锅炉烟气半干法脱硫技术

锅炉烟气半干法脱硫技术

张建亮

（山东电力建设第三工程公司山东青岛266100）

摘要：锅炉烟气脱硫工艺分为湿法、半干法和干法三种，半干法脱硫技术以投资省、占地小、运行费用低、能节省大量的水、能有效脱除烟气中的SO3等优势，具有更大的发展前景。

关键字：半干法脱硫；循环流化床；预除尘器；脱除SO3

1引言

近年来，随着社会工业生产的快速发展，环境问题日渐突出，雾霾天气愈发严重，各国的环境保护意识日益加强，大气污染物排放的控制越来越严格。虽然风电、太阳能发电、核电等新型能源产业发展迅速，但在相当长的一段时间内火电厂在能源结构中仍将占据较大比重，煤炭仍是火电厂的重要燃料，煤炭燃烧过程中产生大量的二氧化硫气体，成为空气的重要污染源，也是形成酸雨的重要原因。

世界上大多数国家都强制要求火电厂必须安装烟气脱硫装置，以除去烟气中所含的硫化物，达到环保排放标准。我国最新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223－2011)对火电厂SO2的排放提出了严格的限制要求。

2半干法脱硫技术介绍

燃煤锅炉脱硫方式通常分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫三种，其中燃烧后脱硫即烟气脱硫（FGD）是当今世界上普遍采用的方法。

烟气脱硫按反应产物的物质形态（液态、固态）可分为湿式、半干式和干式三种。目前世界上大型机组采用的脱硫方法主要为湿法脱硫，如石灰石-石膏法、海水法等。

干法脱硫工艺主要利用粉末状的吸收剂对烟气中的二氧化硫进行吸收，整个生产流程在干燥状态下完成，其产生的衍生物也为干燥的粉末。目前常有的干法脱硫工艺主要有炉内喷钙法和炉内喷钙尾部增湿脱硫技术，此种烟气脱硫技术已经在欧洲、北美等地区得到了大量应用。

半干法脱硫是利用物理方法将吸收浆液进行雾化处理，利用雾化的吸收液完成对烟气中二氧化硫的吸收。雾化的浆液增加了吸收剂和烟气的接触面积，从而提高了吸收剂与烟气的反应速度和吸收率。同时，吸收剂吸收了烟气的热量，脱硫产物的水分减少，以固态的形式排出。半干法脱硫兼具湿法脱硫及干法脱硫的特点，主要是在湿状态下脱硫，干状态下处理脱硫产物。该法具备湿法脱硫的脱硫效率高、反应速度快的优点，又具有干法脱硫的低成本、脱硫产物无腐蚀污染等特点，近年来发展迅速，尤其在小容量机组、低硫煤、缺水地区具有一定的工程应用业绩。

目前世界上的半干法脱硫技术主要包括循环硫化床烟气脱硫(RCFB)技术、新型一体化NID技术、喷雾干燥法、气体悬浮吸收脱硫工艺（GSA）等。

循环流化床烟气脱硫技术是近年国际上新兴起的一种比较先进的半干法烟气脱硫技术，在目前的干法、半干法烟气脱硫技术中应用最为广泛。它主要是根据循环流化床原理而设计，脱硫反应主要在脱硫吸收塔内进行，脱硫吸收剂是消石灰，用水调节烟气温度和增加吸收剂活性，吸收剂、雾化的水和部分循环回流的灰喷入吸收塔中参与反应。烟气进入反应塔底部，经塔内文丘里管的加速，将喷入塔内的吸收剂和循环回流的物料吹起，形成沸腾的类似循环流化床锅炉的床体。系统以锅炉飞灰作为循环物料，物料中的消石灰与烟气中的SO2、SO3等酸性气体充分接触反应来实现脱硫。

循环流化床脱硫系统主要由消化器系统、脱硫塔、脱硫灰再循环、工艺水系统、布袋除尘器等组成。它的工艺流程为从锅炉出来的烟气，从底部进入吸收塔，在吸收塔里与循环灰中的氧化钙以及加入的消石灰和水进行反应，除去烟气中的SO2、SO3等有害物质。净化后的含尘烟气从吸收塔顶部侧向排出，经布袋除尘器、脱硫引风机排入烟囱。布袋除尘器收集下来的灰通过再循环系统返回吸收塔继续参加反应，部分脱硫灰通过气力输送至灰库。

3半干法脱硫技术的特点

与湿式脱硫工艺相比，半干法脱硫工艺流程简单、占地面积小、初始投资成本低、运行费用低、耗水量少，更具有发展前景，近年来在中小型机组上有较好的应用。它主要有以下几个特点：

3.1温度控制要求高

脱硫温度的控制实质上是对烟气湿度的控制，在半干法脱硫工艺中烟气的湿度对脱硫效率的影响很大。在相对湿度为40%～50%时，消石灰活性强，能够非常有效地吸收SO2，烟气的湿度是利用向烟气喷水的方法来调节。烟气湿度的提高，可以使烟气脱硫操作温度接近或高于露点温度10～20℃(温度范围为65～75℃)，激活消石灰吸收SO2。SO2是烟气中反应较慢的成分，保持床温接近露点温度（即较高的相对湿度），可以保持微粒表面的湿膜有较长的停留时间，促进SO2和Ca2化学成分之间的反应，使SO2的吸收程度和石灰的利用率达到最佳。

在大型化商业运行的脱硫塔中，温度的控制是比较困难的，它是制约干法脱硫装置大型化发展的主要因素之一。当脱硫塔直径越来越大时，要在各个大面积截面上保持温度的均匀比较困难，需要采取大量的措施。

3.2脱硫除尘一体化，应设置预除尘器

半干法脱硫系统包括预除尘器、脱硫塔、布袋除尘器和吸收剂系统，工艺流程简易，系统简洁可靠，操作简单；但系统磨损较为严重，粉体易泄漏。

半干法脱硫应该布置预除尘器，这是因为：

（1）利于燃料灰和脱硫灰的再循环

锅炉燃煤产生的燃料灰的量比较多，而用于脱硫的脱硫灰的量比较少，通常前者是后者的三倍左右。如果没有预除尘器，当脱硫灰和燃料灰混在一起再循环时，将有75%的再循环物料是燃料灰，而这些大量的燃烧灰对提高脱硫率和降低碱酸比值并没有帮助，还会减少吸收剂、脱硫灰与SO2的接触机会，消耗动力，增大反应塔容量；并且由于再循环量变大，还会提高烟气喷射的初始速度以达到同样的流化状态，这一初始速度的提高，减小了烟气在塔内的停留时间，降低了塔内的反应率；同时烟气流速的加大，将大量的细微粒带出了反应塔，不利于吸收剂的有效利用，影响了碱酸比。

（2）有利于脱硫塔下游的脱硫除尘器

如果没有预除尘器，大量燃料灰混在脱硫灰中一起循环，使得循环量变大，脱硫除尘器的入口的粉尘质量浓度也随之增大，在除尘器排放指标一定的情况下，脱硫除尘器的入口粉尘质量浓度是有限度的，太高的入口粉尘质量浓度也会使除尘器的造价上升，这样势必减少循环次数，降低吸收剂利用率。如果有预除尘器，这一情况将得到改善。在没有预除尘器时，吸收剂的循环次数只有30～50次，而设置了预除尘器，吸收剂的循环次数就可以达到100～150次。

3.3能有效脱除烟气中的SO3，降低烟气腐蚀和环境污染

湿法脱硫对SO3的脱除率很低，并且湿法脱硫大大增加了烟气中的水分含量，从而造成SO3与烟气中的水分反应会生成气溶胶状态的硫酸液滴，而气溶胶超细微粒会长期漂浮在空气中，形成雾霾，使得大气的能见度大大下降。另外，由于SO3和烟气中水分的增加使得烟气的露点温度大大提高，增加了烟气对下游烟道和设备的腐蚀性。

半干法脱硫工艺能有效脱除SO3，原因是SO3的酸性比SO2强，而半干法烟气脱硫技术中的脱硫剂为消石灰，经加湿活化后与SO3的反应速度远大于与SO2的反应速度，所以半干法脱硫后烟气中的SO3脱除率远大于SO2，能达到99%左右，这就有效地避免了因烟气中含有SO3造成的危害。由于脱硫塔内Ca(OH)2对烟气中的SO3、HCl、HF脱除率高，同时净烟气含湿量较低，所以烟气露点温度可降低至55℃，而反应温度一般高出酸露点15℃，烟气腐蚀性小，烟囱内运行环境较为温和，无需做特特殊防腐处理。

3.4大型化应用的制约因素

（1）半干法工艺脱硫效率能稳定维持在90%左右，只适用于硫分低于1．0%的非重点控制地区。

（2）当烟气量大时，半干法脱硫工艺系统磨损加剧，因此在600MW以上大机组应用较少。

（3）半干法脱硫对运行工艺、控制系统要求高，脱硫塔在运行中易出现床层灰塌落，堵塞底部烟道弯头，从而危及锅炉机组运行安全。

（4）脱硫除尘系统的压力降较大，压力损失使得厂用电率升高。

（5）脱硫副产品的大范围综合利用正在研究，脱硫副产品中亚硫酸钙的化学性能不稳定，影响综合利用。

4结语

现在各国都在积极研究半干法脱硫技术，并逐步向设备大型化、系统简单化、控制自动化发展，半干法脱硫工艺的应用比例也在逐步提高。随着对半干法脱硫技术研究的不断深入，工程应用的不断总结，关键设备的攻关改造，半干法脱硫技术在大型机组的应用上具有广阔发展前景。

参考文献

［1］王鹏举，田志娟，徐伟，郑永利.半干法烟气脱硫技术的工程应用.河南化工，2015（12）.

［2］徐铁华，王龙.大型燃煤发电厂锅炉烟气脱硫技术.通讯世界，2016（06）.

［3］王政允.火电厂烟气脱硫工艺现状及展望.工程建设与设计，2017（17）.

［4］周月桂，章明川等.干式烟气脱硫技术进展及其应用前景分析.能源技术，2001（03）.

【作者简介】姓名：张建亮工作单位：山东电力建设第三工程公司职务：技术中心锅炉主任师。