焦?fàn)t煙氣循環(huán)流化床半干法脫硫技術(shù)應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn)分析

大氣網(wǎng)訊:摘要：我國是工業(yè)大國，燃煤電廠、煉焦化學(xué)及水泥、化工、玻璃行業(yè)等在生產(chǎn)的過程中產(chǎn)生一定量的粉塵、SO2、氮氧化物（NOx）和有害金屬元素等，煙氣中SO2 對環(huán)境的危害最為嚴(yán)重，大量SO2的排放會引起酸雨、光化學(xué)煙霧、臭氧層破壞和溫室效應(yīng)等一些列的環(huán)境問題，控制大氣中SO2的排放引起了全球的關(guān)注，同時也是我國目前大氣環(huán)境中保護(hù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。為了解決大氣污染，目前來看，就循環(huán)流化床辦干法脫硫工藝是最為理想的方法。本文對焦?fàn)t煙氣循環(huán)流化床半干法脫硫工藝的原理進(jìn)行了簡單的概述，然后就該工藝的優(yōu)缺點(diǎn)與發(fā)展進(jìn)行了詳細(xì)地分析。

1 焦?fàn)t煙氣半干法脫硫技術(shù)簡介

焦?fàn)t煙氣半干法脫硫技術(shù)是采用循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫工藝，根據(jù)循環(huán)流化床原理，焦?fàn)t煙氣在由粉料消石灰構(gòu)成的沸騰床層內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，焦?fàn)t煙氣在一定的流速范圍內(nèi)，與消石灰吸收劑粉料進(jìn)行強(qiáng)烈攪動，并多次再循環(huán)，延長消石灰吸收劑與焦?fàn)t煙氣的接觸時間，大大提高了吸收劑的利用率。此工藝可以實(shí)現(xiàn)消石灰吸收劑的連續(xù)輸入與輸出，循環(huán)流化床床層建立后，具有良好的反應(yīng)性能，而且易于控制，便于消石灰吸收劑的連續(xù)循環(huán)操作，同時具有流程簡單、占地小、投資少等優(yōu)點(diǎn)。脫硫效率能夠達(dá)到95%以上，與濕法脫硫相媲美。

1.1 焦?fàn)t煙氣特點(diǎn)及排放標(biāo)準(zhǔn)

1.1.1焦?fàn)t煙氣特點(diǎn)

從上表中可以看出：一是焦?fàn)t煙氣流量大，要求脫硫工藝處理能力大；二是焦?fàn)t煙氣溫度范圍基本為180-300℃，溫度波動范圍較大，焦?fàn)t煙氣中含有SO2，在180度至230度溫度區(qū)間內(nèi)，SO2易與氨反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硫酸銨，造成管道堵塞和設(shè)備腐蝕；三是焦?fàn)t煙氣成分復(fù)雜，含水量含量偏高，濃度一般為10%左右；四是焦?fàn)t煙囪必須始終處于熱備狀態(tài)，要考慮到脫硫系統(tǒng)進(jìn)出口煙氣溫度問題。

1.1.2焦?fàn)t煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)

而河北省在特別地區(qū)排放標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上再次提標(biāo)，對焦?fàn)t煙氣實(shí)施超低排放控制，在基準(zhǔn)含氧量8%條件下，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放限值分別為10毫克/立方米、30毫克/立方米、130毫克/立方米。根據(jù)河北省政府印發(fā)的《河北省打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動方案》要求，現(xiàn)有企業(yè)自2020年10月1日起執(zhí)行，新建企業(yè)自2019年1月1日實(shí)施之日起執(zhí)行。到2020年10月，全省焦化行業(yè)全部完成深度治理，達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 焦?fàn)t煙氣循環(huán)流化床半干法脫硫技術(shù)應(yīng)用

焦?fàn)t煙氣循環(huán)流化床半干法脫硫工藝系統(tǒng)核心就是循環(huán)流化床反應(yīng)系統(tǒng)，焦?fàn)t煙氣由流化床下部進(jìn)入循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)（一般在文丘里管縮口下部），與消石灰粉料在反應(yīng)器縮口處充分混合均勻，焦?fàn)t煙氣中SO2與消石灰反應(yīng)，生成含有結(jié)晶水的硫酸鈣及亞硫酸鈣。硫酸鈣及亞硫酸鈣等小顆粒反應(yīng)產(chǎn)物由焦?fàn)t煙氣從循環(huán)流化床反應(yīng)器頂部帶出，經(jīng)袋式除塵器與煙氣分離。分離出的固體小顆粒絕大部分被送回流化床反應(yīng)器內(nèi)，以延長消石灰與焦?fàn)t煙氣的接觸時間，提高利用效率。

為了提高脫硫效率，在循環(huán)流化床縮口上部布置一層噴霧裝置，將水霧化后噴入流化床反應(yīng)塔下部，使反應(yīng)溫度盡可能接近露點(diǎn)溫度，保持在煙囪熱備之上。

循環(huán)流化床半干法工藝所產(chǎn)生的副產(chǎn)品呈干粉狀，其化學(xué)組成主要有CaSO3、CaSO4以及未反應(yīng)的脫硫劑，定期從循環(huán)流化床底部排出。

1.3 焦?fàn)t煙氣循環(huán)流化床半干法脫硫工藝原理

焦?fàn)t煙氣循環(huán)流化床半干法脫硫工藝的原理是消石灰干粉和煙氣中的二氧化硫酸性氣體，在消石灰顆粒的表面發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)如下：

Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2O

Ca(OH)2+SO3→CaSO4+H2O

Ca(OH)2+SO2+1/2O2→CaSO4+H2O

在焦?fàn)t煙氣循環(huán)流化床內(nèi)，消石灰干粉、焦?fàn)t煙氣及噴入的霧化水，在反應(yīng)器內(nèi)充分混合，并多次再循環(huán)，使得反應(yīng)器內(nèi)參加反應(yīng)的消石灰量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于新投加的消石灰量，從而使SO2、SO3等酸性氣體能被充分地吸收，實(shí)現(xiàn)高效脫硫，一般脫硫效率能夠達(dá)到95%以上。

從余熱鍋爐出來的焦?fàn)t煙氣，從下部進(jìn)入循環(huán)流化床反應(yīng)器，焦?fàn)t煙氣通過底部的文丘里管的縮口進(jìn)行加速，直接進(jìn)入循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)，焦?fàn)t煙氣與固體的消石灰粉料在循環(huán)流化床內(nèi)經(jīng)過氣固兩相氣流的作用，產(chǎn)生激烈的湍動，實(shí)現(xiàn)氣固兩相充分混合，延長固氣兩相接觸時間，消石灰反應(yīng)物在上升的過程中，不斷形成聚團(tuán)物，由于重力問題，較大的顆粒聚團(tuán)物向下飄落，當(dāng)下落至循環(huán)流化床縮口附近，而聚團(tuán)物在激烈湍動中又不斷解體重新被氣流提升，使得氣固間的滑移速度高達(dá)單顆粒滑移速度的數(shù)十倍。循環(huán)流化床內(nèi)氣固兩相流機(jī)制，極大地強(qiáng)化了氣固間的傳質(zhì)與傳熱，實(shí)現(xiàn)了高效脫硫。

在循環(huán)流化床文丘里管縮口處上方設(shè)噴水霧化裝置，主要目的是降低煙氣溫度，能夠促進(jìn)SO2與Ca(OH)2反應(yīng)速率，同時要控制噴水量，焦?fàn)t煙氣溫要高于煙氣露點(diǎn)20℃左右，保證排煙溫度在熱備溫度之上。在循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)，消石灰與煙氣中的二氧化硫在塔內(nèi)進(jìn)行第二步的充分反應(yīng)，生成副產(chǎn)物主要是含結(jié)晶水的硫酸鈣、亞硫酸鈣等。

焦?fàn)t煙氣在上升過程中，較小的固體顆粒物隨煙氣被帶出反應(yīng)塔，較大的團(tuán)聚物因自重重新回流到循環(huán)流化床內(nèi)，進(jìn)一步增加了流化床的床層顆粒濃度和延長吸收劑的反應(yīng)時間，從而有效地保證了脫硫效率。

在整個脫硫系統(tǒng)中，焦?fàn)t煙氣中含有酸性的SO3 全部去除，而排煙溫度始終控制在高于露點(diǎn)溫度20℃，能夠保證整個系統(tǒng)無腐蝕現(xiàn)象，無須做任何防腐處理。

凈化后的含塵焦?fàn)t煙氣從循環(huán)流化床頂部側(cè)向排出，直接進(jìn)入袋式除塵器，利用引風(fēng)機(jī)動力排入原煙囪。經(jīng)袋式除塵器系統(tǒng)捕集下來的固體顆粒，通過除塵器下排灰機(jī)構(gòu)，利用壓縮空氣動能，實(shí)現(xiàn)固體顆粒物再循環(huán)，返回循環(huán)流化床內(nèi)繼續(xù)參加反應(yīng)，經(jīng)過多次循環(huán)，多余的少量脫硫灰渣通過氣力輸灰輸送至脫硫灰倉內(nèi)，再通過二級輸送設(shè)備外排。

2 循環(huán)流化床半干法脫硫技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫技術(shù)的工藝優(yōu)點(diǎn)如下：

①工藝簡單、投資和運(yùn)行費(fèi)用低；

②吸收劑利用率高、無廢水產(chǎn)生；

③脫硫效率能達(dá)到90%以上；

④屬于半干法脫硫，無廢水、廢液外排，設(shè)備腐蝕小，凈化過程溫降較氨法脫硫小、利于煙囪排氣擴(kuò)散反應(yīng)溫降低，脫硫后的煙氣能夠回焦?fàn)t煙囪直接排放，能夠保證煙囪熱備和防止焦?fàn)t煙囪酸腐蝕；

⑤脫硫的位置既可以布置在脫硝前，也可以布置在脫硝后，比較靈活；

⑥整套脫硫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無腐蝕。在循環(huán)流化床內(nèi)具有優(yōu)良的傳質(zhì)傳熱條件，使反應(yīng)器內(nèi)的霧化水迅速蒸發(fā)，并且可瞬間脫除全部的酸性氣體SO3，并且煙氣溫度控制在露點(diǎn)溫度20℃以上，可確保反應(yīng)器及其下游設(shè)備不會產(chǎn)生腐蝕，整套設(shè)備無需防腐；

⑦具有良好的焦?fàn)t煙氣中二氧化硫濃度變化的適應(yīng)性，當(dāng)煙氣含硫量或要求的脫硫效率發(fā)生變化時，無需增加任何工藝設(shè)備，僅需調(diào)節(jié)脫硫劑的耗量便可以滿足更高的脫硫率的要求；

2.2 循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫技術(shù)的工藝缺點(diǎn)如下：

①對于煙氣中硫含量高且排放要求嚴(yán)格的地區(qū)不建議采用；

②脫硫后的煙氣中含有顆粒物，因此脫硫后的煙氣需增加布袋除塵器方能使顆粒物達(dá)標(biāo)排放。

③固體廢棄物：硫酸鈣及粉塵混合物

④占地較大

2.3 循環(huán)流化床半干法脫硫的改進(jìn)

（1）加大對脫硫反應(yīng)器的研發(fā)力度，使脫硫劑（消石灰）與煙氣在反應(yīng)器內(nèi)均勻混合，加大脫硫劑在反應(yīng)器內(nèi)停留時間，提高脫硫效率。

（2）對脫硫工藝產(chǎn)生的固體廢棄物下游應(yīng)用加大力度開發(fā)，得到合理應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的綠色生產(chǎn)。

3 結(jié)語

循環(huán)流化床半干法脫硫技術(shù)可以有效的治理焦?fàn)t煙氣中的SO2，與干法脫硫及濕法脫硫的工藝相比，具有操作流程簡單、投資少、效率高等優(yōu)點(diǎn)，完成能夠達(dá)到《煉焦化學(xué)工業(yè)大氣污染物超低排放標(biāo)準(zhǔn)》。