一、14種煙氣脫硫技術(shù)詳解
濕法煙氣脫硫技術(shù)(WFGD)吸收劑在液態(tài)下與SO2反應(yīng)，脫硫產(chǎn)物也為液態(tài)。該法脫硫效率高、運(yùn)行穩(wěn)定，但投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高、系統(tǒng)復(fù)雜、脫硫后產(chǎn)物較難處理、易造成二次污染。
干法煙氣脫硫技術(shù)(DFGD)脫硫吸收和產(chǎn)物處理均在干狀態(tài)下進(jìn)行。該法系統(tǒng)簡(jiǎn)單、無(wú)污水和廢酸排出、設(shè)備腐蝕小、運(yùn)行費(fèi)用低，但脫硫效率較低。
半干法煙氣脫硫技術(shù)(SDFGD)半干法吸取了濕法和干法的優(yōu)點(diǎn)，脫硫劑在濕態(tài)下脫硫，脫硫產(chǎn)物以干態(tài)排出。該法既具有濕法脫硫反應(yīng)速度快、脫硫效率高的優(yōu)點(diǎn)，又具有干法無(wú)污水和廢酸排出、硫后產(chǎn)物易于處理的優(yōu)點(diǎn)。
濕法煙氣脫硫技術(shù)優(yōu)點(diǎn):濕法煙氣脫硫技術(shù)為氣液反應(yīng)，反應(yīng)速度快，脫硫效率高，一般均高于90%，技術(shù)成熟，適用面廣。濕法脫硫技術(shù)比較成熟，生產(chǎn)運(yùn)行安全可靠，在眾多的脫硫技術(shù)中，始終占據(jù)主導(dǎo)地位，占脫硫總裝機(jī)容量的 80% 以上。缺點(diǎn): 生成物是液體或淤渣，較難處理，設(shè)備腐蝕性嚴(yán)重，洗滌后煙氣需再熱，能耗高，占地面積大，投資和運(yùn)行費(fèi)用高、系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備龐大、耗水量大、一次性投資高，一般適用于大型電廠。分類: 常用的濕法煙氣脫硫技術(shù)有石灰石-石膏法、間接的石灰石-石膏法、檸檬吸收法等。
1、石灰石/石灰-石膏法原理:是利用石灰石或石灰漿液吸收煙氣中的 SO2，生成亞硫酸鈣，經(jīng)分離的亞硫酸鈣( CaO3S)可以拋棄，也可以氧化為硫酸鈣( CaSO4)，以石膏形式回收。這是目前世界上技術(shù)最成熟、運(yùn)行狀況最穩(wěn)定的脫硫工藝，脫硫效率達(dá)到 90% 以上。
2、間接石灰石-石膏法常見(jiàn)的間接石灰石-石膏法有: 鈉堿雙堿法、堿性硫酸鋁法和稀硫酸吸收法等。原理: 鈉堿、堿性氧化鋁 (Al2O3˙nH2O)或稀硫酸 (H2SO4) 吸收 SO2，生成的吸收液與石灰石反應(yīng)而得以再生，并生成石膏。該法操作簡(jiǎn)單，二次污染少，無(wú)結(jié)垢和堵塞問(wèn)題，脫硫效率高，但是生成的石膏產(chǎn)品質(zhì)量較差。
3、檸檬吸收法原理:檸檬酸(H3C6H5O7˙H2O)溶液具有較好的緩沖性能，當(dāng)SO2氣體通過(guò)檸檬酸鹽液體時(shí)，煙氣中的 SO2與水中 H+發(fā)生反應(yīng)生成 H2SO3絡(luò)合物，SO2吸收率在 99% 以上。這種方法僅適于低濃度 SO2煙氣，而不適于高濃度 SO2氣體吸收，應(yīng)用范圍比較窄。另外，還有海水脫硫法、磷銨復(fù)肥法、液相催化法等濕法煙氣脫硫技術(shù)。
干法煙氣脫硫技術(shù)優(yōu)點(diǎn):干法煙氣脫硫技術(shù)為氣同反應(yīng)，相對(duì)于濕法脫硫系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、占地面積小、投資和運(yùn)行費(fèi)用較低、操作方便、能耗低、生成物便于處置、無(wú)污水處理系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn): 反應(yīng)速度慢，脫硫率低，先進(jìn)的可達(dá)60～80%。但目前此種方法脫硫效率較低，吸收劑利用率低，磨損、結(jié)垢現(xiàn)象比較嚴(yán)重，在設(shè)備維護(hù)方面難度較大，設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性不高，且壽命較短，限制了此種方法的應(yīng)用。分類: 常用的干法煙氣脫硫技術(shù)有活性炭吸附法、電子束輻射法、荷電干式吸收劑噴射法、金屬氧化物脫硫法等。典型的干法脫硫系統(tǒng)是將脫硫劑(如石灰石、白云石或消石灰)直接噴入爐內(nèi)。以石灰石為例，在高溫下煅燒時(shí)，脫硫劑煅燒后形成多孔的氧化鈣顆粒，它和煙氣中的 SO2反應(yīng)生成硫酸鈣，達(dá)到脫硫的目的。
4、活性炭吸附法原理:SO2被活性炭吸附并被催化氧化為三氧化硫(SO3)，再與水反應(yīng)生成 H2SO4，飽和后的活性炭可通過(guò)水洗或加熱再生，同時(shí)生成稀H2SO4或高濃度SO2。可獲得副產(chǎn)品H2SO4，液態(tài)SO2和單質(zhì)S，即可以有效地控制SO2的排放，又可以回收硫資源。該技術(shù)經(jīng)西安交通大學(xué)對(duì)活性炭進(jìn)行了改進(jìn)，開(kāi)發(fā)出成本低、選擇吸附性能強(qiáng)的ZL30，ZIA0，進(jìn)一步完善了活性炭的工藝，使煙氣中SO2吸附率達(dá)到 95.8%，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
5、電子束輻射法原理:用高能電子束照射煙氣，生成大量的活性物質(zhì)，將煙氣中的SO2和氮氧化物氧化為 SO3和二氧化氮(NO2)，進(jìn)一步生成H2SO4和硝酸(NaNO3)，并被氨(NH3)或石灰石(CaCO3)吸收劑吸收。
6、荷電干式吸收劑噴射脫硫法原理:吸收劑以高速流過(guò)噴射單元產(chǎn)生的高壓靜電電暈充電區(qū)，使吸收劑帶有靜電荷，當(dāng)吸收劑被噴射到煙氣流中，吸收劑因帶同種電荷而互相排斥，表面充分暴露，使脫硫效率大幅度提高。此方法為干法處理，無(wú)設(shè)備污染及結(jié)垢現(xiàn)象，不產(chǎn)生廢工業(yè)煙氣脫硫技術(shù)研究進(jìn)展水廢渣，副產(chǎn)品還可以作為肥料使用，無(wú)二次污染物產(chǎn)生，脫硫率大于90%，而且設(shè)備簡(jiǎn)單，適應(yīng)性比較廣泛。但是此方法脫硫靠電子束加速器產(chǎn)生高能電子; 對(duì)于一般的大型企業(yè)來(lái)說(shuō)，需大功率的電子槍，對(duì)人體有害，故還需要防輻射屏蔽，所以運(yùn)行和維護(hù)要求高。四川成都熱電廠建成一套電子脫硫裝置，煙氣中SO2的脫硫達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
7、金屬氧化物脫硫法原理: 根據(jù) SO2是一種比較活潑的氣體的特性，氧化錳(MnO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鐵(Fe3O4) 、氧化銅(CuO)等氧化物對(duì)SO2具有較強(qiáng)的吸附性，在常溫或低溫下，金屬氧化物對(duì) SO2起吸附作用，高溫情況下，金屬氧化物與 SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成金屬鹽。然后對(duì)吸附物和金屬鹽通過(guò)熱分解法、洗滌法等使氧化物再生。這是一種干法脫硫方法，雖然沒(méi)有污水、廢酸，不造成污染，但是此方法也沒(méi)有得到推廣，主要是因?yàn)槊摿蛐时容^低，設(shè)備龐大，投資比較大，操作要求較高，成本高。該技術(shù)的關(guān)鍵是開(kāi)發(fā)新的吸附劑。以上幾種 SO2煙氣治理技術(shù)目前應(yīng)用比較廣泛，雖然脫硫率比較高，但是工藝復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用高，防污不徹底，造成二次污染等不足，與我國(guó)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境和諧發(fā)展的大方針不相適應(yīng)，故有必要對(duì)新的脫硫技術(shù)進(jìn)行探索和研究。
半干法煙氣脫硫技術(shù)半干法脫硫包括噴霧干燥法脫硫、半干半濕法脫硫、粉末- 顆粒噴動(dòng)床脫硫、煙道噴射脫硫等。
8、噴霧干燥法噴霧干燥脫硫方法是利用機(jī)械或氣流的力量將吸收劑分散成極細(xì)小的霧狀液滴，霧狀液滴與煙氣形成比較大的接觸表面積，在氣液兩相之間發(fā)生的一種熱量交換、質(zhì)量傳遞和化學(xué)反應(yīng)的脫硫方法。一般用的吸收劑是堿液、石灰乳、石灰石漿液等，目前絕大多數(shù)裝置都使用石灰乳作為吸收劑。一般情況下，此種方法的脫硫率 65%～85% 。其優(yōu)點(diǎn): 脫硫是在氣、液、固三相狀態(tài)下進(jìn)行，工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，生成物為干態(tài)的CaSO4、CaSO4，易處理，沒(méi)有嚴(yán)重的設(shè)備腐蝕和堵塞情況，耗水也比較少。缺點(diǎn): 自動(dòng)化要求比較高，吸收劑的用量難以控制，吸收效率不是很高。所以，選擇開(kāi)發(fā)合理的吸收劑是解決此方法面臨的新難題。
9、半干半濕法半干半濕法是介于濕法和干法之間的一種脫硫方法，其脫硫效率和脫硫劑利用率等參數(shù)也介于兩者之間，該方法主要適用于中小鍋爐的煙氣治理。這種技術(shù)的特點(diǎn)是: 投資少、運(yùn)行費(fèi)用低，脫硫率雖低于濕法脫硫技術(shù)，但仍可達(dá)到70%tn，并且腐蝕性小、占地面積少，工藝可靠。工業(yè)中常用的半干半濕法脫硫系統(tǒng)與濕法脫硫系統(tǒng)相比，省去了制漿系統(tǒng)，將濕法脫硫系統(tǒng)中的噴入Ca(OH)2: 水溶液改為噴入CaO或Ca(OH)2 粉末和水霧。與干法脫硫系統(tǒng)相比，克服了爐內(nèi)噴鈣法SO2和CaO反應(yīng)效率低、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，提高了脫硫劑的利用率，且工藝簡(jiǎn)單，有很好的發(fā)展前景。
10、粉末一顆粒噴動(dòng)床半千法煙氣脫硫法技術(shù)原理: 含SO2的煙氣經(jīng)過(guò)預(yù)熱器進(jìn)入粉粒噴動(dòng)床，脫硫劑制成粉末狀預(yù)先與水混合，以漿料形式從噴動(dòng)床的頂部連續(xù)噴入床內(nèi)，與噴動(dòng)粒子充分混合，借助于和熱煙氣的接觸，脫硫與干燥同時(shí)進(jìn)行。脫硫反應(yīng)后的產(chǎn)物以干態(tài)粉末形式從分離器中吹出。這種脫硫技術(shù)應(yīng)用石灰石或消石灰做脫硫劑。具有很高的脫硫率及脫硫劑利用率，而且對(duì)環(huán)境的影響很小。但進(jìn)氣溫度、床內(nèi)相對(duì)濕度、反應(yīng)溫度之間有嚴(yán)格的要求，在漿料的含濕量和反應(yīng)溫度控制不當(dāng)時(shí)，會(huì)有脫硫劑粘壁現(xiàn)象發(fā)生。
11、煙道噴射半干法煙氣脫硫該方法利用鍋爐與除塵器之間的煙道作為反應(yīng)器進(jìn)行脫硫，不需要另外加吸收容器，使工藝投資大大降低，操作簡(jiǎn)單，需場(chǎng)地較小，適合于在我國(guó)開(kāi)發(fā)應(yīng)用。半干法煙道噴射煙氣脫硫即往煙道中噴人吸收劑漿液，漿滴邊蒸發(fā)邊反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物以干態(tài)粉末出煙道。
脫硫新技術(shù)最近幾年，科技突飛猛進(jìn)，環(huán)境問(wèn)題已提升到法律高度。我國(guó)的科技工作者研制出了一些新的脫硫技術(shù)，但大多還處于試驗(yàn)階段，有待于進(jìn)一步的工業(yè)應(yīng)用驗(yàn)證。
12、硫化堿脫硫法由 Outokumpu公司開(kāi)發(fā)研制的硫化堿脫硫法主要利用工業(yè)級(jí)硫化納作為原料來(lái)吸收SO2工業(yè)煙氣，產(chǎn)品以生成硫磺為目的。反應(yīng)過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，有Na2SO4、Na2SO3、Na2S203、S、Na2Sx等物質(zhì)生成，由生成物可以看出過(guò)程耗能較高，而且副產(chǎn)品價(jià)值低，華南理工大學(xué)的石林經(jīng)過(guò)研究表明過(guò)程中的各種硫的化合物含量隨反應(yīng)條件的改變而改變，將溶液pH值控制在5.5~6.5 之間，加入少量起氧化作用的添加劑 TFS，則產(chǎn)品主要生成Na2S203，過(guò)濾、蒸發(fā)可得到附加值高的5H20˙Na2S203，而且脫硫率高達(dá)97%，反應(yīng)過(guò)程為:SO2+Na2S=Na2S203+S。此種脫硫新技術(shù)已通過(guò)中試，正在推廣應(yīng)用。
13、膜吸收法以有機(jī)高分子膜為代表的膜分離技術(shù)是近幾年研究出的一種氣體分離新技術(shù)，已得到廣泛的應(yīng)用，尤其在水的凈化和處理方面。中科院大連物化所的金美等研究員創(chuàng)造性地利用膜來(lái)吸收脫出 SO2氣體，效果比較顯著，脫硫率達(dá)90%。過(guò)程是:他們利用聚丙烯中空纖維膜吸收器，以 NaOH 溶液為吸收液，脫除 SO2氣體，其特點(diǎn)是利用多孔膜將氣體SO2氣體和NaOH吸收液分開(kāi)，SO2氣體通過(guò)多孔膜中的孔道到達(dá)氣液相界面處，SO2與NaOH 迅速反應(yīng)，達(dá)到脫硫的目的。此法是膜分離技術(shù)與吸收技術(shù)相結(jié)合的一種新技術(shù)，能耗低，操作簡(jiǎn)單，投資少。
14、微生物脫硫技術(shù)根據(jù)微生物參與硫循環(huán)的各個(gè)過(guò)程，并獲得能量這一特點(diǎn)，利用微生物進(jìn)行煙氣脫硫，其機(jī)理為: 在有氧條件下，通過(guò)脫硫細(xì)菌的間接氧化作用，將煙氣中的SO2氧化成硫酸，細(xì)菌從中獲取能量。生物法脫硫與傳統(tǒng)的化學(xué)和物理脫硫相比，基本沒(méi)有高溫、高壓、催化劑等外在條件，均為常溫常壓下操作，而且工藝流程簡(jiǎn)單，無(wú)二次污染。國(guó)外曾以地?zé)岚l(fā)電站每天脫除5t 量的H2S為基礎(chǔ);計(jì)算微生物脫硫的總費(fèi)用是常規(guī)濕法50%。無(wú)論對(duì)于有機(jī)硫還是無(wú)機(jī)硫，一經(jīng)燃燒均可生成被微生物間接利用的無(wú)機(jī)硫SO2，因此，發(fā)展微生物煙氣脫硫技術(shù)，很具有潛力。四川大學(xué)的王安等人在實(shí)驗(yàn)室條件下，選用氧化亞鐵桿菌進(jìn)行脫硫研究，在較低的液氣比下，脫硫率達(dá) 98% 。
煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)目前已有的各種技術(shù)都有自己的優(yōu)勢(shì)和缺陷，具體應(yīng)用時(shí)要具體分析，從投資、運(yùn)行、環(huán)保等各方面綜合考慮來(lái)選擇一種適合的脫硫技術(shù)。隨著科技的發(fā)展，某一項(xiàng)新技術(shù)韻產(chǎn)生都會(huì)涉及到很多不同的學(xué)科，因此，留意其他學(xué)科的最新進(jìn)展與研究成果，并把它們應(yīng)用到煙氣脫硫技術(shù)中是開(kāi)發(fā)新型煙氣脫硫技術(shù)的重要途徑，例如微生物脫硫、電子束法脫硫等脫硫新技術(shù)，由于他們各自獨(dú)特的特點(diǎn)都將會(huì)有很大的發(fā)展空間。隨著人們對(duì)環(huán)境治理的日益重視和工業(yè)煙氣排放量的不斷增加，投資和運(yùn)行費(fèi)用少、脫硫效率高、脫硫劑利用率高、污染少、無(wú)二次污染的脫硫技術(shù)必將成為今后煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)。各種各樣的煙氣脫硫技術(shù)在脫除SO2的過(guò)程中取得了一定的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)保效益，但是還存在一些不足，隨著生物技術(shù)及高新技術(shù)的不斷發(fā)展，電子束脫硫技術(shù)和生物脫硫等一系列高新、適用性強(qiáng)的脫硫技術(shù)將會(huì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的脫硫方法
聯(lián)合脫硫脫氮技術(shù)的發(fā)展前景目前國(guó)內(nèi)外對(duì)聯(lián)合脫硫脫氮技術(shù)的研究十分活躍，除上述介紹的幾種工藝外，還有不少較好的技術(shù)，有一些尚處于試驗(yàn)階段。從近幾年國(guó)外煙氣治理的趨勢(shì)看，同時(shí)脫硫脫硝甚至脫 CO2及有毒金屬(Hg，Pb 等)的聯(lián)合處理工藝深受重視。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大量最新的工程理論及技術(shù)被引入煙氣治理領(lǐng)域，如：高效液相催化氧化法、電化學(xué)法、膜分離技術(shù)以及氣體液化技術(shù)等。這些新技術(shù)、新觀念的引入，必定促進(jìn)技術(shù)成熟、工藝可行的新型煙氣治理技術(shù)不斷涌現(xiàn)。我國(guó)是個(gè)燃煤大國(guó)，大氣中 87%的二氧化硫和70%的氮氧化合物及79%的粉塵來(lái)源于燃燒過(guò)程，如何選擇高效低投資的煙氣治理方案，是環(huán)保工作者面臨的重大課題。應(yīng)該看到，二氧化硫一方面是酸雨的罪魁禍?zhǔn)?，另一方面，它又是寶貴的硫資源。