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    石灰石法烟气脱硫技术的环保风险分析及对策建议
    时间:2022-5-12 中国电力电工网

    摘要: 结合石灰石法(又称石灰石一石膏法)烟气脱硫的技术特点,分析了石灰石粉尘、二氧化

    碳、硫石膏废渣、脱硫污水和酸雨等5种潜在的环保风险,指出其最大的环保风险是将废气变成废渣,治

    标不治本,不符合低碳环保和循环经济的发展战略,并提出了相应的风险控制措施和彻底化解环保风险

    的对策建议。

    关键词: 烟气脱硫;石灰石法;环保风险;硫石膏废渣;控制措施;对策建议

    中图分类号: X701.3 文献标识码:B 文章编号:1009-1904(2015)06—0008—04

     

    1概述

    石灰石法烟气脱硫技术就是用石灰石作为脱硫剂,洗涤吸收烟气中的SO2气体,并副产硫石膏(二水硫酸钙)废渣。石灰石法起步早、发展快,技术成熟,应用广泛,脱硫效率高,安全风险小,颇受发电、钢铁和冶炼等行业的青睐,在国内烟气脱硫领域中占据半壁江山。石灰石法烟气脱硫工艺主要包括浆液配制、烟气洗涤、脱硫氧化、石膏过滤、污水处理等5个工序,其主要工艺过程如下:经破碎和研磨成一定细度的石灰石浆液,在吸收塔内足够的氧化空气环境中,与稳定发展或下降的趋势。而精细的产品品种,如新型肥料品种、精细磷酸盐及磷化物品种具有较好的市场空间,将会得到快速发展。

    矿肥结合、矿化结合、肥化结合、酸化结合、湿热结合是整个磷化工行业大的发展趋势。

    以资本为纽带,产业为主线,跨行业、跨地区,甚至是跨国的整合、重组案例增多,大型综合性企业集团数量将持续增加,将会出现世界级的巨无霸跨国磷化工公司。

    行业内能耗高、污染严重、经济效益差、原料配套条件不好、不能适应市场竞争的企业要么被整合,要么被淘汰。


    除尘后的锅炉烟气逆流接触,其中的CaCO,与烟气中SO2发生反应,生成硫石膏(CaSO4. 2H2O)。脱除S02后的废气,经除雾器除雾去水和换热器加热升温后,由烟囱达标排放。吸收塔内脱硫浆液循环到一定浓度后排出,经石膏水力旋流器、浆液分配器和真空带式脱水机脱水后,分离出硫石膏,并输送至厂外堆场。[1]

     

    2工艺流程及特点

     

    2.1工艺流程

    典型的石灰石法烟气脱硫工艺流程如图1所示。

    资源高效、高端利用,环境保护,安全和清洁生产是行业发展必须关注的问题。

    各种形式的创新是磷化工行业可持续性发展的主旋律。我国磷化工行业今后一段时期内创新发展的主要方向为技术创新、产品创新、管理创新、体制机制创新、发展模式创新、营销创新等方面,以适应新形势下我国磷化工行业可持续性发展的要求。


    石灰石法烟气脱硫过程分为2步,第一步是中和反应,即石灰石和SO2反应生成半水亚硫酸钙和CO2;第二步是氧化反应,即半水亚硫酸钙和02发生反应生成二水硫酸钙。其化学反应式如下:

    2CaC03+2S02+H20--2CaS03。0.5H20+2C022CaS03·0.5H20+02+3H20=2CaS04·2H20

    在石灰石法烟气脱硫反应过程中,石灰石呈中性,研磨成浆液后,以气一固相接触,反应比较平稳;只有在足够的氧气环境中,亚硫酸钙方可彻底氧化,最终转化为稳定的二水硫酸钙结晶体,这样才易于脱水分离。【2】

     

    2.2技术特点

    石灰石法烟气脱硫的技术特点如下:①脱硫效率不低于95%,最高可达到98%以上,有利于实现烟气达标排放;②工艺技术成熟,设备运转可靠,具有防腐蚀、防磨蚀和防堵塞性能,装置运行率可达98%以上;③对燃煤中硫含量变化的适应性强,W(S)在0.5%~8.0%时,不影响装置的正常运行;④机组容量和锅炉负荷变化的适应性也强,适用于连续蒸发量在30%~100%的范围内波动;⑤大多采用单塔运行,处理烟气量大,脱硫后烟气含尘量明显下降;⑥石灰石用作脱硫吸收剂,资源丰富,价廉易得;⑦脱硫副产物硫石膏便于综合利用,有一定的利用途径和价值;⑧设备布置紧凑,占地面积小;而硫石膏堆场太大,浪费土地资源;⑨产生一定量的污水,不易回收利用和处置;⑩一次性投入大,运行费用高。【3】

     

    3环保风险分析

     

    3.1粉尘污染

    用石灰石作为脱硫剂时,每脱除1 t SO2需消耗1.56 t石灰石(按碳酸钙纯度为100%计)。为了保证良好的洗涤和吸收效果,使石灰石和烟气中的SO2达到完全反应,通常要求石灰石的细度应达到46~61 Ixm(250~300目)。加工成如此高的细度,在其破碎、研磨和输送过程中,均可能存在粉尘污染,而影响大气环境和作业环境。即使采用湿法磨浆时,输送和破碎环节同样会产生粉尘,只是扬尘量小些而已。若直接采购已加工成符合细度要求的粉状石灰石时,则在运输、卸车和用水配制过程中,出现大量扬尘的可能性同样存在。【4】

     

    3.2 CO2污染

    由石灰石法烟气脱硫原理可知,在烟气洗涤脱硫过程中,石灰石酸解反应后会产生大量的CO2气体,需要直接排放,从而增加烟气中的有害成分和排放总量。每脱除1 t SO2会产生0.7 t CO2,还不计烟,囱所排放的烟气中水分和热量间接增加的碳排放。即就是说,以燃煤锅炉3×260 t/h计,每年需脱除S02量达14 500 t,C02排放量达10 200 t。

    3.3硫石膏废渣污染

    石灰石法烟气脱硫的副产品为硫石膏,属于工业废渣,呈弱酸性,其中w(H20)游离为10%~20%,其他主要成分(干基,质量分数计)如下:

                         CaO                                                                                31.0%~32.0%

                         S03                                                                                 40.0%~44.0%

                         Fe203+A1203+MgO                                                      1.0%~3.0%

                         Si02                                                                                1.5%一3.5%

                         结晶水                                                                             16.0%~19.0%

    每脱除1 t SO2产生2.7 t硫石膏,以燃煤锅炉3×260 t/h计,每年硫石膏排量达39 150 t。

    在大量堆积和存放硫石膏的过程中,若堆场地坪未作防渗、防腐处理,所产生的积水易渗入土壤而污染地下水,或随雨水流失而污染农田和河流;因堆放面积大,不规则,一般不会遮盖,易产生扬尘;并且,在太阳暴晒下,易逸出刺鼻的酸性气体,而污染大气环境,故存在严重的环保风险。


    几乎所有的电厂或石灰石法脱硫企业,其硫石膏堆场均堆积如山,主要以抛弃物堆放为主,回收利用为辅。硫石膏有一定的利用途径和价值,但利用率极低,不足10%。譬如,硫石膏可代替天然二水石膏用作水泥缓凝剂,煅烧成半水石膏或无水石膏后制作建筑材料,如纸面石膏板、石膏砌块和粉刷石膏等;在农业生产中,可适量添加在盐碱地里,用于改良土壤,长期施用或短期过量施加,易造成土壤板结。


    尽管硫石膏在理论上的用途较多,但现实中的用量很少,其综合利用已成为世界性难题,大多情况下只能作为工业垃圾予以废弃和存放,且随时存在污染环境的风险。【5】

     

    3.4脱硫污水污染

    在烟气脱硫工序和石膏脱水工序,不仅副产大量的含有灰泥(S2O2)杂质的脱硫溶液和脱硫石膏,而且会产生一定量的含硫酸钙、亚硫酸钙、石灰石、灰泥等杂质的酸性工业污水。若直接排放,必然导致环境污染。即使用石灰水中和后,pH值可达标,而其中的悬浮物也会超标,外排污水同样不符合排放标准的限定值要求。以燃煤锅炉3 x260 L/h计,石灰石法烟气脱硫的工艺水用量为50t/h,产生的污水量为5 L/h。

     

    3.5酸雨污染

    在石灰石法烟气脱硫装置运行过程中,当存在脱硫剂用量不足、pH值控制偏低、脱硫浆液浓度偏高、吸收循环泵出口流量不足或打不上量等操作异常时,烟气中s02脱除效果变差,不但会超标排放,而且易产生酸雨现象。脱硫效果越差,酸雨现象越严重。当脱硫和除尘效果太差时,即使在天气晴朗和不下雨的情况下,烟囱周边1 km的范围内也有可能出现飘酸雨和落泥滴现象,尤其在停放的车辆表面显现得更清楚。

     

    4风险控制措施

     

    4.1防尘措施

    防尘措施主要如下:

    1.脱硫装置应选用块状石灰石人厂,其粒度要求为10~30 mm;

    2.最好不要直接购人符合细度要求的石灰石粉,以减少作业现场的扬尘量;

    3.石灰石卸料斗、螺旋给料机、斗式提升机、皮带秤等均应密封严实,减少和杜绝扬尘;

    4。破碎机现场应配套安装袋式除尘器,并定期清理和更换损坏的滤袋,以防止粉尘飞扬;

    5.采用湿式研磨设备,如球磨机、棒磨机等,可有效杜绝研磨过程的扬尘现象,这是最主要的防尘措施;

    6.所有的石灰石破碎和研磨设备一般均安装在较封闭的厂房内,这样可起到抑尘和防噪作用。

     

    4.2 CO2减排措施

    CO2减排措施主要如下:

    1.从源头上严把进厂燃煤质量关,最好使用低硫煤[W(S)≤1.o%];

    2.禁止购人高硫煤,非用不可时应采用掺烧的方式,以减轻高硫煤的影响;

    3.摸索燃煤中硫含量和CO2排量的对应关系,在经济运行的前提下,最大程度地减少CO2排放。

     

    4.3防硫石膏污染措施

    防硫石膏污染的措施主要如下:

    1.硫石膏堆场应按环评要求和规范进行设计和施工,选址应远离工厂和村庄,并方便运输和中转;

    2.堆场地坪应做好防渗、防腐、防碾压处理,采用耐酸混凝土浇注地基,厚度不低于200 mm;

    3.堆场周边应修建钢筋混凝土结构的排污渠和三级沉降池,以便引流和处理淤积的脱硫污水;

    4.排污渠最好兼顾防洪作用,以杜绝雨水携带硫石膏而进入河流和土壤之中;

    5.厂区和堆场之间应修筑混凝土道路,并及时清扫和洒水,以防车辆过后产生大量扬尘;

    6.加大科研投入,加强市场营销,持续开辟硫石膏的综合利用渠道,设法减少硫石膏的存储量,留足人类的生存空间。

     

    4.4污水处理措施

    污水处理的主要措施如下:

    1.装置区应同样做好防渗和防腐处理,设置排污渠和废水处理设施,并具备处理硫石膏堆场脱硫污水的能力;

    2.最基本的污水处理方式是用熟石灰中和,也可采用活性污泥处理,后者较前者投资大,但技术先进效果好;

    3.保持污水处理设施正常运行,实现达标排放,具体排放标准为pH值为6~9,悬浮物质量浓度不超过60 mg/L,硫化物质量浓度不超过0.5 mg/L;


    4.无论在任何情况下,包括事故状态和下雨期间,脱硫污水不经处理,禁止排放。

     

    4.5防酸雨措施

    防酸雨的措施主要如下:

    1.严格控制脱硫溶液pH值为5.6~6.2,在保证二水硫酸钙结晶良好的前提下,尽可能控制在指标上限;

    2.保持脱硫剂稳定添加,并实现pH值和脱硫剂流量的自动调节,禁止频繁地、大幅地或停泵调整脱硫剂的流量;

    3.严格控制脱硫溶液密度在1.08—1.12t/m3,尤其是接近指标上限时应加强置换,及时脱水处理,以保持良好的流动性和吸收效果;

    4.吸收循环泵应保持正常运行,电流下降或电机停运时应立即检查并采取措施,且及时开启备用循环泵;

    5.保持脱硫吸收塔和除雾器运行正常,工艺状态良好,工艺指标合格,重点是控制废气中sO2含量和水分含量在指标范围之内;

    6.加强烟气在线检测设施的维护保养,保持完好运行,确保检测数据准确和上传率(上传国家监控平台)达标;

    7.每小时记录1次SO2,粉尘和NOx的变化情况,尤其是当s02含量升高时,应及时采取有效措施将其恢复至指标范围之内。

     

    5 结论


    1.石灰石法烟气脱硫技术存在石灰石粉尘、二氧化碳、硫石膏废渣、脱硫污水和烟囱酸雨等5种环保风险,通过相应的风险控制措施,可降低一定的风险度,不会直接造成严重污染和环保灾害。

    2.分析表明,表现最突出的环保风险是硫石膏废渣的污染和危害,也是石灰石法烟气脱硫技术的最大环保风险。在无限期堆放过程中,硫石膏存在严重的污染土壤、河流、地下水的风险,已成为世界性难题,目前仍无法得到有效解决。

    3.石灰石法烟气脱硫技术主要是将含SO2废气变为废渣,将可回收利用的硫资源变成不易回收利用的工业垃圾,并副产CO2废气和酸性污水,从而造成二次污染,未起到标本兼治和有效利用资源的作用。

    4.石灰石法烟气脱硫技术不符合低碳环保、资源利用、循环经济和可持续发展的战略方针,其最大的缺陷和弊端是无法通过自身技术从本质上彻底消除和化解其环保风险。

     

    6建议

    1.长期以来,我国硫资源十分紧缺,对外依存度高,只有大量进口硫磺方可满足市场消费。而石灰石法脱硫技术却将烟气中s02转化为硫石膏废渣,不符合资源利用和产业发展政策,应予以强制淘汰。

    2.国家应出台相关政策,鼓励火电、钢铁和冶炼等行业,停批和停建石灰石法脱硫项目,改造已投运和正在建设的装置为氨法脱硫技术,以加快烟气SO2的资源化利用进程。

    3.应采取行政、立法等措施,强力推广和普及氨法烟气脱硫技术,这样可缓解我国硫资源紧缺的现状,甚至可实现硫资源的自给自足,摆脱长期依赖进口的被动局面【6】

     

    参考文献:

    [1] 段付岗,王变雪.氨法和石灰石法烟气脱硫技术的综合分析及建议[J].硫磷设计与粉体工程,2014(2):9~13.

    [2] 张立红.石灰石一石膏法烟气脱硫工艺设计[J].矿冶,2008(1):92~95.

    [3] 张立红.石灰石一石膏湿法烟气脱硫工艺介绍[J].工程建设与设计,2004(8):14~16.

    [41单志伟.石灰石一石膏湿法烟气脱硫工艺二次环境影响因素分析[J].吉林电力,2008(3):9~11.

    [5] 张方,马彦涛,胡将军.国内外火电厂烟气脱硫石膏的特点利用及处置[J].粉煤灰综合利用,2003(4):50~51.

    [6] 张进华,段付岗.烟气S0:特别排放限值和氨法烟气脱硫技术适配性分析及建议[J].硫磷设计与粉体工程,2015(3):6~10.

     


    作者简介:段付岗(1968一),男,陕西蒲城人,高级工程师,国家注册安全工程师,现任陕西陕化煤化工集团有限公司化肥公司安环部部长,长期从事磷复肥和煤化工生产、技术、安全、环保管理等工作,已发表学术论文85篇,E—mail:duanf92009@163.com。

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