)xH2-xSO3

        (NH4)xH2-xSO3+1/2O2+(2-x)NH3=(NH4)2SO4

        氨法工藝流程圖示意如下:

        (二)半干法

        生石灰為半干法的主要吸收劑,首先將生石灰制備成熟石灰漿液,即氫氧化鈣漿液,或者將其制備成熟石灰粉。當熟石灰漿液或熟石灰粉制備完成后,可以將其與調溫增濕水同時噴入吸收塔內,此時煙氣與吸收劑進行充分混合,產生一系列物理、化學反應。其中一方面與煙氣中二氧化硫發(fā)生化學反應產生亞硫酸鈣,另一方面煙氣隨著時間變化而冷卻,吸收劑水分被蒸發(fā),進而達到脫硫目的。與此同時也能夠獲得固體分裝脫硫副產物。

        半干法工藝流程圖示意如下:

        二、脫硫效率及煤種適應情況對比

        (一)煙氣脫硫主要是通過化學反應進行二氧化硫吸收的過程。其中氨法主要以氨為吸收劑,其脫硫過程在氣-液之間轉換,半干法以消石灰漿液或消石灰粉為吸收劑的脫硫過程在氣-液-固三相間進行。氨法的吸收速度遠遠大于半干法。

        (二)氨法的脫硫效率比較容易達到97-99%,半干法的脫硫效率在較低二氧化硫含量時一般較低。采用氨法脫硫,不需要另外增設爐內脫硫裝置,能進一步提高鍋爐熱效率,大大減少鍋爐排渣量。

        (三)氨法脫硫在高硫煤煙氣中應用廣泛,其優(yōu)勢隨著煤含硫量增加而凸顯。依照已投運氨法脫硫工程運行的具體情況,燃煤硫含量在百分之零點五至百分之九之間時,脫硫效率能夠符合國家排放標準。半干法一般只適用于低硫煤的煙氣,對于高硫煤的煙氣,氨法脫硫技術優(yōu)勢較為明顯。

        三、長周期穩(wěn)定運行對比

        (一)氨法脫硫劑為氨水或液氨,脫硫副產物為硫銨化肥。脫硫過程主要是氣-液轉換,中間產物為(NH4)2SO3,最終產物為(NH4)2SO4,且(NH4)2SO3與(NH4)2SO4二者皆易溶于水。氨法脫硫對設備的磨損、結垢堵塞等情況都較半干法更低。國內已有一百多家企業(yè)已建在建氨法脫硫裝置,已有充足的成功案例證明系統(tǒng)可以實現(xiàn)長周期穩(wěn)定運行。

        (二)石灰品質和顆粒粒徑要求高:脫硫效率越高,要求鈣硫比也就越大,運行成本也就越高;生成的 CaSO3比CaSO4多,CaSO3需經(jīng)處理才可成為穩(wěn)定 CaSO4,副產品利用途徑較少,難以綜合利用。

        四、運行成本對比

        氨為堿性物質,比石灰的堿性強得多,而且氨的活性強,因此吸收SO2的速率快;系統(tǒng)阻力低,鍋爐引風機用于克服脫硫系統(tǒng)阻力增加的電耗也相對較低。

        (NH4)2SO4產生是在氨法脫硫裝置運行過程中進行的,其中脫除兩噸SO2需要吸收一噸氨,生產約4噸硫酸銨。因此裝置的運行費用很低。

        半干法脫硫為了達到較高的脫硫效率,采用灰再循環(huán)工藝,使得反應塔內的Ca/S比達到近5左右,循環(huán)量大,相應系統(tǒng)阻力與電耗增加。半干法前有預除塵,后有布袋除塵器,系統(tǒng)阻力高,鍋爐引風機用于克服脫硫系統(tǒng)阻力增加的電耗也高。半干法脫硫過程中采用較高品質的石灰作為吸收劑,且利用率約50%左右,采購成本較高,且副產物為亞硫酸鈣、硫酸鈣和煙塵混合物,利用途徑較少,銷售困難,需付錢請人處理,對儲灰場的運行、維護和管理的成本也很大,難以綜合利用。因此整套裝置的運行費用較高。

        通過經(jīng)濟比較可以看出,氨法脫硫比半干法脫硫年綜合運行成本節(jié)省約1300萬元,其脫除每噸SO2成本比半干法脫硫要低1078元。

        五、環(huán)境效益對比

        (一)半干法脫硫將副產大量脫硫灰,成分復雜,回收利用困難,絕大部分采用堆放或填埋處理。每年要副產大量脫硫灰,其中含有大量的亞硫酸鈣,不可隨意堆放,需要很大的堆放場地并進行防滲、防垮壩處理。

        (二)氨法脫硫屬于回收法,具有一定的環(huán)境保護作用,其能夠使脫硫塔內氨與煙氣中二氧化硫產生氣-液反應,將二氧化硫全部轉換為(NH4)2SO4,從而實現(xiàn)資源循環(huán)利用,將廢氣變?yōu)閷毼?,有利于減輕環(huán)境污染,符合可持續(xù)發(fā)展理念,對建設資源節(jié)約型社會具有重要意義。

        結束語:

        近年來氨法脫硫技術進步很快,很多示范工程消除了氣溶膠、腐蝕等問題,且脫硫過程中無三廢排放,是能穩(wěn)定滿足現(xiàn)下最嚴格排放標準要求的工藝之一。而很多東部地區(qū)原采用半干法脫硫的企業(yè)均因脫硫效率低,無法滿足環(huán)保標準的提嚴;裝置運行情況不佳,難以長周期穩(wěn)定運行。最后都采用了氨法脫硫技術進行改造。目前氨法脫硫在石油煉制行業(yè)、煤化工、化工、鋼鐵、電力等行業(yè)都有廣泛的應用,且所占市場份額在不斷擴大。

        參考文獻:

        [1]鐘秦. 燃煤煙氣脫硫脫硝技術及工程實例. 北京:化學工業(yè)出版社,2007.

        [2]周理明,史永永,李海洋,等.氨法煙氣脫硫過程的工藝優(yōu)化[J].化學工程, 2014,42(4):7-12.

        江蘇新世紀江南環(huán)保股份有限公司 江蘇南京 210000

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