第六节吸收法净化工业废气

第六节吸收法净化低浓度二氧化硫废气

在有害气体治理中，尤其是在低浓度气态污染物的治理中，吸收法占有绝对的优势。不论是无机还是有机废气，在所有产生气态污染物的场合，都大量采用吸收法进行治理。

一、概述

在各类气态污染物中，二氧化硫是数量最大、影响面最广的大气污染物。几十年来出现的大气污染事件几乎都与二氧化硫有关。二氧化硫已成为衡量一个国家、地区大气质量的主要指标之一，是酸雨的主要来源。

二氧化硫的主要人为排放源是矿石燃料燃烧、有色金属冶炼和一些化工过程。对于高浓度（含量＞2%）的废气，一般采取制酸；对低浓度（＜2%，大部分0.5%以下＝SO2废气，由于量大面广，对大气的质量影响很大。因此，对它的研究，国内外都非常活跃，先后出现了近百种烟气脱硫工艺。我国目前也已基本上肯定了采用烟气脱硫装置控制SO2污染的必要性，并把重点放在了选择和使用经济上合理、技术上先进、适合我国国情的烟气脱硫技术上。

二、吸收法治理火电厂烟气中的二氧化硫

国内外在低浓度SO2废气治理的研究上，重点放在了火电厂的烟气脱硫上，在各国研究的近百种烟气脱硫方法中真正用于火力发电厂的才只有十余种，而这十余种方法中，除一些干法，如炉内喷钙、循环流化床燃烧、电子束法以及一些吸附法之外，大部分较成熟的方法均是吸收法工艺。

目前国内外工业化烟气脱硫装置运行最多的当属湿式石灰石（石灰）吸收二氧化硫的方法，约占湿法脱硫的百分之七十以上。其它还有石灰-亚硫酸钙法、喷雾干燥法、烟气循环流化床法等。在用氨作吸收剂的吸收法中，有氨-酸法、氨-亚硫酸氨法、氨-硫酸氨法。在用NaOH、Na2CO3等作吸收剂的吸收法中，有亚硫酸循环法、亚硫酸钠法、钠碱-酸分解法、钠碱-石膏法。另外还有碱式硫酸铝法、金属氧化物法、海水脱硫等工艺，均属吸收法烟气脱硫工艺。以上方法在国内外发电装置的脱硫上已得到了广泛的应用。这些工艺的详细内容将在第五章中讲述。

三、中小型燃煤锅炉脱硫方法

主要集中在人口密集的城市和城郊工业区的中小型燃煤锅炉，目前还是我国重要的热能动力设施，由于它使用面广，需求量大，每年向大气中排放的烟尘和SO2几乎占到工业锅炉排放量的一半。根据环保的要求，大多数安装了各种类型的除尘装置，但对SO2的控制则比较滞后，随着国家环保法规的实施，中小型锅炉SO2控制已成为一个紧迫的问题。因此，开发先进的中小型锅炉脱硫技术是国人关注的重点。

（一）中小型燃煤锅炉SO2排放的特点

与电站锅炉不同，中小型燃煤锅炉具有以下特点：

1. 锅炉数量大，分布面广。据统计，一个50万人口的中小城市，中小型锅炉的数量可达2000多台。

2. 锅炉吨位小，型号多。工业和民用的中小型锅炉大都吨位比较小，其中2~10T/h居多，而且型号多，燃烧方式不一，有链条炉排、往复炉排，更有一些手烧炉，这些都给烟气治理带来了相当的难度。

3. 燃料结构复杂多变，一般的中小型锅炉在用煤上都没有严格的要求，只要求好烧，价格便宜，对煤的灰分特别是含硫量从不考虑，因而造成煤种变化频繁，给治理装置带来困难。

4. 锅炉操作管理水平低，加上炉型结构和加煤方式不合理，造成燃烧状况不好，稍不注意就黑烟滚滚。另外，锅炉烟气温度过高也是一大特点。

5. 环保意识也有待提高。

（二）对中小型燃煤锅炉脱硫装置的要求

1. 采用除尘脱硫一体化装置

目前，大多数中小型燃煤锅炉都只有除尘装置，若象电站锅炉一样，先除尘后脱硫，一是投资大，二是场地也不允许。同时大多数地区对中小型锅炉的脱硫率要求比电站锅炉低。宜采用除尘脱硫一体化装置，投资和占地少，是比较理想的方法。

2. 要求主体设备低阻高效

要在现有除尘装置的基础上加装一套脱硫装置，最大的要求是使脱硫装置的阻力降至最低，否则，还需要增加或更换风机，从而加大了投资。即使是安装除尘脱硫一体化装置，也希望在不增加或少增加锅炉烟气系统阻力的前提下，有较高的除尘效率和较合适的脱硫效率。

3. 要求采用来源广泛、价格便宜的脱硫剂，包括可用的碱性工业废水、碱性矿井水、冲渣水等，以节省运行费用。

4. 注意脱硫装置的抗热和防腐蚀，中小型燃煤锅炉大都使用湿法工艺，为防腐蚀，不少都采用有机高分子材料，但是很多锅炉烟气温度很高，有的高达250℃，稍不注意就会使有机材料烧毁。因此在装置制造的选材上，根据具体情况，既要考虑抗热又能防止腐蚀，这在设计上就应考虑。为了降低成本，又能防腐耐用，可考虑内衬防腐材料。

（三）介绍几种中小型燃煤锅炉的脱硫工艺

对于中小型燃煤锅炉脱硫，近年来有众多的关注。基本指导思想是脱硫除尘一体化，要求有较高的除尘效率和符合要求的脱硫效率。

除尘技术发展到今天，已相当成熟，如何在一个装置中实现同时除尘脱硫或先除尘后脱硫是问题的关键。现已开发出不少类型的装置。

装置的思路还是基于气液吸收，根据气液接触形式采用气相连续或液相连续或气液均分散的方式。

1. WX型模块式锅炉烟气除尘脱硫装置

WX型模块式锅炉烟气除尘脱硫装置是天津大学环境科学与工程研究院开发的，该装置已列入1999年国家环保高技术产业化重大专项计划中“锅炉烟气除尘脱硫成套装置高技术产业化示范工程”项目，最近国家计划委员会又将该项目列入国债增量基金项目。

WX型模块式锅炉烟气除尘脱硫装置是为工业锅炉烟气除尘脱硫设计的除尘脱硫一体化装置，该装置采用了天津大学两项专利技术。除尘脱硫在一个装置内完成，流程短，占地面积小，结构简单，造价低廉，运行可靠，成本低，效果好。除尘效率可达95%~99%，在钙硫比为1.3时，脱硫效率可达85%，该装置采用模块式结构设计，已形成了标准化、系列化。目前该装置已成功地应用于75T/H以下的工业锅炉上。

（1）装置的结构与运行

WX型脱硫除尘装置由喷淋器、分气箱、文丘里洗涤器、三相旋流分离器、分水器、液封槽六个组件组成。

运行时，含有粉尘和SO2的烟气首先进入装置的分气箱，使烟气均匀地分配到文丘里管的收缩段入口处。吸收剂浆液（主要是石灰浆液）通过喷淋器雾化，在文丘里喉口上部形成伞状雾幕，撞击文丘里管收缩段外壁产生二次反射，此时，由于高速流动的烟气的撕裂作用。使液滴变成更小的雾滴，加大了传质面积，当洗涤液雾滴与烟气通过喉口时，高速烟气与雾滴充分混合，完成了除尘与脱硫两个工艺过程。经过反应的气液固三相流体混合物经过三相旋流器的导叶轮，产生离心惯性力，灰水沿四壁流动，气液形成分离层，在分水器内完成气液分离，灰水进入液封槽，清液循环使用。

（2）装置设计的独特之处

WX型脱硫除尘装置在设计上有其独到之处，根据除尘效率只与投入的有效功有关的原理，经过对文丘里管几何尺寸的优化，使无用功减到最小，同时设计了能量回收装置，可回收能量20%~30%，装置的合理设计，强化了颗粒拦截、润湿、碰撞及其与气体的分离，从而使除尘效率大大提高。实验证实，当颗粒直径为1μm、喉口气速为50m/s时，除尘效率可达99.9%。在SO2的吸收上，引入了钠离子作催化剂，提高了吸收剂的吸收活性，保持了浆液的高pH值。设计的三相旋流分离器，对分离半径和内环半径进行了精心的优化计算设计，达到了用最小的功率获得最大的分离效率。

目前，天津大学环科院正致力于该装置大型化开发，力争用于大型的电站锅炉联合除尘脱硫工程。

2. AFGD气动脱硫技术

AFGD（Aerodynamic Flue Gas Desulfurization）气动脱硫技术是北京空气动力研究所在俄罗斯技术的基础上进行消化、吸收、改进开发出来的一种新型除尘脱硫一体化技术。

（1）气动脱硫原理

气动脱硫是利用空气动力学中的旋涡运动理论，其基本原理是经加速的烟气从过滤器（吸收塔）下部进入形成高速旋转气流与塔顶流下的吸收液相遇，液体被气体托住，并反复高速旋切成雾滴，形成一段动态稳定的乳化层，气液在乳化层中高速传质后，乳化液被新形成的乳化液取代，捕集过粉尘和吸收过SO2的液体从塔底排出，净化气体从塔顶排出。

（2）气动脱硫技术的优点