化石燃料煤、石油、天然气的燃烧烟气中都会包含一定量的硫化物、氮化物,这类化合物属于酸性氧化物,对植物、建筑物、汽车等都有危害,因此,烟气脱硫脱硝成为环保的重要课题,特别是燃煤后烟气的脱硫问题,同时从安全角度看不同的脱硫方法安全系数不同,不同的脱硫方式成本也不尽相同,可以对当前常用的脱硫方法进行综合比较,为企业选择合适的脱硫方式提供参考。纵观当前比较常用的脱硫工艺主要有氨法、石灰—石膏法及锅炉CFB(钙法)、镁法等。
1.氨法脱硫工艺
采用氨水作为吸收剂除去烟气中的SO2的工艺。氨是一种良好的碱性吸收剂,氨吸收烟气中SO2是气-液或气-气反应,反应速度快、反应完全、吸收剂利用率高,氨法具有系统简单、设备体积小、能耗低。另外,脱硫副产品硫酸铵是一种常用的化学肥料,能够实现循环经济,绿色发展的目的。
NH3+H2O===NH3˙H2O
NH3˙H2O===NH4++OHˉ
SO2+2NH3˙H2O===(NH4)2SO3+H2O
(NH4)2SO3+SO2+H2O===2NH4HSO3
电离常数:K=1.8×10-5(25℃)
业主及环保界人士还认为,明晟环保公司的氨法脱硫技术主要特点是:吸收塔为集吸收、氧化、结晶为一体的组合塔;利用进口烟气热量浓缩结晶,节约能源;低浓度溶液氧化,高浓度溶液结晶,氧化效率高;多点加氨,针对不同部位的要求进行控制;可直接使用液氨;回收的(NH4)2SO4有较好的经济效益等。
2.石灰(石灰石)—石膏法烟气脱硫工艺
主要是采用廉价易得的石灰石或石灰作为脱硫吸收剂。石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌制成吸收浆液,当采用石灰作为吸收剂时,石灰粉经消化处理后加水搅拌制成吸收浆液。烟气中的SO2与浆液以及鼓入的氧化空气进行化学反应被吸收脱除,最终产物为石膏,脱硫渣石膏可以综合利用。
3.循环流化床锅炉(锅炉CFB)脱硫工艺
近年来迅速发展起来的一种新型燃煤燃烧脱硫技术。其原理是燃料和作为吸收剂的石灰石粉送入燃烧室中部送入,气流使燃料颗粒、石灰石粉和灰一起在循环流化床强烈扰动并充满燃烧室,石灰石粉在燃烧室内裂解成氧化钙,氧化钙和SO2结合成CaSO3,锅炉燃烧室温度控制在850℃左右,以实现反应。
SO2+Ca(OH)2==CaSO3+H2O
2CaSO3+O2==2CaSO4
CaSO4+2H2O==CaSO4.2H2O
以上两种方法统称为钙法,前者可以称为湿法脱硫,后者则为干法脱硫,考虑到反应的热力学条件,后者应当优于前者。
4.氧化镁(镁法)脱硫
氧化镁(镁法)的脱硫机理是碱性氧化镁与水反应生成氢氧化镁,再与SO2溶于水生成的溶液进行酸碱中和反应,氧化镁/氢氧化镁反应生成的MgSO3和MgSO4,MgSO3氧化后生成MgSO4。
脱硫工程中发生的主要化学反应:
MgO+H2O→Mg(OH)2
Mg(OH)2+SO2→MgSO3+H2O
MgSO3+H2O+SO2→Mg(HSO3)2
MgSO3+1/2O2→MgSO4
MgSO4+7H2O→MgSO4•7H2O
镁法脱硫具有效率高(次于氨法),不易结垢,设备紧凑,脱硫液对设备腐蚀性低、安全系数高等优点,脱硫产物是优质的镁盐,用途广泛,该方法近年来得到广泛推广。
对于企业来说,由于烟气的来源和产生方式不同,环保标准也有所差异,应当结合当地的实际要求来选择合适的脱硫方法,其中除了脱硫效率,也会关注成本。
综合比较而言,考虑环保效果及经济效益可以选择氨法,钙法脱硫因为炉膛结垢或反应条件不理想应用较少,各企业依据自身的特点进行选择,也可以选择双联脱硫工艺。