湿法烟气脱硫技术及运行经济性分析_武春锦

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2015年第34卷第12期·4368·

化工进展

湿法烟气脱硫技术及运行经济性分析

武春锦，吕武华，梅毅，俞宝根

（昆明理工大学化学工程学院，云南昆明650500）

摘要：随着我国经济快速发展，煤炭、石油等化石燃料消耗持续增长，雾霾天气频繁出现，酸雨区域面积不断扩大。针对二氧化硫排放对环境生态的压力徒增的现状，本文简要介绍了干法、半干法和湿法烟气脱硫技术工艺及其优缺点，讨论了石灰石-石膏法、钠碱法、氨法、镁法、有机胺法、海水法、磷矿浆法等湿法烟气脱硫技术的优缺点，重点阐述了新型磷矿浆脱硫法及其脱硫机理，比较了不同湿法脱硫技术的特点和应用范围，进行了磷矿浆与钠法、石灰石-石膏法与镁法湿法烟气脱硫技术经济性分析。分析表明，磷矿浆湿法烟气脱硫运行成本最低，其回收的二氧化硫催化氧化为硫酸后进入磷化工产业链，替代了部分硫酸原料，无副产物，没有二次污染，适用于具有磷矿生产的企业和园区。该技术原理可以推广到湿法冶金企业。

关键词：烟气脱硫；磷矿浆；二氧化硫；技术经济

中图分类号：X 701.3 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2015）12–4368–07

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2015.12.039

Application and running economic analysis of wet flue gas desulfurization

technology

WU Chunjin，LÜWuhua，MEI Yi，YU Baogen

（Institute of Chemical Engineering，Kunming University of Science & Technology，Kunming 650500，Yunnan，China）Abstract：With the rapid development of Chinese economy，the fossil fuel consumption，such as coal，petroleum，etc.，is increasing continually so that the haze appears frequently and the areas of acid rain continue to expand. A large amount of sulfur dioxide emissions have led to the current situation that the pressure on the environment has intensified. This paper briefly introduces the technologies of dry，semi dry and wet flue gas desulfurization and their advantages and disadvantages. Advantages and disadvantages of different wet flue gas desulfurization methods，such as limestone-gypsum method，sodium alkali method，ammonia method，magnesium method，organic amine method，sea water method，phosphate rock slurry method were discussed. The main aim of this paper is to elaborate the new phosphate rock slurry method and its desulfurization mechanism as well as comparing the characteristics and application range of different wet desulphurization technologies. Through economic analysis of phosphate rock slurry and sodium alkali method，limestone-gypsum and magnesium method wet flue gas desulfurization technology，the running cost of phosphate rock slurry wet flue gas desulfurization technology is the lowest among those technologies. The recovery of sulfur dioxide becomes sulfuric acid by catalytic oxidation，getting into phosphorus chemical industry chain and replacing some of the sulfuric acid. The method has no by-products and no secondary pollution and is suitable for enterprises and parks with phosphate rock production. The principle of phosphate rock

收稿日期：2015-05-29；修改稿日期：2015-07-07。

第一作者：武春锦（1990—），男，硕士研究生，主要从事磷矿浆脱除尾气中二氧化硫及动力学研究。联系人：梅毅，教授，长期从事磷化工研究与技术开发工作。E-mail meiyi_412@。

第12期武春锦等：湿法烟气脱硫技术及运行经济性分析·4369·

slurry wet flue gas desulfurization technology can be extended to the wet metallurgical enterprises.

Key words：flue gas desulfurization；phosphate rock slurry；sulfur dioxide；technical economy

2003—2013年每年煤炭、石油消耗总量占我国能源消耗总量的87%～91%，其中煤炭消耗量占能源消耗总量的70%左右，标准煤产量从2003年的16.92亿吨上升为2013年的36.1亿吨，十年时间标准煤产量翻了2.13倍[1]。随着我国经济的快速发展，工业化和城市化的步伐不断加快，能源消耗仍将持续攀升，煤炭和石油等一次性能源消耗占主导地位的现状不会改变，我国环境面临更加严峻的挑战。目前频繁出现大区域雾霾天气，如2013年1月，北京空气中PM2.5高达500～800μg/m3，能见度低于100m，发病率和死亡率剧增[2]，环境污染治理刻不容缓。

SO2是大气主要污染物，与雾霾的形成有直接关系，20世纪八大公害事件中的马斯河谷事件、多诺拉事件、伦敦酸雾事件、四日市哮喘事件均与SO2相关。周丽等[3]应用北京白石桥小区的污染物观测资料和北京地区的气象常规资料，得出污染物中对PM2.5影响最显著的是SO2，PM2.5与SO2呈正相关，相关系数为0.72。魏欣[4]对天津市霾日不同能见度区间颗粒物污染特征进行了研究，灰霾日颗粒物中的离子总量远高于非灰霾日，灰霾日PM10、PM2.5中SO42−含量分别为16.46%、20.05%。吴兑等[5]研究了广州番禺大气成分站和深州竹子林站的气体观测数据，显示出现灰霾时，PM2.5和PM10的浓度迅速增大，在形成灰霾的细粒子气溶胶中SO2贡献最大，广州气体中SO2占57.97%，深圳气体中SO2占34%。魏玉香等[6]对南京市雾霾天气水溶性离子的研究发现，SO2在雾霾天气转化率高，更容易转化为二次粒子。与此同时，SO2易形成硫酸型酸雨，造成土壤酸化，使农作物减产、侵蚀建筑物和文物、诱发各种疾病等。2011年全国酸雨城市比例达到城市总数的48.5%[7]，且正向硫酸-硝酸混合型转变[8]，危害更大，因此，降低大气中SO2含量是减少雾霾、减少酸雨危害的关键措施。

1 国内外烟气脱硫现状

我国SO2排放量从2003年的2158万吨上升至2010年的2267.8万吨，工业SO2排放量占SO2排放总量的85%以上[9]，环境总体恶化趋势未根本遏制。《国家环境保护“十二五”规划》规定，到2015年主要污染物排放总量显著减少，其中SO2排放总量由2010年的2267.8万吨降低至2015年的2086.4万吨，SO2排放量削减8%；为了实现这一目标，《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223—2011）规定：自2012年1月1日起，现有燃煤锅炉二氧化硫排放限值为200mg/m3或400mg/m3（广西壮族自治区、重庆市、四川省和贵州省等地），自2014年7月1日起，新建燃煤锅炉二氧化硫排放限值为100mg/m3或200mg/m3（广西壮族自治区、重庆市、四川省和贵州省等地）；我国《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）》提出了更高要求，东部地区新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值（即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3），中部地区新建机组原则上接近或达到燃气轮机组排放限值，鼓励西部地区新建机组接近或达到燃气轮机组排放限值，以改善大气环境质量，促进社会经济可持续发展。

目前世界各国研究开发的烟气脱硫技术已达200多种，技术成熟和经济可行的大约十几种。按燃烧阶段划分，脱硫技术可分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫三类，其中燃烧后脱硫（即烟气脱硫）是当今世界商业化应用较为广泛的脱硫技术。根据脱硫生成物的处理方式，烟气脱硫可分为回收法和抛弃法。前者是将SO2作为产品回收并加以利用，如制备液态SO2、硫酸、硫黄等产品，变废为宝，提高经济效益；后者是将固态脱硫产物处理后填埋。根据脱硫剂的干湿状态，烟气脱硫方法又分为干法、半干法、湿法。干法烟气脱硫的吸收和产物处理都处于干物料状态，工艺副产物是干态混合物，主要包含飞灰、脱硫产生的各种钙基化合物，由于其粒径比粉煤灰更细，含水量低（一般在2%以内），常用于筑路、土壤改良、建筑材料和一般填充物、水泥、固化剂生产等；主要包括活性炭吸附、电子束照射、荷电干式吸收剂喷射、脉冲电晕等离子体等，干法脱硫工艺简单，设备腐蚀较小，无废水、废酸，但效率低，设备占地面积大，反应速率慢，操作技术要求高，难以大规模发展。半干法烟气脱硫具有干法与湿法的一些特点，吸收剂在湿状态下脱硫，脱硫产物在干态下进行处理或脱硫，主要包括喷雾干燥、循环流化床技术、移动床活性