唐家志

江蘇中圣高科技產(chǎn)業(yè)有限公司（江蘇南京 210009）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，多數(shù)城市因取暖、運(yùn)輸、擴(kuò)大工廠(chǎng)生產(chǎn)，帶來(lái)了很多空氣污染物。污染物的不斷增加直接破壞居民的生活環(huán)境，威脅著成千上萬(wàn)居民的身體健康，導(dǎo)致疾病增加，甚至失去生命。其中，燃煤工業(yè)鍋爐等所排放的煙氣中含有大量二氧化硫，并且二氧化硫?yàn)橹饕拇髿馕廴疚锍煞种弧?015年12月2日，國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議決定：在2020年前，對(duì)燃煤火電機(jī)組全面進(jìn)行超低排放與節(jié)能改造，大幅降低發(fā)電煙氣污染排放，使其大氣污染物排放質(zhì)量濃度符合發(fā)電機(jī)組排放限值，即二氧化硫、粉塵、氮氧化物的排放質(zhì)量濃度（基準(zhǔn)含氧量為6%）分別不超過(guò)35,5，50 mg/m3。持續(xù)加大環(huán)保監(jiān)管力度，確?；痣娖髽I(yè)實(shí)施超低排放改造。

我國(guó)燃煤機(jī)組脫硫運(yùn)行技術(shù)與國(guó)外相比起步較晚。經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)外前沿脫硫技術(shù)的不斷學(xué)習(xí)和研究，我國(guó)脫硫環(huán)保企業(yè)不斷進(jìn)行研發(fā)與試驗(yàn)，在20世紀(jì)初基本形成多種自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的脫硫技術(shù)，比如石灰石石膏法、氨法、鎂法、鈉法、有機(jī)堿法、海水脫硫等。濕法煙氣脫硫技術(shù)是目前最為成熟、安全可靠的技術(shù)，市場(chǎng)占有率極廣。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),現(xiàn)有火電機(jī)組工廠(chǎng)的煙氣脫硫項(xiàng)目中，采用濕法煙氣脫硫技術(shù)的占比在90%以上。石灰石石膏法脫硫和氨法脫硫是濕法煙氣脫硫技術(shù)中應(yīng)用最廣的兩種方式。[1]

本研究通過(guò)對(duì)比典型的石灰石石膏法煙氣脫硫技術(shù)和氨法煙氣脫硫技術(shù)，分析兩種脫硫技術(shù)的工藝路線(xiàn)、運(yùn)營(yíng)成本、副產(chǎn)品和生產(chǎn)管理難度等方面的優(yōu)劣，為工廠(chǎng)選擇脫硫工藝提供參考。

1 脫硫工藝路線(xiàn)和特點(diǎn)

1.1 石灰石石膏法

石灰石石膏法脫硫技術(shù)是最常用的濕法脫硫技術(shù)，其工藝系統(tǒng)主要為石灰石制漿系統(tǒng)、二氧化硫吸收系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、廢水系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)，以及其他輔助系統(tǒng)，工藝流程如圖1所示。

圖1 石灰石石膏法脫硫工藝流程

石灰石石膏法脫硫，需先將石灰石粉加水制成漿液，由漿液循環(huán)泵送入吸收塔與塔內(nèi)漿液混合，再與逆流而上的煙氣充分接觸混合、反應(yīng)。吸收塔為噴淋空塔，上部為吸收區(qū)，下部為氧化區(qū)。系統(tǒng)一般裝3～5臺(tái)漿液循環(huán)泵，每臺(tái)循環(huán)泵對(duì)應(yīng)一層霧化噴淋層，從而滿(mǎn)足脫硫效果。漿液中的碳酸鈣與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸鈣，吸收二氧化硫后的漿液進(jìn)入氧化區(qū)與被氧化風(fēng)機(jī)鼓入的空氣發(fā)生氧化反應(yīng)，亞硫酸鈣氧化生成硫酸鈣，硫酸鈣達(dá)到飽和結(jié)晶后形成二水硫酸鈣。被漿液排出泵排出的石膏漿液經(jīng)脫水皮帶機(jī)濃縮、脫水，處理后含水量小于10%，后經(jīng)皮帶輸送機(jī)送至石膏儲(chǔ)存車(chē)間堆放。煙氣被脫硫后再經(jīng)多級(jí)除霧器除去其自帶的霧滴，然后通過(guò)煙囪被排入大氣。

石灰石石膏法脫硫技術(shù)的化學(xué)反應(yīng)原理詳見(jiàn)如下方程式：

石灰石石膏法脫硫技術(shù)的特點(diǎn)：技術(shù)穩(wěn)定成熟、系統(tǒng)運(yùn)行可靠；脫硫效率高，煙道中的煙氣與吸收塔內(nèi)的石灰石漿液通過(guò)多級(jí)漿液循環(huán)泵反復(fù)循環(huán)和充分接觸，石灰石漿液利用率很高，脫硫效率可在95%以上。通過(guò)與石灰石吸收劑反應(yīng)，煙氣不但可以脫除二氧化硫，還可以脫除其中的粉塵；從資源角度考慮，石灰石吸收劑資源充足，價(jià)格低廉。

1.2 氨法脫硫

氨法煙氣脫硫俗稱(chēng)氨法，是以氨基物質(zhì)（如液氨）作為吸收劑，脫除煙道煙氣中的二氧化硫，并回收副產(chǎn)物（硫酸銨）的濕法煙氣脫硫技術(shù)。工藝系統(tǒng)主要為SO2吸收系統(tǒng)、空氣氧化系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、硫銨后處理系統(tǒng)、檢修系統(tǒng)，以及其他輔助系統(tǒng)，工藝流程如圖2所示。

圖2 氨法脫硫工藝流程圖

由引風(fēng)機(jī)來(lái)的煙氣進(jìn)入脫硫塔濃縮段，煙氣溫度降至50～60℃，后進(jìn)入吸收塔上部吸收段。吸收劑（氨水）漿液循環(huán)吸收煙氣中的二氧化硫，一部分生成亞硫酸銨，另一部分生成亞硫酸氫銨溶液，隨后被連續(xù)加入的氨水中和成亞硫酸銨溶液。亞硫酸銨溶液一部分循環(huán)吸收SO2重新生成亞硫酸氫銨溶液，一部分被鼓入的空氣強(qiáng)制氧化生成硫酸銨。硫酸銨在塔內(nèi)結(jié)晶，部分固體硫酸銨漿液被硫銨排出泵送入過(guò)濾離心機(jī)繼續(xù)分離，由漿液變成固體，再進(jìn)入干燥機(jī)干燥，經(jīng)料倉(cāng)和包裝機(jī)打包，產(chǎn)出商品硫酸銨，可進(jìn)入市場(chǎng)銷(xiāo)售。

脫除二氧化硫后的煙氣經(jīng)過(guò)三級(jí)除霧器，凈化后，水霧質(zhì)量濃度低于50 mg/m3的煙氣通過(guò)煙囪排入到大氣。

氨法脫硫化學(xué)反應(yīng)方程式：

氨法脫硫技術(shù)的特點(diǎn)：（1）二氧化硫可資源化，可將污染物二氧化硫回收變成經(jīng)濟(jì)附加值較高的商業(yè)化產(chǎn)品，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)要求；（2）沒(méi)有二次污染，環(huán)境相容性好，符合現(xiàn)代環(huán)保理念；（3）脫硫效率高、技術(shù)成熟、可實(shí)現(xiàn)超低排放；（4）空塔噴淋技術(shù)，能耗設(shè)備少；（5）煤種適應(yīng)性強(qiáng)，可適用于高硫煤。

2脫硫技術(shù)綜合分析

2.1 運(yùn)行成本

石灰石石膏法脫硫技術(shù)，脫硫劑為石灰石粉（CaCO3），來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉。該脫硫系統(tǒng)占地面積較大，工藝設(shè)備較大、工藝系統(tǒng)復(fù)雜、耗電耗水量大、廢水處理難度大。

氨法脫硫技術(shù)，脫硫劑為氨水，來(lái)源有限，價(jià)格高，屬于高危險(xiǎn)化學(xué)品，運(yùn)輸儲(chǔ)存困難、需用防爆氨站，增加生產(chǎn)運(yùn)行管理難度。相對(duì)于石灰石石膏法，具有占地面積小、設(shè)備體積小、能耗低的優(yōu)點(diǎn)。若是自有氨源的化工企業(yè)，可就地取材使用廢氨水，經(jīng)濟(jì)性更好。該技術(shù)系統(tǒng)整合能力高，因國(guó)內(nèi)選擇性催化還原（SCR）法煙氣脫硝采用液氨作為還原劑，脫硫與脫硝能共用一個(gè)氨水系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫脫硝一體化液氨技術(shù)，避免重復(fù)建設(shè)吸收劑儲(chǔ)存及供應(yīng)系統(tǒng)，可節(jié)約建設(shè)成本與占地面積。[1]

為更好地分析脫硫技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性，以某項(xiàng)目脫硫塔單臺(tái)煙氣參數(shù)（煙氣流量為111 250 m3/h，入口煙氣溫度為150℃，入口SO2質(zhì)量濃度為3 800 mg/m3，出口SO2質(zhì)量濃度為35 mg/m3，入口粉塵質(zhì)量濃度為20 mg/m3，出口粉塵質(zhì)量濃度為10 mg/m3）為計(jì)算基礎(chǔ)，分別對(duì)石灰石石膏法和氨法2種脫硫方案年運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行測(cè)算[2]，結(jié)果詳見(jiàn)表2。

表2 氨法脫硫和石灰石石膏法脫硫年運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比情況

根據(jù)估算分析，氨法脫硫的年運(yùn)行成本低于石灰石石膏法的年運(yùn)行成本，且優(yōu)勢(shì)比較明顯。

2.2 脫硫副產(chǎn)品的利用價(jià)值和危害

石灰石石膏法副產(chǎn)品主要是石膏，我國(guó)天然石膏資源豐富且市場(chǎng)價(jià)格低，品質(zhì)優(yōu)于脫硫石膏。由于脫硫石膏水分與雜質(zhì)含量較高，存在材料膨脹、比天然石膏需要更長(zhǎng)的時(shí)間凝結(jié)等問(wèn)題，實(shí)際被需求率較低。因此，大部分脫硫石膏無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源綜合利用，作為廢料被堆棄處理，不但占用土地面積，且對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞。

氨法脫硫技術(shù)的副產(chǎn)品主要是硫酸銨，可用來(lái)生產(chǎn)硫銨肥料，硫銨肥含有農(nóng)作物所需的第一大養(yǎng)分氮（N）和第四大養(yǎng)分硫（S）,可以廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。氨法脫硫技術(shù)副產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)硫資源回收利用，且不產(chǎn)生廢氣、廢渣；危害是工藝存在氣溶膠和氨逃逸等情況，運(yùn)行中容易出現(xiàn)硫酸銨結(jié)晶困難導(dǎo)致硫酸銨無(wú)法正常出料，造成煙氣排放粉塵超標(biāo)。

2.3 脫硫系統(tǒng)操作與工藝安全比較

石灰石石膏法脫硫技術(shù)成熟可靠，脫硫劑性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，設(shè)備性能穩(wěn)定，方便操作；自動(dòng)化控制水平先進(jìn)，操作工人工作強(qiáng)度小，生產(chǎn)管理難度低，安全系數(shù)高。

與石灰石石膏法脫硫技術(shù)相比，氨法技術(shù)脫硫劑為氨水，來(lái)源有限，價(jià)格高，屬于高危險(xiǎn)化學(xué)品，運(yùn)輸儲(chǔ)存困難；生產(chǎn)運(yùn)行管理難度高，安全系數(shù)低，操作不當(dāng)會(huì)有爆炸危險(xiǎn)，正常工況下可達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)合以上石灰石石膏法脫硫與氨法脫硫技術(shù)的綜合對(duì)比分析，匯總形成技術(shù)綜合對(duì)比，具體如表3所示。

表3 脫硫技術(shù)綜合比較

3 脫硫項(xiàng)目案例分析

以參建的項(xiàng)目為例，對(duì)2種脫硫技術(shù)進(jìn)行比較。

河北某熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，一期是2×220 t/h高溫超高壓循環(huán)流化床鍋爐。廠(chǎng)區(qū)有自建氨水罐，項(xiàng)目采用氨法脫硫，在一臺(tái)爐滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行的情況下，平均每年消耗液氨1 460 t，年均可產(chǎn)出5 475 t副產(chǎn)物硫酸銨。根據(jù)季節(jié)不同，每噸硫酸銨售價(jià)為400～1 000元，副產(chǎn)物經(jīng)濟(jì)附加值比較可觀(guān)。

廣東某熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目,一期是3×150 t/h高溫超高壓循環(huán)流化床鍋爐。由于該項(xiàng)目無(wú)自有氨源，附近也沒(méi)有可靠的氨源可供應(yīng)，所以只能采用石灰石石膏法脫硫工藝。3臺(tái)爐滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行的情況下，每年會(huì)產(chǎn)生2.28萬(wàn)t石膏，而石膏難以售出，大多情況下，石膏出售價(jià)與進(jìn)廠(chǎng)車(chē)輛運(yùn)輸費(fèi)相抵，基本不產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)介紹石灰石石膏法與氨法技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)、適用條件，對(duì)比得出氨法脫硫技術(shù)環(huán)境污染小、運(yùn)營(yíng)成本低，副產(chǎn)物附加值高、資源綜合利用好的優(yōu)勢(shì)。從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，推薦采用氨法脫硫技術(shù)，同時(shí)也提醒技術(shù)選擇方結(jié)合各項(xiàng)目所在地的實(shí)際條件來(lái)選擇合適的脫硫方法。