【正文】 （ 3）化學(xué)吸收的過程 化學(xué)吸收是由物理吸收過程和化學(xué)反應(yīng)兩個(gè)過程組成的。因此，煙氣脫硫技術(shù)中大量采用化學(xué)吸收法。 20 物理吸收和化學(xué)吸收，都受氣相擴(kuò)散速度（或氣膜阻力）和液相擴(kuò)散速度（或液膜阻力）的影響，工程上常用加強(qiáng)氣液兩相的擾動(dòng)來消除氣膜與液膜的阻力。增加了吸收過程的推動(dòng)力，即提高了吸收效率又降低了被吸收氣體的氣相分壓。應(yīng)用固體吸收劑與被吸收組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 而將其從煙氣中分離出來的過程，也屬于化學(xué)吸收，例如爐內(nèi)噴鈣（ CaO）煙氣脫硫也是化學(xué)吸收。物理吸收速率較低，在現(xiàn)代煙氣中很少單獨(dú)采用物理吸收法。 物理吸收的程度，取決于氣 液平衡，只要?dú)庀嘀斜晃盏姆謮捍笥谝合喑势胶鈺r(shí)該氣體分壓時(shí)，吸收過程就會(huì)進(jìn)行。如果吸收過程不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，單純是被吸收氣體溶解于液體的過程，稱為物理吸收，如用 水吸收 SO2。 第二節(jié) 濕法煙氣脫硫技術(shù)的原理 濕法煙氣脫硫技術(shù)的原理主要可以分為物理吸收、化學(xué)吸收，同時(shí)良好的脫硫吸收劑對整個(gè)脫硫過程具有很大的影響。凈化后的煙氣，通過 GGH 升溫后，經(jīng)煙囪排入大氣。吸收塔排出的廢水，依靠重力流入海水處理廠，與來自冷卻循環(huán)系統(tǒng)的海水混合，并用鼓風(fēng)機(jī)鼓入大量空氣，使亞硫酸根氧化為硫酸根，并驅(qū)趕出海水中的二氧化碳。 圖 23 海水脫硫工藝流程 海水脫硫工藝流程如圖 23 所示，它主要由煙氣系統(tǒng)、供排海水系統(tǒng)、海水恢復(fù)系統(tǒng)等組成。海水通常呈堿性，自然堿度大約為 ～ ，這使得海水具有天然的酸堿緩沖能力及吸收 SO2的能力。這主要是由于該法脫硫率較高 (一般在 90%以上 )，且無論是 MgSO3還是 MgSO4都有很大的溶解度，因此也就不存在如石灰 /石灰石系統(tǒng)常見的結(jié)垢問題，終產(chǎn)物采用再生手段既節(jié)約了吸收劑又省去了廢物處理的麻煩，因此這種方法在美國還是頗受青睞的。其簡單工藝流程如圖 2 一 2 所示： 圖 22 氧化鎂法煙氣脫硫工藝流程 煙氣經(jīng)過預(yù)處理后進(jìn)入吸收塔，在塔內(nèi) S02與吸收液 Mg(0H)2和 MgS03 反應(yīng)： Mg(OH)2 + SO2 = MgSO3 + H2O MgSO3 + SO2 + H2O = Mg(HSO3) 其中 Mg(HSO3)2還可以與 Mg(OH)2反應(yīng) ： Mg(HSO3)2 + Mg(OH)2 = 2MgSO3 + 2H2O 在生產(chǎn)中常有少量 MgSO3被氧化成 MgSO4， MgSO3與 MgSO4沉降下來時(shí)都呈水合結(jié)晶態(tài)，它們 的晶體大而且容易分離，分離后再送入干燥器制取干燥的MgSO3/MgSO4，以便輸送到再生工段，在再生工段， MgSO3在緞燒中經(jīng) 1500oF高溫分解， MgSO4則以碳為還原劑進(jìn)行反應(yīng) : MgSO3 = MgO + SO2 2MgSO4 + C= MgO + SO2 + CO2 從鍛燒爐出來的 S02氣體經(jīng)除塵后送往制硫或制酸，再生的 MgO 與新增加 18 的 MgO 一道，經(jīng)加水熟化成氫氧化鎂，循環(huán)送去吸收塔。盡管如此，氨法仍不失為一種治理低濃度二氧化硫的有前途的方法。H2O + SO2 = （ NH4） 2SO3 + H2O （ NH4） 2SO3 + H2O + SO2 = 2NH4HSO3 酸解 ： （ NH4） 2SO3 + H2SO4 = （ NH4） 2SO4 + SO2 + H2O 2NH4HSO3 + H2SO4 = （ NH4） 2SO4 + 2SO2 + H2O 中和 ： H2SO4 + 2NH3 = （ NH4） 2SO4 氨法是煙氣脫硫方法中較為成熟的方法，該法脫硫費(fèi)用低，氨可留在產(chǎn)品內(nèi)，以氮肥的形式存在，產(chǎn)品實(shí)用價(jià)值較高。 SO2 可用于制造和生產(chǎn)硫酸以及作為化工原料，回收 SO2 后的吸收液中含有硫 酸銨和過量的硫酸，可用氨中和其中的硫酸生成硫酸銨，將硫酸銨溶液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮可得到硫酸銨晶體。 氨 酸法的基本原理是將氨水加入吸收塔中使其與含 SO2的廢氣逆流接觸，生成亞硫酸銨和亞硫酸氫銨。在這些脫硫方法中，其吸收的原理和過程是相同的，不同之處僅在于對吸收液處理的方法和工藝技術(shù)路線不同。 第一節(jié) 濕法煙氣脫硫的種類 氨法 氨法是采用氨水洗滌含 SO2的廢氣，形成 （ NH4） 2SO3NH4HSO3H2O 的吸收液體系，該溶液中 （ NH4） 2SO3 對 SO2 具有良好的吸收能力，是氨法中的主要吸收劑，吸收 SO2 以后的吸收液可用不同的 方法處理，獲得不同的產(chǎn)品。自 20 世紀(jì) 70 年代以來，美國的各種電站鍋爐中，安裝此系統(tǒng)的有 7800MW 以上機(jī)組。該法特點(diǎn)是將一個(gè)吸收塔分為上下兩段，使兩段吸收處在不同的 pH 值下進(jìn)行操作。 雙循環(huán)或回路石灰石洗滌脫硫法，是對傳統(tǒng)濕式石灰石 石膏法的一種改進(jìn)。而其還原劑煤在電廠也是十分豐富和方便。 CaO 則循環(huán)到脫硫吸收裝置作為脫 硫劑循環(huán)使用。在該過程中，石膏被 C（無煙煤或焦碳）還原 SO2 和 CaO。但是，目前再我國脫硫石膏很難找到大規(guī)模的用途。石膏的主要用途是作為建筑材料，高質(zhì)量石膏作為石膏板材的原料。 濕式鈣法通常有拋棄法、回收法和雙循環(huán)濕式鈣法等，拋棄法和回收法區(qū)別在脫硫產(chǎn)物是否再利用。其工藝原理是用石灰或石灰石漿液吸收煙氣的 SO2 ，分為吸收和氧化兩個(gè)階段。目前使用最廣泛的濕法煙氣脫硫技術(shù)，主要是石灰石 /石灰洗滌法，占整個(gè)濕法煙氣脫硫技術(shù)的 %。脫硫過程的反應(yīng)溫度低于露點(diǎn)，脫硫后的煙氣一般需經(jīng)再加熱才能從煙囪排出。 第二章 濕法煙氣脫硫 濕式鈣法 (簡稱濕法 )煙氣脫硫技術(shù)是 3 種脫硫方法中技術(shù)最成熟、實(shí)際應(yīng)用最多、運(yùn)行狀況最穩(wěn)定 的脫硫工藝。 隨著循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念不斷地?cái)U(kuò)展，國內(nèi)外對活性炭或活性焦吸附－再生煙氣脫硫技術(shù)表現(xiàn)出濃厚的興趣，該技術(shù)特別適合于缺水、脫硫石膏無法綜合利用的區(qū)域。活性焦比活性炭的經(jīng)濟(jì)性要好，表現(xiàn)出較大的應(yīng)用潛力。從脫附塔產(chǎn)生的 SO CO2 和水蒸氣經(jīng)過換熱器除去水汽后，送入硫酸廠，此工藝脫硫率可達(dá) 90%以上。吸附了 SO2的活性炭被送入脫附塔，先在換熱器內(nèi)預(yù)熱至 300℃，再與 300℃的過熱水蒸氣接觸，活性炭上的硫酸被還原成 SO2 放出。 活性炭加熱再生常采用移動(dòng) 床吸附脫硫流程。并聯(lián)時(shí)的脫硫效率為80%左右，串聯(lián)可達(dá)到 90%。對于固定床，其流程為煙氣經(jīng)除塵后，送入吸附塔。洗滌再生法是通過洗滌活性炭床層使炭孔內(nèi)的酸液不斷排出炭層，從而恢 復(fù)炭的催化活性。再生方法包括洗滌再生和加熱再生兩種。這是由于活性炭表面具有催化作用，使吸附的 SO2 被煙氣中的 O2氧化為 SO3， SO3 再與水蒸氣反應(yīng)生成硫酸，使其吸附量大為增加，該過程可表示為： SO2→ SO2*(物理吸附 )， O2→ O2*(物理吸附 )， H2O→ H2O*(物理吸附 )， 2SO2*+ O2*→ 2SO3*(化學(xué)吸附 )， SO3*+ H2O*→ H2SO4*(化學(xué)吸附 )， H2SO4*+ nH2O*→ H2SO4?H2O* (化學(xué)吸附 )。 活性炭脫硫的 主要特點(diǎn)：過程比較簡單，再生過程中副產(chǎn)物很少；吸附容量有限，須在低氣速（ ～ ）下運(yùn)行，因而吸附器體積較大；活性炭易被廢氣中的 O2 氧化而導(dǎo)致?lián)p耗；長期使用后，活性炭會(huì)產(chǎn)生磨損，并因微孔堵塞喪失活性。 7 活性炭吸附－再生煙氣脫硫技術(shù) 活性炭吸附－再生煙氣脫硫技術(shù)最早出現(xiàn)在 19 世紀(jì) 70 年代后期，已有數(shù)種 14 工藝在日本、德國、美國等得到工業(yè)應(yīng)用，其代表方法有日立法、住友法、魯奇法、 BF 法及 Reidluft 法等。 該工藝 1985 年在芬蘭建成了第 1 套工業(yè)化裝置后短短幾年，就在多個(gè)國家應(yīng)用。分步實(shí)施可以在原有鍋爐上進(jìn)行。在第二步中活化塔是核心，煙氣要進(jìn)行增濕和脫硫灰再循環(huán)，可使脫硫效率達(dá)到75%，該步的投資大約是脫硫系統(tǒng)總費(fèi)用的 85%。可分三步實(shí)施：石灰石爐內(nèi)噴射→煙氣增濕及干灰再循環(huán)→加濕灰漿再循環(huán)。該工藝除了保留爐內(nèi)噴射石灰石粉脫硫系統(tǒng)，在爐后煙道上增設(shè)了一個(gè)獨(dú)立的活化反應(yīng)器，將爐內(nèi)未反應(yīng)完的 CaO通過霧化水進(jìn)行活化后再次脫除煙氣中的 SO2。 6 爐內(nèi)噴鈣尾部煙氣增濕活化脫硫技術(shù) 爐內(nèi)噴鈣在除塵裝置如 ESP 之前噴水增濕，使未反應(yīng)的 CaO 活化，提高煙氣中 SO2 的脫除效率。反應(yīng)產(chǎn)物再循環(huán)也是提高脫硫率和石灰石利用率的有效方法。為此，可以通過加裝一些設(shè)備提高爐內(nèi)噴鈣的 SO2 脫除率。因此，爐內(nèi)噴鈣煙氣脫硫仍是一個(gè)值得研究的課題。曾經(jīng)認(rèn)為是簡單反應(yīng)的 CaO/SO2 硫酸鹽化反應(yīng)，現(xiàn)在被認(rèn)為是復(fù)雜的高溫、瞬時(shí)的多相反應(yīng)。 5 爐內(nèi)噴鈣煙氣脫硫技術(shù) 爐內(nèi)噴鈣煙氣脫硫是把鈣基吸收劑如石灰石、白云石等噴到爐膛燃燒室上部溫度低于 1200℃的區(qū)域，隨后石灰石瞬時(shí)煅燒生成 CaO，新生的 CaO 與 SO2 進(jìn)行硫酸鹽化反應(yīng)生成 CaSO4，并隨飛灰在除塵器中收集。 干法煙氣脫硫 是反應(yīng)在無液相介入的完全干燥的狀態(tài)下進(jìn)行，反應(yīng)產(chǎn)物也為干粉狀，不存在腐蝕、結(jié)露等問題。旋風(fēng)除塵器除下的一部分脫硫灰經(jīng)循環(huán)灰斗和螺旋給灰機(jī)進(jìn)入反應(yīng)器中再循環(huán)。其工藝流程 是： 從煤粉燃燒裝置產(chǎn)生的實(shí)際煙氣通過引風(fēng)機(jī)進(jìn)入反應(yīng)器，再經(jīng)過旋風(fēng)除塵器，最后通過引風(fēng)機(jī)從煙囪排出。 干式循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù) 干式循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)是 20世紀(jì) 80年代后期發(fā)展起來的一種新的干法煙氣脫硫技術(shù)，該技術(shù)具有投資少、占地小、結(jié)構(gòu)簡單、易于操作，兼有高 效除塵和煙氣凈化功能，運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。在循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)，吸收劑被增濕活化，并且能充分的循環(huán)利用，而大顆粒吸收劑被其余粒子碰撞破碎，為脫硫反應(yīng)提供更大反應(yīng)表面積。在此基礎(chǔ)上，美國 EEC(Enviromental Elements Corporation)和德國 Lurgi公司進(jìn)一步合作開發(fā)了一種 新型煙氣的脫硫裝置。該技術(shù)的基本原理是：在鍋爐爐膛適當(dāng)部位噴入石灰石，起到部分固硫作用，在尾部煙道電除塵器前裝設(shè)循環(huán)流化床 12 反應(yīng)器，爐內(nèi)未反應(yīng)的 CaO 隨著飛灰輸送到循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)，在循環(huán)硫化床反應(yīng)器中大顆粒 CaO 被其中湍流破碎，為 SO2 反應(yīng)提供更大的表面積，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的脫硫率。我國南京下關(guān)電廠和紹興錢清電廠從芬蘭引進(jìn)的 LIFAC 脫硫技術(shù)和設(shè)備目前已投入運(yùn)行。 LIFAC 技術(shù)是將循環(huán)流化床技術(shù)引入到煙氣脫硫中來，是其開創(chuàng)性工作，目前該技術(shù) 脫硫率可達(dá) 90％以上，這已在德國和奧地利電廠的商業(yè)運(yùn)行中得到實(shí)現(xiàn)。目前，典型的爐內(nèi)噴鈣尾部增濕脫硫技術(shù)有美國的爐內(nèi)噴鈣多級(jí)燃燒器（ LIMB）技術(shù)、芬蘭的爐內(nèi)噴 石灰石及氧化鈣活化反應(yīng)（ LIFAC）技術(shù)、奧地利的灰循環(huán)活化（ ARA）技術(shù)等，下面介紹一下LIFAC 技術(shù)。由于單純爐內(nèi)噴鈣脫硫效率往往不高（低于 20％～ 50％），脫硫劑利用率也較低，因此爐內(nèi)噴鈣還需與尾部增濕配合以提高脫硫效率。 爐內(nèi)噴鈣尾部增濕煙 氣脫硫技術(shù) 爐內(nèi)噴鈣尾部增濕也作為一種常見的干法脫硫工藝而被廣泛應(yīng)用。 該法工藝由煙氣冷卻、加氨、電子束照射、粉體捕集四道工序組成，其工藝流程圖如圖 2 所示。 80 年代由美國政府和日本荏原制作所等單位分擔(dān)出資在美國印第安納州普列斯燃煤發(fā)電廠建立了一套最大處理高硫煤煙氣量為 24000Nm3/h 地電子束裝置， 1987 年 7 月完成，取得了較好效果，脫硫率可達(dá) 90％以上，脫硝率可達(dá) 80％以上。 電子射線輻射法煙氣脫硫技術(shù) 電子射線輻射法是日本荏原制作所于 1970 年著手研究， 1972 年又與日本原子能研究所合作，確立的該技術(shù)作為連續(xù)處理的基礎(chǔ)。有代表性的噴霧干燥法、活性炭法、 電子射線輻射法、填充電暈法、荷電干式吸收劑噴射脫硫技術(shù)、爐內(nèi)噴鈣尾部增濕法、煙氣循環(huán)流化床技術(shù)、爐內(nèi)噴鈣循環(huán)流化床技術(shù)等一批新的煙氣脫硫技術(shù)已成功地開始了商業(yè)化運(yùn)行，其脫硫副產(chǎn)物脫硫灰已成功地用在鋪路和制水泥混合材料方面。 干法煙氣脫硫技術(shù) 干法脫硫技術(shù)與濕法相比具有投資少、占地面積小、運(yùn)行費(fèi)用低、設(shè)備簡單、維修方便、煙氣無需再熱等優(yōu)點(diǎn)，但存在著鈣硫比高、脫硫效率低、副產(chǎn)物不能商品化等缺點(diǎn)。 3 新興的煙氣脫硫方法以及當(dāng)前研究的熱點(diǎn) 最近幾年，科技突飛猛進(jìn)，環(huán)境問題已提升到法律高度。 D 煙道噴射半干法煙氣脫硫 : 該方法利用鍋爐與除塵器之間的煙道作為反應(yīng)器進(jìn)行脫硫，不需要另外加吸收容器，使工藝投資大大降低，操作簡單，需場地較小，適合于在我國開發(fā)應(yīng)用。具有很高的脫硫率及脫硫劑利用率，而且對環(huán)境的影響很小。脫硫反 應(yīng)后的產(chǎn)物以干態(tài)粉末形式從分離器中吹出。與干法脫硫系統(tǒng)相比，克服了爐內(nèi)噴鈣法 SO2 和 CaO 反應(yīng)效率低、反應(yīng)時(shí)間長的缺點(diǎn)，提高了脫硫劑的利用率，且工藝簡單，有很好的發(fā)展前景。這種技術(shù)的特點(diǎn)是：投資少、運(yùn)行費(fèi)用低，脫硫率雖低于濕法脫硫技術(shù)，但仍可達(dá)到 70％tn，并且腐蝕性小、占地面積少，工藝可靠。所以，選擇開發(fā)