垃圾焚燒爐煙氣干法脫硫工藝——引進奧地利技術綜述
1.前言
垃圾焚燒爐煙氣中SO2、SO3的吸收多采用半干法以石灰乳溶液作為吸收劑，此類方法不僅石灰乳制備設備較多，而且管理復雜，石灰乳管路易堵塞。本文介紹從奧地利AEE公司引進的一種新型干法脫硫工藝，該工藝采用的脫硫介質是價廉的生石灰，在現場生石灰經干消化得到消石灰Ca(OH)2細粉。由于制得的消石灰顆粒已足夠細，可以滿足脫硫要求，無須再磨，節省了購買球磨機等設備的投資費用，減少了能耗，降低了運行費用。消石灰用噴射器送至反應器，在反應器和布袋除塵器內反復循環，充分反應，起到脫硫作用。在反應器內加入適量的噴霧水，以降低煙氣溫度和加強混合作用，煙氣溫度的降低和濕度增加可提高脫硫效率。
布袋除塵器收集的灰從其底部和循環灰槽大部分返回反應器循環流動：多余的細灰進入小灰倉，再由小灰倉送到灰庫。該細灰主要成分為CaSO4、CaCO3，經鑒定無害后可以作采石場或煤礦填充材料，也可作墻壁和街道的隔音材料。該工藝設備簡單且無廢水排出。
2.主要工藝流程
工藝流程見圖1，系統主要分為三部分：給料系統、加水系統、反應系統和收塵系統。
2.1給料系統
主要是Ca(OH)2和活性炭兩儲倉，Ca(OH)2是由CaO適當加入少量水份后獲得，并保持流動性。Ca(OH)2儲倉按5天用量設計，直徑5.5m、高度20m，供3臺65t/h循環流化床鍋爐使用，儲倉上安裝有必需設備，例如：除塵器、料位計、流化卸料系統、閥門、旋轉葉輪給料器等，來確保設備和工藝要求。Ca(OH)2是脫硫系統必須的吸收劑，Ca(OH)2通過氣力輸送直接從Ca(OH)2儲倉中送至反應器。吸收劑的輸送量由原煙氣流中SOZ的含量對比控制。
活性炭由卡車運至廠區，通過卡車的增壓系統將其卸在活性炭儲倉里，儲倉按30天的存儲量來設計。其直徑3.5m，高度13m，供3臺爐使用。儲倉上裝有必需的設備，例如：除塵器、料位計、流化卸料系統、閥門、旋轉葉輪給料器來確保設備和工藝要求及安全保證。
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圖1干法脫硫流程圖
2.2加水系統
煙氣進入反應器，由完全霧化的工藝水冷卻，噴入的霧化水量依據設定的煙氣溫度確定。水通過高壓水泵送至高壓噴嘴，水量通過在循環水管中安裝的調節閥來控制。
4臺(3用1備)離心泵用來增大霧化水的壓力使之超過35bar。在連續的給水系統上安裝了一個工藝水箱，直徑2.5m、高3.6m。水箱上安裝了一個最低水位儀來保護水泵。
霧化水水質應滿足工業用水標準。
2.3反應系統和除塵系統
在增壓反應器里，煙氣和Ca(OH)2一起進入反應器，達到脫硫效果。其化學反應如下：
Ca(OH)2+2HCl=Ca(OH)2+2H2O
Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O
Ca(OH)2+SO3=CaSOa+H2O
Ca(OH)2+2HF=CaF2+2H2O
在煙氣中含有HCl的情況下，增壓反應器最佳工作溫度應比煙氣飽和溫度高20℃～25℃。煙氣中部分煙塵和吸收劑在增壓反應器頂部會沿著反應器壁向下流動，另一部分煙塵和發生了化學反應的吸收劑與煙氣一起離開反應器進入布袋除塵器，在布袋除塵器里，煙氣和煙塵被分離，煙塵進入保溫的返料斜槽中(中間加保溫電熱線)。
返料斜槽充當反應器中流化床給料的中間儲料倉，大多數分離后的灰塵通過配料滾筒和流化氣力輸送再返回到反應器。因此，增壓反應器和布袋除塵器之間的煙氣灰塵含量增大到1000g/Nm3。使用這臺反應器，調整吸收劑在反應器中的時間，以加強污染物去除率和吸收劑的利用率。
再循環固體總量是依據反應器進口和出口之間的壓力變量和煙氣的流量來控制的。
返料斜槽中部分物料通過旋轉葉片給料機排到物料小灰倉，在此和來自反應塔底部的灰混合，通過氣力輸送系統把物料送到灰儲倉，灰儲倉裝備有料位計、流化卸料系統和方便卡車裝車的快插接頭。
進入灰儲倉的干灰產品經鑒定無害后可以在水泥工業繼續使用或者在采石場或煤礦作為穩定的填充材料。
為去除反應器出口煙氣中的飛灰顆粒(含脫硫脫酸產物、吸附重金屬及二惡英的活性炭顆粒等)，設置一臺低壓脈沖布袋除塵器。
3.干法脫硫工藝的運行調節
干法脫硫工藝的系統控制和調節主要取以下3個信號，用以前饋或反饋到各個調節回路，相互配合，達到脫硫的最佳工況條件，保證脫硫的效果。
3.1控制好脫硫塔(反應器)內的溫度及高度重視塔內的加水方式
(1)監測脫硫塔內的溫度，以此來調節噴水系統的開度和噴水量的大小，保持適當的AST值，使床溫在各種負荷和工況條件下，煙氣的酸露點溫度始終保持在較高處，這樣，吸收劑的活性最佳，能夠較好地捕捉SO2，并發生化學反應，提高脫硫率。
在大型化商業運行的脫硫塔中，溫度的控制是比較困難的，它是制約脫硫裝置大型化發展的主要因素之一。當脫硫塔直徑越來越大時，要各個大面積截面上的溫度保持均勻性，需采取大量的有效措施。奧地利AEE公司在解決傳熱傳質這一問題上，取得了一定的成績，效果明顯。
(2)給脫硫塔內加水的方式頗為講究。在旋轉噴霧等半干法中，由于吸收劑以漿液形式噴入時帶有水，運行時又需加水調節，造成由溫度信號而引起的水路調節器變得復雜化，因為在噴漿工藝中，所加入的水與吸收劑的量有比例關系，使噴水調節受其它因素影響。干法脫硫工藝的水完全與吸收劑、再循環料一道加入反應塔，工藝吸收劑直接以干粉形態噴入，水路另外單獨噴入，就噴水調溫而言，干法脫硫工藝顯然要更方便一些。
3.2監測SO2排放量
監測SO2排放量信號，用于調節脫硫劑的加入量。當SO2排放量較大時，就應加入更多的吸收劑去吸收更多的SO2；當SO2的排放量較小時，就應減少吸收劑的使用，使系統運行經濟合理，降低成本。
3.3監督吸收塔的壓降
監測吸收塔的壓降，用于調節吸收劑再循環量的大小，使脫硫劑的循環量和循環次數控制在設計范圍之內，這樣既可控制下游布袋除塵器的入口灰塵濃度和煙囪煙氣排放的煙塵濃度，又可提高吸收劑的利用率，降低鈣硫比。
控制這三個監測量及其相關的信號去調節各運行回路，使脫硫系統的運行機制達到最優化，這是干法、半干法脫硫工藝控制系統的基本要求。就控制的靈敏性，可靠性而言，如果三個控制回路能完全獨立，互不影響則最理想。而干法脫硫工藝的控制原理最能符合這一要求。由于其吸收劑，水和脫硫渣的再循環是獨立加入到脫硫塔的，這樣就避免了其三者的互相牽連，避免了增加脫硫劑時附加了水而使溫度下降或加水降溫時附加了脫硫劑，從而增加再循環量而增大鈣硫比的情況。當然，以上三個參數總是相互影響，相互調節的，但三路系統的參數分別調節，會更方便靈活一些。
4.技術特點
(1)脫硫效率高：在鈣硫比為1.1～1.5時，脫硫效率可達90%以上。
(2)工程投資費用、運行費用和脫硫成本較低，為濕法工藝的50%～70%。
(3)工藝流程簡單，系統設備少，為濕法工藝40%～50%，且轉動部件少，從而提高了系統的可靠性，降低了維護和檢修費用。
(4)占地面積小，為濕法工藝的30%～40%，且系統布置靈活，非常適合現有機組的改造和場地緊缺的新建機組。
(5)能源消耗低，如電耗、水耗等，為濕法工藝的30%～50%。
(6)能有效脫除SO3、氯化物和氟化物等有害氣體，其脫除效率達90%～99%，因而對反應塔及其下游的煙道、煙囪等設備腐蝕性較小，可直接使用于干煙囪排放脫硫煙氣。
(7)對鍋爐負荷變化的適用性強，負荷跟蹤特性好，啟停方便，可在30%負荷時投用，對基本負荷和調峰機組均有很好的適用性。
(8)對燃料硫分的適應性強，可在0.3%～6.5%的硫分中使用。且應用于中低硫分(<2%)時，其經濟性優于濕法工藝。
(9)無脫硫廢水排放，且脫硫副產品呈干態，不會造成二次污染，對綜合利用和處置堆放有利。
(10)已有多年的運行經驗，工藝已成熟、可靠。
(11)若在脫硫吸收劑中加入少量的鐵基催化劑，可脫除60%～90%的氮氧化物，具有脫硫脫氮一體化的發展潛力。
5.結束語
隨著垃圾焚燒、冶煉工業、火力發電等工業的發展，越來越多的含SO2煙氣需要治理，為了避免治理廢氣而污染水體，人們正尋找簡單價廉、沒有二次污染的治理方法。干法脫硫工藝是較好的方法之一。大多數情況下，它排出的干灰沒有污染，可以作為建筑材料，其主要成分有CaCO3/CaSO4以及未反應的吸收劑，加水后發生固化反應，固化后的屈服強度可達15～18N/mm2，滲透率約為3×10-11，壓實密度為1.28g/cm3，強度與混凝土接近，滲透率與粘土相當，因此適合用于礦井回填、道路基礎等方面。
一種新型干法脫硫工藝，該工藝采用的脫硫介質是價廉的生石灰，在現場生石灰經干消化得到消石灰Ca(OH)2細粉。由于制得的消石灰顆粒已足夠細，可以滿足脫硫要求，無須再磨，節省了購買球磨機等設備的投資費用，減少了能耗，降低了運行費用。消石灰用噴射器送至反應器，在反應器和布袋除塵器內反復循環，充分反應，起到脫硫作用。在反應器內加入適量的噴霧水，以降低煙氣溫度和加強混合作用，煙氣溫度的降低和濕度增加可提高脫硫效率。
布袋除塵器收集的灰從其底部和循環灰槽大部分返回反應器循環流動：多余的細灰進入小灰倉，再由小灰倉送到灰庫。該細灰主要成分為CaSO4、CaCO3，經鑒定無害后可以作采石場或煤礦填充材料，也可作墻壁和街道的隔音材料。該工藝設備簡單且無廢水排出。
2.主要工藝流程
工藝流程見圖1，系統主要分為三部分：給料系統、加水系統、反應系統和收塵系統。
2.1給料系統
主要是Ca(OH)2和活性炭兩儲倉，Ca(OH)2是由CaO適當加入少量水份后獲得，并保持流動性。Ca(OH)2儲倉按5天用量設計，直徑5.5m、高度20m，供3臺65t/h循環流化床鍋爐使用，儲倉上安裝有必需設備，例如：除塵器、料位計、流化卸料系統、閥門、旋轉葉輪給料器等，來確保設備和工藝要求。Ca(OH)2是脫硫系統必須的吸收劑，Ca(OH)2通過氣力輸送直接從Ca(OH)2儲倉中送至反應器。吸收劑的輸送量由原煙氣流中SOZ的含量對比控制。
活性炭由卡車運至廠區，通過卡車的增壓系統將其卸在活性炭儲倉里，儲倉按30天的存儲量來設計。其直徑3.5m，高度13m，供3臺爐使用。儲倉上裝有必需的設備，例如：除塵器、料位計、流化卸料系統、閥門、旋轉葉輪給料器來確保設備和工藝要求及安全保證。
圖1干法脫硫流程圖
2.2加水系統
煙氣進入反應器，由完全霧化的工藝水冷卻，噴入的霧化水量依據設定的煙氣溫度確定。水通過高壓水泵送至高壓噴嘴，水量通過在循環水管中安裝的調節閥來控制。
4臺(3用1備)離心泵用來增大霧化水的壓力使之超過35bar。在連續的給水系統上安裝了一個工藝水箱，直徑2.5m、高3.6m。水箱上安裝了一個最低水位儀來保護水泵。
霧化水水質應滿足工業用水標準。
2.3反應系統和除塵系統
在增壓反應器里，煙氣和Ca(OH)2一起進入反應器，達到脫硫效果。其化學反應如下：
Ca(OH)2+2HCl=Ca(OH)2+2H2O
Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O
Ca(OH)2+SO3=CaSOa+H2O
Ca(OH)2+2HF=CaF2+2H2O
在煙氣中含有HCl的情況下，增壓反應器最佳工作溫度應比煙氣飽和溫度高20℃～25℃。煙氣中部分煙塵和吸收劑在增壓反應器頂部會沿著反應器壁向下流動，另一部分煙塵和發生了化學反應的吸收劑與煙氣一起離開反應器進入布袋除塵器，在布袋除塵器里，煙氣和煙塵被分離，煙塵進入保溫的返料斜槽中(中間加保溫電熱線)。
返料斜槽充當反應器中流化床給料的中間儲料倉，大多數分離后的灰塵通過配料滾筒和流化氣力輸送再返回到反應器。因此，增壓反應器和布袋除塵器之間的煙氣灰塵含量增大到1000g/Nm3。使用這臺反應器，調整吸收劑在反應器中的時間，以加強污染物去除率和吸收劑的利用率。
再循環固體總量是依據反應器進口和出口之間的壓力變量和煙氣的流量來控制的。
返料斜槽中部分物料通過旋轉葉片給料機排到物料小灰倉，在此和來自反應塔底部的灰混合，通過氣力輸送系統把物料送到灰儲倉，灰儲倉裝備有料位計、流化卸料系統和方便卡車裝車的快插接頭。
進入灰儲倉的干灰產品經鑒定無害后可以在水泥工業繼續使用或者在采石場或煤礦作為穩定的填充材料。
為去除反應器出口煙氣中的飛灰顆粒(含脫硫脫酸產物、吸附重金屬及二惡英的活性炭顆粒等)，設置一臺低壓脈沖布袋除塵器。
3.干法脫硫工藝的運行調節
干法脫硫工藝的系統控制和調節主要取以下3個信號，用以前饋或反饋到各個調節回路，相互配合，達到脫硫的最佳工況條件，保證脫硫的效果。
3.1控制好脫硫塔(反應器)內的溫度及高度重視塔內的加水方式
(1)監測脫硫塔內的溫度，以此來調節噴水系統的開度和噴水量的大小，保持適當的AST值，使床溫在各種負荷和工況條件下，煙氣的酸露點溫度始終保持在較高處，這樣，吸收劑的活性最佳，能夠較好地捕捉SO2，并發生化學反應，提高脫硫率。
在大型化商業運行的脫硫塔中，溫度的控制是比較困難的，它是制約脫硫裝置大型化發展的主要因素之一。當脫硫塔直徑越來越大時，要各個大面積截面上的溫度保持均勻性，需采取大量的有效措施。奧地利AEE公司在解決傳熱傳質這一問題上，取得了一定的成績，效果明顯。
(2)給脫硫塔內加水的方式頗為講究。在旋轉噴霧等半干法中，由于吸收劑以漿液形式噴入時帶有水，運行時又需加水調節，造成由溫度信號而引起的水路調節器變得復雜化，因為在噴漿工藝中，所加入的水與吸收劑的量有比例關系，使噴水調節受其它因素影響。干法脫硫工藝的水完全與吸收劑、再循環料一道加入反應塔，工藝吸收劑直接以干粉形態噴入，水路另外單獨噴入，就噴水調溫而言，干法脫硫工藝顯然要更方便一些。
3.2監測SO2排放量
監測SO2排放量信號，用于調節脫硫劑的加入量。當SO2排放量較大時，就應加入更多的吸收劑去吸收更多的SO2；當SO2的排放量較小時，就應減少吸收劑的使用，使系統運行經濟合理，降低成本。
3.3監督吸收塔的壓降
監測吸收塔的壓降，用于調節吸收劑再循環量的大小，使脫硫劑的循環量和循環次數控制在設計范圍之內，這樣既可控制下游布袋除塵器的入口灰塵濃度和煙囪煙氣排放的煙塵濃度，又可提高吸收劑的利用率，降低鈣硫比。
控制這三個監測量及其相關的信號去調節各運行回路，使脫硫系統的運行機制達到最優化，這是干法、半干法脫硫工藝控制系統的基本要求。就控制的靈敏性，可靠性而言，如果三個控制回路能完全獨立，互不影響則最理想。而干法脫硫工藝的控制原理最能符合這一要求。由于其吸收劑，水和脫硫渣的再循環是獨立加入到脫硫塔的，這樣就避免了其三者的互相牽連，避免了增加脫硫劑時附加了水而使溫度下降或加水降溫時附加了脫硫劑，從而增加再循環量而增大鈣硫比的情況。當然，以上三個參數總是相互影響，相互調節的，但三路系統的參數分別調節，會更方便靈活一些。
4.技術特點
(1)脫硫效率高：在鈣硫比為1.1～1.5時，脫硫效率可達90%以上。
(2)工程投資費用、運行費用和脫硫成本較低，為濕法工藝的50%～70%。
(3)工藝流程簡單，系統設備少，為濕法工藝40%～50%，且轉動部件少，從而提高了系統的可靠性，降低了維護和檢修費用。
(4)占地面積小，為濕法工藝的30%～40%，且系統布置靈活，非常適合現有機組的改造和場地緊缺的新建機組。
(5)能源消耗低，如電耗、水耗等，為濕法工藝的30%～50%。
(6)能有效脫除SO3、氯化物和氟化物等有害氣體，其脫除效率達90%～99%，因而對反應塔及其下游的煙道、煙囪等設備腐蝕性較小，可直接使用于干煙囪排放脫硫煙氣。
(7)對鍋爐負荷變化的適用性強，負荷跟蹤特性好，啟停方便，可在30%負荷時投用，對基本負荷和調峰機組均有很好的適用性。
(8)對燃料硫分的適應性強，可在0.3%～6.5%的硫分中使用。且應用于中低硫分(<2%)時，其經濟性優于濕法工藝。
(9)無脫硫廢水排放，且脫硫副產品呈干態，不會造成二次污染，對綜合利用和處置堆放有利。
(10)已有多年的運行經驗，工藝已成熟、可靠。
(11)若在脫硫吸收劑中加入少量的鐵基催化劑，可脫除60%～90%的氮氧化物，具有脫硫脫氮一體化的發展潛力。
5.結束語
隨著垃圾焚燒、冶煉工業、火力發電等工業的發展，越來越多的含SO2煙氣需要治理，為了避免治理廢氣而污染水體，人們正尋找簡單價廉、沒有二次污染的治理方法。干法脫硫工藝是較好的方法之一。大多數情況下，它排出的干灰沒有污染，可以作為建筑材料，其主要成分有CaCO3/CaSO4以及未反應的吸收劑，加水后發生固化反應，固化后的屈服強度可達15～18N/mm2，滲透率約為3×10-11，壓實密度為1.28g/cm3，強度與混凝土接近，滲透率與粘土相當，因此適合用于礦井回填、道路基礎等方面。
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