1 活性焦脫硫工藝
1.1 活性焦的吸附反應機理
當煙氣中含有足量水汽和 O2 時，活性焦煙氣脫硫是一個化學吸附和物理吸附同時存在的過程[1]。首先發(fā)生的是物理吸附，然后焦表面的某些含氧絡合物基團是SO2吸附及催化氧化的活性中心，在有水和氧氣存在的條件下將吸附到活性炭表面的SO2最終催化氧化為 H2SO4?？赡艿姆磻窂綖椋?br /> SO2+H 2O → H2SO3 ，(1)
O2 +H 2 SO 3 → H 2 SO 4 ，(2)
就吸附過程而言，工業(yè)上應用較多的是固定床和移動床。其中研究和應用較多的是德國和日本。固定床吸附塔(器)吸附再生工藝存在通量小、不連續(xù)、高壓降、再生切換頻繁等問題，限制了其大規(guī)模應用。
1.2活性焦的解吸(再生)反應機理
活性焦的解吸和吸附相比是一個相反的過程。硫酸存在于活性焦的微孔中,吸附了SO2的活性焦被加熱到400 ℃～500 ℃,蓄積在活性焦中的硫酸或硫酸鹽分解脫附,產(chǎn)生的主要分解物是SO2、N2、CO2、H2O,其物理形態(tài)為富SO2的氣體,在合適的工藝條件下,SO2體積分率可達到20%以上?？赡艿姆磻窂綖椋?br /> 2H2SO4+CàCO2 +2SO2 + 2H2O，(3)
活性焦的解析過程相當于再生過程，在不斷地吸附與解析循環(huán)中,活性焦受到物理和化學的再生作用,恢復活性后重復使用。
1.3活性焦的工藝系統(tǒng)流程
煙氣通過活性焦吸附脫硫裝置被凈化，吸附飽和的活性焦靠重力流至解吸再生裝置，通過加熱使活性焦再生，釋放出的高濃度SO2混合氣體采用現(xiàn)有成熟的工藝技術可用于生產(chǎn)商品濃硫酸、液態(tài)SO2、結晶硫磺、硫酸銨等含硫化工產(chǎn)品，再生后的活性焦經(jīng)篩選后由活性焦輸送系統(tǒng)送入活性焦吸附脫硫裝置循環(huán)使用，篩下的少量小顆?；钚越箍勺鳛殄仩t等的燃料[2]。
1.4 技術進展和發(fā)展現(xiàn)狀
活性焦煙氣脫硫工藝開發(fā)于20世紀60年代，并于80年代開始工業(yè)應用，屬于干法煙氣脫硫工藝。已有數(shù)種方法在日本、德國、美國等國家得到工業(yè)應用，其代表方法有日立法、住友法、魯奇法、BF法及Reidluft法等。目前該工藝在國外已由火電廠擴展到石油化工、硫酸和化肥工業(yè)等領域。
中國科研和專業(yè)機構多年來也在不斷進行研究，并在活性炭制備與改性方面取得了很多實驗成果。山西新華化工廠、寧煤集團活性炭公司等公司開始進行脫硫活性焦的生產(chǎn)，他們生產(chǎn)的活性焦已出口用于煙氣凈化。
在國家863計劃的支持下，在貴州宏福熱電廠試驗完成了活性焦煙氣脫硫裝置，處理煙氣量178 000 Nm3/h，回收的SO2全部用于生產(chǎn)硫酸，2004年建成。國電清新聯(lián)合德國WKV公司于2008年中標神華勝利2×660 MW活性焦煙氣脫硫工程，工程在設計中。
2 模擬工程煙氣脫硫方案
2.1 活性焦煙氣脫硫工藝
本工程煙氣脫硫工藝采用1爐配置1套脫硫裝置，包括：煙氣系統(tǒng)、SO2吸附系統(tǒng)、解析再生系統(tǒng)、活性焦輸送系統(tǒng)、電加熱系統(tǒng)和副產(chǎn)品加工系統(tǒng)。
煙氣自除塵器出口引出，進入FGD系統(tǒng)吸附塔，脫硫凈化后的煙氣經(jīng)引風機通過煙囪排入大氣。吸附SO2的活性焦通過輸送系統(tǒng)進入再生塔，用電將其加熱到400 ℃左右再生。再生塔排出的活性焦經(jīng)篩分后，由斗式提升機提升回吸附塔，脫硫獲得的高濃度SO2的氣體由高溫離心風機抽出，送入工業(yè)硫酸生產(chǎn)裝置。
2.2 活性焦脫硫工藝布置
2臺機組的脫硫裝置對稱布置，形成爐后標準長方形脫硫布置區(qū)域。順煙氣流向依次布置增壓風機、吸附塔、解析塔，其間布置輸送系統(tǒng)、熱風和冷卻風機，兩側布置制酸車間。
2.3 副產(chǎn)品加工系統(tǒng)
脫硫系統(tǒng)解析出的高濃度SO2氣體經(jīng)過制酸車間處理，采用成熟的制酸工藝，生產(chǎn)出純度為98%的工業(yè)硫酸，生產(chǎn)的硫酸符合GB534-2002中一等品的指標。
2.4 主要技術數(shù)據(jù)
模擬工程的主要技術參數(shù)簡要計算結果如表1：
3 技術特點分析
3.1 活性焦吸附作用廣泛
活性焦表面的大量微孔隙和表面官能團，使得活性焦可以同時高效地進行脫硫、脫硝、除塵和脫除微量的重金屬及有機化合物,脫硫率達95%以上,脫氮率達80%以上?？捎糜趦艋济?、燃油、垃圾焚燒、重油分解和燒結機等煙氣。
有研究表明，活性焦脫硫脫硝性能與活性焦的孔隙結構和表面化學特性密切相關，孔容是決定污染物初期脫除率的主要因素，表面官能團則在污染物的化學吸附上發(fā)揮著重要作用，是吸附、催化的活化中心。SO2較NO優(yōu)先吸附在活性焦上，煙氣中O2或水蒸汽的單獨存在對脫硫脫硝均不會有明顯的影響，當煙氣中同時存在O2和水蒸汽時，活性焦的脫硫脫硝效果可明顯改善，氨的存在既可將NO還原為N2，又能增強活性焦脫除SO2的效果。
3.2 設備腐蝕程度輕
煙氣脫硫反應在120 °C~140 °C進行，出口煙氣溫度在酸露點以上，對出口煙道和煙囪的腐蝕屬于輕度腐蝕，不需要進行重度防腐[3]。
但是在吸附和解析過程，產(chǎn)生亞硫酸、硫酸，吸附塔和解析塔設備防腐還需要考慮，尤其注意在低溫區(qū)域的酸腐蝕。
3.3 高度節(jié)水
脫硫過程不用水，屬于高度節(jié)水的煙氣脫硫工藝。適用于水資源缺乏地區(qū)，尤其適合中國北方主要產(chǎn)煤區(qū)山西、陜北、新疆等地區(qū)嚴重缺水的國情。
3.4 原料來源廣泛
活性焦生產(chǎn)以煤為原料，來源廣泛，價格低廉?；钚越箍裳h(huán)使用直至全部消耗為止，運行過程產(chǎn)生的焦粉可作為燃料燃燒，不會對環(huán)境造成二次污染。
煙氣同時應用于脫硫脫硝，不會產(chǎn)生SCR脫硝工藝廢棄的催化劑后處理的二次污染問題。
3.5 資源利用
脫硫副產(chǎn)品轉化途徑廣，可根據(jù)用戶和市場需求，采用成熟技術生產(chǎn)硫酸、硫磺或液體SO2等，做到資源充分利用。
4 結語
針對北方主要產(chǎn)煤區(qū)資源多，水資源缺乏的國情，尋求節(jié)水、脫硫效率高的煙氣脫硫工藝勢在必行?；钚越狗煔饷摿蚬に嚸摿蜻^程基本不用水，特別適合于水資源缺乏地區(qū)，適合中國貧水國情及建設節(jié)約型社會發(fā)展政策。
該工藝在國外已應用到600 MW機組，并有多臺火電機組應用業(yè)績，國外運行電廠有日本的Isogo電廠和德國的阿茨博格電廠，脫硫效率分別達到95%和98%，特別是阿茨博格電廠活性焦煙氣脫硫裝置1987年投產(chǎn)，現(xiàn)已運行近20年，運行情況穩(wěn)定，在大機組采用活性焦煙氣脫硫工藝是可行的。
該工藝具有工藝系統(tǒng)簡單、工藝設備要求不高，不產(chǎn)生二次污染，活性焦生產(chǎn)原料易得，副產(chǎn)品用途廣泛等特點。該工藝可以實現(xiàn)脫硫脫硝一體化，可以同時脫除SO2、NOX和重金屬，可以滿足進一步嚴格的環(huán)保要求，值得推廣。
由于國內活性焦煙氣脫硫工藝起步較晚，國內專業(yè)環(huán)保公司對主要系統(tǒng)和設備的設計能力還有待提高。建議與國外公司合作，引進成熟的技術，推廣活性焦煙氣脫硫工藝技術。