烟气脱硫技术综述

烟气脱硫技术综述
摘要：由于中国燃料结构以煤为主的特点，致使中国目前大气污染仍以煤烟型污染为主。

其中尘和酸雨危害最大，且污染程度还在加剧.因此，控制燃煤烟尘的2SO ，对改善大气污染状况至关重.烟气脱硫是目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方式，综述主要的湿法、干法、半干法烟气脱硫技术的主要特点，烟气脱硫技术的现状及发展趋势。

关键词：二氧化硫、烟气脱硫、脱硫技术。

0 前言
煤炭在中国能源结构中的比例高达75 % 以上，我国排放的2SO 90 % 均来自于燃煤。

带来了严重的大气污染问题。

控制2SO 污染的途径有三种： 燃烧前脱硫、燃烧过程脱硫和燃烧后脱硫，燃烧后脱硫也即是烟气脱硫。

烟气脱硫是目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方式。

根据脱硫剂的类型可分为湿法、干法和半干法脱硫，烟气脱硫技术(FGD)是解决烟气排放污染的主要途径。

1 烟气脱硫的基本原理
烟气脱硫的基本原理是化学反应的酸、碱中和反应。

烟气中的2SO 是酸性物质，通过与碱性物质发生反应，生成亚硫酸盐或者硫酸盐，从而将烟气中的2SO 脱除。

最常用的碱性物质是石灰石(碳酸钙3CaCO )、生石灰(氧化钙CaO ) 和熟石灰(氢氧化钙()2OH Ca )，也可以用氨和海水等其它碱性物质。

2SO 与碱性物质间的反应在碱性溶液中发生称为湿法烟气脱硫技术，在固体碱性物质的湿润表面发生称为干法或半干法烟气脱硫技术。

2 湿法烟气脱硫工艺
湿法烟气脱硫是指应用液体吸收剂( 如水和碱性溶液等)，洗涤含二氧化硫烟气脱除烟气中的二氧化硫. 此法的优点是脱硫效率高、设备小、投资少、操作容易、稳定，以及占地面积小；缺点是易造成二次污染，存在废水处理问题，特
别是洗涤后烟气的温度较低(一般低60℃)，不利于烟囱排气的扩散，易产生“白烟”，需二次加热，结垢及堵塞严重等.湿法脱硫目前采用的方法比较多，如石灰石-石膏法、柠檬酸法、硫化碱法等。

2.1 石灰石/ 石青法烟气脱硫技术
该技术以石灰石浆液作为脱硫剂，在吸收塔内对烟气进行喷淋洗涤，使烟气中的2SO 反应生成3CaSO ，同时向吸收塔的浆液中鼓人空气，强制使3CaSO 氧化为4CaSO ( 石膏) ，脱硫的副产品为石膏。

由于石灰石价格便宜，易于运输和保存，因而已成为湿法烟气脱硫工艺的主要脱硫剂。

石灰石/石膏强制氧 化技术成为燃煤电厂优先选择的湿法烟气脱硫工艺。

石灰石/ 石膏法的主要优点是：
(1) 煤种适用范围广；
(2)脱硫效率高( 脱硫效率大于95 % ) ；
(3)吸收剂利用率高( 可大于90 % ) ；
(4)设备运转率高(可达90 % 以上) ；
(5)工作可靠性高；
(6) 脱硫剂一石灰石来源丰富且廉价。

但是石灰石/石膏法的缺点也比较明显：
(1) 一次性投资费用高；
(2) 运行费用高；
(3) 占地面积较大；
(4) 系统管理操作复杂；
(5) 磨损腐蚀现象较为严重；
(6) 副产物一石膏很难处理；
(7) 脱硫废水较难处理。

2.2 海水烟气脱硫法
海水有一定的碱度和水化学特性，因此该方法可用于燃煤含硫量不高并以海水作为循环冷却水的海滨电厂。

海水脱硫法的原理是用海水作为脱硫剂，在吸 收塔内对烟气进行逆向喷淋洗涤，烟气中的2SO 被海水吸收成为液态2SO ，液
态的2SO 在洗涤液中发生水解和氧化作用，洗涤液被引人曝气池，采用提高PH 值抑制2SO 认气体的溢出，鼓人空气使曝气池中的水溶性2SO 被氧化成为 24SO 。

海水脱硫技术的主要特点：
(1)工艺简单，无需制备脱硫剂，系统可用率高；
(2)脱硫效率高，可达90 %以上；
(3)与其他湿法工艺相比，投资低，运行费用低；
(4)此法只适用于海滨电厂，有一定的地域限制，且只能适用于燃煤含硫量小于
1.5%的中、低硫煤。

2.3 氛法烟气脱硫技术
氨法脱硫的原理是采用氨水作为脱硫吸收剂，氨水与烟气在吸收塔中接触混合，烟气中的2SO 与氨水反应生成亚硫酸钱，亚硫酸按经过氧化反应后，生成硫酸铁溶液，经结晶、脱水、干燥后即可制得硫酸铁( 化学肥料)。

氨法脱硫工艺的主要技术特点：
(1)副产品硫酸按的销路和价格是氨法工艺应用的先决条件。

这是由于氨法所采用的吸收剂氨水价格比石灰石高，如果副产品无销路或销售价格低，不能抵消吸收剂费用，则不能应用氨法脱硫工艺；
(2)由于氨水与2SO 的反应速度要比石灰石(或石灰) 与2SO 的反应速度快得多，同时氨法不需吸收剂再循环系统，因而氨法脱硫系统简单，投资费用较低；
(3)该工艺不存在结垢和堵塞现象；
(4)氨水的来源是选择此工艺的必要条件；
(5)氨法脱硫工艺无废水、废渣排放；
(6)在增加一套脱硝装置的情况下就可以同时脱除烟气中的2SO 和X NO 。

2.4 液柱喷射烟气脱硫除尘集成技术
该技术是清华大学的专利技术，液柱喷射烟气脱硫除尘集成系统主要由脱硫反应塔、脱硫及制备系统、脱硫及产物处理系统、控制系统和烟道系统组成，其中液柱反应塔是其核心装置。

该技术投资低，脱硫率达85 %以上，脱硫剂的利用率为90 %以上，除尘效率达95 %以上，运行成本低，脱硫成本每千克2SO 约
为0 .45 元。

脱硫产物主要是4CaSO ，可以用作建筑材料和盐碱地的改造。

2.5 其它湿法工艺
除前述的传统方法外，还有MgO 法、亚硫酸铵法、Wellman -Lord 法、柠檬酸钠-磷酸钠法和千代田法、液相湿式生物还原法等。

通常可根据原材料来源及副产物销路，合理选用。

3 半干法烟气脱硫工艺
半干法的工艺特点是：反应在气、固、液三相中进行，利用烟气显热蒸发吸收液中的水份，使最终产物为干粉状。

其优点：脱硫是在气、液、固三相状态下进行，工艺设备简单，生成物为干态的3CaSO 、4CaSO ，易处理，没有严重的设备腐蚀和堵塞情况，耗水也比较少。

缺点：自动化要求比较高，吸收剂的用量难以控制，吸收效率不是很高。

所以，选择开发合理的吸收剂是解决此方法面临的新难题。

若与袋式除尘器配合使用，将能提高10% 的脱硫效率。

如喷雾干燥法等。

3.1 旋转喷雾干燥法
旋转喷雾干燥法烟气脱硫技术是利用喷雾干燥的原理，将吸收剂浆液雾化喷人吸收塔。

在吸收塔内，吸收剂在与烟气中的2SO 发生化学反应的同时，吸收烟气中的热量使吸收剂中的水分蒸发干燥，完成脱硫反应后的废渣以干态形式排出。

为了把它与炉内喷钙脱硫技术相区别，又把这种脱硫工艺称作半干法脱硫.旋转喷雾干燥法烟气脱硫反应过程包含4 个步骤：
(1)吸收剂制备；
(2)吸收剂浆液雾化；
(3) 雾粒与烟气混合、吸收2SO 并被干燥；
(4)脱硫废渣排出。

旋转喷雾干燥法烟气脱硫工艺一般用生石灰(CaO ) 作吸收剂。

生石灰经熟化变成具有较好反应能力的熟石灰(()2OH Ca ) ，熟石灰浆液经高达15000-20000r/ min 的高速旋转雾化器喷射成均匀的雾滴，其雾粒直径可小于100m μ，具有很大的表面积，雾滴一经与烟气接触，便发生强烈的热交换和化学反应，迅速地将大部
分水分蒸发，产生含水量很少的固体灰渣。

如果吸收剂颗粒没有完全干燥，那么在吸收塔之后的烟道和除尘器中仍可继续发生吸收2SO 的化学反应。

旋转喷雾干燥法系统相对简单、投资低、运行费用不高，运行相当可靠，不会产生结垢和堵塞，只要控制好干燥吸收器的出口烟气温度，对设备的腐蚀性也不高。

由于其干式运行，脱硫副产物易于处理，但脱硫效率略低于湿法脱硫效率。

3.2 炉内喷钙尾部增湿活化法( LIFAC 法)
此种工艺由芬兰IVO 公司开发，是在炉内喷钙工艺的基础上发展起来的。

传统炉内喷钙工艺的脱硫效率仅为20%-30%，而LIFAC 法在空气预热器和除尘器间加装一个活化反应器喷水增湿，促进脱硫反应，脱硫效率可达70 % 一75 %。

LIFAC 法比较适合中低硫煤，其投资及运行费用具有明显优势，较具竞争力另外由于活化器的安装对机组运行影响不大，较适合中、小容量机组和老电厂的改造。

此种工艺虽然具有投资与运行费用较低的优势，但其脱硫效率比湿法脱硫效率低。

3.3 循环流化床脱硫技术
德国鲁奇公司在20 世纪70 年代开发了循环流化床脱硫技术。

原理是在循环流化床中加人脱硫剂石灰石以达到脱硫的目的。

由于流化床具有传质和传热的 特性，所以在有效吸收2SO 的同时还能除掉HCl 和HF 等有害气体。

利用循环流化床技术，可通过喷水将床温控制在最佳反应温度下，通过物料的循环使脱硫剂的停留时间增加，大大提高了钙的利用率和脱硫效率。

该技术适用于高硫煤，在Ca /S 为1-1.5 时，脱硫效率可达到90%一97 %。

循环流化床脱硫工艺的主要优点是：
(1)与湿法相比，结构简单、造价低，约为湿法投资的50%；
(2)采用()2OH Ca 作脱硫剂时有很高的钙利用率和脱硫效率，特别适合于高硫煤；
(3)运行可靠。

由于此法采用干式运行，产生的最终固态产物易于处理。

我国目前已可制造200MW 机组循环流化床锅炉。

4 干法烟气脱硫工艺
干法烟气脱硫，是指应用干粉状或粒状吸收剂、吸附剂或催化剂来处理含二氧化硫烟气，使烟气中的二氧化硫得到净化. 此法的优点是工艺过程简单、无污水处理问题、能耗低，特别是净化后烟气温度较高(一般高于100℃) ，有利于烟囱排气的扩散，不会产生“白烟”现象，净化后的烟气不需要二次加热就可直接排空，腐蚀性小；缺点是脱硫效率较低，设备庞大，投资大，占地面积大，操作不稳定，操作技术要求高，不易控制等。

如活性炭脱硫法、电子束烟气脱硫技术等。

4.1 荷电干式喷射脱硫法
该法的作用原理是，吸收剂以高速通过高压静电电晕充电区后，在其表面上形成静电荷，由于同种电荷相互排斥，使吸收剂颗粒很快在烟气中扩散，形成均匀的悬浮状态，从而增加与2SO 反应的机会。

此外由于离子的电晕，可增强其活性，缩短反应所需滞留时间，从而有效提高脱硫率。

该法的缺点是，脱硫率低，吸收剂利用率不高。

4.2 电子束法
电子束是采用高能电子束照射烟气，使烟气中的2N 、
2O 和水蒸气被激活，电离甚至裂解，产生大量离子及自由基等活性离子。

由于它们的强氧化性，使2SO 被氧化为3SO ，这些高价的硫氧化物与水蒸气反应生成雾状的42SO H ，产生的酸再与预先注入反应器中的3NH 反应生成硫铵。

4.3 脉冲电晕法
该法是利用等离子体产生的高能电子将HO -H 及O -O 健打开，使之成为自由基或活化粒子，这些自由基或活化粒子可与2SO 及X NO 反应。

由于这些等离子体在常温下只提高电子的温度，而不提高离子的温度，故该法的能量效率比电子束法至少高两倍。

此法可同时脱除烟气中的2SO 、X NO 及重金属。

5 两种较有前景的、开发中的烟气脱硫技术
5.1 活性焦可资源化烟气脱硫技术
活性焦烟气脱硫脱氮技术，是一种新型的干法烟气净化技术。

它利用以煤为原料制造的活性焦，作为脱除烟气中二氧化硫、粉尘等的可复原再生的吸附剂，同时作为脱除烟气中氮氧化物的无害化催化剂。

而且，它将吸附的二氧化硫，通
过解吸转换成高浓度二氧化硫气体，作为化工生产原料，方便地生产硫酸、硫磺、硫酸按等多种化工产品。

活性焦脱硫性能高，制造成本低，而且作为脱硫剂，它可以反复使用。

吸附饱和后的活性焦，通过加热得到再生，又恢复了活性，可继续使用。

由于我国煤炭资源丰富，活性焦的来源不成问题。

该法无废水、废渣
、废气等二次污染排放，脱硫成本低、脱硫效率高，除尘效率也很好，与已有脱硫技术相比更具先进性，这一技术的产业化推广，可在解决我国长期存在的二氧化硫污染方面起到巨大的推动作用。

2002年，南京电力自动化设备总厂承担国家科技部“ 863” 计划，开发的活性焦烟气脱硫脱氮及装置技术应用于我国最大的磷肥厂—贵州瓮福磷肥厂获得成功。

2005年1月，该技术的工业示范装置在瓮福磷肥厂建成投人运行。

脱除下来的二氧化硫气体全部用于生产硫酸，2005 年7 月，贵州省环境监测中心对该装置进行了测试，脱硫效率达到95 %以上，同时除尘效率达到了70%。

5.2 超重力技术脱硫技术
北京化工大学超重力工程技术中心开发的一种新技术—超重力技术，用来SO。

超重力技术的理论根据是：通过高速旋转，利用离心力来吸收烟气中的
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，流体相对增大g ，从而增大气、液两相接触过程的动力因素即浮力因子△g
速度也增大，巨大的切应力克服了表面张力，使得相间接触面积增大，从而大大强化气、液相间传递过程。

超重力技术所应用的旋转填料床( Rotating Packed Bed ) 是利用高速旋转的填料床产生的强大离心力( 超重力)，使气液的流速及填料的有效比表面积大大提高而不液泛，液体在高分散、高混合、强湍动以及界面急速更新的情况下与气体极大的相对速度在弯曲流道中接触，极大地强化传递过程。

错流型旋转填料床中的气体流道横截面均匀，气速恒定，且气体沿旋转床轴向流动，无需克服离心阻力，故气相阻力小，适合大流量的气液两相传热传质。

在旋转填料床中传质单元高度降低了1一2个数量级，可将塔的高度缩为原来的1/10，塔的直径减为原来的1/5，并且显示出许多传统设备完全不具备的优点。

采用超重力技术，不仅设备体积小、占地面积少、节省基建投资，更重要的是该技术吸SO充分，尾气排放达到300mg/kg以下。

目前超重力技术设备( 简称超重机)
收
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在山东省淄博市已成功使用。

6 结语
目前烟气脱硫技术种类繁多，但是通过各种烟气脱硫工艺技术的特点来看，现在技术最成熟、运行最稳定、国内外应用最广泛的还是石灰石/ 石膏法烟气脱硫技术，但循环流化床和海水脱硫等新型烟气脱硫技术正在迅速为人们所认可。

随着社会经济的快速发展，更多的新型烟气脱硫技术正在涌现及发展，为了我们的环境，综合各方面因素，因适当的选择烟气脱硫方式，达到低成本、高效率的程度。

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