淺談煙氣脫硫技術

任中京、付善任

1． 前言

  我國的能源構成以煤炭為主，其消費量占一次能源總消費量的70％左右，這種局面在今后相當長的時間內不會改變。火電廠以煤作為主要燃料進行發電，煤直接燃燒釋放出大量SO2，造成大氣環境污染，且隨著裝機容量的遞增，SO2的排放量也在不斷增加。加強 環境保護工作是我國實施可持續發展戰略的重要保證。所以，加大火電廠SO2的控制力度 就顯得非常緊迫和必要。SO2的控制途徑有三個：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫、燃燒后脫硫 即煙氣脫硫（FGD），目前煙氣脫硫被認為是控制SO2最行之有效的途徑。煙氣脫硫主要為干法、半干法和濕法。

2．煙氣脫硫的基本原理

煙氣中的SO2 實質上是酸性的，可以通過與適當的堿性物質反應從煙氣中脫除SO2。煙道氣脫最常用的堿性物質是石灰石(碳酸鈣)、生石灰(氧化鈣，CaO)和熟石灰(氫氧化鈣)。石灰石產量豐富，因而相對便宜，生石灰和熟石灰都是由石灰石通過加熱來制取。有時也用碳酸納(純堿)、碳酸鎂和氨等其它堿性物質。 

所用的堿性物質與煙道氣中的SO2發生反應，產生了一種亞硫酸鹽和硫酸鹽的混合物(根據所用的堿性物質不同，這些鹽可能是鈣鹽、鈉鹽、鎂鹽或銨鹽)。亞硫酸鹽和硫酸鹽間的比率取決于工藝條件，在某些工藝中，所有亞硫酸鹽都轉化成了硫酸鹽。 

SO2與堿性物質間的反應或在堿溶液中發生(濕法煙道氣脫硫技術)，或在固體堿性物質的濕潤表面發生(干法或半干法煙道氣脫硫技術)。 

在濕法煙氣脫硫系統中，堿性物質(通常是堿溶液，更多情況是堿的漿液)與煙道氣在噴霧塔中相遇。煙道氣中SO2溶解在水中，形成一種稀酸溶液，然后與溶解在水中的堿性物質發生中和反應。反應生成的亞硫酸鹽和硫酸鹽從水溶液中析出，析出情況取決于溶液中存在的不同鹽的相對溶解性。例如，硫酸鈣的溶解性相對較差，因而易于析出。硫酸納和硫酸銨的溶解性則好得多。 

在干法和半干法煙道氣脫硫系統中，固體堿性吸收劑或使煙氣穿過堿性吸收劑床噴入煙道氣流中，使其與煙道氣相接觸。無論哪種情況，SO2都是與固體堿性物質直接反應，生成相應的亞硫酸鹽和硫酸鹽。為了使這種反應能夠進行，固體堿性物質必須是十分疏松或相當細碎。在半干法煙道氣脫硫系統中，水被加入到煙道氣中，以在堿性物質顆粒物表面形成一層液膜，SO2溶入液膜，加速了與固體堿性物質的反應。

3 煙氣脫硫技術

  目前煙氣脫硫技術主要有石灰石-石灰拋棄法，石灰石-石膏法、雙堿法、氧化鎂法、韋爾曼—洛德法、氨法、海水脫硫法等濕法脫硫法技術，以及旋轉噴霧干燥法，爐內噴鈣尾部增濕活化法、循環硫化床脫硫技術、荷電干式噴射脫硫法、電子束照射法、脈沖電暈等離子體法等干式、半干式煙氣脫硫技術。

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫主要通過六步來實現：

（1）氣態SO2在氣流中擴散，擴散通過氣膜；

（2）SO2被吸收，離解成亞硫酸根和氫離子；

（3）氫離子與碳酸鈣反應生成鈣離子；

（4）亞硫酸根離子被氧化生成硫酸根離子；

（5）在酸性條件下，硫酸根與鈣離子反應生成硫酸鹽；

（6）硫酸鹽結晶產生石膏。

影響石灰石-石膏煙氣脫硫效率的主要因素有吸收溫度，石灰石的品質、粒度，液氣比，鈣硫比，漿液的pH值，煙氣流速和溫度，煙氣中的含氧量，漿池的持液量，石膏過飽和度等。

這里著重介紹一下石灰石的品質和漿液顆粒粒徑對脫硫效率的影響。石灰石的主要成分是CaCO3,CaCO3含量越高，石灰石的活性越大，越有利于脫硫。一般來說，石灰石粒徑越小，比表面積越大，液固接觸越充分，從而能有效降低液相阻力，使它在液相中的溶解及反映更快、更充分，有利于提高吸收劑利用率和脫硫效率。但粒徑越小，研磨能耗和設備投資將會大大增加。綜合考慮上述兩個方面，一般要求石灰石細度為250-325目（47μm-61μm）。

4 小結

    石灰石-石膏法煙氣脫硫以技術成熟、脫硫效率高、吸收劑價廉易得、煤種適應范圍寬、能滿足大機組煙氣脫硫要求、脫硫副產品可資源化、對負荷變化的適應性強，適應30%-100%的負荷變化，并有較大幅度降低工程造價的可能性等顯著優點成為目前世界上最成熟、應用最廣泛的煙氣脫硫工藝。