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廢氣脫硫脫硝工藝原理及優(yōu)缺點 ——脫硫技術(shù)
時間：2022-12-07
亞德環(huán)保導(dǎo)讀：目前，市面上常見的廢氣脫硫脫硝工藝有哪些？原理是什么？有何優(yōu)缺點？
目前煙氣脫硫技術(shù)種類達(dá)幾十種，按脫硫過程是否加水和脫硫產(chǎn)物的干濕形態(tài)，煙氣脫硫分為：濕法、半干法、干法三大類脫硫工藝。濕法脫硫技術(shù)較為成熟，效率高，操作簡單。
一、濕法煙氣脫硫技術(shù)
優(yōu)點：濕法煙氣脫硫技術(shù)為氣液反應(yīng)，反應(yīng)速度快，脫硫效率高，一般均高于90%，技術(shù)成熟，適用面廣。濕法脫硫技術(shù)比較成熟，生產(chǎn)運行安全可靠，在眾多的脫硫技術(shù)中，始終占據(jù)主導(dǎo)地位，占脫硫總裝機容量的80%以上。
缺點：生成物是液體或淤渣，較難處理，設(shè)備腐蝕性嚴(yán)重，洗滌后煙氣需再熱，能耗高，占地面積大，投資和運行費用高。系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備龐大、耗水量大、一次性投資高，一般適用于大型電廠。
分類：常用的濕法煙氣脫硫技術(shù)有石灰石-石膏法、間接的石灰石-石膏法、檸檬吸收法等。
A石灰石/石灰-石膏法：
原理：是利用石灰石或石灰漿液吸收煙氣中的SO2，生成亞硫酸鈣，經(jīng)分離的亞硫酸鈣(CaSO3)可以拋棄，也可以氧化為硫酸鈣(CaSO4)，以石膏形式回收。是目前世界上技術(shù)最成熟、運行狀況最穩(wěn)定的脫硫工藝，脫硫效率達(dá)到90%以上。
目前傳統(tǒng)的石灰石/石灰—石膏法煙氣脫硫工藝在現(xiàn)在的中國市場應(yīng)用是比較廣泛的，其采用鈣基脫硫劑吸收二氧化硫后生成的亞硫酸鈣、硫酸鈣，由于其溶解度較小，極易在脫硫塔內(nèi)及管道內(nèi)形成結(jié)垢、堵塞現(xiàn)象。對比石灰石法脫硫技術(shù)，雙堿法煙氣脫硫技術(shù)則克服了石灰石—石灰法容易結(jié)垢的缺點。
B 間接石灰石-石膏法:
常見的間接石灰石-石膏法有：鈉堿雙堿法、堿性硫酸鋁法和稀硫酸吸收法等。原理：鈉堿、堿性氧化鋁(Al2O3·nH2O)或稀硫酸(H2SO4)吸收SO2，生成的吸收液與石灰石反應(yīng)而得以再生，并生成石膏。該法操作簡單，二次污染少，無結(jié)垢和堵塞問題，脫硫效率高，但是生成的石膏產(chǎn)品質(zhì)量較差。
C 檸檬吸收法：
原理：檸檬酸(H3C6H5O7·H2O)溶液具有較好的緩沖性能，當(dāng)SO2氣體通過檸檬酸鹽液體時，煙氣中的SO2與水中H發(fā)生反應(yīng)生成H2SO3絡(luò)合物,SO2吸收率在99%以上。這種方法僅適于低濃度SO2煙氣，而不適于高濃度SO2氣體吸收，應(yīng)用范圍比較窄。
另外，還有海水脫硫法、磷銨復(fù)肥法、液相催化法等濕法煙氣脫硫技術(shù)。
二、干法煙氣脫硫技術(shù)
優(yōu)點：干法煙氣脫硫技術(shù)為氣同反應(yīng)，相對于濕法脫硫系統(tǒng)來說，設(shè)備簡單，占地面積小、投資和運行費用較低、操作方便、能耗低、生成物便于處置、無污水處理系統(tǒng)等。
缺點：但反應(yīng)速度慢，脫硫率低，先進(jìn)的可達(dá)60-80%。但目前此種方法脫硫效率較低，吸收劑利用率低，磨損、結(jié)垢現(xiàn)象比較嚴(yán)重，在設(shè)備維護(hù)方面難度較大，設(shè)備運行的穩(wěn)定性、可靠性不高，且壽命較短，限制了此種方法的應(yīng)用。
分類：常用的干法煙氣脫硫技術(shù)有活性碳吸附法、電子束輻射法、荷電干式吸收劑噴射法、金屬氧化物脫硫法等。
典型的干法脫硫系統(tǒng)是將脫硫劑(如石灰石、白云石或消石灰)直接噴入爐內(nèi)。以石灰石為例，在高溫下煅燒時，脫硫劑煅燒后形成多孔的氧化鈣顆粒，它和煙氣中的SO2反應(yīng)生成硫酸鈣，達(dá)到脫硫的目的。
干法煙氣脫硫技術(shù)在鋼鐵行業(yè)中已經(jīng)有應(yīng)用于于大型轉(zhuǎn)爐和高爐的例子，對于中小型高爐該方法則不太適用。干法脫硫技術(shù)的優(yōu)點是工藝過程簡單，無污水、污酸處理問題，能耗低，特別是凈化后煙氣溫度較高，有利于煙囪排氣擴散，不會產(chǎn)生“白煙”現(xiàn)象，凈化后的煙氣不需要二次加熱，腐蝕性??；其缺點是脫硫效率較低，設(shè)備龐大、投資大、占地面積大，操作技術(shù)要求高。常見的干法脫硫技術(shù)有。
A 活性碳吸附法：
原理：SO2被活性碳吸附并被催化氧化為三氧化硫(SO3)，再與水反應(yīng)生成H2SO4，飽和后的活性碳可通過水洗或加熱再生，同時生成稀H2SO4或高濃度SO2?？色@得副產(chǎn)品H2SO4，液態(tài)SO2和單質(zhì)硫，即可以有效地控制SO2的排放，又可以回收硫資源。該技術(shù)經(jīng)西安交通大學(xué)對活性炭進(jìn)行了改進(jìn)，開發(fā)出成本低、選擇吸附性能強的ZL30，ZIA0，進(jìn)一步完善了活性炭的工藝，使煙氣中SO2吸附率達(dá)到95.8%，達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
B 電子束輻射法：
原理：用高能電子束照射煙氣，生成大量的活性物質(zhì)，將煙氣中的SO2和氮氧化物氧化為SO3和二氧化氮(NO2)，進(jìn)一步生成H2SO4和硝酸(NaNO3)，并被氨(NH3)或石灰石(CaCO3)吸收劑吸收
C 荷電干式吸收劑噴射脫硫法(CD.SI):
原理：吸收劑以高速流過噴射單元產(chǎn)生的高壓靜電電暈充電區(qū)，使吸收劑帶有靜電荷，當(dāng)吸收劑被噴射到煙氣流中，吸收劑因帶同種電荷而互相排斥，表面充分暴露，使脫硫效率大幅度提高。此方法為干法處理，無設(shè)備污染及結(jié)垢現(xiàn)象，不產(chǎn)生廢水廢渣，副產(chǎn)品還可以作為肥料使用，無二次污染物產(chǎn)生，脫硫率大于90%，而且設(shè)備簡單，適應(yīng)性比較廣泛。但是此方法脫硫靠電子束加速器產(chǎn)生高能電子；對于一般的大型企業(yè)來說，需大功率的電子槍，對人體有害，故還需要防輻射屏蔽，所以運行和維護(hù)要求高。四川成都熱電廠建成一套電子脫硫裝置，煙氣中SO2的脫硫達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
D 金屬氧化物脫硫法：
原理：根據(jù)SO2是一種比較活潑的氣體的特性，氧化錳(MnO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鐵(Fe3O4)、氧化銅(CuO)等氧化物對SO2具有較強的吸附性，在常溫或低溫下，金屬氧化物對SO2起吸附作用，高溫情況下，金屬氧化物與SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成金屬鹽。然后對吸附物和金屬鹽通過熱分解法、洗滌法等使氧化物再生。這是一種干法脫硫方法，雖然沒有污水、廢酸，不造成污染，但是此方法也沒有得到推廣，主要是因為脫硫效率比較低，設(shè)備龐大，投資比較大，操作要求較高，成本高。該技術(shù)的關(guān)鍵是開發(fā)新的吸附劑。
以上幾種SO2煙氣凈化技術(shù)目前應(yīng)用比較廣泛的，雖然脫硫率比較高，但是工藝復(fù)雜，運行費用高，防污不徹底，造成二次污染等不足，與我國實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境和諧發(fā)展的大方針不相適應(yīng)，故有必要對新的脫硫技術(shù)進(jìn)行探索和研究。
三、半干法煙氣脫硫技術(shù)
半干法脫硫包括噴霧干燥法脫硫、半干半濕法脫硫、粉末一顆粒噴動床脫硫、煙道噴射脫硫等。
A 噴霧干燥法：
噴霧干燥脫硫方法是利用機械或氣流的力量將吸收劑分散成極細(xì)小的霧狀液滴，霧狀液滴與煙氣形成比較大的接觸表面積，在氣液兩相之間發(fā)生的一種熱量交換、質(zhì)量傳遞和化學(xué)反應(yīng)的脫硫方法。一般用的吸收劑是堿液、石灰乳、石灰石漿液等，目前絕大多數(shù)裝置都使用石灰乳作為吸收劑。一般情況下，此種方法的脫硫率65%～85%。其優(yōu)點：脫硫是在氣、液、固三相狀態(tài)下進(jìn)行，工藝設(shè)備簡單，生成物為干態(tài)的CaSO 、CaSO ，易處理，沒有嚴(yán)重的設(shè)備腐蝕和堵塞情況，耗水也比較少。缺點：自動化要求比較高，吸收劑的用量難以控制，吸收效率不是很高。所以，選擇開發(fā)合理的吸收劑是解決此方法面臨的新難題。
B 半干半濕法：
半干半濕法是介于濕法和干法之間的一種脫硫方法，其脫硫效率和脫硫劑利用率等參數(shù)也介于兩者之間，該方法主要適用于中小鍋爐的煙氣凈化。這種技術(shù)的特點是：投資少、運行費用低，脫硫率雖低于濕法脫硫技術(shù)，但仍可達(dá)到70%tn，并且腐蝕性小、占地面積少，工藝可靠。工業(yè)中常用的半干半濕法脫硫系統(tǒng)與濕法脫硫系統(tǒng)相比，省去了制漿系統(tǒng)，將濕法脫硫系統(tǒng)中的噴入Ca(OH)：水溶液改為噴入CaO或Ca(OH)：粉末和水霧。與干法脫硫系統(tǒng)相比，克服了爐內(nèi)噴鈣法SO2和CaO反應(yīng)效率低、反應(yīng)時間長的缺點，提高了脫硫劑的利用率，且工藝簡單，有很好的發(fā)展前景。
C 粉末一顆粒噴動床半千法煙氣脫硫法:
技術(shù)原理：含SO2的煙氣經(jīng)過預(yù)熱器進(jìn)入粉粒噴動床，脫硫劑制成粉末狀預(yù)先與水混合，以漿料形式從噴動床的頂部連續(xù)噴人床內(nèi)，與噴動粒子充分混合，借助于和熱煙氣的接觸，脫硫與干燥同時進(jìn)行。脫硫反應(yīng)后的產(chǎn)物以干態(tài)粉末形式從分離器中吹出。這種脫硫技術(shù)應(yīng)用石灰石或消石灰做脫硫劑。具有很高的脫硫率及脫硫劑利用率，而且對環(huán)境的影響很小。但進(jìn)氣溫度、床內(nèi)相對濕度、反應(yīng)溫度之間有嚴(yán)格的要求，在漿料的含濕量和反應(yīng)溫度控制不當(dāng)時，會有脫硫劑粘壁現(xiàn)象發(fā)生。
D 煙道噴射半干法煙氣脫硫:
該方法利用鍋爐與除塵器之間的煙道作為反應(yīng)器進(jìn)行脫硫，不需要另外加吸收容器，使工藝投資大大降低，操作簡單，需場地較小，適合于在我國開發(fā)應(yīng)用。半干法煙道噴射煙氣脫硫即往煙道中噴人吸收劑漿液，漿滴邊蒸發(fā)邊反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物以干態(tài)粉末出煙道。
四、新興的煙氣脫硫方法
最近幾年，科技突飛猛進(jìn)，環(huán)境問題已提升到法律高度。我國的科技工作者研制出了一些新的脫硫技術(shù)，但大多還處于試驗階段，有待于進(jìn)一步的工業(yè)應(yīng)用驗證。
1.硫化堿脫硫法
硫化堿脫硫法主要利用工業(yè)級硫化納作為原料來吸收SO2工業(yè)煙氣，產(chǎn)品以生成硫磺為目的。反應(yīng)過程相當(dāng)復(fù)雜，有Na2SO4、Na2SO3、Na2S203、S、Na2Sx等物質(zhì)生成，由生成物可以看出過程耗能較高，而且副產(chǎn)品價值低，華南理工大學(xué)的石林經(jīng)過研究表明過程中的各種硫的化合物含量隨反應(yīng)條件的改變而改變，將溶液pH值控制在5.5—6.5之間，加入少量起氧化作用的添加劑TFS，則產(chǎn)品主要生成Na2S203，過濾、蒸發(fā)可得到附加值高的5H0·Na2S203，而且脫硫率高達(dá)97%，反應(yīng)過程為：SO2+Na2S=Na2S203+S。此種脫硫新技術(shù)已通過中試，正在推廣應(yīng)用。
2. 膜吸收法
以有機高分子膜為代表的膜分離技術(shù)是近幾年研究出的一種氣體分離新技術(shù)，已得到廣泛的應(yīng)用，尤其在水的凈化和處理方面。中科院大連物化所的金美等研究員創(chuàng)造性地利用膜來吸收脫出SO2氣體，效果比較顯著，脫硫率達(dá)90%。過程是：他們利用聚丙烯中空纖維膜吸收器，以NaOH溶液為吸收液，脫除SO2氣體，其特點是利用多孔膜將氣體SO2氣體和NaOH吸收液分開，SO2氣體通過多孔膜中的孔道到達(dá)氣液相界面處，SO2與NaOH迅速反應(yīng)，達(dá)到脫硫的目的。此法是膜分離技術(shù)與吸收技術(shù)相結(jié)合的一種新技術(shù)，能耗低，操作簡單，投資少。
3 微生物脫硫技術(shù)
根據(jù)微生物參與硫循環(huán)的各個過程，并獲得能量這一特點，利用微生物進(jìn)行煙氣脫硫，其機理為：在有氧條件下，通過脫硫細(xì)菌的間接氧化作用，將煙氣中的SO2氧化成硫酸，細(xì)菌從中獲取能量。
生物法脫硫與傳統(tǒng)的化學(xué)和物理脫硫相比，基本沒有高溫、高壓、催化劑等外在條件，均為常溫常壓下操作，而且工藝流程簡單，無二次污染。國外曾以地?zé)岚l(fā)電站每天脫除5t量的H：S為基礎(chǔ)；計算微生物脫硫的總費用是常規(guī)濕法50%。無論對于有機硫還是無機硫，一經(jīng)燃燒均可生成被微生物間接利用的無機硫SO2，因此，發(fā)展微生物煙氣脫硫技術(shù)，很具有潛力。四川大學(xué)的王安等人在實驗室條件下，選用氧化亞鐵桿菌進(jìn)行脫硫研究，在較低的液氣比下，脫硫率達(dá)98%。
4、煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展趨勢
目前已有的各種技術(shù)都有自己的優(yōu)勢和缺陷，具體應(yīng)用時要具體分析，從投資、運行、環(huán)保等各方面綜合考慮來選擇一種適合的脫硫技術(shù)。隨著科技的發(fā)展，某一項新技術(shù)韻產(chǎn)生都會涉及到很多不同的學(xué)科，因此，留意其他學(xué)科的最新進(jìn)展與研究成果，并把它們應(yīng)用到煙氣脫硫技術(shù)中是開發(fā)新型煙氣脫硫技術(shù)的重要途徑，例如微生物脫硫、電子束法脫硫等脫硫新技術(shù)，由于他們各自獨特的特點都將會有很大的發(fā)展空間。隨著人們對環(huán)境治理的日益重視和工業(yè)煙氣排放量的不斷增加，投資和運行費用少、脫硫效率高、脫硫劑利用率高、污染少、無二次污染的脫硫技術(shù)必將成為今后煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展的主要趨勢。
各種各樣的煙氣脫硫技術(shù)在脫除SO2的過程中取得了一定的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)保效益，但是還存在一些不足，隨著生物技術(shù)及高新技術(shù)的不斷發(fā)展，電子束脫硫技術(shù)和生物脫硫等一系列高新、適用性強的脫硫技術(shù)將會代替?zhèn)鹘y(tǒng)的脫硫方法。
亞德環(huán)保在三廢（廢氣、廢液和固廢）管理、無害化和資源化方面擁有全面的技術(shù)儲備，以及豐富的項目業(yè)績和建設(shè)運營經(jīng)驗。
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