孟慶忠¹ 劉尊平¹  劉晨^1，2                       

（1孟氏鍋爐（北京）有限公司；2斯普瑞噴霧系統（上海）有限公司）

摘要 針對傳統鈣法的能耗高、水耗高、高碳排放、易結垢等問題，我們開發的新型鈣法脫硫可以節電75%、節省脫硫石灰75%，不產生脫硫廢水，系統不結垢維修量少，本文介紹新型鈣法脫硫技術的原理和應用實踐案例。

關鍵詞：燃煤煙氣；新鈣法脫硫

1  概述

煙氣脫硫是煙氣超低排放必須完成的目標之一，脫硫技術有干法、半干法、 濕法三大類兩百多種，石灰石膏法脫硫是我國電廠等行業最廣泛采用的脫硫技術，優點包括脫硫效率高、脫硫劑成本低、脫硫產物為石膏可以再利用。通過分析與觀察，傳統脫硫技術普遍存在以下問題:

1、脫硫漿液PH值低時二氧化硫指標不穩定，PH值高時易結垢堵塞，維修維護成本高；

2、脫硫設備耗電量高：為保證超低，脫硫氣液比必須足夠大，因為脫硫產物反復在脫硫塔中循環，降低了漿液的捕硫能力；

3、石灰（石）消耗高：因為脫硫劑與脫硫產物分不開，外排石膏中含有沒反應完的脫硫劑，導致脫硫劑利用率低，浪費嚴重；

4、石灰石膏法脫硫設備系統復雜，占地面積大，一次性投資高；

5、由于結垢頻繁，導致維修維護不方便，且維修維護成本高；

6、濕法脫硫會產生一定量的脫硫廢水，處理難度大，處理設施投資成本都高。

2  新鈣法工藝原理

針對傳統鈣法存在的問題，我們開發了新型鈣法脫硫，已申請國家發明專利，并有多個實際應用案例。新型鈣法的技術原理：采用全溶解無固體的脫硫劑，通過降低脫硫溶液的表面張力，利用相似相溶原理，使二氧化硫大容量高效溶解于溶液中，采用塔內捕硫、塔外固硫的方式，使脫硫后含有亞硫酸根和硫酸根的溶液進入反應罐與改性后的固硫漿液充分發生復分解化學反應，亞硫酸鈣通過氧化生成硫酸鈣(石膏)沉淀，由壓濾機設備將石膏分離出來，清水返回脫硫池循環。 新鈣法脫硫仍然保留用石灰固硫，對用戶的脫硫物料管理改變最少。

煙氣新型鈣法脫硫技術的原理如圖1所示。

圖1 煙氣新型鈣法脫硫技術原理與工藝

新鈣法煙氣脫硫工藝說明如下：

如圖所示，鍋爐煙氣經引風機進入脫硫塔，在塔內對含硫煙氣進行脫硫，脫硫后的煙氣經過濕電等處理后，經煙囪排放到大氣中。

根據用戶的條件，本著易得、低成本的原則，可以選擇多種脫硫劑及其組合，包括氫氧化鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈉、硫酸銨、硫酸氫銨、碳酸銨、碳酸氫銨等，加入化學反應促進劑后配制成脫硫劑。脫硫劑加水攪拌均勻成脫硫液。在脫硫塔內脫硫液與含硫煙氣反應，生成的脫硫完成液排出脫硫塔、進入再生反應裝置，生成脫硫活性劑和硫酸鈣、亞硫酸鈣。析出的脫硫活性劑循環利用。

制備好的石灰漿液，按設定比例進入反應罐，從而使得再生反應漿液與脫硫塔排出的含有硫酸根和亞硫酸根離子的脫硫完成液進行充分反應，將硫固化排出。

新型鈣法脫硫技術主要特點:

1.塔內為純溶液循環吸收，溶液的PH值不受限制、吸收容量大、快速高效，外排煙氣二氧化硫濃度長期穩定在個位數~1mg/m³，可以高效脫除亞流酸鹽，而且還有20%的脫硝作用，有利于低投入、低成本實現超低排放；

2.節電75%：脫硫氣液比只需3-5，而傳統鈣法12-18，脫硫循環泵電耗只有傳統鈣法的三分之一；

3.通過與煙氣余熱深度回收利用技術結合，外排煙氣溫度可以降低到50、甚至30°C，具有節水、四季無白、回收余熱節能效果；

4.節省石灰75%：塔外固硫石灰利用率提高，相同脫硫量的前提下，石灰用量只有傳統鈣法的三分之一；

5.由于采用純溶液循環，徹底解決了設備的結垢堵塞、脫硫塔掛壁、循環泵磨損問題；

6.不產生脫硫廢水，因為采用純溶液循環、固硫過程能固化氯離子。

3  運行效果

新型鈣法脫硫做為氣化循環流化高效燃煤鍋爐的配套技術，已經被列為生態環保部、河北省生態環境廳、三河市政府等政府部門燃煤煙氣深度凈化升級改造推薦選用技術，成功應用于供熱燃煤鍋爐、工業鍋爐煙氣超低排放改造，正在向煤電、鋼鐵、垃圾焚燒等行業推廣，不僅適合濕法改造，也可以用于干法、半干法解決脫硫灰、煙氣水分、低溫余熱極限回收利用。

以一臺 100 噸燃煤鍋爐超低排放改造為例，用戶采用新型鈣法與傳統鈣法相比，主要效果如下:

1.確保超低、近零排放，還同步實現除塵、脫硝、脫白、煙氣余熱利用；

2.節電：采用傳統石灰石膏法脫硫，脫硫塔內需布置四層噴淋，脫硫水泵揚程25米、每一層需600方水量，水泵功率110千瓦，四層總功率 一般在450KW以上，而采用新型鈣法脫硫技術，脫硫水泵總功率不足100KW，日耗電量1800度；

3.節省石灰：傳統鈣法日耗脫硫石灰3～5噸，新鈣法制需脫硫劑石灰約1噸左右。

新型鈣法的運行結果表明，SO₂排放優于天然氣鍋爐，燃煤鍋爐和燃氣鍋爐在污染物排放中，數值沒有差異，均已達到超低排放要求以下。2021年底，北京附近河北省某地方政府領導指示要求，對燃煤鍋爐進行新型鈣法脫硫技術升級改造工程，必須在冬奧會開幕之前完成，時間緊，任務重，又是春節前人力、資源匱發之際，我們調動一切因素，克服困難，保質保量完成了任務，改造后脫硫運行穩定，實際上二氧化硫指標長時間控制在~1mg/M³以下，以下是廊坊地區兩家熱力公司的大氣治理二氧化硫在線監測數據截圖。

圖2 A供熱公司燃煤煙氣脫硫采用新鈣法改造后實測數據

圖3 B供熱公司燃煤煙氣脫硫采用新鈣法改造后實測數據

4  升級提高

新型鈣法煙氣脫硫技術可以確保燃煤煙氣低投入、低成本超低近零排放，為了同步滿足國家超低和低碳排放的要求，需要進行升級提高：

4.1  低碳排放改造

我國每年二氧化碳排放總量~100億噸，燃煤是最大的碳排放源，采用新能源、末斷捕碳固碳都需要時間和大量的投入，相比之下，節能是最重要最現實的減少碳排放途徑。新型鈣法煙氣脫硫節電、節水、節省石灰、減少維修量都可以間接減少二氧化碳排放量，進一步通過煙氣循環利用，可以低成本緩解或徹底解決燃煤煙氣中二噁英等低濃度有機污染物VOCs和二氧化碳排放問題。

4.2  低溫煙氣余熱極限回收利用

進入脫硫系統的煙氣溫度~130°C、脫硫后濕煙氣溫度雖然低，但還含有一定量低溫余熱，主要是潛熱。

圖4 煙氣低溫余熱極限回收利用

通過采用如圖4所示的煙氣低溫余熱換熱器，將煙氣余熱回收到50°C進入脫硫噴淋，再通過脫硫循環液余熱回收，將煙氣余熱回收到25°C，一方面減少脫硫水蒸發量，并回收燃煤所帶水分節水，二是極限回收利用煙氣余熱，具有節煤效益，三是實現外排煙氣四季無白，減少溶解性顆粒物CPM排放量，有利于減少區域性PM2.5霧霾污染。

4.3  降低脫硝成本

隨著爐內脫硝和固體脫硝技術的成熟應用，首選爐內干法脫硝+濾筒/顆粒層除塵脫硝一體化，末端采用氧化脫硝保底，減少SCR脫硝的阻力損失，脫硝除塵設備合二為一減少設備占地面積。

5  結論與建議

1.新型鈣法脫硫技術針對傳統鈣法脫硫系統改造，技術可行，改造量少，實施容易，不僅適合各種濕法脫硫改造，也可以用于半干法、干法脫硫節能減碳為目的的改造

2.新型改造脫硫改造傳統鈣法，節電75%、節水50%、節石灰75%、不需要處理脫硫廢水，具有明顯的降低運行成本和節能低碳效益

3.新型鈣法進一步升級改進，有望實現燃煤不排碳、甚至不排煙，徹底解決燃煤導致的水蒸汽、CPM可凝結顆粒物、二噁英類有機污染物VOCs、重金屬污染物等新污染物和二氧化碳排放難題，燃煤排煙比燒天然氣排煙還干凈，為企業、國家緩解能源結構調整矛盾和早日實現雙碳目標開辟新的技術途徑。