隨著我國對大氣污染和環(huán)境保護的日益重視,煙氣脫硫技術得到了快速發(fā)展,脫硫技術越來越多,脫硫效率也越來越高。目前,我國煙氣脫硫技術主要有干法、半干法和濕法三種。其中濕法脫硫工藝應用最廣,濕法脫硫包括氨法(即氨-硫酸銨法)、石灰石法(石灰石-石膏法)、堿法(鈉堿與雙堿法)和金屬氧化物吸收法等,我國90%以上的煙氣脫硫工程采用的是石灰石-石膏濕法脫硫工藝。石灰石法主要應用在火電、鋼鐵和有色冶煉行業(yè),而氮肥、焦化和煤化工行業(yè)多以氨法為主。
1 石灰石-石膏法脫硫技術特點
石灰石-石膏法脫硫技術已有幾十年的運行經(jīng)驗,是目前世界技術上成熟、實用業(yè)績最多、運行狀況較穩(wěn)定的脫硫工藝。
石灰石-石膏法脫硫是把石灰石磨成粉后與水混合,職稱石灰石漿液,不斷補充道吸收塔內(nèi)。煙氣在吸收塔內(nèi)向上流動北鄉(xiāng)下流動的循環(huán)漿液以逆流方式洗滌,循環(huán)漿液則通過循環(huán)泵向上輸送到噴漿層內(nèi)設置的噴嘴噴射到吸收塔中,氣體和液體得以充分接觸,一邊脫除SO2、SO3、HCI和HF,同時生成的CaSO4在吸收塔底部與鼓入的氧化空氣發(fā)生化學反應,最終生成石膏。吸收塔底部的石膏漿液先在水力激流器中脫水支含固量余額40%,然后經(jīng)帶式真空過濾機過濾,得到含水量小于10%的石膏。脫硫后的經(jīng)驗起經(jīng)兩級除霧器去除水分,通過煙道進入煙囪排向大氣。
石灰石-石膏法脫硫工藝系統(tǒng)主要包括:煙氣系統(tǒng)、吸收氧化系統(tǒng)、漿液制備系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、排放系統(tǒng)等,脫硫效率高達95%,吸收器利用率90%,鈣硫比低,脫硫塔阻力約2000kPa,脫硫副產(chǎn)品為石膏。在不同的煙氣負荷及SO2濃度下均可保持較高的脫硫效率和較好的系統(tǒng)穩(wěn)定性。
2 氨法脫硫技術特點
氨法脫硫工藝是將原煙氣引入脫硫塔中,與循環(huán)吸收溶液逆流接觸反應生成亞硫酸銨;脫硫后的凈煙氣經(jīng)二級除霧器去除霧滴,由煙囪排向大氣。亞硫酸銨在塔底被氧化成硫胺,35%的硫胺溶液由料液取出泵從脫硫塔打入母液箱,在進入設置有抽真空系統(tǒng)的政法結晶器,料液在70℃左右達到沸點,比正常蒸發(fā)下降了40℃,大大降低了蒸汽用量;蒸發(fā)潔凈器出口為含固量30%的硫酸銨料漿,經(jīng)離心機進一步分離后進入干燥劑糟熘,得到含水率3%的硫酸銨產(chǎn)品。
氨法脫硫工藝主要包括:煙氣系統(tǒng)、吸收氧化系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)等,脫硫效率高達99%,并可同時脫除20%左右的NOX,吸收劑利用率100%脫硫塔阻力僅約1kPa,脫硫副產(chǎn)品為硫酸銨。
3 綜合分析
3.1 技術分析
(1)石灰石—石膏法占地面積相對較大,幾乎是氨法的兩倍;(2)脫硫塔阻力大,幾乎是氨法的兩倍;(3)石灰石—石膏法漿液循環(huán)量大,耗電量較高;(4)氨法脫硫效率高,且可脫除部分NOX;(5)氨法脫硫技術存在問題是愛出煙氣中的按生成亞硫酸銨、硫酸銨和氯化銨等難以除去的氣溶膠,造成氨損失和煙霧排放;硫胺結晶過程能耗大,對加熱器材質要求較高;設備國產(chǎn)化程度較石灰石—石膏法較低。
3.2 經(jīng)濟分析
石灰石—石膏法所用脫硫劑石灰石價格低廉,二氨法脫硫技術吸收劑氨的費用較高,占運行成本的比重較大。隨著工藝和設備國產(chǎn)化程度的不斷提高,石灰石—石膏法造價已大幅降低,其運行費用主要集中在點好上,因此進一步降低電耗是石灰石—石膏法工藝技改的關鍵。氨法脫硫技術的副產(chǎn)品硫酸銨售價在800～1000元/噸,銷售收入可以抵消大部分脫硫成本,時期發(fā)電成本低于石灰石—石膏法,可以預測當煙氣中SO2含量更高時,氨法脫硫項目有可能實現(xiàn)盈利。
3.3 安全性分析
3.3.1 脫硫劑的安全性
石灰石法煙氣脫硫所使用的脫硫劑為石灰石,石灰石物化性質穩(wěn)定,直接接觸對人體無危害。加工時有揚塵,會刺激眼睛、呼吸系統(tǒng)和皮膚,應佩戴防塵口罩予以防護。石灰石不屬于易燃、易爆、易中毒物品,便于運輸、加工和貯存,使用安全可靠。
氨屬于危險化學品,有強烈的刺激氣味,易燃、易爆、有毒、有腐蝕,極易溶于水,對皮膚粘膜有刺激和腐蝕作用,高濃度的氨可引起化學性咽喉炎、肺炎等,吸入后可引起反射性呼吸停止、心臟停搏、直接接觸時可致皮膚凍傷。氨通常儲存在密閉容器和管道內(nèi),即使在使用過程中,也必須處于完好密閉狀態(tài),應采取有效的安全措施予以防范。
3.3.2 產(chǎn)品的安全性
石灰石-石膏法煙氣脫硫的產(chǎn)品是脫硫石膏,脫硫石膏對人體無直接危害,也不存在火災、爆炸和中毒危險,多用于建筑行業(yè),也用作工業(yè)材料,但總體消耗量有限。火電、鋼鐵和冶煉企業(yè)均運出廠外,填溝筑路,覆土造田;或租地存放,堆積如山,存在潰壩、塌方的危險,應予以防范。硫酸銨為工業(yè)產(chǎn)品,廣泛應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),不屬于危險化學品,無燃燒、爆炸、有毒等風險,使用安全、可靠、無不良影響。
3.3.3 工藝的安全性
與氨法煙氣脫硫工藝相比,石灰石-石膏法不涉及易燃、易爆、有毒等危險作業(yè),發(fā)生一般以上事故的可能性小,無特種工種,無危險工序,風險系數(shù)低,安全優(yōu)勢大,尤其是非化工從業(yè)人員對“氨”的人事不足,認為其安全風險大,事故幾率高。因此,火電、鋼鐵和冶煉行業(yè)基本上不采用氨法而采用石灰石-石膏法脫硫技術。
3.3.4 環(huán)保性分析
(1)脫硫劑的環(huán)保性
石灰石屬于天然原材料,只需采取簡易的通風、防塵措施,對環(huán)境污染和健康危害小。氨泄漏存在污染作業(yè)環(huán)境和大氣環(huán)境的風險,可能危害人體健康和傷害動植物。氨水泄漏應及時用酸中和處理。
(2)產(chǎn)品的環(huán)保性
脫硫石膏是工業(yè)廢渣,其回收利用已成為世界性難題,大多數(shù)情況下只能作為工業(yè)垃圾予以廢棄和存放,且隨時存在污染環(huán)境的可能;而硫酸銨是化學肥料,廣泛應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),使硫資源得到再生利用。顯然,硫酸銨的環(huán)保優(yōu)勢大大高于脫硫石膏。
(3)工藝的環(huán)保性
氨法煙氣脫硫工藝較石灰石-石膏法脫硫工藝具備以下優(yōu)勢:一是大氣污染小,無CO2排放,SO2排放濃度低,尾氣總排量少;二是無廢水排放,無需處理;三是灰泥廢渣排量很少,僅占脫硫石膏總排量的1%～3%。
3.3.5 分析結論
氨法煙氣脫硫的綜合優(yōu)勢很大,主要是變廢為寶、低碳環(huán)保,可再生利用硫資源,符合循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略,這是石灰石-石膏法煙氣脫硫技術所無法比擬的。尤其是氮肥和煤化工企業(yè)副產(chǎn)5%～8%廢氨水,可直接用作脫硫劑,既解決了廢水處理問題,回收但資源,且無運輸、裝卸、儲存和使用液氨的安全風險。這也是氮肥、焦化和煤化工等行業(yè)采用氨法煙氣脫硫技術為主的根本原因。
4 建議
我國硫資源緊缺,60%需要進口,對外依存度高。與此同時,我國SO2排放量卻高居世界首位,提高SO2利用率可大幅減少硫資源的進口量。通常,大氣中SO2主要來源于煤炭燃燒,占SO2總排量的94%,而火電廠SO2排放量又占總排量的60%。這里所指的SO2排放量不包含已轉化成難以回用的脫硫石膏等含硫廢渣。同時,我國優(yōu)勢世界氮肥大國,土壤嚴重缺硫,硫銨具有較大的市場潛力。氨法脫硫適合我國國情、負荷循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展,而且具有脫硫脫硝一體化的特點,其應用前景將越來越廣闊。因此,建議通過行政、立法等手段推廣和普及氨法石灰石-石膏法煙氣脫硫技術;鼓勵火電、鋼鐵和冶煉行業(yè)實施煙氣脫硫項目的氨法脫硫改造。
參考文獻
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