垃圾焚烧炉烟气干法脱硫工艺——引进奥地利技术综述
1.前言
垃圾焚烧炉烟气中SO2、SO3的吸收多采用半干法以石灰乳溶液作为吸收剂，此类方法不仅石灰乳制备设备较多，而且管理复杂，石灰乳管路易堵塞。本文介绍从奥地利AEE公司引进的一种新型干法脱硫工艺，该工艺采用的脱硫介质是价廉的生石灰，在现场生石灰经干消化得到消石灰Ca(OH)2细粉。由于制得的消石灰颗粒已足够细，可以满足脱硫要求，无须再磨，节省了购买球磨机等设备的投资费用，减少了能耗，降低了运行费用。消石灰用喷射器送至反应器，在反应器和布袋除尘器内反复循环，充分反应，起到脱硫作用。在反应器内加入适量的喷雾水，以降低烟气温度和加强混合作用，烟气温度的降低和湿度增加可提高脱硫效率。
布袋除尘器收集的灰从其底部和循环灰槽大部分返回反应器循环流动：多余的细灰进入小灰仓，再由小灰仓送到灰库。该细灰主要成分为CaSO4、CaCO3，经鉴定无害后可以作采石场或煤矿填充材料，也可作墙壁和街道的隔音材料。该工艺设备简单且无废水排出。
2.主要工艺流程
工艺流程见图1，系统主要分为三部分：给料系统、加水系统、反应系统和收尘系统。
2.1给料系统
主要是Ca(OH)2和活性炭两储仓，Ca(OH)2是由CaO适当加入少量水份后获得，并保持流动性。Ca(OH)2储仓按5天用量设计，直径5.5m、高度20m，供3台65t/h循环流化床锅炉使用，储仓上安装有必需设备，例如：除尘器、料位计、流化卸料系统、阀门、旋转叶轮给料器等，来确保设备和工艺要求。Ca(OH)2是脱硫系统必须的吸收剂，Ca(OH)2通过气力输送直接从Ca(OH)2储仓中送至反应器。吸收剂的输送量由原烟气流中SOZ的含量对比控制。
活性炭由卡车运至厂区，通过卡车的增压系统将其卸在活性炭储仓里，储仓按30天的存储量来设计。其直径3.5m，高度13m，供3台炉使用。储仓上装有必需的设备，例如：除尘器、料位计、流化卸料系统、阀门、旋转叶轮给料器来确保设备和工艺要求及安全保证。
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图1干法脱硫流程图
2.2加水系统
烟气进入反应器，由完全雾化的工艺水冷却，喷入的雾化水量依据设定的烟气温度确定。水通过高压水泵送至高压喷嘴，水量通过在循环水管中安装的调节阀来控制。
4台(3用1备)离心泵用来增大雾化水的压力使之超过35bar。在连续的给水系统上安装了一个工艺水箱，直径2.5m、高3.6m。水箱上安装了一个最低水位仪来保护水泵。
雾化水水质应满足工业用水标准。
2.3反应系统和除尘系统
在增压反应器里，烟气和Ca(OH)2一起进入反应器，达到脱硫效果。其化学反应如下：
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
在烟气中含有HCl的情况下，增压反应器最佳工作温度应比烟气饱和温度高20℃～25℃。烟气中部分烟尘和吸收剂在增压反应器顶部会沿着反应器壁向下流动，另一部分烟尘和发生了化学反应的吸收剂与烟气一起离开反应器进入布袋除尘器，在布袋除尘器里，烟气和烟尘被分离，烟尘进入保温的返料斜槽中(中间加保温电热线)。
返料斜槽充当反应器中流化床给料的中间储料仓，大多数分离后的灰尘通过配料滚筒和流化气力输送再返回到反应器。因此，增压反应器和布袋除尘器之间的烟气灰尘含量增大到1000g/Nm3。使用这台反应器，调整吸收剂在反应器中的时间，以加强污染物去除率和吸收剂的利用率。
再循环固体总量是依据反应器进口和出口之间的压力变量和烟气的流量来控制的。
返料斜槽中部分物料通过旋转叶片给料机排到物料小灰仓，在此和来自反应塔底部的灰混合，通过气力输送系统把物料送到灰储仓，灰储仓装备有料位计、流化卸料系统和方便卡车装车的快插接头。
进入灰储仓的干灰产品经鉴定无害后可以在水泥工业继续使用或者在采石场或煤矿作为稳定的填充材料。
为去除反应器出口烟气中的飞灰颗粒(含脱硫脱酸产物、吸附重金属及二恶英的活性炭颗粒等)，设置一台低压脉冲布袋除尘器。
3.干法脱硫工艺的运行调节
干法脱硫工艺的系统控制和调节主要取以下3个信号，用以前馈或反馈到各个调节回路，相互配合，达到脱硫的最佳工况条件，保证脱硫的效果。
3.1控制好脱硫塔(反应器)内的温度及高度重视塔内的加水方式
(1)监测脱硫塔内的温度，以此来调节喷水系统的开度和喷水量的大小，保持适当的AST值，使床温在各种负荷和工况条件下，烟气的酸露点温度始终保持在较高处，这样，吸收剂的活性最佳，能够较好地捕捉SO2，并发生化学反应，提高脱硫率。
在大型化商业运行的脱硫塔中，温度的控制是比较困难的，它是制约脱硫装置大型化发展的主要因素之一。当脱硫塔直径越来越大时，要各个大面积截面上的温度保持均匀性，需采取大量的有效措施。奥地利AEE公司在解决传热传质这一问题上，取得了一定的成绩，效果明显。
(2)给脱硫塔内加水的方式颇为讲究。在旋转喷雾等半干法中，由于吸收剂以浆液形式喷入时带有水，运行时又需加水调节，造成由温度信号而引起的水路调节器变得复杂化，因为在喷浆工艺中，所加入的水与吸收剂的量有比例关系，使喷水调节受其它因素影响。干法脱硫工艺的水完全与吸收剂、再循环料一道加入反应塔，工艺吸收剂直接以干粉形态喷入，水路另外单独喷入，就喷水调温而言，干法脱硫工艺显然要更方便一些。
3.2监测SO2排放量
监测SO2排放量信号，用于调节脱硫剂的加入量。当SO2排放量较大时，就应加入更多的吸收剂去吸收更多的SO2；当SO2的排放量较小时，就应减少吸收剂的使用，使系统运行经济合理，降低成本。
3.3监督吸收塔的压降
监测吸收塔的压降，用于调节吸收剂再循环量的大小，使脱硫剂的循环量和循环次数控制在设计范围之内，这样既可控制下游布袋除尘器的入口灰尘浓度和烟囱烟气排放的烟尘浓度，又可提高吸收剂的利用率，降低钙硫比。
控制这三个监测量及其相关的信号去调节各运行回路，使脱硫系统的运行机制达到最优化，这是干法、半干法脱硫工艺控制系统的基本要求。就控制的灵敏性，可靠性而言，如果三个控制回路能完全独立，互不影响则最理想。而干法脱硫工艺的控制原理最能符合这一要求。由于其吸收剂，水和脱硫渣的再循环是独立加入到脱硫塔的，这样就避免了其三者的互相牵连，避免了增加脱硫剂时附加了水而使温度下降或加水降温时附加了脱硫剂，从而增加再循环量而增大钙硫比的情况。当然，以上三个参数总是相互影响，相互调节的，但三路系统的参数分别调节，会更方便灵活一些。
4.技术特点
(1)脱硫效率高：在钙硫比为1.1～1.5时，脱硫效率可达90%以上。
(2)工程投资费用、运行费用和脱硫成本较低，为湿法工艺的50%～70%。
(3)工艺流程简单，系统设备少，为湿法工艺40%～50%，且转动部件少，从而提高了系统的可靠性，降低了维护和检修费用。
(4)占地面积小，为湿法工艺的30%～40%，且系统布置灵活，非常适合现有机组的改造和场地紧缺的新建机组。
(5)能源消耗低，如电耗、水耗等，为湿法工艺的30%～50%。
(6)能有效脱除SO3、氯化物和氟化物等有害气体，其脱除效率达90%～99%，因而对反应塔及其下游的烟道、烟囱等设备腐蚀性较小，可直接使用于干烟囱排放脱硫烟气。
(7)对锅炉负荷变化的适用性强，负荷跟踪特性好，启停方便，可在30%负荷时投用，对基本负荷和调峰机组均有很好的适用性。
(8)对燃料硫分的适应性强，可在0.3%～6.5%的硫分中使用。且应用于中低硫分(<2%)时，其经济性优于湿法工艺。
(9)无脱硫废水排放，且脱硫副产品呈干态，不会造成二次污染，对综合利用和处置堆放有利。
(10)已有多年的运行经验，工艺已成熟、可靠。
(11)若在脱硫吸收剂中加入少量的铁基催化剂，可脱除60%～90%的氮氧化物，具有脱硫脱氮一体化的发展潜力。
5.结束语
随着垃圾焚烧、冶炼工业、火力发电等工业的发展，越来越多的含SO2烟气需要治理，为了避免治理废气而污染水体，人们正寻找简单价廉、没有二次污染的治理方法。干法脱硫工艺是较好的方法之一。大多数情况下，它排出的干灰没有污染，可以作为建筑材料，其主要成分有CaCO3/CaSO4以及未反应的吸收剂，加水后发生固化反应，固化后的屈服强度可达15～18N/mm2，渗透率约为3×10-11，压实密度为1.28g/cm3，强度与混凝土接近，渗透率与粘土相当，因此适合用于矿井回填、道路基础等方面。
一种新型干法脱硫工艺，该工艺采用的脱硫介质是价廉的生石灰，在现场生石灰经干消化得到消石灰Ca(OH)2细粉。由于制得的消石灰颗粒已足够细，可以满足脱硫要求，无须再磨，节省了购买球磨机等设备的投资费用，减少了能耗，降低了运行费用。消石灰用喷射器送至反应器，在反应器和布袋除尘器内反复循环，充分反应，起到脱硫作用。在反应器内加入适量的喷雾水，以降低烟气温度和加强混合作用，烟气温度的降低和湿度增加可提高脱硫效率。
布袋除尘器收集的灰从其底部和循环灰槽大部分返回反应器循环流动：多余的细灰进入小灰仓，再由小灰仓送到灰库。该细灰主要成分为CaSO4、CaCO3，经鉴定无害后可以作采石场或煤矿填充材料，也可作墙壁和街道的隔音材料。该工艺设备简单且无废水排出。
2.主要工艺流程
工艺流程见图1，系统主要分为三部分：给料系统、加水系统、反应系统和收尘系统。
2.1给料系统
主要是Ca(OH)2和活性炭两储仓，Ca(OH)2是由CaO适当加入少量水份后获得，并保持流动性。Ca(OH)2储仓按5天用量设计，直径5.5m、高度20m，供3台65t/h循环流化床锅炉使用，储仓上安装有必需设备，例如：除尘器、料位计、流化卸料系统、阀门、旋转叶轮给料器等，来确保设备和工艺要求。Ca(OH)2是脱硫系统必须的吸收剂，Ca(OH)2通过气力输送直接从Ca(OH)2储仓中送至反应器。吸收剂的输送量由原烟气流中SOZ的含量对比控制。
活性炭由卡车运至厂区，通过卡车的增压系统将其卸在活性炭储仓里，储仓按30天的存储量来设计。其直径3.5m，高度13m，供3台炉使用。储仓上装有必需的设备，例如：除尘器、料位计、流化卸料系统、阀门、旋转叶轮给料器来确保设备和工艺要求及安全保证。
图1干法脱硫流程图
2.2加水系统
烟气进入反应器，由完全雾化的工艺水冷却，喷入的雾化水量依据设定的烟气温度确定。水通过高压水泵送至高压喷嘴，水量通过在循环水管中安装的调节阀来控制。
4台(3用1备)离心泵用来增大雾化水的压力使之超过35bar。在连续的给水系统上安装了一个工艺水箱，直径2.5m、高3.6m。水箱上安装了一个最低水位仪来保护水泵。
雾化水水质应满足工业用水标准。
2.3反应系统和除尘系统
在增压反应器里，烟气和Ca(OH)2一起进入反应器，达到脱硫效果。其化学反应如下：
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
在烟气中含有HCl的情况下，增压反应器最佳工作温度应比烟气饱和温度高20℃～25℃。烟气中部分烟尘和吸收剂在增压反应器顶部会沿着反应器壁向下流动，另一部分烟尘和发生了化学反应的吸收剂与烟气一起离开反应器进入布袋除尘器，在布袋除尘器里，烟气和烟尘被分离，烟尘进入保温的返料斜槽中(中间加保温电热线)。
返料斜槽充当反应器中流化床给料的中间储料仓，大多数分离后的灰尘通过配料滚筒和流化气力输送再返回到反应器。因此，增压反应器和布袋除尘器之间的烟气灰尘含量增大到1000g/Nm3。使用这台反应器，调整吸收剂在反应器中的时间，以加强污染物去除率和吸收剂的利用率。
再循环固体总量是依据反应器进口和出口之间的压力变量和烟气的流量来控制的。
返料斜槽中部分物料通过旋转叶片给料机排到物料小灰仓，在此和来自反应塔底部的灰混合，通过气力输送系统把物料送到灰储仓，灰储仓装备有料位计、流化卸料系统和方便卡车装车的快插接头。
进入灰储仓的干灰产品经鉴定无害后可以在水泥工业继续使用或者在采石场或煤矿作为稳定的填充材料。
为去除反应器出口烟气中的飞灰颗粒(含脱硫脱酸产物、吸附重金属及二恶英的活性炭颗粒等)，设置一台低压脉冲布袋除尘器。
3.干法脱硫工艺的运行调节
干法脱硫工艺的系统控制和调节主要取以下3个信号，用以前馈或反馈到各个调节回路，相互配合，达到脱硫的最佳工况条件，保证脱硫的效果。
3.1控制好脱硫塔(反应器)内的温度及高度重视塔内的加水方式
(1)监测脱硫塔内的温度，以此来调节喷水系统的开度和喷水量的大小，保持适当的AST值，使床温在各种负荷和工况条件下，烟气的酸露点温度始终保持在较高处，这样，吸收剂的活性最佳，能够较好地捕捉SO2，并发生化学反应，提高脱硫率。
在大型化商业运行的脱硫塔中，温度的控制是比较困难的，它是制约脱硫装置大型化发展的主要因素之一。当脱硫塔直径越来越大时，要各个大面积截面上的温度保持均匀性，需采取大量的有效措施。奥地利AEE公司在解决传热传质这一问题上，取得了一定的成绩，效果明显。
(2)给脱硫塔内加水的方式颇为讲究。在旋转喷雾等半干法中，由于吸收剂以浆液形式喷入时带有水，运行时又需加水调节，造成由温度信号而引起的水路调节器变得复杂化，因为在喷浆工艺中，所加入的水与吸收剂的量有比例关系，使喷水调节受其它因素影响。干法脱硫工艺的水完全与吸收剂、再循环料一道加入反应塔，工艺吸收剂直接以干粉形态喷入，水路另外单独喷入，就喷水调温而言，干法脱硫工艺显然要更方便一些。
3.2监测SO2排放量
监测SO2排放量信号，用于调节脱硫剂的加入量。当SO2排放量较大时，就应加入更多的吸收剂去吸收更多的SO2；当SO2的排放量较小时，就应减少吸收剂的使用，使系统运行经济合理，降低成本。
3.3监督吸收塔的压降
监测吸收塔的压降，用于调节吸收剂再循环量的大小，使脱硫剂的循环量和循环次数控制在设计范围之内，这样既可控制下游布袋除尘器的入口灰尘浓度和烟囱烟气排放的烟尘浓度，又可提高吸收剂的利用率，降低钙硫比。
控制这三个监测量及其相关的信号去调节各运行回路，使脱硫系统的运行机制达到最优化，这是干法、半干法脱硫工艺控制系统的基本要求。就控制的灵敏性，可靠性而言，如果三个控制回路能完全独立，互不影响则最理想。而干法脱硫工艺的控制原理最能符合这一要求。由于其吸收剂，水和脱硫渣的再循环是独立加入到脱硫塔的，这样就避免了其三者的互相牵连，避免了增加脱硫剂时附加了水而使温度下降或加水降温时附加了脱硫剂，从而增加再循环量而增大钙硫比的情况。当然，以上三个参数总是相互影响，相互调节的，但三路系统的参数分别调节，会更方便灵活一些。
4.技术特点
(1)脱硫效率高：在钙硫比为1.1～1.5时，脱硫效率可达90%以上。
(2)工程投资费用、运行费用和脱硫成本较低，为湿法工艺的50%～70%。
(3)工艺流程简单，系统设备少，为湿法工艺40%～50%，且转动部件少，从而提高了系统的可靠性，降低了维护和检修费用。
(4)占地面积小，为湿法工艺的30%～40%，且系统布置灵活，非常适合现有机组的改造和场地紧缺的新建机组。
(5)能源消耗低，如电耗、水耗等，为湿法工艺的30%～50%。
(6)能有效脱除SO3、氯化物和氟化物等有害气体，其脱除效率达90%～99%，因而对反应塔及其下游的烟道、烟囱等设备腐蚀性较小，可直接使用于干烟囱排放脱硫烟气。
(7)对锅炉负荷变化的适用性强，负荷跟踪特性好，启停方便，可在30%负荷时投用，对基本负荷和调峰机组均有很好的适用性。
(8)对燃料硫分的适应性强，可在0.3%～6.5%的硫分中使用。且应用于中低硫分(<2%)时，其经济性优于湿法工艺。
(9)无脱硫废水排放，且脱硫副产品呈干态，不会造成二次污染，对综合利用和处置堆放有利。
(10)已有多年的运行经验，工艺已成熟、可靠。
(11)若在脱硫吸收剂中加入少量的铁基催化剂，可脱除60%～90%的氮氧化物，具有脱硫脱氮一体化的发展潜力。
5.结束语
随着垃圾焚烧、冶炼工业、火力发电等工业的发展，越来越多的含SO2烟气需要治理，为了避免治理废气而污染水体，人们正寻找简单价廉、没有二次污染的治理方法。干法脱硫工艺是较好的方法之一。大多数情况下，它排出的干灰没有污染，可以作为建筑材料，其主要成分有CaCO3/CaSO4以及未反应的吸收剂，加水后发生固化反应，固化后的屈服强度可达15～18N/mm2，渗透率约为3×10-11，压实密度为1.28g/cm3，强度与混凝土接近，渗透率与粘土相当，因此适合用于矿井回填、道路基础等方面。
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