焦爐煙氣循環流化床半乾法脫硫技術應用及優缺點分析

北極星大氣網訊:摘要：我國是工業大國，燃煤電廠、煉焦化學及水泥、化工、玻璃行業等在生產的過程中產生一定量的粉塵、SO2、氮氧化物（NOx）和有害金屬元素等，煙氣中SO2 對環境的危害最為嚴重，大量SO2的排放會引起酸雨、光化學煙霧、臭氧層破壞和溫室效應等一些列的環境問題，控制大氣中SO2的排放引起了全球的關注，同時也是我國目前大氣環境中保護的重點和難點。為了解決大氣汙染，目前來看，就循環流化床辦幹法脫硫工藝是最為理想的方法。本文對焦爐煙氣循環流化床半乾法脫硫工藝的原理進行了簡單的概述，然後就該工藝的優缺點與發展進行了詳細地分析。

1 焦爐煙氣半乾法脫硫技術簡介

焦爐煙氣半乾法脫硫技術是採用循環流化床半乾法煙氣脫硫工藝，根據循環流化床原理，焦爐煙氣在由粉料消石灰構成的沸騰床層內進行化學反應，焦爐煙氣在一定的流速範圍內，與消石灰吸收劑粉料進行強烈攪動，並多次再循環，延長消石灰吸收劑與焦爐煙氣的接觸時間，大大提高了吸收劑的利用率。此工藝可以實現消石灰吸收劑的連續輸入與輸出，循環流化床床層建立後，具有良好的反應性能，而且易於控制，便於消石灰吸收劑的連續循環操作，同時具有流程簡單、佔地小、投資少等優點。脫硫效率能夠達到95%以上，與溼法脫硫相媲美。

1.1 焦爐煙氣特點及排放標準

1.1.1焦爐煙氣特點

從上表中可以看出：一是焦爐煙氣流量大，要求脫硫工藝處理能力大；二是焦爐煙氣溫度範圍基本為180-300℃，溫度波動範圍較大，焦爐煙氣中含有SO2，在180度至230度溫度區間內，SO2易與氨反應轉化為硫酸銨，造成管道堵塞和設備腐蝕；三是焦爐煙氣成分複雜，含水量含量偏高，濃度一般為10%左右；四是焦爐煙囪必須始終處於熱備狀態，要考慮到脫硫系統進出口煙氣溫度問題。

1.1.2焦爐煙氣排放標準

而河北省在特別地區排放標準基礎上再次提標，對焦爐煙氣實施超低排放控制，在基準含氧量8%條件下，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放限值分別為10毫克/立方米、30毫克/立方米、130毫克/立方米。根據河北省政府印發的《河北省打贏藍天保衛戰三年行動方案》要求，現有企業自2020年10月1日起執行，新建企業自2019年1月1日實施之日起執行。到2020年10月，全省焦化行業全部完成深度治理，達到超低排放標準。

1.2 焦爐煙氣循環流化床半乾法脫硫技術應用

焦爐煙氣循環流化床半乾法脫硫工藝系統核心就是循環流化床反應系統，焦爐煙氣由流化床下部進入循環流化床反應器內（一般在文丘裡管縮口下部），與消石灰粉料在反應器縮口處充分混合均勻，焦爐煙氣中SO2與消石灰反應，生成含有結晶水的硫酸鈣及亞硫酸鈣。硫酸鈣及亞硫酸鈣等小顆粒反應產物由焦爐煙氣從循環流化床反應器頂部帶出，經袋式除塵器與煙氣分離。分離出的固體小顆粒絕大部分被送回流化床反應器內，以延長消石灰與焦爐煙氣的接觸時間，提高利用效率。

為了提高脫硫效率，在循環流化床縮口上部布置一層噴霧裝置，將水霧化後噴入流化床反應塔下部，使反應溫度儘可能接近露點溫度，保持在煙囪熱備之上。

循環流化床半乾法工藝所產生的副產品呈乾粉狀，其化學組成主要有CaSO3、CaSO4以及未反應的脫硫劑，定期從循環流化床底部排出。

1.3 焦爐煙氣循環流化床半乾法脫硫工藝原理

焦爐煙氣循環流化床半乾法脫硫工藝的原理是消石灰乾粉和煙氣中的二氧化硫酸性氣體，在消石灰顆粒的表面發生反應，反應如下：

Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2O

Ca(OH)2+SO3→CaSO4+H2O

Ca(OH)2+SO2+1/2O2→CaSO4+H2O

在焦爐煙氣循環流化床內，消石灰乾粉、焦爐煙氣及噴入的霧化水，在反應器內充分混合，並多次再循環，使得反應器內參加反應的消石灰量遠遠大於新投加的消石灰量，從而使SO2、SO3等酸性氣體能被充分地吸收，實現高效脫硫，一般脫硫效率能夠達到95%以上。

從餘熱鍋爐出來的焦爐煙氣，從下部進入循環流化床反應器，焦爐煙氣通過底部的文丘裡管的縮口進行加速，直接進入循環流化床反應器內，焦爐煙氣與固體的消石灰粉料在循環流化床內經過氣固兩相氣流的作用，產生激烈的湍動，實現氣固兩相充分混合，延長固氣兩相接觸時間，消石灰反應物在上升的過程中，不斷形成聚團物，由於重力問題，較大的顆粒聚團物向下飄落，當下落至循環流化床縮口附近，而聚團物在激烈湍動中又不斷解體重新被氣流提升，使得氣固間的滑移速度高達單顆粒滑移速度的數十倍。循環流化床內氣固兩相流機制，極大地強化了氣固間的傳質與傳熱，實現了高效脫硫。

在循環流化床文丘裡管縮口處上方設噴水霧化裝置，主要目的是降低煙氣溫度，能夠促進SO2與Ca(OH)2反應速率，同時要控制噴水量，焦爐煙氣溫要高於煙氣露點20℃左右，保證排煙溫度在熱備溫度之上。在循環流化床反應器內，消石灰與煙氣中的二氧化硫在塔內進行第二步的充分反應，生成副產物主要是含結晶水的硫酸鈣、亞硫酸鈣等。

焦爐煙氣在上升過程中，較小的固體顆粒物隨煙氣被帶出反應塔，較大的團聚物因自重重新回流到循環流化床內，進一步增加了流化床的床層顆粒濃度和延長吸收劑的反應時間，從而有效地保證了脫硫效率。

在整個脫硫系統中，焦爐煙氣中含有酸性的SO3 全部去除，而排煙溫度始終控制在高於露點溫度20℃，能夠保證整個系統無腐蝕現象，無須做任何防腐處理。

淨化後的含塵焦爐煙氣從循環流化床頂部側向排出，直接進入袋式除塵器，利用引風機動力排入原煙囪。經袋式除塵器系統捕集下來的固體顆粒，通過除塵器下排灰機構，利用壓縮空氣動能，實現固體顆粒物再循環，返回循環流化床內繼續參加反應，經過多次循環，多餘的少量脫硫灰渣通過氣力輸灰輸送至脫硫灰倉內，再通過二級輸送設備外排。

2 循環流化床半乾法脫硫技術優缺點

2.1 循環流化床半乾法煙氣脫硫技術的工藝優點如下：

①工藝簡單、投資和運行費用低；

②吸收劑利用率高、無廢水產生；

③脫硫效率能達到90%以上；

④屬於半乾法脫硫，無廢水、廢液外排，設備腐蝕小，淨化過程溫降較氨法脫硫小、利於煙囪排氣擴散反應溫降低，脫硫後的煙氣能夠回焦爐煙囪直接排放，能夠保證煙囪熱備和防止焦爐煙囪酸腐蝕；

⑤脫硫的位置既可以布置在脫硝前，也可以布置在脫硝後，比較靈活；

⑥整套脫硫系統實現無腐蝕。在循環流化床內具有優良的傳質傳熱條件，使反應器內的霧化水迅速蒸發，並且可瞬間脫除全部的酸性氣體SO3，並且煙氣溫度控制在露點溫度20℃以上，可確保反應器及其下遊設備不會產生腐蝕，整套設備無需防腐；

⑦具有良好的焦爐煙氣中二氧化硫濃度變化的適應性，當煙氣含硫量或要求的脫硫效率發生變化時，無需增加任何工藝設備，僅需調節脫硫劑的耗量便可以滿足更高的脫硫率的要求；

2.2 循環流化床半乾法煙氣脫硫技術的工藝缺點如下：

①對於煙氣中硫含量高且排放要求嚴格的地區不建議採用；

②脫硫後的煙氣中含有顆粒物，因此脫硫後的煙氣需增加布袋除塵器方能使顆粒物達標排放。

③固體廢棄物：硫酸鈣及粉塵混合物

④佔地較大

2.3 循環流化床半乾法脫硫的改進

（1）加大對脫硫反應器的研發力度，使脫硫劑（消石灰）與煙氣在反應器內均勻混合，加大脫硫劑在反應器內停留時間，提高脫硫效率。

（2）對脫硫工藝產生的固體廢棄物下遊應用加大力度開發，得到合理應用，實現閉環的綠色生產。

3 結語

循環流化床半乾法脫硫技術可以有效的治理焦爐煙氣中的SO2，與幹法脫硫及溼法脫硫的工藝相比，具有操作流程簡單、投資少、效率高等優點，完成能夠達到《煉焦化學工業大氣汙染物超低排放標準》。

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