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隨著我國對大氣污染和環境保護的日益重視,煙氣脫硫技術得到了快速發展,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,而氮肥、焦化和煤化工行業多以氨法為主。
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驗,是目前世界技術上成熟、實用業績最多、運行狀況較穩定的脫硫工藝。
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。煙氣在吸收塔內向上流動北鄉下流動的循環漿液以逆流方式洗滌,循環漿液則通過循環泵向上輸送到噴漿層內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。脫硫后的經驗起經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主要包括:煙氣系統、吸收氧化系統、漿液制備系統、石膏脫水系統、排放系統等,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穩定性。
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,與循環吸收溶液逆流接觸反應生成亞硫酸銨;脫硫后的凈煙氣經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的政法結晶器,料液在70℃左右達到沸點,比正常蒸發下降了40℃,大大降低了蒸汽用量;蒸發潔凈器出口為含固量30%的硫酸銨料漿,經離心機進一步分離后進入干燥劑糟熘,得到含水率3%的硫酸銨產品。
氨法脫硫工藝主要包括:煙氣系統、吸收氧化系統、脫水系統等,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;設備國產化程度較石灰石—石膏法較低。
3.2 經濟分析
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,即使在使用過程中,也必須處于完好密閉狀態,應采取有效的安全措施予以防范。
3.3.2 產品的安全性
石灰石-石膏法煙氣脫硫的產品是脫硫石膏,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,也用作工業材料,但總體消耗量有限。火電、鋼鐵和冶煉企業均運出廠外,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。硫酸銨為工業產品,廣泛應用于農業生產,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,發生一般以上事故的可能性小,無特種工種,無危險工序,風險系數低,安全優勢大,尤其是非化工從業人員對“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 環保性分析
(1)脫硫劑的環保性
石灰石屬于天然原材料,只需采取簡易的通風、防塵措施,對環境污染和健康危害小。氨泄漏存在污染作業環境和大氣環境的風險,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)產品的環保性
脫硫石膏是工業廢渣,其回收利用已成為世界性難題,大多數情況下只能作為工業垃圾予以廢棄和存放,且隨時存在污染環境的可能;而硫酸銨是化學肥料,廣泛應用于農業生產,使硫資源得到再生利用。顯然,硫酸銨的環保優勢大大高于脫硫石膏。
(3)工藝的環保性
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勢很大,主要是變廢為寶、低碳環保,可再生利用硫資源,符合循環經濟發展戰略,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副產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、負荷循環經濟發展,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、鋼鐵和冶煉行業實施煙氣脫硫項目的氨法脫硫改造。
參考文獻
【1】段付崗,王變雪.氨法和石灰石法煙氣脫硫技術的綜合分析及建議【J】.硫磷設計與粉體工程,2014(2):9-13.
【2】黃麗娜,繆明烽,陳茂兵,秦翠娟.石灰石-石膏法與氨法脫硫技術比較【J】.電力科技與環保,2011(5):26-28.
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