孟慶忠¹ 劉尊平¹  劉晨^1，2                       

（1孟氏鍋爐（北京）有限公司；2斯普瑞噴霧系統(tǒng)（上海）有限公司）

摘要 針對(duì)傳統(tǒng)鈣法的能耗高、水耗高、高碳排放、易結(jié)垢等問題，我們開發(fā)的新型鈣法脫硫可以節(jié)電75%、節(jié)省脫硫石灰75%，不產(chǎn)生脫硫廢水，系統(tǒng)不結(jié)垢維修量少，本文介紹新型鈣法脫硫技術(shù)的原理和應(yīng)用實(shí)踐案例。

關(guān)鍵詞：燃煤煙氣；新鈣法脫硫

1  概述

煙氣脫硫是煙氣超低排放必須完成的目標(biāo)之一，脫硫技術(shù)有干法、半干法、 濕法三大類兩百多種，石灰石膏法脫硫是我國(guó)電廠等行業(yè)最廣泛采用的脫硫技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)包括脫硫效率高、脫硫劑成本低、脫硫產(chǎn)物為石膏可以再利用。通過分析與觀察，傳統(tǒng)脫硫技術(shù)普遍存在以下問題:

1、脫硫漿液PH值低時(shí)二氧化硫指標(biāo)不穩(wěn)定，PH值高時(shí)易結(jié)垢堵塞，維修維護(hù)成本高；

2、脫硫設(shè)備耗電量高：為保證超低，脫硫氣液比必須足夠大，因?yàn)槊摿虍a(chǎn)物反復(fù)在脫硫塔中循環(huán)，降低了漿液的捕硫能力；

3、石灰（石）消耗高：因?yàn)槊摿騽┡c脫硫產(chǎn)物分不開，外排石膏中含有沒反應(yīng)完的脫硫劑，導(dǎo)致脫硫劑利用率低，浪費(fèi)嚴(yán)重；

4、石灰石膏法脫硫設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜，占地面積大，一次性投資高；

5、由于結(jié)垢頻繁，導(dǎo)致維修維護(hù)不方便，且維修維護(hù)成本高；

6、濕法脫硫會(huì)產(chǎn)生一定量的脫硫廢水，處理難度大，處理設(shè)施投資成本都高。

2  新鈣法工藝原理

針對(duì)傳統(tǒng)鈣法存在的問題，我們開發(fā)了新型鈣法脫硫，已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利，并有多個(gè)實(shí)際應(yīng)用案例。新型鈣法的技術(shù)原理：采用全溶解無固體的脫硫劑，通過降低脫硫溶液的表面張力，利用相似相溶原理，使二氧化硫大容量高效溶解于溶液中，采用塔內(nèi)捕硫、塔外固硫的方式，使脫硫后含有亞硫酸根和硫酸根的溶液進(jìn)入反應(yīng)罐與改性后的固硫漿液充分發(fā)生復(fù)分解化學(xué)反應(yīng)，亞硫酸鈣通過氧化生成硫酸鈣(石膏)沉淀，由壓濾機(jī)設(shè)備將石膏分離出來，清水返回脫硫池循環(huán)。 新鈣法脫硫仍然保留用石灰固硫，對(duì)用戶的脫硫物料管理改變最少。

煙氣新型鈣法脫硫技術(shù)的原理如圖1所示。

圖1 煙氣新型鈣法脫硫技術(shù)原理與工藝

新鈣法煙氣脫硫工藝說明如下：

如圖所示，鍋爐煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入脫硫塔，在塔內(nèi)對(duì)含硫煙氣進(jìn)行脫硫，脫硫后的煙氣經(jīng)過濕電等處理后，經(jīng)煙囪排放到大氣中。

根據(jù)用戶的條件，本著易得、低成本的原則，可以選擇多種脫硫劑及其組合，包括氫氧化鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈉、硫酸銨、硫酸氫銨、碳酸銨、碳酸氫銨等，加入化學(xué)反應(yīng)促進(jìn)劑后配制成脫硫劑。脫硫劑加水?dāng)嚢杈鶆虺擅摿蛞?。在脫硫塔?nèi)脫硫液與含硫煙氣反應(yīng)，生成的脫硫完成液排出脫硫塔、進(jìn)入再生反應(yīng)裝置，生成脫硫活性劑和硫酸鈣、亞硫酸鈣。析出的脫硫活性劑循環(huán)利用。

制備好的石灰漿液，按設(shè)定比例進(jìn)入反應(yīng)罐，從而使得再生反應(yīng)漿液與脫硫塔排出的含有硫酸根和亞硫酸根離子的脫硫完成液進(jìn)行充分反應(yīng)，將硫固化排出。

新型鈣法脫硫技術(shù)主要特點(diǎn):

1.塔內(nèi)為純?nèi)芤貉h(huán)吸收，溶液的PH值不受限制、吸收容量大、快速高效，外排煙氣二氧化硫濃度長(zhǎng)期穩(wěn)定在個(gè)位數(shù)~1mg/m³，可以高效脫除亞流酸鹽，而且還有20%的脫硝作用，有利于低投入、低成本實(shí)現(xiàn)超低排放；

2.節(jié)電75%：脫硫氣液比只需3-5，而傳統(tǒng)鈣法12-18，脫硫循環(huán)泵電耗只有傳統(tǒng)鈣法的三分之一；

3.通過與煙氣余熱深度回收利用技術(shù)結(jié)合，外排煙氣溫度可以降低到50、甚至30°C，具有節(jié)水、四季無白、回收余熱節(jié)能效果；

4.節(jié)省石灰75%：塔外固硫石灰利用率提高，相同脫硫量的前提下，石灰用量只有傳統(tǒng)鈣法的三分之一；

5.由于采用純?nèi)芤貉h(huán)，徹底解決了設(shè)備的結(jié)垢堵塞、脫硫塔掛壁、循環(huán)泵磨損問題；

6.不產(chǎn)生脫硫廢水，因?yàn)椴捎眉內(nèi)芤貉h(huán)、固硫過程能固化氯離子。

3  運(yùn)行效果

新型鈣法脫硫做為氣化循環(huán)流化高效燃煤鍋爐的配套技術(shù)，已經(jīng)被列為生態(tài)環(huán)保部、河北省生態(tài)環(huán)境廳、三河市政府等政府部門燃煤煙氣深度凈化升級(jí)改造推薦選用技術(shù)，成功應(yīng)用于供熱燃煤鍋爐、工業(yè)鍋爐煙氣超低排放改造，正在向煤電、鋼鐵、垃圾焚燒等行業(yè)推廣，不僅適合濕法改造，也可以用于干法、半干法解決脫硫灰、煙氣水分、低溫余熱極限回收利用。

以一臺(tái) 100 噸燃煤鍋爐超低排放改造為例，用戶采用新型鈣法與傳統(tǒng)鈣法相比，主要效果如下:

1.確保超低、近零排放，還同步實(shí)現(xiàn)除塵、脫硝、脫白、煙氣余熱利用；

2.節(jié)電：采用傳統(tǒng)石灰石膏法脫硫，脫硫塔內(nèi)需布置四層噴淋，脫硫水泵揚(yáng)程25米、每一層需600方水量，水泵功率110千瓦，四層總功率 一般在450KW以上，而采用新型鈣法脫硫技術(shù)，脫硫水泵總功率不足100KW，日耗電量1800度；

3.節(jié)省石灰：傳統(tǒng)鈣法日耗脫硫石灰3～5噸，新鈣法制需脫硫劑石灰約1噸左右。

新型鈣法的運(yùn)行結(jié)果表明，SO₂排放優(yōu)于天然氣鍋爐，燃煤鍋爐和燃?xì)忮仩t在污染物排放中，數(shù)值沒有差異，均已達(dá)到超低排放要求以下。2021年底，北京附近河北省某地方政府領(lǐng)導(dǎo)指示要求，對(duì)燃煤鍋爐進(jìn)行新型鈣法脫硫技術(shù)升級(jí)改造工程，必須在冬奧會(huì)開幕之前完成，時(shí)間緊，任務(wù)重，又是春節(jié)前人力、資源匱發(fā)之際，我們調(diào)動(dòng)一切因素，克服困難，保質(zhì)保量完成了任務(wù)，改造后脫硫運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)際上二氧化硫指標(biāo)長(zhǎng)時(shí)間控制在~1mg/M³以下，以下是廊坊地區(qū)兩家熱力公司的大氣治理二氧化硫在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)截圖。

圖2 A供熱公司燃煤煙氣脫硫采用新鈣法改造后實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

圖3 B供熱公司燃煤煙氣脫硫采用新鈣法改造后實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

4  升級(jí)提高

新型鈣法煙氣脫硫技術(shù)可以確保燃煤煙氣低投入、低成本超低近零排放，為了同步滿足國(guó)家超低和低碳排放的要求，需要進(jìn)行升級(jí)提高：

4.1  低碳排放改造

我國(guó)每年二氧化碳排放總量~100億噸，燃煤是最大的碳排放源，采用新能源、末斷捕碳固碳都需要時(shí)間和大量的投入，相比之下，節(jié)能是最重要最現(xiàn)實(shí)的減少碳排放途徑。新型鈣法煙氣脫硫節(jié)電、節(jié)水、節(jié)省石灰、減少維修量都可以間接減少二氧化碳排放量，進(jìn)一步通過煙氣循環(huán)利用，可以低成本緩解或徹底解決燃煤煙氣中二噁英等低濃度有機(jī)污染物VOCs和二氧化碳排放問題。

4.2  低溫?zé)煔庥酂針O限回收利用

進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的煙氣溫度~130°C、脫硫后濕煙氣溫度雖然低，但還含有一定量低溫余熱，主要是潛熱。

圖4 煙氣低溫余熱極限回收利用

通過采用如圖4所示的煙氣低溫余熱換熱器，將煙氣余熱回收到50°C進(jìn)入脫硫噴淋，再通過脫硫循環(huán)液余熱回收，將煙氣余熱回收到25°C，一方面減少脫硫水蒸發(fā)量，并回收燃煤所帶水分節(jié)水，二是極限回收利用煙氣余熱，具有節(jié)煤效益，三是實(shí)現(xiàn)外排煙氣四季無白，減少溶解性顆粒物CPM排放量，有利于減少區(qū)域性PM2.5霧霾污染。

4.3  降低脫硝成本

隨著爐內(nèi)脫硝和固體脫硝技術(shù)的成熟應(yīng)用，首選爐內(nèi)干法脫硝+濾筒/顆粒層除塵脫硝一體化，末端采用氧化脫硝保底，減少SCR脫硝的阻力損失，脫硝除塵設(shè)備合二為一減少設(shè)備占地面積。

5  結(jié)論與建議

1.新型鈣法脫硫技術(shù)針對(duì)傳統(tǒng)鈣法脫硫系統(tǒng)改造，技術(shù)可行，改造量少，實(shí)施容易，不僅適合各種濕法脫硫改造，也可以用于半干法、干法脫硫節(jié)能減碳為目的的改造

2.新型改造脫硫改造傳統(tǒng)鈣法，節(jié)電75%、節(jié)水50%、節(jié)石灰75%、不需要處理脫硫廢水，具有明顯的降低運(yùn)行成本和節(jié)能低碳效益

3.新型鈣法進(jìn)一步升級(jí)改進(jìn)，有望實(shí)現(xiàn)燃煤不排碳、甚至不排煙，徹底解決燃煤導(dǎo)致的水蒸汽、CPM可凝結(jié)顆粒物、二噁英類有機(jī)污染物VOCs、重金屬污染物等新污染物和二氧化碳排放難題，燃煤排煙比燒天然氣排煙還干凈，為企業(yè)、國(guó)家緩解能源結(jié)構(gòu)調(diào)整矛盾和早日實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)開辟新的技術(shù)途徑。