從經(jīng)濟(jì)上比較，循環(huán)流化床半干法脫硫除塵一體化工藝與石灰石/石膏濕法脫硫工藝相比初投資減少3410萬元。按照鍋爐廠測算，當(dāng)燃用設(shè)計(jì)煤種時，鍋爐爐內(nèi)脫硫效率達(dá)到92.4%時，鍋爐二氧化硫排放濃度就可以控制在100mg/Nm3以內(nèi)。在爐內(nèi)脫硫能達(dá)到排放要求時，爐外半干法脫硫裝置將可當(dāng)作煙道使用，更有效降低電廠運(yùn)行維護(hù)成本。

3循環(huán)流化床干法脫硫除汞研究

3.1煙氣中汞的含量及形態(tài)分布

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)可得出，大氣中存在一定比例的汞，其在大氣中的質(zhì)量濃度范圍為2-5ng/m3，而對燃煤電站排放的尾氣進(jìn)行測量時，其汞質(zhì)量的濃度范圍為800-4800ng/m3，這已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過大氣中汞質(zhì)量的濃度。為了將燃煤電站排放尾氣中的汞質(zhì)量濃度降低，需研究燃煤電站排放尾氣中汞的排放形態(tài)。經(jīng)研究調(diào)查，汞在該尾氣中的形態(tài)有以下三種形式:

①氣化單質(zhì)汞，該狀態(tài)下的化學(xué)符號是HgO;

②氣化二價(jià)離子汞，該狀態(tài)下的化學(xué)符號是Hg2+;

③顆粒狀態(tài)的汞，其化學(xué)符號為Hgp。

同時，氣態(tài)的單質(zhì)汞、氣態(tài)的二價(jià)離子汞中的汞比例與燃煤電站燃燒煤的類型、所處的燃燒條件、燃燒溫度、煙氣狀態(tài)有關(guān)，因此在進(jìn)行脫汞時需以其所處的形態(tài)進(jìn)行研究。由上文可知，石灰石一石膏濕法脫硫工藝在脫硫的同時不能將汞去除，因此以下研究循環(huán)流化床的除汞機(jī)理及具體分析。

3.2循環(huán)流化床干法脫硫除塵一體化工藝的除汞機(jī)理

由于循環(huán)流化床中煙氣脫硫的反應(yīng)器內(nèi)顆粒的濃度比為上稀下濃，因此該反應(yīng)器內(nèi)的底部的反應(yīng)激烈且湍動，而其反應(yīng)顆粒表而積巨大，具有很強(qiáng)的吸附能力，在后期的除塵環(huán)節(jié)，已吸附汞的顆粒將被截留，進(jìn)而達(dá)到了除汞的目的。同時，清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的報(bào)告也指出了，循環(huán)流化床干法煙氣脫硫除塵一體化工藝的脫硫工藝不僅能利用表而積巨大的顆粒將硫吸附，還可將95%的汞吸附去除。此外，該試驗(yàn)在深入的研究中發(fā)現(xiàn)，該工藝還可去除煙氣中的微量污染物，除了重金屬汞以外，還可去除氯化氫和NOx等。

3.3 Ca (OH)2對煙氣中汞的脫除

在國外的文獻(xiàn)中可看到，Ca (OH)2可吸附煙氣中85%的HgCl2。其原理是將該工藝中循環(huán)灰含有的Ca (OH)2與煙氣中的SO2進(jìn)行反應(yīng)，再與氣化的單質(zhì)汞HgO進(jìn)行反應(yīng)并吸附。同時，Stouffer等人在研究中還發(fā)現(xiàn)，若Ca (OH)2與HgO的反應(yīng)中沒有SO2的參與，其對Hg0的吸附比例將下降。此外，在Ghorishi的實(shí)驗(yàn)研究中，其發(fā)現(xiàn)煙氣需在SO2的作用下，對Ca (OH)2與HgO間的吸附起著吸附的作用，且HgO的吸附比例可隨著反應(yīng)環(huán)境溫度的升高而增加。與此同時，國內(nèi)浙江大學(xué)任建莉的研究也論證了這一點(diǎn):

上述反應(yīng)分為三個步驟

第一個步驟—SO2與Ca (OH)2發(fā)生反應(yīng)，使其表而的孔隙結(jié)構(gòu)形成活性吸附區(qū)域，如公式(1)所示。

第二個步驟—氣化單質(zhì)汞HgO在公式(C1)的基礎(chǔ)上被氧化，如公式(2)所示。

第三個步驟—在公式(2)中的Hg+是不穩(wěn)定的化合物，其在反應(yīng)中可進(jìn)一步形成Hg2+化合物，如公式(3)所示。

從這三個步驟中可看出SO2在HgO的氧化及吸附反應(yīng)中起到了促進(jìn)作用。

3.4飛灰對煙氣中汞的脫除

該工藝循環(huán)灰中的飛灰對煙氣中汞具有一定的脫除作用，Galbreath等人認(rèn)為，其反應(yīng)機(jī)理屬于酸性HgCl2卿與富含堿顆粒發(fā)生反應(yīng)，而顆粒的多孔形態(tài)及表而積是控制吸收HgCl2(g)鄉(xiāng)的主要因素。對于單質(zhì)汞的吸附，其物理吸附和化學(xué)吸附是同時發(fā)生，殘?zhí)勘矶暮豕倌軋F(tuán)C=0有利于單質(zhì)汞的氧化和化學(xué)吸附。飛灰中的化學(xué)成分如Al2O3,SiO2等在煙氣中NOx的作用下，可以促進(jìn)氣態(tài)單質(zhì)汞的氧化，灰中的Fe2O3對氣態(tài)單質(zhì)汞有催化氧化作用。將煙氣中單質(zhì)汞氧化成氧化態(tài)汞有利于循環(huán)灰對煙氣汞的吸附。

3.5工程實(shí)例

電廠燃煤發(fā)電過程中產(chǎn)生的煙氣通過除塵器(ESP)進(jìn)行除塵預(yù)處理后，流轉(zhuǎn)入循環(huán)流化床干法脫硫裝置，完成脫硫后的煙氣經(jīng)過布袋除塵器(BagHouse)進(jìn)行除塵后經(jīng)檢驗(yàn)合格即排放至大氣中。清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系通過對脫硫裝置的進(jìn)口原煙氣成份、出口凈煙氣成份。了解煙氣循環(huán)流化床干法脫硫工藝配套布袋除塵器系統(tǒng)(以下簡稱系紉對以下污染物的脫除效果。對吸收塔入口和布袋除塵器出口的煙氣、除塵器灰斗外排灰和灰渣進(jìn)行現(xiàn)場采樣、測試分析。采用OntarioHydro (OHM)方法測定煙氣中的元素汞、氧化態(tài)汞和顆粒態(tài)汞的濃度，根據(jù)質(zhì)量守恒定律得到汞的質(zhì)量平衡，得出系統(tǒng)對汞的脫除率。在ESP之前，煙氣中總汞以氣態(tài)活性汞為主，占總汞的81.04%，這可能是由于:

①煙氣剛從鍋爐出來時含有大量的鹵素，這些鹵素使大部分氣態(tài)汞維持在二價(jià)汞的形態(tài);

②與鍋爐的燃燒條件相關(guān)。而元素汞和顆粒態(tài)汞相當(dāng)，各占9.5 %。由各測試點(diǎn)的氣態(tài)總汞含量可以計(jì)算得到，ESP對總汞的去除率約為20%FGD ，Baghouse對總汞的去除率約為63%，總汞總?cè)コ始s為70%。

以上煙氣中的三種汞形態(tài)分布如表4

表4

4總結(jié)與建議

半干法脫硫技術(shù)，具有投資少、成本低、無脫硫廢水等優(yōu)點(diǎn)，同時對半干法脫硫工藝的啟動機(jī)及運(yùn)行調(diào)整需要多做探索后，在中低硫設(shè)計(jì)煤種循環(huán)流化床機(jī)組的脫硫除塵工藝是最佳選擇。本文以當(dāng)前電廠煙氣中常用的脫硫技術(shù)作為研究背景，并將工藝操作的流程與經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行具體分析，對350M W超臨界的循環(huán)脫硫工藝進(jìn)行多元化的分析與點(diǎn)評。在已有的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，將模糊數(shù)學(xué)的原理應(yīng)用在濕法、半干法兩種煙氣脫硫技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性評價(jià)中，再通過演算，得出具有一定參考價(jià)值的結(jié)論。同時還分析了循環(huán)流化床機(jī)組的除汞機(jī)理與具體的方法，表明循環(huán)流化床干法不僅可以脫硫還可以除汞，該工藝在實(shí)際應(yīng)用中具有較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，值得推廣。

本文發(fā)表于《內(nèi)燃機(jī)與配件》2017年19期

作者簡介：奧慧琦，男，工程師，注冊安全工程師，研究方向?yàn)殡姀S安全生產(chǎn)管理。