論我國火電廠煙氣脫硫建設(shè)轉(zhuǎn)折與發(fā)展

魏志奇

同煤國電王坪發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 朔州 038300

我國人口眾多，能源需求量大。目前我國能源以煤炭為主，發(fā)電取暖，每年都耗費大量煤炭，煤炭燃燒產(chǎn)生的SO2，是造成空氣污染的罪魁禍?zhǔn)?。?jù)統(tǒng)計資料顯示，空氣污染所造成的酸雨已危及24個省、市、自治區(qū)，如此嚴(yán)重的空氣污染，不僅僅關(guān)系到我國還會影響世界乃至子孫后代，對此我國政府給予高度重視，嚴(yán)格控制SO2和酸雨污染的發(fā)展，制定一系列相關(guān)的政策法規(guī)削減SO2排放量，減緩全球的溫室效應(yīng)，控制大氣污染。減少排放，保護(hù)地球已經(jīng)是全世界的話題，在我國保護(hù)大氣環(huán)境已成為目前及未來相當(dāng)長時間內(nèi)的重要任務(wù)。中央曾在《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》明確提出五年內(nèi)的SO2排放總量要比“十五”期間減少10 %。由此我們可以看到，控制SO2的排放量已經(jīng)提到了中央政府工作主要日程上來了。SO2最大的排放單位是火電廠，火力發(fā)電要燃燒大量的煤炭，由此每年產(chǎn)生的煙塵、SO2量均名列第一，SO2占“兩控區(qū)”排放量的59 %以上，如此怵目驚心的數(shù)字，為我國火電廠煙氣脫硫產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展提出了新課題，也為環(huán)保科研提出了新課題，開發(fā)和研究適合我國國情和實際情況的脫硫技術(shù)，迫在眉睫，如何卓有成效地控制燃煤煙氣排放的SO2量，是目前一個最焦點的問題，本文對此進(jìn)行了論述。

1 我國控制SO2的排放情況

我國是以燃煤為主要能源的國家，早在1995年我國的煤炭消耗量為12.8億t，主要煤炭消費行業(yè)為火力發(fā)電廠。煤炭的耗量呈逐年增加趨勢，伴隨燃煤的煙塵排放，二氧化硫的排放量達(dá)2370萬t，已然成為SO2排放世界第一大國。據(jù)環(huán)保部門的數(shù)據(jù)報告，全國近2/3的城市SO2濃度超過國家環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)，SO2的超標(biāo)排放造成我國40%左右的地區(qū)受到酸雨污染。針對此情況，我國早在1996年就頒布了新《大氣污染防治法》，其中劃定酸雨控制區(qū)或者SO2控制區(qū)，在兩區(qū)內(nèi)新建的火電廠必須燃用低硫煤，對不能燃用低硫煤的火電廠和其他大中型企業(yè)必須配套建設(shè)脫硫和除塵裝置，嚴(yán)禁沒有控制SO2措施的企業(yè)存在；對于舊有企業(yè)應(yīng)采取控制SO2排放和除塵措施。由此除塵脫硫，已經(jīng)上升到了法律的高度[1]。

1.1 控硫歷史

2006年，在我國的環(huán)保史上創(chuàng)造了一個第一，那就是SO2排放量達(dá)到歷史最高，之后的2007年成為SO2排放控制史上的一個標(biāo)志年，從這一年開始，國家加大了控制力度，排放量將逐年下降。這一年國家環(huán)保部門公布的數(shù)據(jù)顯示上半年，全國SO2排放總量1263.4萬t，與2006年同期相比下降0.89%；而這種情況的出現(xiàn)并不是限制電廠生產(chǎn)取得的，而是在火電發(fā)電量增長18.3%的情況下，實現(xiàn)了SO2排放量同比下降5.2%好成績。分析其原因，是國家和企業(yè)的共同重視及努力，使得火電廠煙氣脫硫產(chǎn)業(yè)化得以快速發(fā)展，脫硫企業(yè)和脫硫技術(shù)如雨后春筍般茁壯成長，使得電力SO2控制水平提高了一截。電力煙氣脫硫的裝機容量2006年底約1.6億kW，發(fā)展到2007上半年達(dá)到約2億kW；而煙氣脫硫機組占煤電機組的比例逐年提高，到目前為止已高于美國30%的脫硫比例，正是靠業(yè)內(nèi)人士的努力創(chuàng)造了脫硫的世界奇跡。發(fā)展到今天，全國新投運火電機組同步安裝并運行脫硫設(shè)施的裝機容量不斷上升，安裝比例達(dá)到85%以上，以前的老企業(yè)中基本按法規(guī)逐步加裝脫硫裝置。煤電企業(yè)的煙氣脫硫比例已經(jīng)達(dá)到60%。走過的這一段脫硫輝煌路，與脫硫產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展直接有關(guān)。

1.2 控硫現(xiàn)狀

回顧歷史，我們發(fā)現(xiàn)我國的控硫工作早在上世紀(jì)70年代中期，我國就已經(jīng)開始了電力行業(yè)的控制SO2排放的實驗研究。在經(jīng)過自主創(chuàng)新、引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)、國外合作、示范試驗幾個階段后，加之政府環(huán)保部門在這方面施加的巨大壓力，我國脫硫行業(yè)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程不斷得到推進(jìn)，因此具有良好的產(chǎn)業(yè)化政策及市場經(jīng)濟(jì)機制。短短幾年間，我國具有專業(yè)煙氣脫硫資質(zhì)的公司就迅速增加到200多家，為我國的減排工作做出了重大貢獻(xiàn)。其中有1/4的公司技術(shù)、資金、人員實力達(dá)到了一定的規(guī)模，能夠承擔(dān)10萬kW及以上機組的煙氣脫硫工程。我國目前的脫硫產(chǎn)業(yè)化發(fā)展基本形成了產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；?、系列化，在自主研發(fā)和引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行消化吸收再創(chuàng)新；脫硫設(shè)備國產(chǎn)化水平大大提高，脫硫設(shè)備、材料的國產(chǎn)化率已經(jīng)達(dá)到90%以上；脫硫設(shè)施造價及運行成本大幅度降低，脫硫造價降低到每千瓦平均200元人民幣左右。

2 脫硫技術(shù)分類

應(yīng)該說我國現(xiàn)在的脫硫技術(shù)經(jīng)過前一個時期的發(fā)展，已經(jīng)具備一套成熟的經(jīng)驗，擁有了眾多的專業(yè)企業(yè)。技術(shù)日趨成熟是我國目前脫硫行業(yè)的進(jìn)步，根據(jù)脫硫工藝和脫硫技術(shù)可分燃燒前、燃燒中和燃燒后脫硫3種[2]。

所謂燃燒前脫硫是指原煤洗選、煤氣化等脫硫技術(shù)。應(yīng)用這種脫硫方法可將煤中含硫量降低1.5 %左右。但這種技術(shù)不論是對煤礦還是對于電廠，都是一種高成本運行，目前已很少采用此法。

所謂燃燒中脫硫是指常壓循環(huán)流化床、增壓循環(huán)流化床與爐內(nèi)噴鈣等技術(shù)在煤炭燃燒中進(jìn)行脫硫。前兩種技術(shù)下的脫硫?qū)儆谇鍧嵜喝紵夹g(shù)。后一種技術(shù)單獨使用效率較低，一般與尾部加濕工藝聯(lián)合使用。

至于燃燒后脫硫是煙氣脫硫，包括濕法脫硫、噴霧脫硫、循環(huán)流化床脫硫、電子束脫硫、脫硫除塵等技術(shù)。

煙氣脫硫是目前世界唯一大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫方式，該技術(shù)可以有效控制SO2污染和酸雨的形成。

3 目前應(yīng)用的脫硫技術(shù)

3.1 電子束氨法煙氣脫硫技術(shù)

工藝原理。該技術(shù)也稱CAEB-EPS技術(shù)，居國際先進(jìn)水平，是利用高能電子束（0.8MeV ～1MeV）輻照煙氣，達(dá)到脫硫脫硝的目的。其工藝原理是把煙氣中的二氧化硫和氮氧化物轉(zhuǎn)化成硫酸銨和硝酸銨。對煙氣進(jìn)行降溫增濕、加氨、電子束輻照和收集副產(chǎn)物是這種技術(shù)的主要工藝流程，通過這種技術(shù)讓煙氣除塵后通過冷卻塔增加煙塵的濕度、降低溫度，然后流經(jīng)反應(yīng)器時被電子束輻照產(chǎn)生多種活性基團(tuán)，從而實現(xiàn)氧化煙氣中的SO2和NOx的目的；然后在反應(yīng)器上游噴入氨與先期形成的酸發(fā)生反應(yīng)，最后生成硫酸氨和硝酸氨微粒被副產(chǎn)物收集裝置收集。這兩種物質(zhì)可以生產(chǎn)化肥和工業(yè)原料。該項技術(shù)的特點是脫硫方法經(jīng)濟(jì)、運行操作簡便、負(fù)荷跟蹤能力強；脫硫效果好，能夠脫除煙氣中95%以上的二氧化硫和70%以上的氮氧化物；副產(chǎn)物無二次污染。CAEBE-PSP技術(shù)應(yīng)用范圍廣，可在燃煤電站、化工、冶金、建材等行業(yè)應(yīng)用。

3.2 脈沖電暈放電等離子體脫硫技術(shù)

該項技術(shù)的工作原理是利用脈沖電源產(chǎn)生的高電壓脈沖加在反應(yīng)器電極之間產(chǎn)生強電場，通過形成的強電場電離部分煙氣分子，獲得能量后成為高能電子（5eV～20eV），繼而激活、裂解、電離其他煙氣分子，通過一系列的化學(xué)反應(yīng)及變化，產(chǎn)生OH-、O2、H2O等多種活性粒子和自由基。最終能夠氧化為高階氧化物SO3、NO2，與煙氣中的H2O相遇后生成了（NH4）2SO4/NH4NO3的氣溶膠，再由收塵器收集。該項技術(shù)的特點是具有裝置簡單、運行成本低、有害污染物清除徹底，很適合我國企業(yè)應(yīng)用。

3.3 石灰石/石膏濕法脫硫技術(shù)

這種脫硫方法是目前最成熟的煙氣脫硫技術(shù)，主要工作原理是水中溶解的石灰石離解產(chǎn)生OH-離子，最后中和生成H2O。采用石灰或石灰石乳濁液吸收煙氣中的SO2，化學(xué)反應(yīng)后生成半水亞硫酸鈣或石膏。該項技術(shù)的優(yōu)點在于脫硫效率高，可達(dá)到90%以上；吸收劑利用率高，可達(dá)90%，但不足之處是成本高且有二次污染發(fā)生。

3.4 濕法煙氣脫硫除塵一體凈化技術(shù)

該項技術(shù)的工作原理是濕法除塵，也就是讓煙塵充分與水接觸，在濕化的過程中加入脫硫劑，即除塵又脫硫，對煙氣進(jìn)行洗滌。這個過程通過以下方式實現(xiàn)：

把含有脫硫劑的洗滌液霧化成細(xì)小液滴，噴灑到煙氣中；讓煙氣以氣泡形式通過吸收液層，與吸收液接觸進(jìn)行洗滌；利用旋風(fēng)水膜除塵器，文丘里水膜除塵器的慣性作用使煙氣與水膜接觸；利用靜電力與液膜接觸。濕式脫硫除塵器實際上是把煙氣中的二氧化硫進(jìn)行一種化學(xué)吸收。這種技術(shù)目前應(yīng)用的不多，主要是脫硫效率低，不徹底。

3.5 海水脫硫技術(shù)

該項技術(shù)使用的脫硫劑是海水。此技術(shù)在國外早已被廣泛應(yīng)用，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，使亞硫酸根離子通過和海水中的重碳酸根離子相互作用，進(jìn)而生成二氧化碳，保持了pH值的穩(wěn)定。經(jīng)過曝氣池處理后的海水，亞硫酸根氧化生成穩(wěn)定的硫酸根，從而保證恢復(fù)pH值到排放標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過洗滌液處理后的SO2以硫酸鹽形式進(jìn)入海水，不會對海水造成污染。但日積月累后，里面的重金屬有可能會污染海底淤泥，也是我們應(yīng)該考慮的問題。該項技術(shù)的使用是有一定條件限制的，首先是電廠要濱海，而且冷卻水采用的就是海水，這樣就可以利用低成本海水資源；其次是火電廠使用的是低硫煤；最后是位置遠(yuǎn)離生活區(qū)，對海水質(zhì)量要求較低，擴散條件較[3]。

4 濕法脫硫存在的問題

1）如何使除塵、脫硫效率同步提高問題。通過分析上述幾種濕法脫硫技術(shù)，我們發(fā)現(xiàn)脫除煙塵和二氧化硫吸收的氣液接觸面積是相同的，在煙氣中脫出含量很低的二氧化硫難度更大；

2）脫硫過程中的磨損、腐蝕、結(jié)垢問題。濕法脫硫加入鈣質(zhì)脫硫劑過量，不可避免地發(fā)生磨損、腐蝕、結(jié)垢問題，破壞氣液的正常流動，造成通道阻塞，增加阻力；

3）脫硫過程中風(fēng)機帶水問題。煙氣帶水引起引風(fēng)機振動，清灰次數(shù)增多，濕法脫硫除塵一體進(jìn)行激化了這個問題；

4）脫硫的污液處理問題。為了防止二次污染，洗滌液必須循環(huán)使用。如不及時加入脫硫劑，將使脫硫效率大大下降，還加劇了設(shè)備的腐蝕率。

5 采取的技術(shù)措施

采用濕法脫硫除塵器，主要還是強化洗滌凈化原理，發(fā)揚濕法脫硫的氣液接觸面積大、氣膜薄、氣泡小的優(yōu)點，繼續(xù)加強二氧化硫擴散距離短，阻力小的技術(shù)研究。

同時，可以考慮通過選擇合適的空塔速度，減小氣膜、液膜厚度，強化傳質(zhì)過程，可以利用填料，攪拌等措施來實現(xiàn)，從而達(dá)到增大氣液接觸面積的目的，強化氣流、液流的湍動。

另外針對洗滌液酸度易增高的情況，可以在洗滌液中加入可溶性堿性物質(zhì)，發(fā)揮綜合輔助吸收的作用，增強液側(cè)的傳質(zhì)阻力。

在設(shè)計濕法脫硫裝置時，對低負(fù)荷時脫硫除塵器性能的變化要給予充分考慮，關(guān)鍵處要強化輔助凈化技術(shù)，以便保證低負(fù)荷時，能夠確保脫硫除塵器具有穩(wěn)定的凈化效果。

適當(dāng)控制洗滌液的pH值，保持凈化器中洗滌液呈弱酸性，有利于防止結(jié)垢。注意脫硫裝置的防腐、耐磨，降低設(shè)備成本，延長設(shè)備使用壽命，所以要選擇合適的材料，即降低成本又符合脫硫要求。如選用耐酸水泥、玻璃鋼、不銹鋼、耐磨耐腐襯里、麻石等。

防止煙氣對凝結(jié)水的攜帶，可以加大脫水器后引風(fēng)機前煙道的直徑，同時做好保溫。在充分考慮到經(jīng)濟(jì)因素的同時，可采用煙氣再熱的方法徹底解決風(fēng)機帶水問題。脫水器的型式和設(shè)計參數(shù)是設(shè)計時應(yīng)該重點考慮的，要合理選擇。

綜上所述，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，各行業(yè)對電力需求的不斷增大，作為以火電為主要能源的中國，近期的脫硫任務(wù)仍然很艱巨，而且越發(fā)艱難?；痣娮鳛榻谖覈钪饕陌l(fā)電源，是造成環(huán)境污染的主要因素，電廠污染物排放對大氣及環(huán)境的污染位列第一。在全球提倡節(jié)能減排的今天，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，意義重大。借鑒國外先進(jìn)的脫硫技術(shù)，結(jié)合國內(nèi)實際情況，大膽創(chuàng)新，不斷改革，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]羅子湛，孟立新.燃煤電站SCR煙氣脫硝噴氨自動控制方式優(yōu)化[J].電站系統(tǒng)工程，2010(4).

[2]公維軍.淺析氨法脫硫工藝在我廠鍋爐系統(tǒng)的應(yīng)用[J].河南化工，2010(10).

[3]王鑫.電廠脫硫設(shè)備的防腐與防護(hù)對策研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010(18).