中小化工燃煤锅炉烟气脱硫技术路线的选择

任 岷，娄晓灵

(1.中物科技集团 四川恒泰环境技术有限责任公司，四川 绵阳 621000;

2.中国工程物理研究院 信息中心，四川 绵阳 621900)

中小化工燃煤锅炉烟气脱硫技术路线的选择

任 岷1，娄晓灵2

(1.中物科技集团 四川恒泰环境技术有限责任公司，四川 绵阳 621000;

2.中国工程物理研究院 信息中心，四川 绵阳 621900)

在分析了燃煤烟气脱硫方式以及中小化工燃煤锅炉特点的基础上，对中小化工燃煤锅炉适宜的烟气脱硫技术路线进行了技术经济比较。认为选择脱硫路线时应考虑技术的成熟度及可靠性、脱硫剂和运行的成本、副产物的利用等因素。建议在烟气量小于8×105m3/h时采用干法脱硫工艺;在烟气量大于8×105m3/h时采用石灰石－石膏法脱硫工艺。

烟气脱硫;燃煤;中小锅炉;化工工艺

在对火电厂的大型燃煤发电锅炉实施SO2和NOx排放控制以后，占SO2排放总量25%的工业燃煤锅炉的烟气排放也将成为控制重点［1］。GB13271—2001《锅炉大气污染物排放标准》［2］规定，2001年1月1日以后建成使用的、除煤粉发电锅炉和单台出力大于65 t/h发电锅炉以外的各种容量和用途的燃煤、燃油和燃气锅炉排放的SO2，其排放浓度执行900 mg/m3的标准。随着环保意识的增强和减排形势的日益严峻，各地在实施该标准的过程中相继提出了更为严格的地方排放标准。如根据 DB11/139—2007《锅炉大气污染物排放标准》［3］，北京市规定从2008年7月1日起，新、改、扩建的电厂和燃煤工业锅炉排放的SO2执行20 mg/m3的标准;根据DB44/765—2010《锅炉大气污染物排放标准》［4］，广东省规定从2010年11月1日起，新、改、扩建的燃煤工业锅炉排放的SO2执行300 mg/m3(重点城区内)和400 mg/m3(重点城区外)的标准;上海市按照DB31/387—2007《锅炉大气污染物排放标准》［5］要求2007年9月1日起，新、改、扩建燃煤工业锅炉的SO2排放量低于400 mg/m3。

因此，为适应新的环保形势，中小工业燃煤锅炉均需增设烟气脱硫装置及对原有的除尘脱硫装置进行技术改造，以实现达标排放以及满足地方排放总量的控制要求。

本文通过对各种脱硫工艺技术特点和相对运行成本进行分析比较，得到适宜中小化工燃煤锅炉烟气脱硫的技术路线。

1 燃煤脱硫方式

控制燃煤锅炉烟气中SO2排放的主要手段有三类，即燃烧前控制、燃烧中控制和燃烧后控制。

燃烧前控制或燃烧中控制燃煤锅炉烟气中的SO2排放，首先要求燃用特低硫煤和低硫煤。受脱硫率和低硫煤市场供应价格的制约，这两类控制方法往往会造成锅炉运行成本的增加，且实际运行效果也不理想，难以满足今后的环保标准要求。

燃烧后控制是将燃煤烟气通过专门设置的脱硫装置，经化学过程除去烟气中的绝大部分SO2，从而达到净化烟气的一种方法。脱硫在溶液中进行，脱硫剂和脱硫生成物均为湿态的称为湿法脱硫;无论加入的脱硫剂是干态还是湿态，脱硫的最终反应产物是干态的称为干法脱硫。

2 化工燃煤锅炉的特点

化工行业自备的燃煤锅炉出力一般小于420 t/h，属于中小锅炉。这类锅炉通常具有以下特点:(1)以供热为主;(2)大部分以煤为燃料;(3)燃煤来源不稳定，品质波动大，烟气成分复杂，烟气中SO2含量往往较高;(4)燃烧效率较低;(5)负荷变动大，开停炉比较频繁;(6)设置比较分散;(7)烟囱较低，对周围空气质量有严重影响。

因此，化工行业燃煤锅炉配备的脱硫装置不同于大型锅炉的操作环境，不能直接套用大型燃煤锅炉烟气脱硫工程常用的全套石灰石－石膏法脱硫技术路线。

3 适宜的化工燃煤锅炉脱硫技术

对于中小化工燃煤锅炉可供选择的烟气脱硫技术有:属于湿法的钠碱法、双碱法、氨法、氧化镁法、石灰石－石膏法和海水法等;属于干法的旋转喷雾干燥法(SDA)、增湿灰循环脱硫法(NID)等;属于吸附－催化转化的活性炭法等。海水法由于受地域性的限制，此处不进行讨论。

湿法脱硫技术可以用一种通用的工艺流程表示，包括脱硫剂制备供应系统、SO2吸收系统、副产物处理系统、脱硫剂再生系统和水电气公用工程系统等。各种湿法脱硫技术之间的主要区别在于副产物处理方式和脱硫剂能否再生以及再生利用方式。为强化传质和维持反应的持续高效进行，SO2吸收系统可使用填料塔、旋流板塔、喷淋空塔等多种吸收塔型。钠碱法采用碱液吸收SO2后，吸收液即排放，因而工艺流程最简单;双碱法用碱液吸收SO2后，要进行吸收剂的再生和副产物的沉淀分离;传统的石灰石－石膏法由于包括石灰石浆液制备系统和副产物脱水系统，流程比双碱法更复杂;氨法则需要对氨吸收SO2的浆液进行氧化、浓缩、结晶和干燥处理，分离得到副产物，因而流程较长;采用氧化镁法吸收SO2后，浆液需经浓缩、干燥和煅烧再生。

相对于湿法脱硫而言，干法中的SDA法将吸收液雾化喷入吸收塔，副产物以干态输出，流程简单。NID法为保持一定的脱硫率，需要大量的灰循环和补充吸收剂，流程比SDA法复杂。

适用于中小化工燃煤锅炉烟气脱硫的技术及特点见表 1［1，6］。

表1 适用于中小化工燃煤锅炉烟气脱硫的技术及特点

4 脱硫技术路线选择需考虑的主要因素

脱硫技术路线的选择首先要考虑技术成熟度和运行可靠性;其次是装置的投资及运行成本;再次是副产物的处置、工艺流程的复杂性、操作的灵活性和适应性等因素。

4.1 技术成熟度与运行可靠性

从技术的成熟度来说，上述湿法、干法脱硫技术都较成熟，工程实施不会存在较大的问题。从应用份额来说，湿法脱硫技术约占85%，干法等约占15%［6］。因此，从满足日益严格的排放标准和技术本身具有的脱硫效率等特点来看，湿法脱硫技术应是首选。

湿法脱硫技术相对于其他方法的运行可靠性更高。随着技术的研究与发展，已基本克服了早期湿法脱硫工艺运行过程中常出现的结垢和堵塞等问题。

4.2 建设投资

脱硫装置的建设投资除与选择的工艺有关外，还与处理的规模、设备配置的高低等因素有关。

在相同的处理规模(以200 MW估算)条件下，达到同样的处理目标，若以含湿磨制浆系统和石膏脱水系统的石灰石－石膏法脱硫投资额为100计算，则氨法脱硫(含硫酸铵结晶、干燥和包装系统)的投资额约为95;氧化镁法脱硫(含氧化镁煅烧再生和SO2外送系统)为95;干法脱硫(旋转喷雾干燥)为75;吸附法脱硫(含稀硫酸浓缩系统)为80;钠碱法脱硫为55;双碱法脱硫为65［7－8］。

4.3 运行成本

以石灰石粉为原料的石灰石－石膏法脱硫技术脱除每吨SO2的脱硫成本为基数100，初步估算其他脱硫方法的运行成本和大致的成本构成。各种脱硫方法的相对运行成本和大致成本构成见表2。

表2 各种脱硫方法的运行成本和大致成本构成

由表2可见:造成上述各种脱硫方法运行成本差异的主要原因是脱硫剂的价格和能耗，其次是装置的投资;在各种脱硫方法中，脱硫剂价格越高，相对运行成本也就越高;直接应用烧碱作为脱硫剂的钠碱法相对运行成本最高，氨法次之，氧化镁法、石灰石－石膏法和吸附法基本相当，双碱法最低。

4.4 脱硫剂来源与供应

常用的脱硫剂主要有石灰、石灰石、氧化镁、氨和氢氧化钠等。其他的碱性物质或废料如电石渣、废碱液、废氨水等也是潜在的脱硫剂。这些脱硫剂中，石灰石几乎在我国各地都有分布，品质基本上都能满足要求，也是几种常用脱硫剂中商品售价最低的一种。石灰则是由石灰石煅烧而来，售价一般为石灰石售价的4倍左右。氧化镁分布的地域性比较明显，在宁夏等西部地区分布较多，在我国中部和东部则分布较少，因此采用氧化镁法一般需具备原料产地优势。氨和烧碱是常用的化工产品，均可从市场上购得。液氨属危险化学品，在拟建的脱硫装置附近有氨厂或废氨水的情况下可以选择氨法脱硫工艺。烧碱和纯碱的购买、运输和存储比较方便，货源也比较充足。

4.5 脱硫率与含硫量

从脱硫效率来看，湿法的脱硫率高于干法，一般都在90%以上。对于中、高含硫量的烟气，在选择脱硫技术路线时应尤为慎重。当燃用煤种和煤质可能发生变化时，宜选择适应性较强的湿法脱硫技术。

4.6 脱硫副产物及处置

由表1可见，氨法脱硫的副产物硫酸铵是最好利用的，可以直接用作农用肥料。石灰石－石膏法的副产物为二水石膏。当烟气含尘量少、石灰石品质好时，副产石膏的色泽就好，白度较高，适用于生产石膏装饰面板;一般的副产石膏可以替代天然石膏用作水泥生产中的缓凝剂。氧化镁法的副产物是亚硫酸镁或硫酸镁浆液，可以作为化工原料使用，但销量及使用有限。双碱法和干法的脱硫副产物是亚硫酸钙，脱硫产生的亚硫酸钙如不经处理则只能作为铺路的辅料或作为矿穴、山谷、废坑的回填之物。吸附法产生的副产物是质量分数为25%左右的稀硫酸，经过蒸发浓缩后可将质量分数提高至65%左右，从而减小存储量。由此可见，在选择脱硫技术路线时，对副产物的出路和利用均需认真考虑，以防产生二次污染。

5 结论与建议

通过上述分析，在进行中小化工烟煤锅炉增设脱硫装置的技术路线选择时，得出以下结论:

(1)在烟气量为5×105～8×105m3/h时，对脱硫效率的要求不高，建议选择工艺流程简单的干法脱硫工艺;

(2)在烟气量为8×105m3/h以上时，在有稳定的石灰石粉、石灰、消石灰粉或电石渣来源供应的情况下，为便于副产物的综合利用，建议采用不带湿磨、含强制氧化的石灰石－石膏法脱硫工艺;

(3)当企业内部或附近有废氨水或废氨来源时，推荐采用氨法脱硫工艺;

(4)鉴于当前的环保形势和日益严格的环保要求，脱硫装置应选用高质量的系统配置，以提高装置运行的可靠性。

结合多年从事脱硫装置工程设计的经验，建议在进行湿法脱硫装置的设计时，既要充分考虑煤质的变化趋势、锅炉负荷的变动情况，又要考虑满足越来越高的排放标准以及脱硫副产物的综合利用，装置应留有适当的设计裕量。采用带液相再分布器的喷淋空塔、湿烟囱排放等优化设计方案可以降低系统能耗和运行费用。采用多炉一塔的设计可明显降低装置的投资。

［1］ 杨飏.中小型锅炉烟气脱硫(FGD)的技术路线［J］.中国环保产业，2009，8:19 －27.

［2］ 中华人民共和国环境保护局.GB13271—2001锅炉大气污染物排放标准［S］.北京:中国环境科学出版社，2001.

［3］ 北京市环境保护局.DB11/139—2007北京市地方标准锅炉大气污染物排放标准［S］.北京:中国环境科学出版社，2007.

［4］ 广东省环境保护厅.DB44/765—2010广东省地方标准锅炉大气污染物排放标准［S］.北京:中国环境科学出版社，2010.

［5］ 上海市环境保护局.DB31/387—2007上海市地方标准锅炉大气污染物排放标准［S］.北京:中国环境科学出版社，2007.

［6］ 郝吉明，王书肖，陆永琪.燃煤二氧化硫污染控制技术手册［M］.北京:化学工业出版社，2001:300.

［7］ 李成益.几种烟气脱硫工艺及技术经济分析［J］.石油化工技术经济，2006，22(6):14 －19.

［8］ 谷吉林.旋转喷雾干燥法(SDA)脱硫工艺系统的应用研究［J］.中国环保产业，2007，(6):38－42.

Technical Route Choice for Flue Gas Desulfurization of Medium and Small Coal Fired Boilers in Chemical Industry

Ren Min1，Lou Xiaoling2

(1.Sichuan ENTECH Environment Technology Co.LTD.，Science and Technology Group of China Academy of Engineering Physics，Mianyang Sichuan 621000，China;2.Information Center，China Academy of Engineering Physics，Mianyang Sichuan 621900，China)

Based on the analysis of flue gas desulfurization mode and characteristics of medium and small coal-fired boilers in chemical industry，the technical and economic comparisons of suitable technical routes are carried out.The factors such as technology maturity and reliability，desulfurizer performance and operation cost and the utilization of by-products must be considered.It is suggested that dry process should be used when the gas flow is less than 8×105m3/h，while limestone-gypsum process should be used when the gas flow is more than 8×105m3/h.

flue gas desulfurization;coal;medium and small boils;chemical process

X701.3

A

1006－1878(2011)03－0226－04

2010－11－24;

2011－02－11。

任岷(1962—)，男，重庆市人，硕士，研究员，长期从事环保领域的工程设计及技术研究。电话 0816－8013328，电邮 martinren311@163.com。

(编辑 王 馨)