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摘要：我國(guó)是世界上二氧化硫排放量最多的國(guó)家，控制二氧化硫大量排放是遏制酸沉降污染惡化、防治空氣污染的有效途徑。本文重點(diǎn)介紹了干式脫硫技術(shù)：CDSI工藝、噴霧干燥法、LIFAC工藝和循環(huán)流化床技術(shù)等。
干式脫硫是指無(wú)論加入的脫硫劑是干態(tài)或濕態(tài)的，其脫硫的最終反應(yīng)產(chǎn)物都是干態(tài)的。最主要的干式脫硫技術(shù)有三類：噴霧干燥法、爐內(nèi)噴鈣法和循環(huán)流化床排煙脫硫法。
荷電干式吸收劑噴射脫硫技術(shù)
荷電干式吸收劑噴射脫硫技術(shù)(CDSI)基本原理是吸收劑以高速流過(guò)噴射單元產(chǎn)生的高壓靜電電暈充電區(qū)，使吸收劑得到強(qiáng)大靜電荷(通常是負(fù)電荷)。當(dāng)吸收劑通過(guò)噴射單元的噴管被噴射到煙氣流中，吸收劑顆粒由于都帶同種電荷，因而相互排斥很快在煙氣中擴(kuò)散，形成均勻的懸浮狀態(tài)，使每個(gè)吸收劑粒子的表面充分暴露在煙氣中，大大增加與SO2反應(yīng)機(jī)率，從而提高了脫硫效率;而且吸收劑粒子表面的電暈，還大大提高了吸收劑的活性，降低了同SO2完全反應(yīng)所需的滯留時(shí)間，一般在2s左右即可完成化學(xué)反應(yīng)，從而有效地提高了SO2的去除效率。除提高吸收劑化學(xué)反應(yīng)效率外，荷電干式吸收劑噴射系統(tǒng)對(duì)小顆粒(亞微米級(jí)PM10)粉塵的清除效率也很有幫助，帶電的吸收劑粒子把小顆粒吸收在自己的表面，形成較大的顆粒，提高了煙氣中粉塵的平均粒徑，因而提高了相應(yīng)除塵設(shè)備對(duì)亞微米級(jí)顆粒的去除效率[1]。
CDSI系統(tǒng)脫硫后的生成物為干燥的、溶解度很低的CaSO3及少量CaSO4，可用作建筑料，無(wú)二次污染問(wèn)題。CDSI法的優(yōu)點(diǎn)是投資少，占地面積小，工藝簡(jiǎn)單、可靠，而且是純干法脫硫，不會(huì)造成二次污染。其缺點(diǎn)是對(duì)干吸收劑粉末中Ca(OH)2的含量、粒度及含水率等要求較高，因而限制了其推廣 [3]。CDSI系統(tǒng)適用于中小型鍋爐的脫硫，與各種除塵設(shè)備聯(lián)合使用以達(dá)到脫硫除塵的目的。
噴霧干燥法煙氣脫硫技術(shù)
噴霧干燥是以單一工序?qū)⑷芤骸⑷橐骸腋∫汉蜐{狀物料加工成粉狀干燥制品的一種干燥方法。自20世紀(jì)初歐洲將噴霧干燥技術(shù)開發(fā)作脫脂牛乳的干燥以來(lái)，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛運(yùn)用于食品、化工、醫(yī)藥、環(huán)保等領(lǐng)域。在噴霧干燥反應(yīng)器中，石灰漿液被霧化為微細(xì)的石灰漿滴(
噴霧干燥與傳統(tǒng)濕法脫硫相比，具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)方便、投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)效益好、操作簡(jiǎn)便、干燥后的廢渣易于處理、不產(chǎn)生腐蝕，克服了二次污染等問(wèn)題，并有相對(duì)較高的脫硫效率等優(yōu)點(diǎn)，因而得到迅速推廣應(yīng)用。自1978年北美安裝了第一套工業(yè)裝置以來(lái)，發(fā)展迅猛，已有12個(gè)國(guó)家采用。
干法噴鈣脫硫—LIFAC工藝
爐內(nèi)噴鈣爐后活化(LimestoneInjection intotheFurnaceandActivationof CalciumOxide，LIFAC)脫硫工藝是在傳統(tǒng)的爐內(nèi)噴鈣工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的石灰石噴射脫硫工藝。傳統(tǒng)的爐內(nèi)噴鈣工藝脫硫效率很低，僅為20%～30%，LIFAC工藝在除塵器前加裝了一個(gè)活化反應(yīng)器，噴水增濕，使未反應(yīng)的石灰轉(zhuǎn)化成氫氧化鈣。因此，加快了脫硫反應(yīng)速度，使煙氣的脫硫效率提高到70%～80%。LIFAC工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，基建投資費(fèi)用一般比濕法煙氣脫硫工藝低50%;由于其吸收劑價(jià)格低廉、儲(chǔ)量豐富，又降低了使用壽命期間的運(yùn)行費(fèi)用。
LIFAC工藝是一種較成熟的干法煙氣脫硫工藝，在歐美都有商用業(yè)績(jī)。芬蘭Inkoo 電廠4號(hào)機(jī)組(250MW)于1990年投運(yùn)，美國(guó)Richmond電廠2號(hào)機(jī)組(60MW)于1992 年投運(yùn)，加拿大PoplarRiver電廠1號(hào)機(jī)組 (300MW)于1990年投運(yùn)，加拿大Shand電廠發(fā)電機(jī)組(300MW)于1992年投運(yùn)。
LIFAC工藝需要在鍋爐與電除塵器之間設(shè)置活化塔在工藝的第1步，磨細(xì)的石灰石粉通過(guò)氣力方式噴人鍋爐爐膛中溫度為900～ 1250℃的區(qū)域在爐內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)包括石灰石的分解和煅燒，SO2和SO3與生成的CaO 之間的反應(yīng)[6]。顆粒狀的反應(yīng)產(chǎn)物與飛灰的混合物被煙氣流帶人活化塔中：
在工藝的第2步，剩余的CaO與水反應(yīng)，在活化塔內(nèi)生成Ca(OH)2，而Ca(OH)2很快與SO2反應(yīng)生成CaSO3，其中部分CaSO3 被氧化成CaSO4：
脫硫產(chǎn)物呈干粉狀，大部分與飛灰一起被電除塵器收集下來(lái)，其余的從活化塔底部分離出來(lái)從電除塵器和活化塔底部收集到的部分飛灰通過(guò)再循環(huán)返回活化塔中,工藝流程見(jiàn)圖3-3。LIFAC工藝的脫硫灰有多種用途，包括用于筑路、土地回填、廢礦回填或作為制磚的原材料。該工藝不但不產(chǎn)生廢水，還可在增濕活化塔中消耗電廠部分廢水。
該工藝優(yōu)點(diǎn)：一是沒(méi)有廢水產(chǎn)生，不會(huì)造成二次污染;二是可以利用原有的除塵裝置，投資較低，占地面積較少[7]。缺點(diǎn)：一是需要改造原有鍋爐;二是對(duì)鍋爐效率有一定影響，降低發(fā)電量約1%;三是鈣的利用率較低，鈣硫比約2.5，四是活化器內(nèi)噴水量較大，易引起器內(nèi)結(jié)垢腐蝕[8]。該工藝由芬蘭 IVO公司和Tempella公司共同開發(fā)，我國(guó)南京下關(guān)電廠和撫順電廠引進(jìn)了該技術(shù)。
循環(huán)流化床脫硫技術(shù)
從反應(yīng)原理上看，煙氣循環(huán)流化床脫硫過(guò)程是吸收過(guò)程和吸附過(guò)程的綜合。
(1)SO2氣體的經(jīng)歷。煙氣中的SO2進(jìn)入循環(huán)流化床后，先是與底部濃相區(qū)的床料粒子接觸。由于一些顆粒表面附有CaO或 Ca(OH)2，因此在物理吸附的同時(shí)，也發(fā)生化學(xué)吸附。隨著煙氣的上升，SO2分子就會(huì)與噴人反應(yīng)器內(nèi)大水滴，漿滴以及剛剛裹上水滴或漿滴的床料粒子相碰撞[11]。在這個(gè)階段，SO2可能溶人不斷蒸發(fā)的水滴，或與漿滴發(fā)生反應(yīng)，或與裹在床料粒子表面的漿滴反應(yīng)，生成CaSO3·0.5H2O。當(dāng)SO2氣體上升時(shí)，未反應(yīng)的SO2氣體濃度降低，反應(yīng)速度慢，但反應(yīng)仍在進(jìn)行[12]。同時(shí)，水分的蒸發(fā)使水蒸汽分壓相對(duì)增加，促使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，到達(dá)循環(huán)流化床出口，反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)結(jié)束。進(jìn)入分離器后，在分離器內(nèi)還可發(fā)生反應(yīng)，出分離器后，氣固分離，整個(gè)反應(yīng)結(jié)束。
(2)灰漿滴的經(jīng)歷。將石灰與水噴人反應(yīng)器底部，被霧化后進(jìn)人流化床。霧化后的漿滴，由于含有較多的水分，極易與SO2發(fā)生反應(yīng)，生成CaSO3·1.5H2O。同時(shí)也可能與床料、水滴相碰撞發(fā)生粘附，繼續(xù)與SO2反應(yīng)。進(jìn)入分離器后，已蒸發(fā)干的極細(xì)的部分隨氣流離開系統(tǒng)，而顆粒較大以及粘附于床料表面的那部分在反應(yīng)器內(nèi)上下循環(huán)參加反應(yīng)，直至排出床外。由于循環(huán)流化床特有的性能以及顆粒運(yùn)動(dòng)的獨(dú)特方式，使得顆粒之間互相摩擦碰撞磨損，經(jīng)常暴露出新反應(yīng)表面，從而使得脫硫劑可以充分利用。
脫硫反應(yīng)的復(fù)雜性使得循環(huán)流化床中的脫硫反應(yīng)機(jī)理更加復(fù)雜，吸收與吸附同時(shí)存在。
利用循環(huán)流化床脫硫反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，鈣利用率高，在較低的鈣硫比下，可達(dá)到與濕法相當(dāng)?shù)拿摿蚵省⑻幚砗蟮臒煔饪芍苯优懦觯瑹o(wú)需加熱、無(wú)廢水排出，對(duì)環(huán)境污染小。但脫硫后的產(chǎn)物為CaSO3、CaSO4、未反應(yīng)的 CaO與飛灰的混合物，綜合利用受到一定的限制;流化床煙氣脫硫系統(tǒng)的阻力大，煙氣一次性經(jīng)過(guò)循環(huán)流化床的停留時(shí)間短;循環(huán)流化床很難流化某類粒子，并且運(yùn)行的穩(wěn)定性不是很好。
循環(huán)流化床煙氣脫硫已得到了工業(yè)化。
近年來(lái)的發(fā)展主要是致力于和其它技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，如通入流化介質(zhì)以提高反應(yīng)表面積的顆粒—循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫，以及結(jié)合煙氣懸浮技術(shù)而開發(fā)的循環(huán)懸浮式半干法煙氣脫硫技術(shù)等[13]。這些脫硫技術(shù)無(wú)一例外都提高了脫硫率和脫硫劑利用率。
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