循环悬浮式半干法烟气脱硫技术的研究

常志鹏(河南能源化工集团有限公司，河南 郑州 450000)

0 引言

煤炭燃烧是我国能源供应的主要方式，随着经济发展的同时，对煤炭消耗量也是急剧增加，不断增长的二氧化硫的排放量对环境造成了极大影响。大气中SO2排放量有90%来源于燃煤，酸雨、雾霾等问题也与煤炭等化石燃料燃烧排放大量二氧化硫排放有关，都对生态环境造成了极大破坏[1]，进而对人类呼吸及神经等系统造成损伤。我国能源结构主要以煤炭为主，由于煤炭燃烧对环境、经济的发展都产生了深远影响，我国针对尾气二氧化硫排放标准，也在逐渐提高，要积极认真的落实好《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，一定要完成防治污染目标，减污减排任务仍任重道远。火电行业主要以煤炭为燃料，排放的二氧化硫在总量中占比较高，脱硫技术的优化与创新不断面临着新的机遇和挑战，因此有效推进煤炭洁净燃烧、优化SO2烟气脱硫技术对燃煤行业及改善环境都具有重要的影响。

1 烟气脱硫技术应用现状

烟气脱硫是在燃烧后以降低二氧化硫排放为目的的末端治理技术。烟气脱硫技术根据脱硫剂和脱硫产物的干湿形态分为湿法、半干法和干法三类[2]。湿法脱硫工艺即脱硫剂和副产物均为湿态，烟气中的二氧化硫被碱性溶液脱硫剂进行有效的吸收从而达到脱硫目的，湿法烟气脱硫工艺的发展完善随着科技水平提升不断进步，已能满足35mg/Nm3超净排放的要求，能达99%以上的脱硫效率，湿法烟气脱硫工艺具有投资少且易操作、脱硫效率高等优点，但缺点也是不容忽视的，此工艺易造成二次污染，湿性易造成运作设备的腐蚀，从而影响设备的稳定运行。石灰石-石膏法是湿法工艺较为成熟常用的方法。半干法烟气脱硫工艺的脱硫剂为湿态、副产物为干态形态，此脱硫工艺是在气、液、固三相中进行，脱硫产物为干粉状，具备工艺简单、脱硫效率较高、占地面积小、生成物易于处理、设备不易被腐蚀等特点。干法烟气脱硫工艺的脱硫剂和副产物为干态，可使烟气中二氧化硫充分得到净化，具有工艺简单、无污水处理、耗能低等优点，缺点是脱硫效率相对较低、占地投资大、不易操控等[3]。目前，中国脱硫市场上有以石灰石-石膏法、双碱法、氨法、氧化镁法、海水脱硫法等为主的湿法脱硫技术；活性炭法、电子束法等干法技术；主要有循环流化床法、喷雾干燥法、炉内喷钙尾部增湿脱硫工艺等半干法脱硫技术。

2 循环悬浮式半干法烟气脱硫技术

2.1 工艺特性

循环悬浮式半干法烟气脱硫技术主要是以循环流化床理论为依据，使吸收剂以悬浮方式悬浮在吸收塔内并反复循环形成密相区，使其与烟气中的SO2得到充分接触反应来实现脱硫的一项脱硫技术。该技术的最大优势表现在经喷水方式可将吸收塔内温度保持在最佳的反应温度，使气固紊流充分混合至最佳状态，暴露出消石灰未反应的新表面，同时多次循环的固体物料使脱硫剂停留时间增长，有效提高了脱硫剂的利用率和脱硫效率。循环悬浮式半干法烟气脱硫技术占地小、造价较低、脱硫效率及吸收剂利用率相对较高、设备可靠性高、对煤种适应性强、所产生的最终固态产物易于处理等优点，其相对适用范围也较为广泛。

(1)石灰浆液和水使用雾化喷嘴呈雾状颗粒，使吸收剂增湿活化，底部则直接送入反应器中，能有效避免腐蚀问题并可以有效控制物料的循环量。采用具有更大通径、不易堵塞的双流体喷嘴。

(2)脱硫剂在脱硫塔内再循环的方式可有效的避免了脱硫剂在管道中发生堵塞和严重磨损喷嘴的情况。

(3)在循环悬浮式半干法脱硫反应塔中，循环物料具有很高的浓度，提高了待处理烟气与脱硫剂的接触面积，因此二氧化硫的吸收率增高。大面积的接触保证了吸收剂与SO2之间的反应高效进行，脱硫剂的利用率高，因此降低了脱硫系统副产物脱硫灰的产量。也由此烟气的停留时间相对较短，反应器的直径相对减小，占地面积和投资费用相应减少。塔内高浓度的物料颗粒不断的冲刷石灰浆，使其不会发生贴壁现象。

(4)循环悬浮式半干法系统内部没有任何运动部件，保证设备运行相对连续、无须长期维护，也节省了维护费用。

(5)循环悬浮式半干法工艺不仅能够脱除烟气中的酸性气体，也能脱去如镉、铅、汞等重金属。

2.2 工艺系统

循环悬浮式半干法脱硫技术工艺系统的主要部分是脱硫塔主体、旋风分离器、石灰浆制备系统、脱硫系统和控制系统。脱硫工艺有吸收剂的储存和运输、烟气雾化增湿调温、脱硫剂与含湿烟气雾化颗粒充分接触混合、二氧化硫的吸收、增湿活化、灰循环和废渣排除这七步工艺流程。

烟气经管道进入至喷雾干燥脱硫反应器主体的底部，经雾化器增湿作用，将吸收剂浆液喷射成均匀的雾化液滴充分与SO2直接作用，达到烟气脱硫的目的。经历烟道所生成的干粉状生成物与烟气中的粉尘一同进入布袋除尘器，从而进一步被分离。

2.3 影响因素

该技术的主要控制参数有循环倍率、酸性气体浓度、在吸收塔内烟气及脱硫剂的停留时间，吸收塔内温度、钙硫比等。在脱硫系统运行时液滴大小、含水量以及绝热饱和的温度值等因素影响的是液滴干燥的时间长短；脱硫参数对脱硫反应的影响主要反应在影响反应速率、接触反应的时间和接触面积上。其中气相传质阻力、液相传质阻力和石灰溶解阻力决定了反应的速率；反应时间则取决于脱硫剂颗粒表面水分的蒸发过程。以上的各因素都会对吸收塔的设计和脱硫率有着重要的影响。

通过研究各运行参数对脱硫效率的影响、循环对脱硫装置脱硫效率的影响及增湿水对脱硫的强化作用的情况可得：

提高循环倍率可提高系统脱硫效率。将反应产物再次循环，使未反应完毕的石灰进入脱硫塔内再与SO2进行反应，可以提高脱硫效率及脱硫剂的利用率，同样可节省吸收剂的成本。再循环的灰进入脱硫塔内后，与新鲜的吸附剂发生碰撞后，附着在其表面，相对增加了与SO2反应的浆滴有效表面积，从而提高了脱硫效率。吸收剂循环脱除SO2是减少给料量且能提高利用率的一种实效方法。脱硫效率随循环灰含湿量的增加而提高，含湿量增加相当于延长了循环灰内水分的停留时间，有利于脱硫反应的进行。但循环灰含湿量的增加影响了灰的流动性能，易出现内壁积灰现象。

增湿水可使脱硫效率明显提高，增加增湿水量，液相水有利于脱硫反应的进行，随着脱硫塔内液相存在的时间不断延长，脱硫效率达到一定程度后便开始下降。增湿水的喷入点应选在石灰浆液恰好干燥的位置。

3 结语

本文研究了循环悬浮式半干法烟气脱硫技术中工艺参数绝热饱和温距、钙硫比、脱硫塔入口烟气温度对脱硫效率的影响、循环对脱硫装置脱硫效率的影响及增湿水对脱硫的强化作用影响。我们要优化研究促进脱硫效率的措施，更好的设置脱硫装备的运行参数，使循环悬浮式半干法烟气脱硫技术的脱硫效率得到进一步的提高，更适用于我国工业对于脱硫实情的需要。