魏志江

（河鋼宣鋼）

摘要：隨著全球環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，工業(yè)煙氣超低排放治理已成為必然趨勢。鈣基干法脫硫技術(shù)作為一種高效、經(jīng)濟(jì)、無二次污染的煙氣凈化技術(shù)，因其獨(dú)特的優(yōu)勢在焦化、鋼鐵、垃圾焚燒等多個(gè)行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。本文系統(tǒng)闡述了鈣基干法脫硫技術(shù)的基本原理與核心化學(xué)反應(yīng)，詳細(xì)分析了以氫氧化鈣為主要成分的脫硫劑的物理化學(xué)性能指標(biāo)及其技術(shù)核心優(yōu)勢，包括高效靈活性、經(jīng)濟(jì)環(huán)保性和工藝簡化性。通過對(duì)比中高溫與低溫脫硫劑的關(guān)鍵參數(shù)，并結(jié)合邯鋼集團(tuán)、杭州綠能環(huán)保等典型工程案例的運(yùn)行數(shù)據(jù)，深入論證了該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的卓越性能，其SO?排放可穩(wěn)定控制在35mg/Nm³以下，粉塵≤10mg/Nm³，滿足超低排放要求。文章進(jìn)一步探討了該技術(shù)與SCR脫硝、布袋除塵等多技術(shù)耦合的發(fā)展趨勢，并提出了針對(duì)性的應(yīng)用與運(yùn)維建議。最后，對(duì)鈣基干法脫硫技術(shù)在催化助劑優(yōu)化與智能化控制方面的未來發(fā)展方向進(jìn)行了展望，為其在更廣泛工業(yè)領(lǐng)域的規(guī)?；茝V提供了理論依據(jù)和實(shí)踐參考。

關(guān)鍵詞：鈣基干法脫硫；氫氧化鈣；超低排放；反應(yīng)機(jī)理；技術(shù)經(jīng)濟(jì)性；工程應(yīng)用

1  前言

近年來，中國以巨大的決心和力度推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”持續(xù)向縱深發(fā)展。二氧化硫（SO?）作為主要大氣污染物之一，是形成酸雨和霧霾（PM2.5）的重要前體物，對(duì)其排放的控制始終是工業(yè)煙氣治理的核心環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的濕法脫硫技術(shù)（如石灰石-石膏法）雖脫硫效率高，但存在投資運(yùn)行成本高、系統(tǒng)復(fù)雜、產(chǎn)生廢水廢渣、易造成設(shè)備腐蝕及“石膏雨”、“白煙”等二次環(huán)境問題。在此背景下，干法脫硫技術(shù)因其流程簡單、無廢水產(chǎn)生、投資少等優(yōu)點(diǎn)受到青睞。其中，鈣基干法脫硫技術(shù)以顆粒狀氫氧化鈣[Ca(OH)?]為脫硫劑，通過干態(tài)下的氣固相反應(yīng)直接去除煙氣中的SO?及其他酸性氣體，副產(chǎn)物為干態(tài)固體，可直接資源化利用，完美規(guī)避了濕法的諸多弊端。該技術(shù)特別適用于缺水地區(qū)、中低溫?zé)煔夤r以及中小型工業(yè)窯爐的超低排放改造，展現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景。

2  鈣基干法脫硫技術(shù)原理與核心反應(yīng)

鈣基干法脫硫技術(shù)的本質(zhì)是利用堿性鈣基化合物與煙氣中酸性污染物進(jìn)行中和反應(yīng)，生成穩(wěn)定的鹽類物質(zhì)。

2.1技術(shù)基本原理

該技術(shù)采用類固定床或間歇式移動(dòng)床反應(yīng)器。將制備好的顆粒狀鈣基脫硫劑裝填于反應(yīng)器中，形成一段多孔的脫硫劑床層。當(dāng)含有SO?、SO?、HCl、HF等酸性氣體的煙氣穿過此床層時(shí)，酸性氣體分子與脫硫劑顆粒表面及內(nèi)部孔隙中活躍的Ca(OH)?發(fā)生接觸并進(jìn)行擴(kuò)散、吸附和化學(xué)反應(yīng)，最終被轉(zhuǎn)化為固態(tài)的亞硫酸鈣、硫酸鈣等，從而實(shí)現(xiàn)污染物的高效脫除。整個(gè)過程在干態(tài)下進(jìn)行，無需用水作為媒介。

2.2核心化學(xué)反應(yīng)方程式

其核心化學(xué)反應(yīng)是一系列的中和反應(yīng)，主要方程式如下：

（1）二氧化硫（SO?）的脫除：

SO?與Ca(OH)?反應(yīng)生成亞硫酸鈣（CaSO?）和水。在實(shí)際工程中，煙氣中存在的少量氧氣會(huì)將部分CaSO?進(jìn)一步氧化為化學(xué)性質(zhì)更穩(wěn)定、更具資源化價(jià)值的硫酸鈣（CaSO?·2H?O，即石膏）。

主要反應(yīng)：Ca(OH)₂+SO₂→CaSO₃+H₂O

氧化反應(yīng)：2CaSO₃+O₂+4H₂O→2CaSO₄⋅2H₂O

（2）三氧化硫（SO?）的脫除：

SO?酸性更強(qiáng)，與Ca(OH)?反應(yīng)速率極快，直接生成硫酸鈣。

Ca(OH)₂+SO₃→CaSO₄+H2OCa(OH)₂?+SO3?→CaSO_4?+H_2?O

（3）其他酸性氣體（HF、HCl）的協(xié)同脫除：

該技術(shù)對(duì)氟化氫（HF）和氯化氫（HCl）同樣具有高效的脫除能力，實(shí)現(xiàn)多污染物協(xié)同控制。

Ca(OH)₂+2HF→CaF₂+2H₂O

Ca(OH)₂+2HCl→CaCl₂+2H₂O

這些反應(yīng)生成的固體產(chǎn)物（CaSO?, CaSO?, CaF?, CaCl?）均留存于脫硫劑顆粒內(nèi)部或床層中，待脫硫劑飽和失效后，統(tǒng)一更換處理。

3. 鈣基干法脫硫劑性能與技術(shù)優(yōu)勢分析

3.1脫硫劑物化性能指標(biāo)比對(duì)分析
脫硫劑的性能直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的脫硫效率與運(yùn)行成本。根據(jù)適用煙氣

溫度的不同，市面上的鈣基脫硫劑主要分為中高溫型（~180℃）和低溫型（~140℃）。

中高溫與低溫鈣基脫硫劑性能指標(biāo)對(duì)比見表3。

表1  中高溫與低溫鈣基脫硫劑性能指標(biāo)對(duì)比

從表中數(shù)據(jù)比對(duì)分析可知，兩類脫硫劑在核心指標(biāo)“飽和硫容”上保持一致（均≥30%），確保了高效的物質(zhì)利用率。其主要差異體現(xiàn)在堆密度和強(qiáng)度上，這是為了適配不同溫度下反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和物理特性的要求而進(jìn)行的針對(duì)性配方優(yōu)化。例如，低溫條件下分子擴(kuò)散速率減慢，需通過調(diào)整孔隙結(jié)構(gòu)和添加低溫催化劑來補(bǔ)償，這可能輕微影響了其機(jī)械強(qiáng)度。

3.2技術(shù)核心優(yōu)勢剖析

3.2.1高效性與靈活性

（1）高效性。通過精確設(shè)計(jì)脫硫劑床層高度和空速，可以靈活調(diào)節(jié)氣固接觸時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)理論上的100%脫硫效率。其對(duì)煙氣中SO?濃度波動(dòng)（從幾十到上萬mg/Nm³）和溫度波動(dòng)（在適用范圍內(nèi)）均不敏感，系統(tǒng)穩(wěn)定性極佳。

（2）廣適性。不僅適用于電力行業(yè)，更在焦?fàn)t、鋼鐵熱風(fēng)爐、陶瓷窯爐、垃圾焚燒爐等工況復(fù)雜、煙氣成分波動(dòng)大的領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢，彌補(bǔ)了濕法技術(shù)在這些領(lǐng)域的應(yīng)用短板。

3.2.2經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性

（1）低成本。原料為高品質(zhì)氫氧化鈣（含量＞90%），來源廣泛，成本低廉。系統(tǒng)無需復(fù)雜的漿液制備、水循環(huán)和廢水處理系統(tǒng)，總投資和運(yùn)行成本（電耗、維護(hù)）遠(yuǎn)低于濕法脫硫。

（2）資源化與無二次污染。副產(chǎn)物主要為石膏（CaSO?·2H?O），是優(yōu)質(zhì)的建材原料，可實(shí)現(xiàn)資源化利用，無廢水、廢渣排放。干法工藝從根本上避免了濕法脫硫帶來的“白煙”視覺污染，無需額外增設(shè)“消白”設(shè)備，進(jìn)一步節(jié)省了投資和能耗。

3.2.3工藝簡化與可靠性

（1）整個(gè)系統(tǒng)為干式流程，徹底解決了濕法系統(tǒng)的設(shè)備腐蝕、結(jié)垢、堵塞等頑疾。

（2）操作維護(hù)簡便，自動(dòng)化程度高，主要運(yùn)維工作即為定期監(jiān)測和更換失效的脫硫劑，非常適合老舊廠區(qū)的技術(shù)改造和規(guī)模化推廣。

4  應(yīng)用場景與典型案例分析

4.1適用行業(yè)領(lǐng)域

鈣基干法脫硫技術(shù)已成為多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)超低排放的首選技術(shù)之一：

（1）焦化行業(yè)。焦?fàn)t煙氣通常具有中低溫、含硫量波動(dòng)大、含多種雜質(zhì)的特點(diǎn)，非常適合采用“鈣基干法脫硫+SCR脫硝”的一體化凈化工藝。

（2）鋼鐵行業(yè)。廣泛應(yīng)用于燒結(jié)機(jī)、軋鋼加熱爐、熱風(fēng)爐等設(shè)備的廢氣處理，尤其適用于場地受限的改造項(xiàng)目。

（3）垃圾焚燒發(fā)電。常作為“SNCR脫硝+小蘇打/鈣基干法脫硫+活性炭噴射+布袋除塵器”組合工藝的核心環(huán)節(jié)，協(xié)同去除酸性氣體、二噁英和重金屬。

（4）陶瓷、玻璃、堿業(yè)等工業(yè)窯爐。這些窯爐煙氣成分復(fù)雜，排煙溫度適中，干法脫硫技術(shù)顯示出良好的適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性。

4.2典型工程案例數(shù)據(jù)對(duì)比分析

    典型工程案例性能數(shù)據(jù)對(duì)比見表2。

表2  典型工程案例性能數(shù)據(jù)對(duì)比

以上案例分析，從不同維度印證了鈣基干法脫硫技術(shù)的優(yōu)勢。邯鋼案例突出了其與主流脫硝技術(shù)的完美耦合能力；杭州案例體現(xiàn)了其在復(fù)雜煙氣成分下的多污染物協(xié)同控制能力；青海案例則彰顯了其在特定地域（缺水）和特定爐型（CFB）上的經(jīng)濟(jì)性與適用性。三個(gè)案例的共同點(diǎn)是：系統(tǒng)簡潔、運(yùn)行穩(wěn)定、無二次污染、最終排放指標(biāo)均能穩(wěn)定達(dá)到甚至優(yōu)于國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

5  技術(shù)發(fā)展趨勢、建議與展望

5.1行業(yè)發(fā)展趨勢

未來，煙氣治理將更加強(qiáng)調(diào)技術(shù)的耦合性、系統(tǒng)的智能化和資源的高效化。鈣基干法脫硫技術(shù)因其干態(tài)特性，天然成為“干法脫硫+中低溫SCR脫硝+催化/功能性布袋除塵”一體化工藝的理想平臺(tái)。例如，晨晰環(huán)保等企業(yè)推廣的集成工藝已在200余個(gè)項(xiàng)目中成功應(yīng)用，證明了這種“一盤棋”式的治理思路是未來的主流方向。

5.2應(yīng)用建議

（1）精準(zhǔn)選型。必須根據(jù)實(shí)際煙氣溫度、成分精確選擇中高溫或低溫脫硫劑，并確保氫氧化鈣有效含量≥90%，以提高鈣利用率和延長更換周期。

（2）系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。推薦采用“一機(jī)一塔”的串聯(lián)式模塊化設(shè)計(jì)，確保足夠的反應(yīng)時(shí)間。必須與高效布袋除塵器或活性炭噴射系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)SO?、粉塵、二噁英等多污染物的深度凈化。

（3）科學(xué)運(yùn)維管理。建立定期監(jiān)測制度，跟蹤反應(yīng)器壓降變化和出口SO?濃度，通過模型預(yù)測脫硫劑硫容的消耗情況，實(shí)現(xiàn)按需更換，避免浪費(fèi)或超標(biāo)排放，保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

5.3展望

（1）材料創(chuàng)新。研發(fā)更高硫容、更高強(qiáng)度、更寬溫度窗口的復(fù)合型脫硫劑，特別是針對(duì)低溫（<120℃）和極高硫濃度的極端工況，開發(fā)高效低溫催化劑與多孔吸水助劑的最佳配方。

（2）智能化升級(jí)。引入大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)，構(gòu)建智能控制系統(tǒng)。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測煙氣參數(shù)，動(dòng)態(tài)預(yù)測脫硫劑消耗、自動(dòng)調(diào)節(jié)床層運(yùn)行狀態(tài)、預(yù)警故障，實(shí)現(xiàn)從“定期更換”到“狀態(tài)更換”的跨越，進(jìn)一步提升經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

（3）副產(chǎn)物高值化利用。深入研究脫硫副產(chǎn)物的資源化利用途徑，提高其作為建材原料的純度和品質(zhì)，打通“以廢治廢、變廢為寶”的最后一公里，最終形成完整的綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)鏈條。

6  結(jié)語

鈣基干法脫硫技術(shù)以其原理的科學(xué)性、性能的高效性、經(jīng)濟(jì)的合理性以及環(huán)境的友好性，已然成為工業(yè)煙氣污染控制領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)。它成功解決了傳統(tǒng)濕法技術(shù)存在的諸多痛點(diǎn)，尤其在中低溫?zé)煔?、?fù)雜工況和多污染物協(xié)同治理場景中展現(xiàn)出不可替代的優(yōu)勢。通過對(duì)其反應(yīng)機(jī)理的深刻理解、脫硫劑性能的持續(xù)優(yōu)化、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的精心集成以及智能運(yùn)維管理的全面實(shí)施，鈣基干法脫硫技術(shù)必將在我國乃至全球的“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”中扮演愈發(fā)重要的角色，為推進(jìn)工業(yè)綠色低碳發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

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