燃煤鍋爐脫硫技術(shù)綜述

李大偉 賈龍彥

【摘 要】文章介紹了燃煤鍋爐各種脫硫技術(shù)，分析了其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，還給出了選用脫硫技術(shù)的評(píng)價(jià)方法。

【關(guān)鍵詞】鍋爐；二氧化硫；脫硫

一、國(guó)內(nèi)外脫硫技術(shù)和方法

脫硫技術(shù)和方法可分三大類，即爐前脫硫、爐內(nèi)脫硫和煙氣脫硫。后兩類方法中還分干法和濕法，拋棄法和回收法。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。干法的優(yōu)點(diǎn)是投資稍小，脫硫后煙氣溫度高而不影響其后設(shè)備的腐蝕和大氣擴(kuò)散，缺點(diǎn)是脫硫率低，設(shè)備大，脫硫過(guò)程還要用催化劑。濕法的最大優(yōu)點(diǎn)是所有反應(yīng)在溶液里進(jìn)行，其傳質(zhì)效果好，脫硫率高，缺點(diǎn)是投資大，排煙溫度低而造成其后設(shè)備腐蝕并影響煙氣大氣擴(kuò)散，因此，排煙（脫除SO2后） 需要用氣氣熱交換器（GGH）再加熱。

（一）爐前脫硫

機(jī)械浮洗法（MF）是目前用得最多的一種爐前脫硫方法。它利用煤和含無(wú)機(jī)硫煤密度差分離，浮選劑用水，采用跳汰機(jī)和搖床聯(lián)合作業(yè)，脫硫率40%～50%，脫灰率30%～40%。煤的浮選，實(shí)際上是硫分在煤中的再分配，可作為低硫煤的補(bǔ)充。煤浮選后，可獲一半多一點(diǎn)的低硫煤，同時(shí)有10%的尾煤，尾煤可作為制硫酸的原料或在流化床內(nèi)脫硫和燃燒。浮選可在煤礦進(jìn)行，洗選后的煤價(jià)將提高一倍，如用戶（例如電站） 建立洗煤工程，其投資較大，約為電站投資的15%，尾煤如不利用，則有12%左右的熱損失。

（二）爐內(nèi)脫硫

1、型煤技術(shù)

型煤，特別是添加固硫劑的型煤，是工業(yè)鍋爐實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫硫的主要方法之一。型煤是向煤粉中加入粘結(jié)劑和固硫劑，然后加壓成具有一定形狀的塊狀燃料。按用途分民用型煤和工業(yè)型煤兩大類，工業(yè)型煤又分工業(yè)燃料型煤和工業(yè)氣化型煤。隨著采煤機(jī)械化程度的提高，塊煤產(chǎn)量逐年下降，平均僅占煤炭總量20%～30%，而實(shí)際商品塊煤則不足20%，遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)鍋爐和窯爐燃燒的需要，采用添加固硫劑的型煤后，脫硫率可達(dá)40%～60%，并可減少煙塵排放量60%，節(jié)約煤炭15%～27%，因此在工業(yè)鍋爐脫硫技術(shù)和方法中，具有廣闊的發(fā)展前景。

2、爐內(nèi)噴吸收劑脫硫（LIFAC，LIMB）

這種方法是爐內(nèi)噴入脫硫劑（石灰石、白云石、消石灰或碳酸氫鈉等），在煙溫為900～1250℃區(qū)域，脫硫劑分解為CaO或MgO，再和SO2作用生成硫酸鈣而達(dá)到脫硫目的。由于爐溫較高，單純的爐內(nèi)噴鈣系統(tǒng)脫硫率較低，為此在爐后增加第二級(jí)脫硫裝置——增濕活化器，這就組成了爐內(nèi)噴鈣和活化氧化法脫硫（LIFAC）。增加增濕活化器后，就可使煙氣中未反應(yīng)的CaO、MgO和水反應(yīng)生成高活性的Ca（OH）2、Mg（OH）2并與剩余的SO2化合成亞硫酸鈣或亞硫酸鎂，部分CaSO3、MgSO3還能氧化為硫酸鈣和硫酸鎂，最后在電氣除塵器中被收集下來(lái)。LIFAC脫硫技術(shù)，在Ca/S=1.5時(shí)，脫硫率ηSO2可達(dá)70%～80%。

爐內(nèi)噴鈣排煙增濕活化脫硫技術(shù)有投資少、占地少、運(yùn)行費(fèi)用低、無(wú)廢水、操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)中、小容量燃用中、低硫煤的鍋爐特別適用。對(duì)現(xiàn)有機(jī)組進(jìn)行環(huán)保改造時(shí)也可應(yīng)用。此法在國(guó)外，以芬蘭的Tempella Power公司的技術(shù)最典型。國(guó)內(nèi)撫順電廠、南京下關(guān)電廠應(yīng)用后效果較好。

3、循環(huán)流化床（CFBC）、增壓流化床聯(lián)合循環(huán)（PFBC-CC）、煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）

以上幾種爐內(nèi)脫硫技術(shù)，把煤破碎為0～5mm或0～10mm，石灰石0.1～1mm送入循環(huán)流化床，爐內(nèi)布風(fēng)板處風(fēng)速20m/s，屏區(qū)5～6m/s，爐溫為880～900℃，對(duì)脫硫特別有利。另外，煤粒和脫硫劑可經(jīng)分離器分離后返回爐內(nèi)，因此，燃燒效率和脫硫率都較高，當(dāng)Ca/S=1.5時(shí)，脫硫率ηSO2可達(dá)90%～95%。

CFBC脫硫，除了ηSO2高外，其工藝特點(diǎn)沒(méi)有噴漿系統(tǒng)，沒(méi)有廢水產(chǎn)生，占地面積小，投資小，脫硫副產(chǎn)品可作混凝土摻和料、礦井回填、路基等。因此，CFBC脫硫技術(shù)將有很好的發(fā)展和應(yīng)用前景。

（三）煙氣脫硫技術(shù)和方法（FGD）

1、噴霧干燥法脫硫（SDA）

這種方法是把脫硫劑石灰乳Ca（OH）2噴入煙氣中，使之生成CaSO3，被熱煙氣烘干呈粉末狀進(jìn)入除塵器捕集下來(lái)，由于Ca（OH）2不可能得到完全反應(yīng)，為提高ηSO2，可將吸收塔和除塵器中收集下來(lái)的脫硫渣返回料漿槽與新鮮補(bǔ)充石灰漿混合循環(huán)使用，國(guó)內(nèi)外均有用電石渣[含Ca（OH）2達(dá)92%]代替石灰乳作為脫硫劑使用的情況，其脫硫效果較好。由于循環(huán)使用脫硫劑，而脫硫劑又和飛灰混在一起，因此，實(shí)際上，循環(huán)使用的是新鮮石灰乳和收集下來(lái)的脫硫劑加飛灰的混合漿。煤飛灰中含有堿性化合物，對(duì)脫硫有促進(jìn)作用。這種方法當(dāng)Ca/S=1.4時(shí)，ηSO2可達(dá)80%。由于回收系統(tǒng)簡(jiǎn)單，這種方法投資小，運(yùn)行費(fèi)用也不高，對(duì)中、大型工業(yè)鍋爐和電站鍋爐改造較適用。我國(guó)白馬、黃島電廠均用此法脫硫。

這種脫硫方法的關(guān)鍵設(shè)備是吸收塔，而吸收塔中Ca（OH）2和SO2的傳質(zhì)過(guò)程的好壞，完全取決于脫硫劑的霧化質(zhì)量和霧化后與SO2的混合情況。為了提高脫硫劑漿液的霧化質(zhì)量，如用機(jī)械霧化，則其出口噴射速度不能太低，但又因?yàn)槊摿騽{液是飛灰和石灰漿混合液，因此噴嘴的磨損應(yīng)特別注意。

2、濕式石灰石膏法（LW）

這種方法實(shí)質(zhì)上就是SDA的濕法，煙氣經(jīng)電除塵后進(jìn)入脫硫反應(yīng)吸收塔，石灰石制成石灰漿液后用泵打入吸收塔，吸收塔結(jié)構(gòu)和型式頗多，有單塔也有雙塔，有空塔也有填料層塔。不管哪種型式的反應(yīng)塔，它都由吸收塔和塔底漿池兩部分組成。脫硫過(guò)程分別在吸收塔和漿池的溶液中完成，其反應(yīng)式如下：

這種脫硫方法技術(shù)比較成熟，生產(chǎn)運(yùn)行安全可靠，脫硫率高達(dá)90%～95%，所有的反應(yīng)在溶液中進(jìn)行，生成的鹽類大多溶于水，不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重堵塞（漿池除外），如用熱再生，其溫度比吸收時(shí)高得不多。為此，在國(guó)外煙氣脫硫裝置中占主導(dǎo)地位，一般在大型發(fā)電廠中使用，占脫硫總裝機(jī)容量80%以上。但這種方法系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備龐大、耗水量大、一次性投資大，脫硫后排煙溫度低影響大氣擴(kuò)散，為此，系統(tǒng)中必須裝設(shè)加熱煙氣的氣-氣加熱器GGH，副產(chǎn)品石膏質(zhì)量不高，銷售困難，拋棄和長(zhǎng)期堆放又會(huì)產(chǎn)生二次污染。

濕式石灰石膏法脫硫在我國(guó)珞璜電廠、重慶電廠、杭州半山電廠運(yùn)行證明，其脫硫效果較好，可達(dá)95%。

3、電子束照射脫硫（ER）

這種方法是用大于1Mrad（兆拉德）電子流照射含水分的煙氣，煙氣中H2O被激活產(chǎn)生HO、HO2和O等強(qiáng)氧化劑，能迅速與煙氣中的SO2、NOX化合生成SO3和N2O5 ，再添加氨化合物就生成硫銨和硝銨，經(jīng)除塵器收集即為化肥。這種方法的脫硫率可達(dá)90%，脫硝率80%，很有發(fā)展前景，但投資很大，某種程度上限制了這種方法的大量應(yīng)用。我國(guó)成都熱電廠已有中試運(yùn)行，效果良好。

二、脫硫技術(shù)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)總結(jié)評(píng)價(jià)

選擇一種脫硫技術(shù)首先要技術(shù)成熟，有盡可能高的脫硫率，投資和運(yùn)行費(fèi)用、電耗要低，脫硫劑來(lái)源簡(jiǎn)易價(jià)廉并可再生，副產(chǎn)品回收費(fèi)用低并有良好的市場(chǎng)效益，設(shè)備不堵塞、腐蝕，煙氣凈化后有良好的擴(kuò)散性能，最后，如不回收不應(yīng)引起嚴(yán)重的二次污染。全面符合以上要求的脫硫技術(shù)為數(shù)不多，因此，使用者只能根據(jù)各種條件，選用和實(shí)施最合適的脫硫技術(shù)。

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[4]楊旭中.脫硫裝置講課資料.電力規(guī)劃設(shè)計(jì)院，2002.4.

作者簡(jiǎn)介：

李大偉（1984-） ，男，山東省醫(yī)藥工業(yè)設(shè)計(jì)院，主要從事動(dòng)力工程、制藥工程等領(lǐng)域的設(shè)計(jì)技術(shù)工作。