半干半湿法烟气脱硫技术研究

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摘要：半干半湿法烟气脱硫技术，一言以蔽之，就是利用蒸汽将粉煤灰中的碱性物质激活，通过水蒸气与石灰的化学反应，形成具有强碱性的消石灰，在蒸汽输送的过程中，脱硫灰中的CaSO3与氧气发生反应，形成CaSO4，由于在脱硫过程中用锅炉废水进行了增湿处理，提高了 二氧化硫与脱硫剂的反应速率。本文对半干半湿烟气脱硫技术进行了研究，尤其是对其工作原理、工艺特点及其应用进行了阐述。

关键词：半干半湿法；烟气脱硫；二氧化硫；脱硫剂

半干半湿法烟气脱硫原理

半干半湿法烟气脱硫净化技术的显著特点之一就是脱硫剂为石灰，使得脱硫剂中的氧化钙得以循环利用，充分反应。脱硫净化系统主要包括三部分，分别是脱硫反应塔、旋风预除尘器和静电除尘器，如下图1所示。烟气经由烟道进入系统，由蒸汽输送的脱硫剂、脱硫灰与锅炉烟气相互混合，并运送至反应塔，在反应塔内与水、脱硫剂、脱硫灰实现固液气的三相混合，从而有利于化学反应速率的提升，达到脱硫的目的。

1.脱硫剂的蒸汽激活

如图1所示，反应塔底收集的脱硫灰在水蒸气的作用下，直接输送至烟道，最后进入反应塔，石灰和旋风除尘器手机的烟尘在也被水蒸气带入脱硫反应塔。在这个过程中，石灰与水蒸气发生了反应：

CaO（s）+H2O（g）Ca（OH）2（s）[1]

飞灰的主要成分为Al2O3和SO2，在一般情况下，至少会包含10%的碱性氧化物在其中，碱性氧化物与Al2O3、SO2相结合，对脱硫反应影响甚微。在飞灰的运送过程中，碱性氧化物中的一部分与水蒸气发生反应，变成活性金属的氢氧化物，并参与了脱硫反应，有助于减少石灰在脱硫过程中的使用量，脱硫效果也能够达到理想化。表1展示了热电厂锅炉飞灰的化学成分和质量分数，从中可以看出，碱性物质占总量的14.6%，飞灰在运输过程中发生了化学反应：

MO（s）+H2O（g）MOH（s）

其中，M代表钙、铁、镁、钠等金属元素。

图1 半干半湿法烟气脱硫除尘系统示意图

表1 粉煤灰成分表

成分 质量分数（%）

SO2 52.4

Al2O3 20.48

CaO 5.29

Fe2O3 5.68

TO2 0.7

MgO 1.08

K2O 1.14

Na2O 0.75

T（SO3） 3.84

T（c） 4.88

Loss 3.76

2.脱硫反应机理

在脱硫过程中，喷水是重要的环节，主要是利用锅炉软化水废水来对反应塔进行降温，提高二氧化硫与脱硫剂的反应速率。在这样的环境下，烟气中的二氧化硫能够与石灰和飞灰充分反应。其化学反应方程式如下：

（1）二氧化硫的化学变化

SO2（g）SO2（aq）；

SO2（aq）+H2O（l）H2SO3（l）；

H2SO3（l）H++HSO3-2H+ SO32-；

（2）碳酸氢钙的化学变化

Ca（OH）2（s）Ca（OH）2（aq）Ca2++2OH-；

（3）二氧化硫与消石灰的化学反应

SO2（aq）+Ca（OH）2（aq）CaSO3・1/2H2O（s）+1/2H2O（l）；

或者SO32-（aq）+Ca2+（aq）+H++OH-CaSO3・1/2H2O（s）+1/2H2O（l）；

（4）CaSO3的氧化反应

CaSO3・1/2H2O（s）+1/2O2（g）+3/2H2OCaSO4・2H2O（s）。

从中不难看出，二氧化硫与脱硫剂之间的反应是通过离子反应来实现的，大大提高了反应速率。而在脱硫反应塔中最初生成的CaSO3也在反应中被氧化成石膏，脱硫灰的综合利用价值得到进一步提升[2]。

二、半干半湿法烟气脱硫技术的工艺特点

1.无废水污染

通过半干半湿法烟气脱硫技术的应用，将锅炉排放的软化水废水进行重复利用，对反应塔进行增湿降温，为脱硫反应提供良好的环境，是以废治废的重要实践，对于减少环境污染，推进生态文明建设具有重要意义。

2.脱硫反应速率高，负荷适应性强

半干半湿法脱硫技术的应用，将脱硫后的脱硫灰进行循环利用，使得脱硫灰中的氧化钙能够继续参加反应。与此同时，蒸汽输送过程中被激活的飞灰中的碱性物质也能够继续参加反应，对于提高脱硫反应速率有着重要意义。 而在工况变动较大时，可以改变脱硫用石灰的用量来对脱硫装置进行调整，提高脱硫负荷的适应性[3]。

3.能耗降低

在半干半湿法脱硫除尘技术的使用过程中，锅炉汽轮机的排放压力始终维持在0.8-1.0MPa之间，而干蒸汽的温度则保持在200摄氏度以上，石灰与水蒸气的反应会释放大量的热能，由此可见，烟尘输送过程中不会存在冷凝水，使得输送设备得以简化，无需增加动力源，能耗也得以大幅降低。

4.脱硫副产物可循环利用

传统工艺下的脱硫副产物中含有大量的水合亚硫酸钙，用于建筑材料，必然有损建材质量，如果为了单纯提高建材质量而强制实施氧化措施，脱硫成本必然会大幅增加，不利于发电厂经济效益的提高。在半干半湿法脱硫除尘工艺下，烟尘中大部分的亚硫酸盐被氧化，尤其是亚硫酸钙含量，更是不会超过1%，直接用于水泥等建材的制作，且建筑材料质量也得到了有效保证[4]。

三、半干半湿法烟气脱硫技术的应用

研究人员将半干半湿法烟气脱硫技术应用于热电厂的实际生产中，在35T/h燃煤电站锅炉上建立了半干半湿法烟气脱硫示范工程，工艺流程完全按照上图1所展示的流程进行布置。

燃煤中S的质量分数为0.89%，灰分大约占四分之一作用，平均发热量为22000kJ/kg，锅炉的运行负荷为33-35T/h，表2详细统计了该脱硫系统的主要技术指标和经济指标。经过脱硫处理后的烟气排放温度控制75摄氏度左右，氮氧化物的去除率为44.8%。

表2 35T/h电站锅炉脱硫系统的主要技术指标和经济指标

名称 指标

烟气体积流量 61750Nm3/h

烟气温度 136℃

脱硫前烟气中二氧化硫的质量浓度 1758mg/Nm3

脱硫后烟气中二氧化硫的质量浓度 206-352mg/Nm3

脱硫效率 80%-88.3%

氧化钙和二氧化硫物质的量的比值 0.8-1.2

石灰用量 130-164kg/h

锅炉排污废水用量 22T/h

结语：

现阶段，随着我国生态文明建设的不断推进，对于污染物处理后的排放标准的要求更加严格。硫化物是导致酸雨的重要原因，对于大气环境质量的威胁巨大，随着半干半湿法烟气脱硫技术的不断推广，二氧化硫的排放量正在大幅减小，还广大人民一片蓝天指日可待。

参考文献：

[1]于辰宏，朱金伟，刘宇等.蒸汽输送半干半湿法烟气脱硫剂/脱硫灰的研究[J].电力科技与环保，2011，27（3）：30-32.

[2]苗强.燃煤脱硫技术研究现状及发展趋势[J].洁净煤技术，2015，（2）：59-63.

[3]王建峰，李壮，刘沛奇等.CFB锅炉二次脱硫技术与经济分析[J].中国电力，2014，47（6）：132-134.

[4]邓贞蕾.湿法烟气脱硫增效技术的试验研究[D].山东大学，2012.