世界工業經濟的快速發展使得環境污染成為當今社會的嚴重問題。我國能源的特點是富煤炭、貧油、少氣,這使得我們國家工業以煤炭的應用為主,造成碳的大量排放。CO2、SO2等的大量排放,由此帶來酸雨臭氧層破壞等災難性氣候變化,嚴重威脅了人類生存。有色行業排放的SO2等物質由于濃度低且濃度波動較大,不適用于常規制酸工藝的應用,且這部分廢氣中含有的有價金屬物質處理效率極低,處理難度較大。京都議定書的簽訂使得大氣污染物排放的控制上升到全球共同行動的層面,因此切實采取有效措施處理工業生產中SO2煙氣,對我國冶煉行業的可持續發展和環境保護有著重要意義。
國內外有關煙氣脫硫脫硝除塵器的技術己經有許多成熟的方法,目前己經開發出多種脫硫工藝,傳統的工藝如SCR、SNCR方法簡單,建設運行成本較低,己經逐漸國內外脫硫脫硝工藝的研究熱點。典型的煙氣脫硫脫硝技術可以分為濕法、干法和半干法。本文對現階段國內外幾種主要的脫硫脫硝工藝進行介紹,為選擇合適的處理工藝提供借鑒。
一、濕法脫硫技術
濕法煙氣脫硫是指吸收劑在濕環境下脫硫或者處理脫硫后的產物。這個方法具有脫硫反應速度快、脫硫效率高等優點。但其存在的弊端是結垢及如何高效的監督煙氣溫度。目前該工藝脫硫效率最高的是FGD技術,其脫硫效率達到90%以上。在濕法煙氣脫硫技術中比較成熟的技術主要有:鈣基、鎂基、雙堿法、氨法和海水脫硫法等。石灰石/石膏濕法煙氣脫硫工藝是使用最多的,以石灰石為吸收劑,又根據吸收塔的樣式不同分為逆流噴淋塔、順流填料塔和噴射流泡反應器這種方法投資大運行費用高。其次是鎂基脫硫技術,其過程總共包括MgO的熟化、SO2的吸收和產物MgSO3的轉化三個部分,首先是堿性化合物和水反應生成堿,再與SO2溶于水生成的H2SO3溶液進行酸堿中和反應,MgO反應生成MgSO3和MgSO4,MgSO3生成MgSO4。這種方法的優越性是投資小、運行費用低、脫硫效率高,目前正被越來越多的企業所接受,我國常州某電廠己經成功應用該技術脫硫工業化。最后是氨法煙氣脫硫,此工藝以氨為吸收劑將廢氣中的氣態硫化物固定為銨化合物,將NO2轉化為氮氣從而實現清潔生產排放。由于其彌補了其他方法的不足,更有望于應用實際生產。
二、干法脫硫技術
干法脫硫技術具有耗水量少、運行成本低、鍋爐脫硫除塵器簡單、占地面積小等優點,成為非常具有前景的煙氣脫硫脫硝技術,但存在著鈣硫比高、脫硫效率低、副產物不能商品化等缺點。
1、炭基煙氣脫硫技術
基于炭基材料的干法脫硫技術,其功能較為齊全,不僅可以使得煙氣中的硫資源較容易的再生回收,而且可以同時脫硫、脫汞等,非常具有發展前景。采用固體吸附劑吸附凈化SO2目前應用最多的吸附劑是活性炭,在工業上應用己較成熟。譚增強對竹炭低溫脫硫SO2進行了試驗研究結果證明,低溫下竹炭作為固體吸附劑脫除SO2的主要過程是物理吸收作用,溫度升高對過程有副作用。
2、噴霧干燥法煙氣脫硫技術
噴霧干燥法煙氣脫硫技術投資低于濕法工藝,其采用了旋轉噴霧器,投資相對濕法工藝較低,目前歐美國家利用較多。該技術一般可分為吸收劑霧化、混合流動、反應吸收、水汽蒸發、固性物的分離五個階段,與其它干燥技術相比其獨特之處就在于吸收劑與高溫煙氣接觸前首先被霧化成了細小的霧滴,這樣便極大增加了吸收劑的比表面積,使得反應吸收及傳熱得以快速進行。該技術的優越性在于安裝費用相對較低,在規模相同的情況下一般為其70%左右。缺點是石灰石用量大、吸收劑利用率低及脫硫后的副產品不能夠再利用等問題。
3、負載型CuO煙氣脫硫技術
這項技術采用的SO2脫除劑是可再生的Cu基。當吸收劑吸收SO達到飽和時,可利用甲烷、氫氣等將其還原再生,得到較高濃度的SO2和銅,SO2經回收可進一步加工成H2SO4、硫磺和液體態SO2等,Cu遇到煙氣中游離的O2又生成CuO重新使用。
4、循環流化床煙氣脫硫技術
煙氣循環流化床脫硫工藝(CFB-FGD)是上世紀八十年代由德國魯奇公司開發的。這種工藝的應用設備為循環流化床,多次循環吸收劑以達到最佳利用率,延長吸收劑與煙氣接觸的時間,達到半個小時以上,從而大大提高了吸收劑的利用率,這種方法除了具有干法工藝的許多優點,如流程簡單,占地少,投資小以及副產品可以綜合利用等,而且能在很低的硫鈣比下達到甚至超過濕法工藝的脫硫效率(95%以上)。目前CFB-FGD工藝己經在脫硫行業中展現了良好的應用前景。煙氣循環流化床脫硫工藝系統簡單,可靠性高;脫硫效率高;煙氣負荷變化時,系統仍可能正常工作;脫硫副產品呈干粉狀,沒有大量廢水,利于綜合利用;基本上不存在像濕法吸收塔中出現的嚴重腐蝕、結垢與堵塞等問題;可以脫除部分重金屬,特別是可以脫除一部分汞,對煙氣的進一步治理很有意義。目前對現有主要的研究幾種在對煙氣脫硫技術改造方。其中在干法煙氣脫硫方面研究較多的是循環流化床煙氣脫硫技術及電子射線輻射法煙氣脫硫技術,電暈法煙氣脫硫技術目前研究的也較多。煙道氣脫硫技術最顯著改造之一是吸收器規格的增大,采用單個吸收器,據報道安裝一臺脫硫設備可服務于兩臺大型鍋爐的煙氣脫硫裝置,以這種方式增大設備規格,大大降低了投資成本。
三、前景與展望
目前隨著煙氣排放標準的日趨嚴格,煙氣脫硫脫硝勢在必行。國內對脫硫脫硝技術也進行了大量研究,取得了大量的成果,但是這些研究大多停留在試驗研究階段,有待進一步進行工業化的完善。一些新興的工藝技術,如生物脫硫、電子輻射、催化等新型脫硫技術還未在我國見具體實例,但在國外己經進行工業化實踐。我國需要加強這些新型煙氣脫硫技術的開發和應用的研究。
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