烟道气生物脱硫技术进展

摘要：本文简述了烟道气脱硫技术的进展，并主要介绍了生物脱硫的原理及应用前景。 关键词：烟道气 生物脱硫 一、烟道气脱硫技术进展 1.1 湿法烟气脱硫技术 湿法脱硫的优点是：硫氧化物的吸收反应速度快 ,设备体积小，建设费用较低，建筑用地较少，二次污染减少。缺点是：由于排烟温度降到 60℃左右，排烟的散效果差；需要大量的水。 1.1.1石灰/石灰石－石膏法 湿法烟气脱硫应用最为广泛，占脱硫总装机容量的83.02%，而其中占绝对统治地位的石灰/石灰石－石膏法是目前世界上最成熟、运行状况最稳定的脱硫工艺。该法最早是由美国Eschellman在1909年提出来的，1931年美国Battersea电站建成了第一套石灰/石灰石脱硫系统。在该工艺中 ,石灰石或石灰洗涤剂与烟气中SO2反应 ,反应产物硫酸钙在洗涤液中沉淀下来 ，经分离后即可抛弃也可以石膏的形式回收。80年代，随着吸收塔、吸收槽内腐蚀和结垢问题的解决，新设备、新技术以及电子计算机的使用都使得该法更具有生命力。目前，该法已在很大程度上进行了改进和完善，比较常用的技术如传统的双碱法、由德国鲁奇公司于 80年代末开发的CFB-CFB新型脱硫工艺、日本开发的煤灰干式脱硫法以及黄磷和碱水乳液法等。该过程存在的主要问题是：当SO2的浓度波动时，脱硫剂石灰粉末或浆液的投入量难以控制，吸收塔中的吸收液不能处于最佳吸收状态，影响脱硫率；低值副产物石膏还有待于解决含水率高和综合利用的问题；整体装置和运行费用仍偏高；脱硫效率不高。 1.1.2海水脱硫工艺 海水脱硫是近年来发展起来的一项新技术。该工艺利用天然的纯海水作为烟气中SO2的吸收剂，无需任何添加剂，也不产生任何废弃物，具有工艺简单、系统运行可靠、脱硫效率高等特点。 1.1.3液柱喷射烟气脱硫除尘集成技术 该技术是清华大学的专利技术，液柱喷射烟气脱硫除尘集成系统主要由脱硫反应塔、脱硫及制备系统、脱硫及产物处理系统、控制系统和烟道系统组成，其中液柱反应塔是其核心装置。该技术投资低，脱硫率达85％以上，脱硫剂的利用率为90％以上 ,除尘效率达95％以上 ,运行成本低 ,脱硫成本每千克SO2约为 0.45元。脱硫产物主要是CaSO4，可以用作建筑材料和盐碱地的改造。 1.1.4湿法工艺 除前述的传统方法外 ,还有MgO法、亚硫酸铵法、Wellman-Lord法、柠檬酸钠－磷酸钠法和千代田法、液相湿式生物还原法等。通常可根据原材料来源及副产物销路，合理选用。 1.2 半干法烟气脱硫技术 半干法脱硫工艺的特点是，反应在气、固、液三相中进行，利用烟气显热蒸发吸收液中的水分，使最终产物为干粉状，脱硫废渣一般抛弃处理。喷雾干燥法属于半干法脱硫工艺，该工艺利用石灰石浆液作吸收剂，以细雾滴喷入反应器与SO2边反应边干燥。在反应器出口，随着水分的蒸发，形成干的混合颗粒物。该法可脱除70 %～95%的SO2。另外由于喷雾干燥法的操作是在近似绝热饱和温度下进行的，为使喷雾干燥器稳定运行，要求控制吸收液的加入量，这使操作变得较为困难。 1.2.1旋转喷雾干燥法 旋转喷雾干燥法是用碱性吸收剂的悬浮液或溶液通过高速旋转雾化器雾化成细小的雾滴喷入吸收塔中，并在塔中与经气流分布器导入的热烟气接触，水蒸气和碱性吸收液在湿干两种状态下同SO2反应，干燥产物则在气液后侧用除尘器除去。 1.2.2炉内喷钙增湿活化法 此法是在炉内喷钙的基础上发展起来的，即在燃煤锅炉内适当温度区喷射石灰石粉，并在锅炉空气预热器和除尘器之间加装一个活化反应器，喷水增湿，促进脱硫反应，脱除烟气中的SO2 。 1.3 干法烟气脱硫技术 干法脱硫的工艺特点是，反应在无液相介入的完全干燥状态下进行，反应产物为干粉状。其主要优点是能处理大量的排烟，排出烟气的温度下降比较小，对烟囱周围地区来说，由于烟雾而引起的二次污染较少，用水量少。缺点是由于硫氧化物的吸收反应速度慢，因而排烟设备体积大，建设费用高。 1.3.1荷电干式喷射脱硫法 该法的作用原理是，吸收剂以高速通过高压静电电晕充电区后，在其表面上形成静电荷，由于同种电荷相互排斥，使吸收剂颗粒很快在烟气中扩散，形成均匀的悬浮状态，从而增加与SO2反应的机会。此外由于离子的电晕，可增强其活性，缩短反应所需滞留时间，从而有效提高脱硫率。该法的缺点是，脱硫率低，吸收剂利用率不高。 1.3.2电子束法 电子束是采用高能电子束照射烟气 ,使烟气中的N2、O2和水蒸气被激活 ,电离甚至裂解，产生大量离子及自由基等活性离子。由于它们的强氧化性，使SO2被氧化为SO3，这些高价的硫氧化物与水蒸气反应生成雾状的H2SO4，产生的酸再与预先注入反应器中的NH3反应生成硫铵。 1.3.3脉冲电晕法 该法是利用等离子体产生的高能电子将HO-H及O-O健打开，使之成为自由基或活化粒子，这些自由基或活化粒子可与SO2及NOx反应。由于这些等离子体在常温下只提高电子的温度，而不提高离子的温度，故该法的能量效率比电子束法至少高两倍。此法可同时脱除烟气中的SO2、NOx及重金属。 二、烟气生物脱硫原理 烟气中的SO2通过水膜除尘器或吸收塔溶解于水并转化为亚硫酸盐、硫酸盐；在厌氧环境及有外加碳源的条件下，硫酸盐还原菌将亚硫酸盐、硫酸盐还原成硫化物；然后再在好氧条件下通过好氧微生物的作用将硫化物转化为单质硫，从而将硫从系统中去除。可以将烟气生物脱硫过程划分两个阶段，即SO2的吸收过程和含硫吸收液的生物脱硫过程。 2.1吸收SO2的工作原理 利用微小水滴的巨大表面积完成对烟气的吸收，从而使SO2从气相转入液相，并主要以亚硫酸根、硫酸根的形式存在。吸收效果与吸收液的比表面积、pH、碱度、温度等有关，但主要取决于吸收液的比表面积。该过程的主要反应如下： SO2(g)SO2(l) SO2(l) + H2OHSO3 + H+ HSO3 SO32- + H+ 2SO32- + O22SO42- 从方程可以看出，在SO2的吸收过程产生了H+。因此，吸收液必须有足够的碱度来中和H+,以保障吸收反应的持续进行。 2.2 含硫吸收液生物脱硫的工作原理 在厌氧环境下，富含亚硫酸盐。硫酸盐的水在硫酸盐还原菌的作用下（此处以甲醇作为硫酸盐还原的电子供体）： HSO3- + CH3OHHS- + CO2 + 2H2O 3SO32- + 4CH3OH3HS- + 3HCO3- + CO2 + 5H2O 在好氧条件下利用细菌将厌氧形成的硫化氢氧化成单质硫，并将单质硫颗粒予以回收。发生发应如下： 2SH- + O22S0 + 2OH- 很显然，该反应增加了系统循环液的碱性，与吸收过成导致吸收液酸性增加的反应互逆，这维持了整个系统pH的稳定，从而减少了系统运行时的药剂投加量。