摘要：本文闡述了半干法煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展，對(duì)半干法煙氣脫硫技術(shù)中存在的濕壁現(xiàn)象、控制技術(shù)、影響因素眾多操作復(fù)雜、噴嘴結(jié)構(gòu)、脫硫灰的循環(huán)利用和脫硫大型化問(wèn)題進(jìn)行了分析。


關(guān)鍵詞：煙氣脫硫，半干法，濕壁

“霧霾”已經(jīng)成為現(xiàn)今中國(guó)常見的天氣現(xiàn)象。在2013年的1月，北京僅有5天不是霧霾。而且，有報(bào)告顯示，中國(guó)有7個(gè)城市位于全世界污染最嚴(yán)重的10個(gè)城市中，而且在中國(guó)，符合世界衛(wèi)生組織推薦的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的城市也屈指可數(shù)，資料顯示，在中國(guó)最大的五百個(gè)城市中，達(dá)標(biāo)的城市不到1%。

而霧霾產(chǎn)生的原因之一就是工業(yè)生產(chǎn)排放的廢氣。廢氣中的SO2含量即是各國(guó)防止大氣污染進(jìn)一步惡化的控制指標(biāo)。煙氣脫硫的方法一般分為濕法、干法和半干法。濕法脫硫技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是脫硫效率高、投資省、占地小和易控制；缺點(diǎn)是有二次污染、廢水處理及腐蝕現(xiàn)象都很嚴(yán)重、能耗高。

干法煙氣脫硫工藝簡(jiǎn)單、無(wú)污水、污酸處理問(wèn)題，能耗低、腐蝕性小，但脫硫效率低、設(shè)備龐大、投資大、操作不穩(wěn)定、技術(shù)要求高。而半干法煙氣脫硫技術(shù)實(shí)際上是濕法和干法相結(jié)合的方法，自二十世紀(jì)八十年代在美國(guó)第一次應(yīng)用，逐漸取代了濕法在煙氣脫硫中的地位。

因?yàn)樗瑫r(shí)克服了濕法和干法的缺點(diǎn)，又具備了自己的特點(diǎn)，半干法脫硫技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：因?yàn)樽罱K的產(chǎn)物是干粉狀的，因此不存在廢水處理的問(wèn)題；其次，增濕水或噴入的水霧是利用進(jìn)入脫硫塔的煙氣的顯熱蒸發(fā)的，所以不需要加熱；由于加入的脫硫劑都是堿性的，所以可以同時(shí)去除煙氣中的其他酸性氣體；占地面積少；操作費(fèi)用低等。

半干法煙氣脫硫工藝的工藝特點(diǎn)是三相反應(yīng)（即氣、液、固三相），最終產(chǎn)物為干粉狀，吸收劑中的水分使利用煙氣的顯熱最終蒸發(fā)掉的。但在使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題也限制了其的進(jìn)一步發(fā)展。本文針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了分析。

1半干法煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展

1.1旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法脫硫（SDA）

旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫技術(shù)（SDA）最早由美國(guó)和丹麥的兩家公司于20世紀(jì)70年代聯(lián)合研制的。其工藝原理是石灰漿液通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的霧化裝置，霧化成細(xì)小霧滴，噴入吸收塔后，一方面與煙氣中的SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成固體灰渣，另一方面煙氣又將熱量傳遞給石灰漿使之不斷干燥，所以反應(yīng)后的灰渣將以干態(tài)形式排出。此法的脫硫效率可達(dá)80%～85%，被譽(yù)為20世紀(jì)80年代的FGD技術(shù)。

1.2半干半濕法煙氣脫硫技術(shù)

半干半濕法是由中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院開發(fā)出的脫硫技術(shù)。該技術(shù)是在通過(guò)對(duì)日本政府贈(zèng)送的半干半濕脫硫裝置進(jìn)行改進(jìn)的基礎(chǔ)上，研發(fā)出的符合我國(guó)煙氣脫硫現(xiàn)狀的脫硫技術(shù)。改造后的工藝和技術(shù)投資少、占地少、費(fèi)用低、無(wú)腐蝕，且脫硫灰還可制磚等優(yōu)點(diǎn)。

半干半濕法的工藝過(guò)程是鍋爐煙氣在入塔之前同脫硫劑（CaO和Ca（OH）2）混合后，進(jìn)入脫硫塔，水霧從塔頂噴淋入塔，SO2、水和脫硫劑在脫硫塔內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，脫硫劑與SO2的水溶液（即亞硫酸）反應(yīng)生成亞硫酸鈣，亞硫酸鈣再氧化成硫酸鈣，即可脫除煙氣中的SO2。

1.3粉末-顆粒噴動(dòng)床半干半濕法煙氣脫硫⑤

粉末-顆粒噴動(dòng)床半干法煙氣脫硫是90年代日本的研究人員開發(fā)的。該法的技術(shù)原理是：進(jìn)入噴動(dòng)床的含有SO2的煙氣先經(jīng)過(guò)預(yù)熱器預(yù)熱，脫硫劑也是預(yù)先與水混合，脫硫劑是粉末狀的，包括石灰石、消石灰或其他堿性脫硫劑，脫硫劑以漿液的狀態(tài)從噴動(dòng)床的頂部噴入床內(nèi)，在噴動(dòng)床內(nèi)與由塔底的噴動(dòng)粒子充分混合，噴動(dòng)粒子由從塔底噴入的含有SO2的煙氣吹起，呈現(xiàn)流態(tài)化狀態(tài)。

SO2氣體與脫硫劑在流態(tài)化的噴動(dòng)粒子表面進(jìn)行脫硫反應(yīng)，同時(shí)完成干燥過(guò)程。使得脫硫反應(yīng)后的產(chǎn)物是干態(tài)粉末狀，產(chǎn)物從分離器吹出。

隨后，很多中國(guó)學(xué)者通過(guò)改進(jìn)噴動(dòng)床的結(jié)構(gòu)形式、研究不同種類的脫硫劑與添加劑，改變噴動(dòng)顆粒的粒徑以及混合多種粒徑的顆粒等對(duì)噴動(dòng)床煙氣脫硫技術(shù)進(jìn)行了深入研究。張少峰等開發(fā)了一種雙噴嘴矩形噴動(dòng)床，并研究了添加劑、噴動(dòng)速度、床層高度、顆粒粒徑等對(duì)脫硫效率的影響。

金軼風(fēng)則使用了鈉堿法，同樣也以裝有惰性顆粒的流化床作為脫硫塔，研究了鈉硫比、入口煙氣溫度、惰性粒子粒徑和床層高度等對(duì)脫硫效率的影響，并擬合了脫硫效率關(guān)聯(lián)式。

張黎明等以氨水作為脫硫劑，使用流化床（內(nèi)裝惰性粒子）作為脫硫塔。對(duì)氨硫摩爾比、精絕熱飽和溫度、惰性粒子直徑等運(yùn)行參數(shù)對(duì)脫硫效率的影響進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，以氨水為脫硫劑的脫硫效率高于鈣基半干法煙氣脫硫技術(shù)。

2半干法煙氣脫硫存在的問(wèn)題

2.1濕壁現(xiàn)象

各種半干半濕法煙氣脫硫技術(shù)基本原理是一致的，即脫硫劑或以溶液的形式噴入煙氣中，或以干態(tài)進(jìn)入，進(jìn)行塔內(nèi)噴淋水霧。此后吸附劑與SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的同時(shí)，溶液水分全部蒸發(fā)。要想同時(shí)滿足高的脫硫效率和獲得干燥的產(chǎn)物，在實(shí)際操作中存在一定的困難。因?yàn)橛绊懓敫煞煔饷摿蛐实囊蛩睾芏?，而且彼此之間還相互影響，因此無(wú)法保證各操作參數(shù)穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。

這就勢(shì)必造成兩種不利影響，一是煙氣進(jìn)入過(guò)多，脫硫效率降低；其次，脫硫劑噴入較多，就會(huì)產(chǎn)生濕壁現(xiàn)象。而濕壁現(xiàn)象的產(chǎn)生首先會(huì)造成設(shè)備的腐蝕，進(jìn)而增加了為了防腐處理而額外產(chǎn)生的費(fèi)用；其次當(dāng)濕壁嚴(yán)重時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，從而導(dǎo)致系統(tǒng)因堵塞而停運(yùn)，增加了設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。

張偉等分析了造成濕壁現(xiàn)象的非塔結(jié)構(gòu)原因，主要有：（1）較慢的水霧蒸發(fā)速度；（2）結(jié)露（主要是溫差過(guò)小或內(nèi)壁與氣流主體間溫差過(guò)大造成的）。低溫距的存在雖然對(duì)提高脫硫效率有非常重要的意義，但是其的存在也大大增加了濕壁的可能性，因此設(shè)法解決這對(duì)矛盾，就成了目前相關(guān)研究人員解決半干半濕脫硫工藝中脫硫效率與運(yùn)行費(fèi)問(wèn)題的方向，是一個(gè)十分值得研究的課題。

2.2自動(dòng)控制問(wèn)題

半干法煙氣脫硫技術(shù)最大的特點(diǎn)是，脫硫反應(yīng)是發(fā)生在液態(tài)中，而最終的產(chǎn)物卻是干燥的固態(tài)粉末狀，因此半干法脫硫技術(shù)對(duì)反應(yīng)條件的控制水平要求較高?？刂频淖罱K要求是脫硫塔的出口產(chǎn)物是固態(tài)的，即要保證加入塔內(nèi)的增濕水或石灰漿液中的水分在達(dá)到脫硫塔出口之前完全蒸發(fā)掉。

而且整個(gè)脫硫過(guò)程的溫度條件是在接近絕熱飽和溫度進(jìn)行的，高于或低于絕熱飽和溫度都會(huì)對(duì)脫硫效率產(chǎn)生很大的影響。這樣的控制要求下，如果完全采用國(guó)外的監(jiān)測(cè)裝置不僅費(fèi)用高，對(duì)本已經(jīng)不堪重負(fù)的企業(yè)無(wú)疑又是一項(xiàng)昂貴的支出，因此，國(guó)產(chǎn)化的煙氣在線監(jiān)測(cè)裝置和自動(dòng)控制系統(tǒng)的開發(fā)和研制勢(shì)在必行。這不僅能保證現(xiàn)有脫硫裝置安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，而且也給煙氣脫硫技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了保證。

2.3影響因素眾多，操作復(fù)雜

半干法煙氣脫硫技術(shù)的影響因素較多，主要包括：停留時(shí)間、Ca/S摩爾比、近絕熱飽和溫度和溫度差、霧滴粒徑等。近年來(lái)，對(duì)半干法煙氣脫硫技術(shù)的研究多是集中在脫硫劑的選擇、設(shè)備的改造、不同脫硫技術(shù)的影響因素等。對(duì)影響脫硫技術(shù)的眾多影響因素之間的關(guān)聯(lián)研究甚少。

2.4霧化噴嘴的結(jié)構(gòu)

霧化噴嘴是脫硫裝置中的重要一環(huán)，因?yàn)殪F化效果的好壞會(huì)影響最終的脫硫效率，而噴嘴的結(jié)構(gòu)不同或結(jié)構(gòu)不合理還會(huì)給脫硫工藝造成故障，如濕壁、霧化效果不好、堵塞等。因此簡(jiǎn)化噴嘴的結(jié)構(gòu)是提高脫硫效率的一項(xiàng)重要手段。簡(jiǎn)化后的霧化噴嘴的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是不易堵塞和磨損的，而且應(yīng)保證更換方便，成本低。

在半干法煙氣脫硫中，不需要很細(xì)的霧化漿滴，因?yàn)闈{液會(huì)附著在固體顆粒物上。另外，為了避免粘壁和結(jié)垢等問(wèn)題，希望噴嘴噴出的液滴在到達(dá)壁面和塔內(nèi)構(gòu)件上之前，應(yīng)該已經(jīng)被蒸發(fā)。這就要求在噴嘴的設(shè)計(jì)和布置上盡可能避免以上問(wèn)題的出現(xiàn)，否則會(huì)造成裝置的全面停運(yùn)。

2.5脫硫灰的循環(huán)利用

脫硫灰的再循環(huán)利用是提高裝置運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的重要措施。脫硫灰的循環(huán)利用可以提高脫硫劑的利用率，降低運(yùn)行成本，同時(shí)還可以保證脫硫裝置以較低的鈣硫比，取得較高的脫硫效率。原因是在脫硫反應(yīng)過(guò)程中，CaSO4產(chǎn)物層的生成阻礙了脫硫反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，而這個(gè)致密的CaSO4產(chǎn)物層覆蓋在吸附劑表面。

脫硫灰的再循環(huán)利用利用的就是這部分未反應(yīng)的鈣基繼續(xù)反應(yīng)，因?yàn)檫@部分未反應(yīng)的鈣基被致密產(chǎn)物（CaSO4產(chǎn)物層）包裹著的，從而大大提高煙氣脫硫效率。

2.6大型化問(wèn)題

經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，半干法煙氣脫硫技術(shù)縱然避免了濕法和干法的缺點(diǎn)，發(fā)展出了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但仍然沒(méi)有替代濕法或干法煙氣脫硫技術(shù)，完全占有煙氣脫硫的市場(chǎng)。究其原因，有設(shè)備本身的問(wèn)題，也有控制復(fù)雜、影響因素眾多的原因，也有其經(jīng)濟(jì)性的影響。最重要的是，半干法煙氣脫硫技術(shù)因?yàn)樯婕暗搅藲?、液、固三相的傳質(zhì)與傳熱，機(jī)理較復(fù)雜；目前的各項(xiàng)研究都有各自的局限性，無(wú)法從內(nèi)部機(jī)制出發(fā)找出該技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)。因此，也就使得該技術(shù)大型化，完全應(yīng)用于工業(yè)，還存在重重阻力。

3結(jié)論

半干法煙氣脫硫技術(shù)因其設(shè)備投資小、占地面積小，脫硫效率高且無(wú)二次污染的特點(diǎn)，符合我國(guó)煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展要求。但因自身技術(shù)的復(fù)雜性，限制了其大型化的應(yīng)用和發(fā)展。因此，積極解決半干法煙氣脫硫技術(shù)中存在的問(wèn)題，既能加強(qiáng)我國(guó)國(guó)產(chǎn)脫硫技術(shù)，又能解決如今嚴(yán)重的霧霾天氣對(duì)煙氣脫硫的強(qiáng)烈需求。

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