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    石灰石法煙氣脫硫技術的環保風險分析及對策建議
    時間:2022-5-12 中國電力電工網

    摘要: 結合石灰石法(又稱石灰石一石膏法)煙氣脫硫的技術特點,分析了石灰石粉塵、二氧化

    碳、硫石膏廢渣、脫硫污水和酸雨等5種潛在的環保風險,指出其最大的環保風險是將廢氣變成廢渣,治

    標不治本,不符合低碳環保和循環經濟的發展戰略,并提出了相應的風險控制措施和徹底化解環保風險

    的對策建議。

    關鍵詞: 煙氣脫硫;石灰石法;環保風險;硫石膏廢渣;控制措施;對策建議

    中圖分類號: X701.3 文獻標識碼:B 文章編號:1009-1904(2015)06—0008—04

     

    1概述

    石灰石法煙氣脫硫技術就是用石灰石作為脫硫劑,洗滌吸收煙氣中的SO2氣體,并副產硫石膏(二水硫酸鈣)廢渣。石灰石法起步早、發展快,技術成熟,應用廣泛,脫硫效率高,安全風險小,頗受發電、鋼鐵和冶煉等行業的青睞,在國內煙氣脫硫領域中占據半壁江山。石灰石法煙氣脫硫工藝主要包括漿液配制、煙氣洗滌、脫硫氧化、石膏過濾、污水處理等5個工序,其主要工藝過程如下:經破碎和研磨成一定細度的石灰石漿液,在吸收塔內足夠的氧化空氣環境中,與穩定發展或下降的趨勢。而精細的產品品種,如新型肥料品種、精細磷酸鹽及磷化物品種具有較好的市場空間,將會得到快速發展。

    礦肥結合、礦化結合、肥化結合、酸化結合、濕熱結合是整個磷化工行業大的發展趨勢。

    以資本為紐帶,產業為主線,跨行業、跨地區,甚至是跨國的整合、重組案例增多,大型綜合性企業集團數量將持續增加,將會出現世界級的巨無霸跨國磷化工公司。

    行業內能耗高、污染嚴重、經濟效益差、原料配套條件不好、不能適應市場競爭的企業要么被整合,要么被淘汰。


    除塵后的鍋爐煙氣逆流接觸,其中的CaCO,與煙氣中SO2發生反應,生成硫石膏(CaSO4. 2H2O)。脫除S02后的廢氣,經除霧器除霧去水和換熱器加熱升溫后,由煙囪達標排放。吸收塔內脫硫漿液循環到一定濃度后排出,經石膏水力旋流器、漿液分配器和真空帶式脫水機脫水后,分離出硫石膏,并輸送至廠外堆場。[1]

     

    2工藝流程及特點

     

    2.1工藝流程

    典型的石灰石法煙氣脫硫工藝流程如圖1所示。

    資源高效、高端利用,環境保護,安全和清潔生產是行業發展必須關注的問題。

    各種形式的創新是磷化工行業可持續性發展的主旋律。我國磷化工行業今后一段時期內創新發展的主要方向為技術創新、產品創新、管理創新、體制機制創新、發展模式創新、營銷創新等方面,以適應新形勢下我國磷化工行業可持續性發展的要求。


    石灰石法煙氣脫硫過程分為2步,第一步是中和反應,即石灰石和SO2反應生成半水亞硫酸鈣和CO2;第二步是氧化反應,即半水亞硫酸鈣和02發生反應生成二水硫酸鈣。其化學反應式如下:

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

    在石灰石法煙氣脫硫反應過程中,石灰石呈中性,研磨成漿液后,以氣一固相接觸,反應比較平穩;只有在足夠的氧氣環境中,亞硫酸鈣方可徹底氧化,最終轉化為穩定的二水硫酸鈣結晶體,這樣才易于脫水分離!2】

     

    2.2技術特點

    石灰石法煙氣脫硫的技術特點如下:①脫硫效率不低于95%,最高可達到98%以上,有利于實現煙氣達標排放;②工藝技術成熟,設備運轉可靠,具有防腐蝕、防磨蝕和防堵塞性能,裝置運行率可達98%以上;③對燃煤中硫含量變化的適應性強,W(S)在0.5%~8.0%時,不影響裝置的正常運行;④機組容量和鍋爐負荷變化的適應性也強,適用于連續蒸發量在30%~100%的范圍內波動;⑤大多采用單塔運行,處理煙氣量大,脫硫后煙氣含塵量明顯下降;⑥石灰石用作脫硫吸收劑,資源豐富,價廉易得;⑦脫硫副產物硫石膏便于綜合利用,有一定的利用途徑和價值;⑧設備布置緊湊,占地面積小;而硫石膏堆場太大,浪費土地資源;⑨產生一定量的污水,不易回收利用和處置;⑩一次性投入大,運行費用高!3】

     

    3環保風險分析

     

    3.1粉塵污染

    用石灰石作為脫硫劑時,每脫除1 t SO2需消耗1.56 t石灰石(按碳酸鈣純度為100%計)。為了保證良好的洗滌和吸收效果,使石灰石和煙氣中的SO2達到完全反應,通常要求石灰石的細度應達到46~61 Ixm(250~300目)。加工成如此高的細度,在其破碎、研磨和輸送過程中,均可能存在粉塵污染,而影響大氣環境和作業環境。即使采用濕法磨漿時,輸送和破碎環節同樣會產生粉塵,只是揚塵量小些而已。若直接采購已加工成符合細度要求的粉狀石灰石時,則在運輸、卸車和用水配制過程中,出現大量揚塵的可能性同樣存在!4】

     

    3.2 CO2污染

    由石灰石法煙氣脫硫原理可知,在煙氣洗滌脫硫過程中,石灰石酸解反應后會產生大量的CO2氣體,需要直接排放,從而增加煙氣中的有害成分和排放總量。每脫除1 t SO2會產生0.7 t CO2,還不計煙,囪所排放的煙氣中水分和熱量間接增加的碳排放。即就是說,以燃煤鍋爐3×260 t/h計,每年需脫除S02量達14 500 t,C02排放量達10 200 t。

    3.3硫石膏廢渣污染

    石灰石法煙氣脫硫的副產品為硫石膏,屬于工業廢渣,呈弱酸性,其中w(H20)游離為10%~20%,其他主要成分(干基,質量分數計)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%

                         結晶水                                                                             16.0%~19.0%

    每脫除1 t SO2產生2.7 t硫石膏,以燃煤鍋爐3×260 t/h計,每年硫石膏排量達39 150 t。

    在大量堆積和存放硫石膏的過程中,若堆場地坪未作防滲、防腐處理,所產生的積水易滲入土壤而污染地下水,或隨雨水流失而污染農田和河流;因堆放面積大,不規則,一般不會遮蓋,易產生揚塵;并且,在太陽暴曬下,易逸出刺鼻的酸性氣體,而污染大氣環境,故存在嚴重的環保風險。


    幾乎所有的電廠或石灰石法脫硫企業,其硫石膏堆場均堆積如山,主要以拋棄物堆放為主,回收利用為輔。硫石膏有一定的利用途徑和價值,但利用率極低,不足10%。譬如,硫石膏可代替天然二水石膏用作水泥緩凝劑,煅燒成半水石膏或無水石膏后制作建筑材料,如紙面石膏板、石膏砌塊和粉刷石膏等;在農業生產中,可適量添加在鹽堿地里,用于改良土壤,長期施用或短期過量施加,易造成土壤板結。


    盡管硫石膏在理論上的用途較多,但現實中的用量很少,其綜合利用已成為世界性難題,大多情況下只能作為工業垃圾予以廢棄和存放,且隨時存在污染環境的風險!5】

     

    3.4脫硫污水污染

    在煙氣脫硫工序和石膏脫水工序,不僅副產大量的含有灰泥(S2O2)雜質的脫硫溶液和脫硫石膏,而且會產生一定量的含硫酸鈣、亞硫酸鈣、石灰石、灰泥等雜質的酸性工業污水。若直接排放,必然導致環境污染。即使用石灰水中和后,pH值可達標,而其中的懸浮物也會超標,外排污水同樣不符合排放標準的限定值要求。以燃煤鍋爐3 x260 L/h計,石灰石法煙氣脫硫的工藝水用量為50t/h,產生的污水量為5 L/h。

     

    3.5酸雨污染

    在石灰石法煙氣脫硫裝置運行過程中,當存在脫硫劑用量不足、pH值控制偏低、脫硫漿液濃度偏高、吸收循環泵出口流量不足或打不上量等操作異常時,煙氣中s02脫除效果變差,不但會超標排放,而且易產生酸雨現象。脫硫效果越差,酸雨現象越嚴重。當脫硫和除塵效果太差時,即使在天氣晴朗和不下雨的情況下,煙囪周邊1 km的范圍內也有可能出現飄酸雨和落泥滴現象,尤其在停放的車輛表面顯現得更清楚。

     

    4風險控制措施

     

    4.1防塵措施

    防塵措施主要如下:

    1.脫硫裝置應選用塊狀石灰石人廠,其粒度要求為10~30 mm;

    2.最好不要直接購人符合細度要求的石灰石粉,以減少作業現場的揚塵量;

    3.石灰石卸料斗、螺旋給料機、斗式提升機、皮帶秤等均應密封嚴實,減少和杜絕揚塵;

    4。破碎機現場應配套安裝袋式除塵器,并定期清理和更換損壞的濾袋,以防止粉塵飛揚;

    5.采用濕式研磨設備,如球磨機、棒磨機等,可有效杜絕研磨過程的揚塵現象,這是最主要的防塵措施;

    6.所有的石灰石破碎和研磨設備一般均安裝在較封閉的廠房內,這樣可起到抑塵和防噪作用。

     

    4.2 CO2減排措施

    CO2減排措施主要如下:

    1.從源頭上嚴把進廠燃煤質量關,最好使用低硫煤[W(S)≤1.o%];

    2.禁止購人高硫煤,非用不可時應采用摻燒的方式,以減輕高硫煤的影響;

    3.摸索燃煤中硫含量和CO2排量的對應關系,在經濟運行的前提下,最大程度地減少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.硫石膏堆場應按環評要求和規范進行設計和施工,選址應遠離工廠和村莊,并方便運輸和中轉;

    2.堆場地坪應做好防滲、防腐、防碾壓處理,采用耐酸混凝土澆注地基,厚度不低于200 mm;

    3.堆場周邊應修建鋼筋混凝土結構的排污渠和三級沉降池,以便引流和處理淤積的脫硫污水;

    4.排污渠最好兼顧防洪作用,以杜絕雨水攜帶硫石膏而進入河流和土壤之中;

    5.廠區和堆場之間應修筑混凝土道路,并及時清掃和灑水,以防車輛過后產生大量揚塵;

    6.加大科研投入,加強市場營銷,持續開辟硫石膏的綜合利用渠道,設法減少硫石膏的存儲量,留足人類的生存空間。

     

    4.4污水處理措施

    污水處理的主要措施如下:

    1.裝置區應同樣做好防滲和防腐處理,設置排污渠和廢水處理設施,并具備處理硫石膏堆場脫硫污水的能力;

    2.最基本的污水處理方式是用熟石灰中和,也可采用活性污泥處理,后者較前者投資大,但技術先進效果好;

    3.保持污水處理設施正常運行,實現達標排放,具體排放標準為pH值為6~9,懸浮物質量濃度不超過60 mg/L,硫化物質量濃度不超過0.5 mg/L;


    4.無論在任何情況下,包括事故狀態和下雨期間,脫硫污水不經處理,禁止排放。

     

    4.5防酸雨措施

    防酸雨的措施主要如下:

    1.嚴格控制脫硫溶液pH值為5.6~6.2,在保證二水硫酸鈣結晶良好的前提下,盡可能控制在指標上限;

    2.保持脫硫劑穩定添加,并實現pH值和脫硫劑流量的自動調節,禁止頻繁地、大幅地或停泵調整脫硫劑的流量;

    3.嚴格控制脫硫溶液密度在1.08—1.12t/m3,尤其是接近指標上限時應加強置換,及時脫水處理,以保持良好的流動性和吸收效果;

    4.吸收循環泵應保持正常運行,電流下降或電機停運時應立即檢查并采取措施,且及時開啟備用循環泵;

    5.保持脫硫吸收塔和除霧器運行正常,工藝狀態良好,工藝指標合格,重點是控制廢氣中sO2含量和水分含量在指標范圍之內;

    6.加強煙氣在線檢測設施的維護保養,保持完好運行,確保檢測數據準確和上傳率(上傳國家監控平臺)達標;

    7.每小時記錄1次SO2,粉塵和NOx的變化情況,尤其是當s02含量升高時,應及時采取有效措施將其恢復至指標范圍之內。

     

    5 結論


    1.石灰石法煙氣脫硫技術存在石灰石粉塵、二氧化碳、硫石膏廢渣、脫硫污水和煙囪酸雨等5種環保風險,通過相應的風險控制措施,可降低一定的風險度,不會直接造成嚴重污染和環保災害。

    2.分析表明,表現最突出的環保風險是硫石膏廢渣的污染和危害,也是石灰石法煙氣脫硫技術的最大環保風險。在無限期堆放過程中,硫石膏存在嚴重的污染土壤、河流、地下水的風險,已成為世界性難題,目前仍無法得到有效解決。

    3.石灰石法煙氣脫硫技術主要是將含SO2廢氣變為廢渣,將可回收利用的硫資源變成不易回收利用的工業垃圾,并副產CO2廢氣和酸性污水,從而造成二次污染,未起到標本兼治和有效利用資源的作用。

    4.石灰石法煙氣脫硫技術不符合低碳環保、資源利用、循環經濟和可持續發展的戰略方針,其最大的缺陷和弊端是無法通過自身技術從本質上徹底消除和化解其環保風險。

     

    6建議

    1.長期以來,我國硫資源十分緊缺,對外依存度高,只有大量進口硫磺方可滿足市場消費。而石灰石法脫硫技術卻將煙氣中s02轉化為硫石膏廢渣,不符合資源利用和產業發展政策,應予以強制淘汰。

    2.國家應出臺相關政策,鼓勵火電、鋼鐵和冶煉等行業,停批和停建石灰石法脫硫項目,改造已投運和正在建設的裝置為氨法脫硫技術,以加快煙氣SO2的資源化利用進程。

    3.應采取行政、立法等措施,強力推廣和普及氨法煙氣脫硫技術,這樣可緩解我國硫資源緊缺的現狀,甚至可實現硫資源的自給自足,擺脫長期依賴進口的被動局面【6】

     

    參考文獻:

    [1] 段付崗,王變雪.氨法和石灰石法煙氣脫硫技術的綜合分析及建議[J].硫磷設計與粉體工程,2014(2):9~13.

    [2] 張立紅.石灰石一石膏法煙氣脫硫工藝設計[J].礦冶,2008(1):92~95.

    [3] 張立紅.石灰石一石膏濕法煙氣脫硫工藝介紹[J].工程建設與設計,2004(8):14~16.

    [41單志偉.石灰石一石膏濕法煙氣脫硫工藝二次環境影響因素分析[J].吉林電力,2008(3):9~11.

    [5] 張方,馬彥濤,胡將軍.國內外火電廠煙氣脫硫石膏的特點利用及處置[J].粉煤灰綜合利用,2003(4):50~51.

    [6] 張進華,段付崗.煙氣S0:特別排放限值和氨法煙氣脫硫技術適配性分析及建議[J].硫磷設計與粉體工程,2015(3):6~10.

     


    作者簡介:段付崗(1968一),男,陜西蒲城人,高級工程師,國家注冊安全工程師,現任陜西陜化煤化工集團有限公司化肥公司安環部部長,長期從事磷復肥和煤化工生產、技術、安全、環保管理等工作,已發表學術論文85篇,E—mail:duanf92009@163.com。

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