馬 克 李 倩

(保定電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 保定 071051)

煤炭占據(jù)我國能源結(jié)構(gòu)的首要地位，其消費(fèi)量占一次能源的70%左右，這種局勢在我國今后很長時(shí)間內(nèi)不會(huì)改變?；痣姀S以煤炭作為主要發(fā)電燃料，其燃燒時(shí)放出大量SO2，造成嚴(yán)重的大氣污染，并且隨機(jī)組容量的增大，SO2排放總量不斷增加。當(dāng)前我國實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，環(huán)境保護(hù)工作是其重要保障。所以，加大火電廠SO2的控制力度就顯得非常緊迫和必要。

1 火電廠脫硫技術(shù)分類

根據(jù)脫硫工藝在電力生產(chǎn)中所處的位置，脫硫技術(shù)可分燃燒前、燃燒中和燃燒后脫硫三大類型［1］。燃燒前脫硫主要指原煤洗選、煤氣化等脫硫技術(shù)。原煤洗選是煤炭行業(yè)成熟技術(shù)，早在20 世紀(jì)70年代就已在國內(nèi)得到成功應(yīng)用，可將煤中含硫從3 %降低至1.5 %左右，但由于洗選廠投資高，運(yùn)行成本大，所生產(chǎn)的成品煤量小于入洗煤量，致使電廠燃煤價(jià)提高較多，目前已很少采用此法。燃燒中脫硫又稱爐內(nèi)脫硫，主要指常壓循環(huán)流化床、增壓循環(huán)流化床與爐內(nèi)噴鈣等脫硫技術(shù)。常壓與增壓循環(huán)流化床脫硫技術(shù)與煤氣化技術(shù)等屬于清潔煤燃燒技術(shù)。爐內(nèi)噴鈣脫硫技術(shù)單獨(dú)使用時(shí)，效率較低，脫硫率不到50%，為了提高脫硫效率，降低鈣硫比，往往與尾部加濕工藝聯(lián)合使用。燃燒后脫硫又稱煙氣脫硫技術(shù)，主要有石灰石(石灰)—石膏法、氨法、海水法等濕法脫硫，旋轉(zhuǎn)噴霧等半干法脫硫，循環(huán)流化床煙氣脫硫，電子束脫硫以及脫硫除塵一體化技術(shù)等，下面將重點(diǎn)介紹火電廠煙氣脫硫的幾項(xiàng)新技術(shù)。

2 煙氣脫硫新技術(shù)介紹

2.1 氨法煙氣濕法脫硫技術(shù)

濕法氨法工藝過程一般分為3 個(gè)步驟:脫硫吸收、中間產(chǎn)品處理、副產(chǎn)品制造。其中，脫硫吸收過程是氨法煙氣脫硫技術(shù)的核心，它以水溶液中的SO2和NH3的反應(yīng)為基礎(chǔ)，得到亞硫酸銨中間產(chǎn)品;中間產(chǎn)品的處理主要分為兩大類:直接氧化和酸解，直接氧化是在多功能脫硫塔中，鼓入空氣將亞硫酸銨氧化成硫銨，酸解是用硫酸、磷酸、硝酸等酸將脫硫產(chǎn)物亞硫銨酸解，生成相應(yīng)的銨鹽和氣體二氧化硫;副產(chǎn)品制造是將中間產(chǎn)品處理后得到的銨鹽送制肥裝置制成成品氮肥或復(fù)合肥。

由于氨是一種良好的堿性吸收劑，氨的堿性強(qiáng)于鈣基吸收劑，而且氨吸收煙氣中SO2是氣—液或氣—?dú)夥磻?yīng)，反應(yīng)速度快、反應(yīng)完全、吸收劑利用率高，可以得到很高的脫硫效率，相對于鈣基脫硫工藝來說系統(tǒng)簡單、設(shè)備體積小、能耗低。另外，其脫硫副產(chǎn)品是常用化肥，其銷售收入可以大幅度降低運(yùn)行成本。并且氨法脫硫工藝在脫硫的同時(shí)可以脫氮，脫硫過程中沒有廢水、廢渣產(chǎn)生，從實(shí)際運(yùn)行效果看，其脫硫效果滿足各地環(huán)保要求，運(yùn)行費(fèi)用低，因此氨法脫硫是較適合中國國情的一項(xiàng)煙氣脫硫技術(shù)。

2.2 海水濕法脫硫［2］

海水脫硫工藝使用的脫硫劑是海水。海水通常呈堿性，自然堿度大約為1.2～2.5mmol/L，這使得海水具有天然的酸堿緩沖能力及吸收SO2的能力。國外一些脫硫公司利用海水的這種特性，開發(fā)并成功地應(yīng)用海水洗滌煙氣中的SO2，達(dá)到煙氣凈化的目的。海水脫硫工藝主要由煙氣系統(tǒng)、供排海水系統(tǒng)、海水恢復(fù)系統(tǒng)等組成。

在吸收塔內(nèi)煙氣中的二氧化硫被吸收生成亞硫酸根離子，與此同時(shí)，它與海水中的重碳酸根離子相互作用，生成二氧化碳使pH 值不致過低。海水流入曝氣池后，亞硫酸根氧化生成穩(wěn)定的硫酸根，多余的二氧化碳排入到大氣，使pH 值恢復(fù)到排放標(biāo)準(zhǔn)。被洗滌的SO2以硫酸鹽形式進(jìn)入海水，由于海水中含有大量的硫酸鹽成分，因此不會(huì)造成污染，但由于被洗滌下來的灰分含有重金屬等有害物質(zhì)，其數(shù)量雖然甚微，但日積月累，對海底污泥極有可能造成污染，對此必須引起重視。

采用海水脫硫要具備以下3 個(gè)條件:濱海電廠，采用海水作為循環(huán)冷卻水，有豐富的低成本海水資源;適用于燃用低硫煤的火電廠煙氣脫硫;海域功能對海水質(zhì)量要求較低，擴(kuò)散條件較好。

目前，世界上已有不少國家，如印度、印度尼西亞、西班牙等已相繼安裝了海水脫硫裝置。如印度Trombay 電廠對500MW 鍋爐的煙氣用海水脫硫，效率可達(dá)98%。我國已在深圳西部電廠第2 臺(tái)機(jī)組上安裝了一套由挪威引進(jìn)的300MW 機(jī)組海水脫硫裝置，1998年底投入運(yùn)行;福建漳州后石電廠6 臺(tái)600MW 機(jī)組也安裝了海水脫硫裝置，也已投入運(yùn)行。

2.3 半干法脫硫

半干法脫硫采用的脫硫劑以固液混合物的形式噴入吸收塔，在與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)的同時(shí)水分被蒸發(fā)，脫硫劑被干燥為固體，過剩的脫硫劑與生成的副產(chǎn)品均以固體形式被收集，其代表工藝有噴霧干燥法工藝和氣體懸浮吸收工藝。噴霧干燥法脫硫工藝技術(shù)比較成熟，具有工藝流程簡單、脫硫率達(dá)75%～90%，投資和運(yùn)行費(fèi)用低，占地面積小，系統(tǒng)可靠性高等特點(diǎn)。

系統(tǒng)采用雙流體霧化噴嘴，雙流體霧化噴嘴與旋轉(zhuǎn)霧化噴嘴相比，設(shè)計(jì)簡單，可以更好地控制霧化粒度和霧化質(zhì)量。由布袋除塵器回送的吸收劑由兩級(jí)水霧化噴嘴活化增濕，進(jìn)一步提高吸收劑脫硫效率，脫硫效率可達(dá)到80 %左右，但單塔煙氣處理量較小。

噴霧干燥的新發(fā)展是丹麥正在開發(fā)的噴霧干燥再生脫硫工藝，吸收劑為氧化鎂，生成的亞硫酸鎂已在高溫流化床中成功實(shí)現(xiàn)再生，再生后的吸收劑活性不但沒有失去，反而有所提高。

氣體懸浮吸收技術(shù)由丹麥FLS 公司開發(fā)，現(xiàn)已用于小龍?zhí)峨姀S6#爐，系統(tǒng)設(shè)計(jì)脫硫率可大于90%，總壓降1800Pa，鈣硫比小于1.3。

2.4 循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)

循環(huán)流化床是一種使高速氣流與所攜帶的稠密懸浮顆粒充分接觸的技術(shù)，是近幾年新興起來的具有開發(fā)前景的脫硫技術(shù)，由化工和水泥生產(chǎn)過程中的流化床技術(shù)發(fā)展而來。煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝由吸收劑制備、吸收塔、脫硫灰再循環(huán)、除塵器及控制系統(tǒng)等部分組成。該工藝一般采用干態(tài)的消石灰粉作為吸收劑，也可采用其它對二氧化硫有吸收反應(yīng)能力的干粉或漿液作為吸收劑。

整個(gè)排煙循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)由石灰漿制備系統(tǒng)、脫硫反應(yīng)系統(tǒng)和收塵引風(fēng)系統(tǒng)組成。影響循環(huán)流化床脫硫效率的主要因素有床層溫度、鈣硫比、脫硫劑的粒度和反應(yīng)性等。根據(jù)反應(yīng)器進(jìn)口煙氣流量及煙氣中原始SO2濃度控制消石灰粉的給料量，以保證要求的脫硫效率所必需的鈣硫比。

循環(huán)流化床煙氣脫硫工藝沒有廢水產(chǎn)生，占地面積小，基建投資相對較低，尤其適合于老機(jī)組煙氣脫硫。脫硫副產(chǎn)品可用作混凝土摻合料、礦井回填料、路基等。循環(huán)流化床作為脫硫反應(yīng)器的最大優(yōu)點(diǎn)是:可以通過噴水將床溫控制在最佳反應(yīng)溫度下，達(dá)到最好的氣固間紊流混合并不斷暴露未反應(yīng)消石灰的新表面，而通過固體物料的多次循環(huán)使脫硫劑具有很長的停留時(shí)間，大大提高了脫硫劑的鈣利用率和反應(yīng)器的脫硫效率。能夠脫除高硫煤中的硫，并在鈣硫比1.1～1.5 時(shí)達(dá)到85%以上的脫硫效率。

目前，國外已有幾十套循環(huán)流化床干法脫硫裝置在運(yùn)行，單臺(tái)最大容量是相當(dāng)于我國270MW 的脫硫裝置，其次是魯奇公司的相當(dāng)于200MW 機(jī)組的脫硫裝置。我國的廣東恒運(yùn)電廠(1×200MW 機(jī)組)、山西漳山和古交電廠(各2×300MW 機(jī)組)、榆社電廠(2×300MW 機(jī)組)均采用循環(huán)流化床煙氣脫硫裝置，并均已投運(yùn)。

2.5 電子束煙氣脫硫技術(shù)［3］

電子束輻照含有水蒸氣的煙氣時(shí)，會(huì)使煙氣中的分子如O2、H2O 等處于激發(fā)態(tài)、離子或裂解，產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的自由基O、OH、HO2和O3等。這些自由基對煙氣中的SO2和NO 進(jìn)行氧化，分別變成SO3和NO2或相應(yīng)的酸。在有氨存在的情況下，生成較穩(wěn)定的硫銨和硫硝銨固體，它們被除塵器捕集下來而達(dá)到脫硫脫硝的目的。

電子束煙氣脫硫技術(shù)是物理方法與化學(xué)方法相結(jié)合的新技術(shù)，它是利用電子加速器產(chǎn)生的等離子體促使煙氣中的二氧化硫及NOx 與加入的NH3 反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫脫硝的目的，脫硫效率可達(dá)90%左右。此工藝在成都熱電廠1×100MW 機(jī)組已得到成功應(yīng)用。

2.6 除塵脫硫一體化技術(shù)［4］

該技術(shù)在半干法脫硫技術(shù)工藝基礎(chǔ)上發(fā)展而成，是上世紀(jì)90年代后由瑞典ABB 公司研究開發(fā)的，其技術(shù)原理是利用干反應(yīng)劑石灰粉CaO 或熟石灰Ca(OH)2吸收煙氣中的二氧化硫。日前ABB 公司應(yīng)用此脫硫技術(shù)的最大機(jī)組容量為200MW，我國國內(nèi)已開發(fā)用于100～200MW 機(jī)組的設(shè)備。

此外，尚在試驗(yàn)中的火電廠煙氣脫硫技術(shù)還有火星炭吸收脫硫技術(shù)、集脫硫除塵制漿一體化技術(shù)、脈沖放電煙氣脫硫技術(shù)等［5］。

3 我國火電廠煙氣脫硫現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r［6］

我國煙氣脫硫產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況可以概括為以下幾點(diǎn):

(1)脫硫設(shè)備國產(chǎn)化率已達(dá)90%以上。石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝中的關(guān)鍵設(shè)備，如漿液循環(huán)泵、真空皮帶脫水機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)、氣氣換熱器、煙氣擋板等國內(nèi)已具備研發(fā)和生產(chǎn)加工的能力，從設(shè)備采購費(fèi)用來看，石灰石—石膏濕法脫硫工藝技術(shù)設(shè)備的材料國產(chǎn)化率已達(dá)到90%左右，部分煙氣脫硫工程國產(chǎn)化流程超過了95% ，其他工藝技術(shù)的設(shè)備國產(chǎn)化率大于90%。

(2)部分脫硫公司已擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煙氣脫硫主流工藝技術(shù)，并進(jìn)行了多年的工程實(shí)踐。

(3)國內(nèi)脫硫技術(shù)引進(jìn)的模式，按其引進(jìn)的技術(shù)范圍和特點(diǎn)氛圍項(xiàng)目合作，部分技術(shù)引進(jìn)和技術(shù)完全引進(jìn)三種。

(4)煙氣脫硫工程總承包能力已基本滿足國內(nèi)火電廠煙氣脫硫工程建設(shè)的需要。根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)的專項(xiàng)調(diào)查，截至2005年底，具備一定技術(shù)、資金、人員實(shí)力，且擁有10 萬kW 及以上機(jī)組煙氣脫硫工程總承包業(yè)績的公司近50 家，其中，合同容量超過200萬kW 裝機(jī)的公司有17 家，超過1000 萬kW 裝機(jī)的公司有7 家。但是隨項(xiàng)目的增多和市場的變化，脫硫工程的實(shí)施模式呈現(xiàn)多元化，部分公司采用設(shè)計(jì)加全部或部分設(shè)備采購。北京第一熱電廠2 期2* 410t/h 鍋爐和山東黃臺(tái)電廠2×300MW 機(jī)組的脫硫工程項(xiàng)目的實(shí)施，采用了這種模式。

(5)脫硫工程造價(jià)大幅度降低。30 萬kW 及以上新建火電機(jī)組的煙氣脫硫工程千瓦造價(jià)已由最初的1000多元(人民幣)降到“九五”時(shí)期末的500 元左右，目前已降至200 元左右。

(6)初步建立了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的管理體系。目前，已經(jīng)初步形成了政府宏觀指導(dǎo)和協(xié)調(diào)，企業(yè)自主經(jīng)營，行業(yè)協(xié)會(huì)積極參與服務(wù)的管理體系。

盡管火電廠煙氣脫硫產(chǎn)業(yè)化取得了重大成就，但隨國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，電力行業(yè)仍然存在一些問題，主要是煙氣脫硫技術(shù)自主創(chuàng)新能力仍然較低，脫硫市場監(jiān)管急需加強(qiáng)，部分脫硫設(shè)施難以高效穩(wěn)定運(yùn)行等等。

4 結(jié) 論

燃煤的煙氣脫硫技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用最廣、效率最高的脫硫技術(shù)。對燃煤電廠而言，在今后一個(gè)相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)，F(xiàn)GD 將是控制SO2排放的主要方法。目前國內(nèi)外火電廠煙氣脫硫技術(shù)的主要發(fā)展趨勢為:脫硫效率高、裝機(jī)容量大、技術(shù)水平先進(jìn)、投資省、占地少、運(yùn)行費(fèi)用低、自動(dòng)化程度高、可靠性好等。

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行業(yè)對電力需求的不斷增大，火電作為近期我國最主要的發(fā)電源，其排放的污染物位列第一，在當(dāng)今大力加強(qiáng)節(jié)能減排工作的同時(shí)，必須繼續(xù)加大火電廠煙氣脫硫技術(shù)的投資力度和研發(fā)力量，盡快將國外先進(jìn)的脫硫技術(shù)與國內(nèi)實(shí)際情況相結(jié)合，攻克一些技術(shù)瓶頸，促進(jìn)我國火電行業(yè)脫硫產(chǎn)業(yè)更快、更好地發(fā)展。

［1］楊彪．火電廠脫硫技術(shù)簡述［J］．云南電力技術(shù)，2007，12(5):26－29．

［2］司靖宇，楊華．燃煤電廠煙氣海水脫硫研究［J］．內(nèi)蒙古石油化工，2011，31(4):95－98．

［3］毛本將．丁伯南．電子束煙氣脫硫技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用［J］．環(huán)境保護(hù)，2010，28(2):114－116．

［4］周志祥．《火電廠濕法煙氣脫硫技術(shù)手冊》．中國電力出版社，2006．

［5］于靜梅，張輝，劉東明．燃煤電廠煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展概況［J］．鍋爐制造，2008，31(4):25－29．

［6］王建．姜開明．我國煙氣脫硫技術(shù)現(xiàn)狀［J］．中國能源，2011，8(4):15－18．