干法脱硫除尘一体化技术研究
目前，国内各类燃煤锅炉排放的烟气中含有大量的粉尘和二氧化硫等有害气体。每年排入大气的烟尘量达3000万吨以上，二氧化硫排放量1800万吨以上，严重污染了大气，恶化了人们的生存环境。当今世界上已经研发出200余种烟气脱硫方法，但商业化运行的不超过20种，本文将着重介绍干法脱硫除尘一体化技术运用于烟气脱硫除尘系统。1 烟气脱硫技术的概述 烟气脱硫技术按照工艺方案可分为：湿法脱硫工艺、半干法脱硫工艺和干法脱硫工艺。烟气脱硫技术发展初期多采用湿法工艺技术，最近的几年里，国家大力提倡采用半干法工艺脱硫除尘。但由于半干法工艺存在的一些问题，当今的烟气脱硫发展的趋势逐渐的转变为干法脱硫除尘工艺技术。1.1 湿法脱硫工艺 湿法脱硫工艺中，脱硫剂和脱硫生成物均为湿态，其脱硫过程是气液反应，反应速度快，脱硫效率高，脱硫剂利用率高，其中以湿法石灰石-石膏洗涤工艺最为成熟，应用也最为广泛。 湿法石灰石-石膏洗涤工艺的典型流程为：从除尘器出来的烟气经过一个换热器，然后进入吸收塔，在吸收塔内SO2直接和磨细的石灰悬浮液接触并被吸收。新鲜的石灰浆液不断的加入到吸收塔底部的蓄液槽中，洗涤后的烟气通过除雾器、换热器和烟囱排入大气。该工艺脱硫效率可保证在95%以上，同时也存在废水的二次污染、石膏结垢堵塞、脱硫产物的处理比较麻烦、烟气温度较低不利于扩散、工艺较复杂、运行费用高、占地面积和投资较大等一些问题。1.2 半干法脱硫工艺 半干法烟气脱硫市场占有率仅次于湿法。该工艺是利用烟气显热蒸发石灰浆液中的水分，同时在干燥的过程中，石灰与烟气中的SO2反应生成亚硫酸钙。喷雾干燥烟气脱硫是典型的半干法脱硫工艺，其工艺流程包括：吸收剂的制备、吸收剂浆液雾化、雾粒与烟气的接触混合、液滴蒸发与SO2吸收、灰渣排出和再循环。 半干法工艺较简单，干态产物易于处理，无废水产生，投资一般低于传统湿法，但存在以下几个方面的问题：（1）容器和管道的堵塞；（2）吸收塔内固体沉积结垢；（3）喷雾器磨损；（4）烟道和除尘器的腐蚀；（5）除尘器压降增加。1.3 干法脱硫工艺 干法烟气脱硫工艺在无液相介入，完全干燥的状态下进行，所以脱硫效率较湿法低。随着干法脱硫工艺的日益完善，再加上干法工艺流程简单、投资少、运行费用低等因素，干法脱硫工艺已开始在燃煤电厂推广应用。干法脱硫工艺可以分为：炉内喷钙、管道喷射和混合喷射等。1.3.1炉内喷钙 炉内喷钙是把干的吸收剂直接喷到锅炉炉膛的气流中，炉膛内的热量将吸收剂煅烧成具有活性的CaO从而与烟气中的SO2发生反应。与其他脱硫工艺相比炉内喷钙对炉膛内的温度要求很高，温度越高反应速度增大，但温度过高，CaO就会发生烧结，活性降低。所以炉内喷钙脱硫效率取决于在临界温度范围内的停留时间。1.3.2管道喷射 管道喷射是直接将脱硫剂喷入烟气管道中，一般脱硫剂有消石灰、钠基吸收剂或石灰浆等。这种方案投资省，能耗低，但存在脱硫效率低，以及管道的沾污和腐蚀的问题。2 干法脱硫除尘一体化技术2.1工艺流程简介 本工艺的主要技术是通过向含有粉尘和二氧化硫的烟气中喷射熟石灰干粉和反应助剂来实现脱硫的。二氧化硫和熟石灰在反应助剂的辅助下充分发生化学反应，形成固态硫酸钙(CaSO4)，附着在粉尘上或凝聚成细微颗粒，随粉尘一起被袋式除尘器收集下来。 该工艺中主要包括：急冷反应塔系统、消石灰及反应助剂的储存、计量及输送系统、除尘反应系统和飞灰输送系统等。2.1.1. 急冷反应塔系统由于本系统中采用袋式除尘器，滤袋的使用温度限定了进入除尘器的烟气的温度，其最低温度不得低于温度，最高温度不得高于1900C。另外，急冷反应塔还起到一个增湿的作用，从而提高脱硫效率。在急冷反应塔中，对喷水量和水滴直径要求严格，否则引起急冷反应塔湿壁和后续管道的腐蚀。为了防止湿壁引起反应塔腐蚀，除在反应塔内部铺设防腐材料外，在反应塔内壁设置了空气幕，保护急冷反应塔不被腐蚀。烟气由急冷反应塔上部的进气口进入塔内（塔体内的上部设有气流均布装置），通过塔顶周围布置的双流体喷嘴喷雾降温，使烟气温度降至1700C左右，再由急冷反应塔下部排气口通过烟道至袋除尘器进气口。在烟气通过急冷反应塔过程中，由于喷雾降温和烟道通道面积的扩大，烟气中粒径较大的粉尘在重力作用下会沉降在反应塔的灰斗仓内，经灰斗仓底的螺旋除灰机和飞灰排出阀排出。 2.1.2．消石灰及反应助剂的储存、计量及输送系统 吸收剂消石灰要求Ca(OH)2干粉，含水在0.5%以下，纯度90%，200目。通过气力输送至圆形钢仓内储存备用。为了防止消石灰结块，储料仓灰斗壁设有流化板，压缩空气通入流化板使粉尘流态化。消石灰通过单管螺旋预给料机送入螺旋计量秤。螺旋计量秤根据烟气的硫含量来计量消石灰，计量后的消石灰入物料汇总小仓。 干法脱硫工艺单选用吸收剂的情况下，其脱硫效率一般只能达到50%左右。所以必须选用反应助剂提高脱硫效率，经过特殊制备的反应助剂可使脱硫率提高到90%以上。和消石灰一样，反应助剂经过流化板、单管螺旋预给料机和螺旋计量秤计量后，入物料汇总小仓。物料汇总小仓后设置粉料供料机，通过加速器利用罗茨鼓风机提供的高压空气把消石灰和反应助剂混合物经管道吹送至除尘器进气口烟道内，并随烟气气流进入除尘器内部。 2.1.3．除尘器系统 本系统中的除尘器已不单单是去除烟气中的粉尘，它集脱硫和除尘于一体的袋式除尘器。烟气进入除尘器进气管在负压作用下，较均匀的进入除尘器的各个室，烟气中反应混合物在除尘器的滤袋表面吸附形成一层预过滤层，当SO2气体通过预涂层时，就与这些药剂反应而被除去。经过了烟道内的反应和预过滤层的反应，除尘效率已达到了90%以上。调节除尘器的清灰间隔，使预过滤层的脱硫剂消石灰充分反应，生成CaSO4。当除尘器清灰时预过滤层脱落落入灰斗，由于飞灰的湿含量较大，为防止在管道内沉积而腐蚀管道，将不再循环利用，直接螺旋输送机送入灰库，净化后的烟气由后排风机排入大气。 2.1.4．飞灰输送 除尘器滤袋过滤下来的粉尘，通过设在灰斗排灰口的回转卸灰器和螺旋输送机送入汇总螺旋输送机入仓式泵进料小仓，通过仓式泵经管道送至飞灰库。3 脱硫效率 干法脱硫工艺最主要的问题就是干法脫硫效率较低，而影响脱硫效率的主要因素有：SO2的浓度、吸收剂的类型、Ca/S摩尔比、反应温度和停留时间、反应助剂的添加、反应的相对湿度和氯化物的含量。该套干法脱硫除尘一体化的工艺中，针对这些影响因素采取了相应的措施以提高脱硫效率。（1）在吸收剂的选择方面，我们选择200目的消石灰而不是石灰石。因为从化学反应来看，氢氧化物的反应活性比碳酸盐高，从而可以加快反应速率提高脱硫效率。（2）Ca/S摩尔比对脱硫效率的影响最为主要。从试验和理论上看，脱硫效率随着Ca/S摩尔比的增加而增加，但当Ca/S摩尔比超过1.5时，再增加脱硫剂，脱硫效率提升幅度较小。本系统中Ca/S控制在1.5～2.0之间。既保证了最大的脱硫效率又保证了脱硫剂的最大使用率，降低脱硫成本。（3）反应温度和停留时间是影响脱硫效率的重要参数。在管道喷射中降低趋近饱和温度到110C或以下，脱硫率最大。烟气性质不同饱和温度也就不同，因此管道烟气脱硫反应温度是根据现场工况进行调节的。停留时间即脱硫反应时间，在保证了最佳的反应温度的情况下，脱硫反应所需的时间约为1～2秒。本系统的脱硫反应不仅在管道中进行，在除尘器的滤袋表面还继续二次反应，保证了充足的反应时间。（4）添加剂使用的是我们新研发的特殊反应助剂，它具有大的表面积和孔隙率，可以将脱硫效率提高到90%以上。（5）相对湿度对脱硫效率的影响较大，相对湿度越高，蒸发所需时间越长，延长了脱硫反应时间从而提高了脱硫效率。（6）氯离子的存在能使ΔT（高于的温度）保持较高的温差，可以明显提高脱硫效率，而且，氯离子与脱硫剂反应生成氯化钙，氯化钙是一种多孔隙率物质，在一些脱硫工艺中，氯化钙作为添加剂使用，以提高脱硫效率。从实践中看，该套工艺运用于电厂脱硫和垃圾焚烧厂脱硫中的脱硫效率不同，垃圾焚烧厂的脱硫效率高于电厂脱硫效率的原因也在于垃圾焚烧厂的烟气中氯含量较高。4 小结（1）从脱硫工艺上看，湿法、干法和半干法各有优缺点，但由于干法工艺的投资省，工艺简单，和它不断提高的脱硫效率，在实际中的运用越来越广泛。（2）经过理论研究和实际应用情况来看，干法脱硫工艺中选择200目的消石灰、Ca/S控制在1.5～2.0之间、ΔT为110C、反应时间保证在2秒和选用有效的反应助剂这些条件，就能达到90%以上的脱硫效率。（3）对于垃圾焚烧厂来说，由于其本身的硫含量较电厂低，再加上烟气中富含氯离子，可以适当的降低Ca/S摩尔比，大约控制在1.5以下。（4）随着国家环保法规的日益严格和对烟气排放中硫含量的控制，干法烟气脱硫工程必定有着良好的市场前景。
