【技术干货】涡轮增压湍流脱硫新技术

摘要：作者在招标、投标、评标工作中，看到业主的脱硫招标文件有各种脱硫技术，这均为各大气污染物的超低排放做出了贡献，但有一种涡轮增压湍流脱硫技术在冶金行业做得很成功，在西南地区燃煤含硫在3%以上工程中环保达标尤为突出，而在宣传推广上缺少力度，这些好的技术在实施大气超低排放改造工程中未能引起更多的关注，实属可惜，本文介绍一下涡轮增压湍流脱硫技术，就是希望引起大家的重视。

1大气排放新标准

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，年煤产量大约72%的电力、60%的民用商品能源以及70%的化工原料均靠煤，2016年3月全国两会期间报导还有40多万台小型燃煤锅炉，煤的直接燃烧是最重要的人为空气污染源，大气污染造成了巨大的经济损失，1995年统计，仅酸雨造成的经济损失就达到1165亿元，约占当年国民生产总值2%。人为空气污染源，同时加剧了对人类和生物的生存环境的危害，尤其是可吸入颗粒物PM2.5的排放危害最为严重，我国卫生部已认定慢性障碍性的呼吸道疾病是中国前导的死因之一，据统计占死亡的1/4以上。

面临如此日益严峻的环保形势，国家制订更严格的环保标准《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)，要求自2014年7月1日起，现有火力发电厂锅炉及燃气轮机组必须执行新规定的烟尘、SO2、NOx排放限值根据国务院批复实施的《重点区域大气污染防治“十二五”规划》的相关规定，国家环境保护部颁布了《关于执行大气污染物特别排放限值的公告》(公告2013年第14号)，在重点控制区的火电、钢铁、石化、水泥、有色、化工等六大行业以及燃煤锅炉项目执行大气污染物特别排放限值；2014年9月12日，国家发展和改革委员会、环境保护部、国家能源局联合下发《煤电节能减排升级与改造计划(2014—2020年)》，就燃煤发电行业的节能减排提出了更严格的要求和升级改造“时间表”，要求东部地区(辽宁、北京、天津、河北、山东、上海、江苏、浙江、福建、广东、海南等11省市)新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值(即在基准氧含量6%条件下，固体颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50mg/Nm3)，中部地区(黑龙江、吉林、山西、安徽、湖北、湖南、河南、江西等8省)新建机组原则上接近或达到燃气轮机组排放限值，鼓励西部地区新建机组接近或达到燃气轮机组排放限值。

2目前的脱硫技术

目前烟气脱硫技术种类达几十种，按照脱硫过程中吸收剂是否加水及脱硫副产品干湿的形态，烟气脱硫技术可分为干法、半干法和湿法三大类脱硫工艺。

2.1干法脱硫工艺，主要是利用固体吸收剂，多以石灰石粉为吸收剂，由气力输送把石灰石细粉喷入炉膛850~1150℃温度区，石灰石受热分解为氧化钙CaO，和二氧化碳CO2，氧化钙与烟气中的二氧化硫SO2反应生成亚硫酸钙（CaSO3），亚硫酸钙与飞灰一起在锅炉尾部通过除尘器收集排出。由于该反应是在气固两相之间进行，受到传质过程的影响，反应速度较慢，吸收剂利用率较低。干法脱硫的最大优点是治理中无废水、酸性废弃物排出，减少了二次污染；缺点是脱硫效率低,当钙硫比控制在2.0~2.5时，系统脱硫率可达到65～80%。该脱硫工艺在芬兰、美国、加拿大、法国等国家得到应用，采用这一脱硫技术的最大单机容量已达30万千瓦。

2.2半干法脱硫工艺，即喷雾干燥法脱硫工艺以石灰为脱硫吸收剂，石灰经消化并加水制成消石灰乳，消石灰乳由泵打入位于吸收塔内的雾化装置，在吸收塔内，被雾化成细小液滴的吸收剂与烟气混合接触，与烟气中的SO2发生化学反应生成CaSO3,烟气中的SO2被脱除。与此同时，吸收剂带入的水分迅速被蒸发而干燥，烟气温度随之降低。脱硫反应产物及未被利用的吸收剂以干燥的颗粒物形式随烟气带出吸收塔，进入除尘器被收集下来。脱硫后的烟气经除尘器除尘后排放。为了提高脱硫吸收剂的利用率，一般将部分除尘器收集物加入制浆系统进行循环利用。该工艺有两种不同的雾化形式可供选择，一种为旋转喷雾轮雾化，另一种为气液两相流。

喷雾干燥法脱硫工艺具有技术成熟、工艺流程较为简单、系统可靠性高等特点，脱硫率可达到85%以上。该工艺在美国及西欧一些国家有一定应用范围(8%)。脱硫灰渣可用作制砖、筑路，但多为抛弃至灰场或回填废旧矿坑。

2.3湿法烟气脱硫工艺，它的工作原理是：将石灰石（或石灰）粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，是采用液体吸收剂在离子条件下的气液反应，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于10%，然后用输送机送至石膏贮仓堆放，脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴，再经过换热器加热升温后，由烟囱排入大气。由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，钙硫比较低，脱硫效率可大于95%。是工业行业大规模应用的、有效的脱硫方法。占据全球脱硫装机总量的90%以上，具有适用煤种广、脱硫剂廉价易得、脱硫效率高达90%以上、烟气处理量大、吸收剂的利用率高、对煤种和机组负荷变化适应性强等诸多优点。但脱硫后烟气温度较低，设备的腐蚀较干法严重。

湿法烟气脱硫可以结合业主自身特点，采用石灰石/石膏法脱硫、氨法脱硫、双碱法脱硫、以废治废(应用现场碱性废液或工业电石渣)脱硫等方案。

我国引进的石灰/石灰石——石膏湿法脱硫技术主要有德国的鲁奇能捷斯比晓夫技术、美国巴威公司B&W技术、德国的巴高克博希格能源公司BBP技术、意大利LDRECO公司技术、奥地利AE公司技术和日本千代田技术等，以上除日本千代田吸收塔采用鼓泡塔形式外，其余吸收塔均为喷淋塔。

石灰石——石膏法脱硫工艺是世界上应用最广泛的一种脱硫技术，日本、德国、美国的火力发电厂采用的烟气脱硫装置约90%采用此工艺。目前石灰/石灰石—石膏湿法脱硫系统目前也已成为我国烟气脱硫的主导系统

3脱硫技术的发展

3.1脱硫提效的背景

各种脱硫装置的基本原理和其结构性能优势的形成，都是力求使烟气与石灰浆液实现大面积、高强度、高效率、延时的气液充分混合接触，达到高效节能。当前，在脱硫领域提效、节能、降低运行费用降低等方面已达到极限，这说明当前的脱硫除尘净化系统需要通过更新换代方式，才能满足新的环保要求。喷淋法难于进一步提高效率、净化率的原因大致有有一下几点：

a)难以掌控优化提高石灰浆液的喷淋密度；

如果喷淋液滴大，会使气液接触面积减少且坠落快速；如果使喷淋密度高则循环泵的耗电量会很大；如果喷淋液滴细小则容易与烟气混为一体形成并存形态，容易被气流带走，烟气脱水也困难，同时也难于形成高强度的气液冲击接触，冲击范围局限在喷嘴附近。