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研究应用烟气脱硫技术控制燃煤工业锅炉二氧化硫污染

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2009/6/10 13:45:02   

 关键词:  煤炭 烟尘 燃煤锅炉

摘 要 本文研究应用烟气脱硫技术控制燃煤工业锅炉SO2的污染。其中主要包括旋流板塔及其在燃煤工业锅炉烟气脱硫中的应用。研究表明,旋流板塔以气液接触面积大、结构简单、压力降较小、操作稳定为其主要特点。但是,脱硫工艺过程不合理,导致SO2并未固定,而生成的不稳定化合物亚硫酸盐造成严重二次污染。改进和完善工艺过程,尽快解决亚硫酸盐的严重二次污染问题,是我国燃煤工业锅炉烟气脱硫中急待解决的重大问题,切不可等闲视之。

关键词 煤炭;烟尘;燃油;SO2;污染燃煤工业锅炉;旋流板塔

1、引言

  自20世纪80年代初以来,随着我国经济持续迅速发展,煤炭年消耗量以5~12%的速度逐年递增,SO2的年排放量也逐年增多。到20世纪末,我国SO2的年排放量高达2000多万t,我国成为世界上大气环境污染最严重的国家,在SO2的污染作用下也成为世界上第三大酸雨区。2002年113个全国大气污染防治重点城市中,有40个城市SO2年日均浓度超过国家二级标准,占35.4%,颗粒物超标的城市占72.6%。30个城市空气质量达标,44个城市空气质量为三级,39个城市空气质量劣于三级。由于燃煤排放的SO2属于无控制排放,我国酸雨污染也很难控制,我国酸雨污染面积基本上占国土总面积的三分之一以上。我国大气污染如此严重,成为当今世界上绝无仅有的国家。未来,经济迅速持续发展,SO2的排放量也会逐年增加,大气环境污染控制不容乐观。
  根据污染物来源分析表明,燃煤工业锅炉是我国SO2污染的第二大污染源,SO2年排放量高达600多万t,仅次于第一大污染源燃煤发电厂(SO2年排放量为780万t),由于燃煤工业锅炉烟囱低矮,对城市大气污染的贡献率远远大于燃煤发电厂,控制燃煤工业锅炉SO2污染,对控制我国大气环境污染具有极其重要的意义。我国大气环境中SO2的浓度达到国家二级标准时大气环境容量不得超过1200万t/年,可见我国SO2的减排数量相当可观,大约要减排800多万t/年。当然,减少燃煤工业锅炉SO2排放量,是我国减少SO2排放量的主要任务之一。
  应用传统的大气污染控制技术控制燃煤工业锅炉SO2污染是不可能的。为此,笔者对燃煤工业锅炉提出一整套科学、有效、经济、密切结合中国国情的综合防治对策:采用清洁燃料;禁止原煤散烧,淘汰小锅炉;应用工业固硫型煤技术;采用水煤浆技术;应用循环流化床洁净燃烧技术;采用烟气脱硫技术控制燃煤工业锅炉SO2污染。本文仅综论采用烟气脱硫技术控制燃煤工业锅炉SO2污染。
  在某些情况下,特别是在较大容量的燃煤工业锅炉上,应用烟气脱硫技术控制燃煤工业锅炉SO2污染,也不失为一种好方法。
烟气脱硫是指采用物理及化学的方法,从含SO2烟气中将SO2分离出来,并使之固定,而使烟气得到净化。烟气脱硫技术,是目前世界上研究开发历史最长、脱硫效率最高、应用最广的适用技术。目前,烟气脱硫技术主要应用于燃煤发电厂大型锅炉、钢铁工业、硫酸工业以及石油化工等行业,用于削减SO2的排放量,防治大气环境SO2污染。对于国外工业锅炉和商业锅炉,尚未发现应用烟气脱硫技术控制SO2污染的业绩。在今后相当长的时期内,烟气脱硫技术一直是上述四大工业减排SO2的不可替代的重要技术。除我国外,未来国外在工业锅炉和商业锅炉上,一般不会采用烟气脱硫技术控制SO2污染,采用清洁燃料控制工业锅炉和商业锅炉SO2污染,仍是他们唯一的选择。
  国外在工业锅炉和商业锅炉上,通常是应用清洁燃料柴油、天然气、液化石油气、工业固硫型煤、低灰低硫优质煤,经济、简便、有效地控制锅炉SO2污染,一般不采用烟气脱硫技术。如美国工业锅炉和商业锅炉大约有150多万台,其小容量的类似我国小容量的工业锅炉,大容量的有400t/h左右。20世纪50年代时,这些锅炉以燃煤为主,造成美国严重的大气污染,60年代后因贯彻实施空气净化条例,迅速改烧清洁燃料,锅炉大气污染得到有效控制。在采用清洁燃料中,柴油占55~65%,天然气占20~25%,液化石油气占10~15%,工业固硫型煤占5%,优质煤占不到5%。在美国,烟气脱硫技术仅用于大容量(1000t/h以上)燃煤发电厂锅炉上,其他发达国家,如德国、日本等也是如此。
  在燃煤工业锅炉上,应用烟气脱硫技术控制SO2污染,是中国开拓烟气脱硫应用领域的一种新尝试。这主要是由于中国清洁燃料短缺,难以为燃煤工业锅炉提供数量可观的清洁燃料,研究开发燃煤工业锅炉烟气脱硫技术,就成为我国市场经济的迫切需求。
  近二十年来,我国对燃煤工业锅炉烟气脱硫技术专门进行了广泛的研究及开发,其中包括煤炭混配石灰或添加剂、炉内直接喷钙和沸腾床石灰石干法脱硫;钙碱法、氨碱法、钠碱法及镁碱法等湿法烟气脱硫。研究开发的烟气脱硫技术大约有40多种,其中有10几种运行较为稳定,经过最近几年来市场经济技术的淘汰,真正进入市场在燃煤工业锅炉上应用的也就是几种,其中旋流板塔应用较多。本文仅以旋流板塔为例,纵论烟气脱硫技术在燃煤工业锅炉上的应用。

2、旋流板塔脱硫系统

  旋流板塔是我国20世纪70年代研究开发的一种新型塔器,最初这种塔器在化工上用来分离混合气体中的NH3、HCI等气体,80年代初又用于燃煤工业锅炉脱除SO2,到90年代末,这种塔器已被较多地用于燃煤工业锅炉烟气脱硫除尘器及除尘。旋流板塔以气液接触面积大、结构简单、阻力较小、运行稳定、脱硫和除尘效率高为主要特点,脱硫效率为60~80%,除尘效率为90~99%。
  2.1脱硫原理
  2.1.1化学吸收反应
  旋流板塔中,SO2的化学吸收反应因吸收剂的不同而不同。目前,在旋流板塔脱硫中应用的脱硫剂有石灰(CaO)、纯碱(Na2CO3)及烧碱(NaOH)。
  (1)以CaO为脱硫剂。当以CaO为脱硫剂时,旋流板塔内将发生如下的化学吸收反应:
  石灰消化反应
  CaO+H2O→Ca(OH)2 ⑴
  Ca(OH)2吸收SO2的化学反应
  Ca(OH)2+SO2→CaSO3  1/2H2O+1/2H2O ⑵
  Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O ⑶
  CaCO3+SO2+1/2H2O→CaSO3 1/2H2O+CO2 ⑷
  CaSO3 1/2H2O+SO2+1/2H2O→Ca(HSO3) ⑸
  由于烟气中含有过剩的氧,还会发生亚硫酸盐氧化反应:
  2CaSO3·1/2H2O+O2+3H2O→2CaSO4 2H2O ⑹
  由于烟气中过剩氧很少,一般为4%左右,能发生氧化反应的亚硫酸钙很少,绝大部分的亚硫酸钙(约95%以上)并未发生氧化反应。
  (2)应用“双碱”法脱除SO2。采用“双碱”法,既提高了SO2的吸收效率,又降低了吸收剂的成本。其原理如下:采用第一碱烧碱(NaOH)高效吸收SO2,再用第二碱石灰浆液(Ca(OH)2)进行再生,再生后的NaOH碱液可继续循环使用。其化学反应如下:
  化学吸收SO2
  2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O ⑺
  由于烟气中含有氧气,将会进行亚硫酸钠氧化反应
  Na2SO3+1/2O2→Na2SO4 ⑻
  同样,未发生氧化反应的亚硫酸钠占95%以上。
  再生反应
  Na2SO3+Ca(OH)2→2NaOH+CaSO3 1/2H2O↓ ⑼
  由于氧化副反应生成的Na2SO4难以再生,使烧碱(NaOH)的消耗量有所增加,需不断向系统补充少量的烧碱(NaOH)(大约为3~5%)
  (3)以Na2CO3作吸收剂。吸收剂Na2CO3在低温下吸收烟气中的SO2,同时生成Na2SO3,Na2SO3还可继续吸收SO2而生成NaHSO3。NaHSO3是酸式盐,不具有吸收SO2的能力。其化学反应如下:
  2Na2CO3+SO2+H2O→2NaHCO3+Na2SO3 ⑽
  2NaHCO3+SO2→Na2SO3+H2O+CO2↑ ⑾
  Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3 ⑿
  吸收开始时,主要按⑽、⑾式进行反应生成Na2SO3,而后Na2SO3继续吸收SO2生成酸式盐NaHSO3,实际吸收反应按⑿式进行。
  由于烟气中含有过剩氧,也会引起如下的氧化反应:
  Na2SO3+1/2O2→Na2SO4
  在一般情况下,循环吸收液中含有Na2SO3和Na2SO4,但Na2SO4的含量很少。因而吸收液的主要成分是Na2SO3和NaHSO3。在此吸收液中,唯一能吸收SO2的是NaSO3。当吸收液全部是Na2SO3时,对SO2的吸收能力最大;当吸收液中的Na2SO3全部转化成NaHSO3时,对SO2的吸收能力为0。
  (4)以NaOH作脱硫剂。以NaOH为吸收剂,吸收SO2反应如下:
  2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O ⒀
  Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3 ⒁
  以NaOH为脱硫剂与以Na2CO3为吸收剂基本上相同,不再赘述。
  国外厂商之所以采用钠碱法脱硫,主要原因是其脱硫效率高(90~95%);可获得高浓度SO2和冰晶石等副产物;吸收液还可再生,再生后的吸收液可循环使用等。我国厂商采用钠碱法脱硫,并非是为了获得高浓度的SO2和冰晶石副产物,而是以CaO为吸收剂时最佳工艺过程条件不掌握而造成脱硫塔结垢。
  2.1.2气液传质脱硫机理及除尘机理
  锅炉烟气经文丘里喉管降温增湿,从塔底以切线方向进入塔内向上螺旋流动。石灰浆液由石灰浆液循环系统进入塔内喷洒在旋流板中心的盲板上,后被盲板分配到旋流板的各个叶片上形成薄层液膜,并被导流旋转的气流(7~8m/s)喷散成液滴,液滴粒径为40~60μm,单位液体表面积增加了2600倍。液滴随气流旋转运动,在离心力的作用下,被甩至塔的内壁,形成沿塔内壁旋转向下流动的水膜环,在离心力的作用下,烟尘甩至塔的内壁上,烟尘被润湿,质量增加,随水膜一起向下流动。从叶片直至塔底,液体以细滴状态穿过气相与气体接触,进行SO2和石灰浆的气液传质过程,传热、传质强度较大。在此过程中,烟气中气体SO2溶于石灰浆液滴成为溶解性SO2,后被活性组分Ca(OH)2吸收,生成CaSO3 1/2H2O。吸收后的石灰浆液滴被烟气的离心力甩至塔的内壁,靠重力作用,随同被润湿的烟尘及水膜环一同下降并进入灰水分离系统分离灰渣,灰水中主要含有大量的CaSO3 1/2H2O、未发生化学吸收反应的Ca(OH)2、烟尘及很少量的CaSO4 2H2O。净化后的烟气经汽水分离系统除雾后排放到大气中。旋流板塔盘上,气液接触的模型如图1所示。


图1 旋流板塔盘上气液接触模型

  2.2工艺过程
  旋流板塔脱硫系统的工艺过程如图2所示。该过程由以下四个系统组成:⑴脱硫除尘系统;⑵汽水分离系统;⑶石灰浆液制备及循环系统;⑷灰水分离系统。


图2 旋流板脱硫塔脱硫工艺过程
1——燃煤工业锅炉;  2——旋流板塔;   3——脱水塔;
4——文丘里;       5——引风机;    6——烟囱;
7——石灰消化池;    8——泵;     9——三级沉淀池;

  来自燃煤工业锅炉130~180℃的含硫烟气,经设有水喷嘴的文丘里喉管后降温增湿,从旋流板塔的底部以切线方向进入塔内,在导流柱的作用下,以2m/s的速度螺旋向上流动。在离心力的作用下,烟气中10μm以上的烟尘和化学吸收了SO2的灰水液滴被甩至塔的内壁,烟尘被润湿后质量增加,在重力的作用下,被润湿的烟尘、水膜环及灰水液滴一同沿塔内壁向塔底流动,进入灰水分离系统,经三级沉淀池将灰渣分离出来。灰渣中通常含有大量的烟尘和亚硫酸钙(CaSO3·1/2H2O)、很少量的硫酸钙(CaSO4·2H2O)以及未发生反应的Ca(OH)2等。分离出的清水经泵送到石灰消化池中。
  烟气中吸收了SO2的灰水液滴是经如下过程形成的。在塔的上部,石灰浆液经其循环系统在塔内从喷嘴喷洒到旋流板的盲板上,后被盲板分配到旋流板的各个叶片上并形成液膜,然后再被导流旋转的气流喷散成液滴,液滴随气流旋转运动,并进行SO2和Ca(OH)2浆液的气液传质过程和化学反应过程,于是形成吸收了SO2的石灰浆液滴。脱硫和除尘净化后的烟气含有大量的水雾,经汽水分离系统除雾脱水后再经引风机和烟囱排放到大气中。
  2.3 主要设备
  旋流板塔脱硫系统工艺过程的主要设备有:旋流板塔、脱水塔和沉淀池。
  (1)旋流板塔 旋流板塔脱硫系统的主体设备是旋流板塔,如图3所示,塔的下部设有切向烟气入口,此入口与文丘里喉管连接,塔的下部还设有溢流槽和气体导向柱;在塔的上中部设有石灰浆液喷淋装置,包括管道和喷嘴,此外在上中部还设有旋流板。旋流板是由旋流叶片组成的,叶片的仰角一般取25°,叶片径向角可根据叶片的厚度、叶片数等因素计算。旋流板中心设有盲板与旋流叶片连接。
  增加旋流板的个数,通常会提高旋流板塔的脱硫效率,但阻力也会相应增大。
  在旋流板塔的顶部设有除雾器,如“人”字除雾器、Z形除雾器、不锈钢丝网除雾器,也可使用旋流板除雾器。此外,顶部还设有净化烟气出口。
  目前,我国在燃煤工业锅炉上脱硫除尘用的旋流板塔的阻力为80~200mm水柱。旋流板塔的塔体、文丘里管、烟道、切向烟气入口、导流柱、溢流槽等,一般应用我国安徽、福建、湖南、湖北出产的耐磨、耐温、耐腐蚀的花岗石(麻石)砌筑而成,接缝用耐酸碱水泥粘接;旋流板的叶片通常用大理石制做,石灰浆喷林装置(管道、喷嘴、紧固件)以及其它元件可采用316L不锈钢制做。主体设备的使用寿命可保证在8年以上。


图3 旋流板脱硫塔结构示意图
1——旋流板塔塔体;  2——切向烟气入口;  3——导流柱;
4——溢流槽;  5——旋流板;  6——除雾旋流板;    7——烟气出口;  8——喷嘴;

  (2)脱水塔  脱水塔也称副塔,用来脱除洗涤后烟气中的大量水份。80年代我国各地建造的大量花岗石旋风水膜除尘器,大多设有脱水塔,脱水性能较好。脱水塔为中空圆柱形筒体,顶部设有烟气入口,底部设有烟气出口和冷凝水排出口。脱水塔的直径和高度与旋流板塔塔体相同,也是用花岗石砌筑的。对于原来建造的花岗石水膜除尘器改造成旋流板塔,原有的脱水塔仍可应用,有时为了提高脱水效率,在保留应用脱水塔的同时,可在旋流板塔的顶部再安装其它类型的除雾器。
  (3)沉淀池 沉淀池为三级沉淀池,用来分离灰水,以减少灰水的二次污染。来自脱硫塔的灰水首先流入第一级沉淀池,经三级沉淀后,绝大部分的灰渣沉淀到池内,并用专用设备取出,再进行综合利用,第三级沉淀池上部的清水可泵送到石灰消化池中应用。沉淀池为水泥构筑物,表面涂抹耐酸碱水泥层。

  3、旋流板脱硫塔在燃煤工业锅炉上的应用

  3.1技术性能
  目前,在4t/h~220t/h燃煤工业锅炉上,旋流板塔较多地用来脱除SO2和除尘。本文仅以65t/h、67t/h和75t/h燃煤工业锅炉为例,配套的旋流板脱硫塔系统的技术性能如表1所示。

  表1 65t/h、67t/h和75t/h燃煤工业锅炉应用旋流板塔脱除SO2和除尘的技术性能


项目

实测值

锅炉负荷,t/h
煤炭燃烧量,kg/h
煤炭含硫量,%
处理烟气量,m3/h
入口烟气温度,℃
旋流板块数
入口烟尘质量浓度,mg/m3
入口SO2质量浓度,mg/m3
除尘效率,%
脱硫效率,%
出口烟气温度,℃
出口烟尘质量浓度,mg/m3
出口SO2质量浓度,mg/m3
出口烟气水份,%
石灰水供给量,m3/h
石灰水温度,℃
石灰水含CaO,g/L
石灰水pH值
旋流板脱硫塔排水pH值
旋流板脱硫塔排水温度,℃
液气比(L:m3)
钙硫比(摩尔比)
钙基利用率,%

65
12050
0.72
1.05×105
154
3
14363
1488
99.1
91.6
50
135
125
7.0
140
39
0.71
11.58
6.16
51
1.24
0.73
100

67
13451
0.72
1.11×105
165
3
15776
1509
99.1
87.7
54
148
286
7.8
155
39
0.71
11.58
6.32
54
1.26
0.75
100

75
7500
1.6
1.30×105
180
1
20482
2277
95.0
66.0
55
678.4
781
8

 

7.5

 

8.2
1.1

  3.2环境效益及经济效益评价
  本文引用“某热电公司对65t/h和67t/h两台燃煤工业锅炉改装旋流板塔脱硫后的环境效益和经济效益评价”,以便对旋流板塔在燃煤工业锅炉上脱硫进行评价。
  3.2.1环境效益评价
  原应用旋风水膜除尘器除尘的65t/h和67t/h两台燃煤工业锅炉,烟气净化后排放的烟尘质量浓度为1300~1500mg/m3,SO2的质量浓度为1500~1700mg/m3,而广东省新的地方标准(DB44/27-2001)的大气污染物排放限值为:烟尘不大于200mg/m3,SO2不大于1300mg/m3。为了达到新环保法规的要求,将两台锅炉原来安装的旋风水膜除尘器改装成旋流板塔脱硫除尘。
  两台锅炉改装成旋流板塔脱硫除尘后,净化后烟气的烟尘浓度低于148mg/m3,除尘效率为99%,每年烟尘的削减量为1773t/a;SO2浓度低于186mg/m3,脱硫效率为87%,每年SO2的削减量为1867t/a。改装旋流板塔脱硫除尘的两台燃煤工业锅炉,烟尘排放浓度和SO2排放浓度全部达到新环保法规的要求,其中SO2的排放浓度远远低于新环保法规SO2的排放限值。可以说,应用旋流板塔控制燃煤工业锅炉SO2和烟尘污染,其环境效益十分看好。
  3.2.2经济效益评价
  根据脱硫剂石灰的消耗量、脱硫过程的耗电量、工资、大修的费用、以及折旧费等,计算出每吨SO2的脱除费用为983元,脱硫使电价增加0.01118元/KW·h,则总运行费用为183.47万元。锅炉如不脱硫需交SO2排污费,并且SO2排污费逐年增多。例如,2004年1月之前交SO2排污费为39.3万元,2004年7月1日到2005年7月1日,要交78.47万元,2005年7月1日之后要交117.9万元。扣除排污费后三个不同时期运行费用分别为144.17万元,105万元和65.57万元。扣除排污费后脱硫增加电价0.0093元/KW·h,0.0068元/KW·h和0.0042元/KW·h。可见,原本脱硫时要增加电价,但由于脱硫时不再缴纳逐年增加的SO2排污费,三个时期少交排污费分别为39.3万元,78.47万元和117.9万元,致使脱硫时电价增加很少。显然,在燃煤工业锅炉上应用旋流板塔控制SO2污染,其经济效益也十分显著。随着环境保护法规日趋严格,SO2排污费逐渐增加,在燃煤工业锅炉上应用旋流板塔控制SO2污染,其经济效益和环境效益十分显著。
  应当指出,本文用来进行经济评价和环境评价的65t/h和67t/h两台燃煤工业锅炉是某热电公司用来发电的燃煤锅炉,SO2的脱除费用为983元/t,而重庆洛璜电厂360MW的日本石灰石膏湿法烟气脱硫费用才839元/t。可见,应用旋流板塔脱硫时燃煤工业锅炉要付出多么沉重的代价。由于环境法规日趋严格,不仅要交纳SO2排污费,而且SO2排污费也逐年增加。为此,安装烟气脱硫的投资及年运行费用,开始显现出比交纳SO2排污费合算了。但是,对于仅供热供气的燃煤工业锅炉安装旋流板塔脱硫,如此昂贵的脱硫费用,用户很难承受,因此,本文的经济评价不能一概而论,只是说明脱硫的进展趋势而已。应当指出,旋流板塔脱硫系统化学吸收反应生成的是不稳定污染物亚硫酸盐,热电厂将SO2污染转嫁给粉煤灰综合利用部门,这样的评价又有什么意义呢?

  4、旋流板塔脱硫系统存在的主要问题

  用于燃煤工业锅炉SO2污染控制的旋流板塔脱硫系统,在二次污染方面还存在不少的问题,如净化气体未二次加热,灰水污染水体问题,灰渣含有大量不稳定化合物亚硫酸盐潜在的二次严重污染问题等,其中以灰水未合理处理最为严重。烟气脱硫是指采用物理和化学的方法,从含SO2烟气中将SO2分离出来并使之固定,而使烟气得到净化。这里指出,不仅要把SO2从含SO2烟气中分离出来,还要用化学的方法将SO2固定下来,即生成稳定的含硫化合物(硫酸盐)。只有这样,含SO2烟气才被净化。如果将SO2从含SO2烟气中分离出来,用化学的方法生成不稳定的化合物,此不稳定的化合物是潜在的污染物,在某些条件下,如在高温条件下,经热分解又释放出SO2。我们说含SO2烟气并未净化,只是污染物转移而已,即SO2污染没有彻底解决。
  在旋流板塔中,经气液传质,SO2首先溶解到石灰浆液中,再同Ca(OH)2发生化学反应生成CaSO3·1/2H2O。由于烟气中含有少量的过剩氧,一般为4%左右,很少一部分CaSO3·1/2H2O才被氧化成CaSO4·2H2O。实验表明,用石灰浆液吸收SO2的化学反应,CaSO4·2H2O仅占5~10%,而CaSO3·1/2H2O占90~95%。硫酸盐通常是稳定的化合物,高温下难以分解,而亚硫酸盐是不稳定的化合物,高温下很容易分解释放出SO2。因此,人们就把亚硫酸盐称为潜在的污染物。旋流板塔灰水中的硫酸盐主要是亚硫酸盐,占90~95%;硫酸盐的量为5~10%。灰水沉淀后分离出的灰渣中同样如此,亚硫酸盐占90%以上。有的部门为了将灰渣进行综合利用,将其用作烧砖的原料,也有的用作水泥原料,结果造成制砖厂和水泥厂SO2严重污染,就是灰渣中亚硫酸盐热分解释放出SO2的结果。原本是工业锅炉燃煤导致SO2污染,因净化不彻底又转化成砖厂和水泥厂SO2污染,这就是SO2未被固定成稳定的化合物而造成的结果。为使亚硫酸盐转变成稳定的化合物,通常用空气进行氧化,使其成为稳定的硫酸盐。同样,在钠碱法烟气脱硫中生成的亚硫酸钙,亚硫酸氢钠,氨碱法烟气脱硫中生成的亚硫酸铵,以及在镁碱法烟气脱硫中生成的亚硫酸镁,都是不稳定的潜在的污染物。同样,对这些不稳定的化合物也应妥善解决。
  在美国及发达国家中,烟气脱硫工艺过程中应用氧化塔把亚硫酸盐氧化成硫酸盐,环保法规不允许亚硫酸盐抛弃到自然环境中。美国电力工业多采用石灰石/石灰抛弃法烟气脱硫,但是向广野抛弃的是氧化后的硫酸盐,或用作填土,而日本和德国把亚硫酸盐氧化制成石膏,向建材市场出售。
  我国目前大部分脱硫灰渣用作烧砖的原料,或作水泥配料,造成制砖厂和水泥厂SO2严重污染却不以为然,还误认为是由于煤炭燃烧造成的,只要对SO2进行物料衡算,真相就会大白于天下。
  为了彻底有效地控制燃煤工业锅炉SO2污染,在应用烟气脱硫技术时,工艺过程中不能以亚硫酸盐灰水排入沉淀池,而应设氧化塔,应用490KPa的压缩空气,在60~80℃的条件下将灰水中的亚硫酸盐氧化成硫酸盐,沉淀分离后的灰渣方可用作烧砖,或作水泥的原料,也可用作铺路的填土等。
  以上建议,请国家环保总局大气处、法规处,以及省市环保有关部门、经营烟气脱硫的环保设备公司、厂家等加以权衡。
  5、结语
  (1)旋流板塔是一种新型的塔器。塔内气液传质是在粒径40~60μm的细液滴和气体之间进行的,气液接触面积大,传热、传质强度高,压力降较低,在很高的气液负荷下这种塔盘仍能稳定操作,操作弹性较大。但是,由于旋流板塔盘的气速高(有时高达7~8m/s,而空塔速度仅为3~4m/s),离心力大,液滴受到强力的分离作用,因而塔内空间未能充分利用于气液接触,影响和降低了传质速度和脱硫效率。近年来,旋流板塔在4t/h~220t/h燃煤工业锅炉上脱硫是比较成功的。运行效果表明,除尘效率为90~99%,脱硫效率为60~87%,可满足《锅炉大气污染物排放标准》。可以预料,未来会有越来越多的用户采用它控制燃煤工业锅炉SO2污染。
  (2)优化塔内结构和优化操作条件,提高燃煤工业锅炉SO2脱除效率。在近20多年内,国内许多部门着力研究开发旋流板塔在燃煤工业锅炉上脱硫技术,如简化塔盘结构,增加塔盘个数,采用多种类型的除雾器,优选石灰浆液Ca(OH)2的浓度,选择合理的烟气入口速度,探索最佳的气液比和钙硫比,使脱硫效率显著提高,二次污染减少,减少腐蚀及结垢,操作趋于稳定,降低能耗,降低造价和运行费用,打开了燃煤工业锅炉烟气脱硫的市场,并占有该市场。可以说,未来的旋流板塔脱硫市场看好。
  (3)塔体采用花岗石砌筑,旋流板叶片可采用大理石制作,内部元件采用316L不锈钢制作,主体设备的使用寿命可保证8年以上。主要设备的腐蚀问题基本解决。
  (4)对原来建造的花岗石水膜除尘器可进行改造,加设旋流板和石灰浆液制备循环系统,改造成旋流板塔用来脱硫,是一种投资少、运行费用低、见效快、可实现脱硫除尘一体化、适合我国国情的好方法。旋流板塔一般在较大容量的燃煤工业锅炉上(20t/h以上)应用。
  (5)降低烟气脱硫成套设备的投资及操作费用,是今后中小型燃煤工业锅炉烟气脱硫的发展方向,成套设备应大型化,机械化、自动化、仪表化。强化防腐、耐磨、防结垢、防堵塞措施,提高气水分离效率、灰水分离效率和运转效率,消除二次污染,防治“白烟”事故发生。优选来源广泛、价格低廉的脱硫剂,是降低脱硫费用的一项重要措施,一般情况下,不以纯碱和烧碱作脱硫剂,而是以石灰为脱硫剂为最好。
  (6)对于旋流板塔脱硫工艺过程以及有关的湿法烟气脱硫工艺过程,因脱硫剂化学吸收SO2后生成不稳定的亚硫酸盐,应尽快改进和完善工艺过程,增设氧化塔。来自旋流板塔脱硫后的灰水,首先进入氧化塔,应用压缩空气和低温条件下对灰水进行氧化,灰水中的不稳定化合物亚硫酸钙(CaSO3·1/2H2O)氧化成稳定的硫酸钙(CaSO4·2H2O),然后再将氧化后的灰水送至沉淀池,沉淀分离后的灰渣含有大量的稳定化合物硫酸盐,消除了不稳定化合物亚硫酸盐的潜在二次污染,燃煤工业锅炉SO2污染才彻底治理和消除。环保法规部门应尽快制定相应法规,在烟气脱硫中,不仅应用脱硫效率的高低来表示脱硫程度,还应规定脱硫灰渣中的亚硫酸盐含量不得高于3%,确保彻底消除SO2污染。绝不允许含有大量亚硫酸盐的灰渣出厂,也不能用作综合利用的原材料和填土,必须在出厂前将脱硫灰渣中的亚硫酸盐氧化成硫酸盐,以防二次污染。同样,在钠碱法、氨碱法、镁碱法烟气脱硫中生成的不稳定化合物亚硫酸盐,也应妥善处理,以防亚硫酸盐的二次污染。

参考文献
  1、张慧明,“中国大气SO2污染及其防治”,环境保护与可持续发展国际会议论文集, 412~425页,陕西人民教育出版社,西安,1994;
  2、张慧明,“燃煤锅炉烟气脱硫概论”,环境科学进展,5(增刊),90~103页,1997;
  3、张慧明,“中国燃煤工业锅炉烟气脱硫的现状及发展趋势”,中国SO2污染治理技术国际会议论文集,200~205页,北京,1998;
  4、吴之谕等,旋流板塔脱硫技术的应用及经济分析,电力环境保护,20(2),14~16,2002;
  5、郭亚林,旋流板湿式除尘技术在75t/h锅炉上应用,电力环境保护,20(3),14~15,2002;
  6、张慧明,“中国燃煤工业锅炉SO2污染及应用烟气脱硫技术控制”,2003年全国SO2排放总量控制及排污交易政策高级研讨会论文集,231~240,庐山,2003;
  7、化工设备全书编辑委员会,化工设备设计全书·塔设备设计,上海科技出版社,上海,1988。

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