WFGD與ACD脫硫工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較

胡雍巍，曾毅夫，周益輝，李 虎

（凱天環(huán)保科技股份有限公司，長(zhǎng)沙 410100）

1 脫硫工藝流程

1.1 石灰石-石膏（FGD）法

石灰石-石膏濕法FGD工藝屬于煤燃燒后的脫硫技術(shù)[1]，其特點(diǎn)是整個(gè)脫硫系統(tǒng)位于空氣預(yù)熱器、除塵器之后，脫硫過(guò)程在溶液中進(jìn)行，脫硫劑和脫硫生成物均為濕態(tài)。這一氣液脫硫反應(yīng)過(guò)程的反應(yīng)速度快，脫硫效率和吸收劑利用率高，運(yùn)行可靠性高。

該法脫硫使用氧化鈣（CaO）或碳酸鈣（CaCO3）漿液在濕式洗滌塔中吸收SO2，在吸收塔內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)主要是：

圖1為典型的石灰石-石膏濕法FGD和雙循環(huán)濕法FGD工藝流程圖。

圖1 石灰石-石膏濕法FGD和雙循環(huán)濕法FGD工藝流程

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)原則上可由下列結(jié)構(gòu)系統(tǒng)構(gòu)成：1）由石灰石粉料倉(cāng)和石灰石研磨及測(cè)量站構(gòu)成的石灰石制備系統(tǒng)；2）由洗滌循環(huán)、除霧器和氧化工序組成的吸收塔；3）由回轉(zhuǎn)式煙氣-煙氣換熱器、清潔煙氣冷卻塔排放或濕煙囪排煙構(gòu)成的煙氣再熱系統(tǒng)；4）脫硫風(fēng)機(jī)、由水力旋流分離器和過(guò)濾皮帶組成的石膏脫水裝置；5）石膏貯存裝置；廢水處理系統(tǒng)。

1.2 活性焦脫硫法

活性焦脫硫（ACD）工藝也屬于煤燃燒后的脫硫技術(shù)[2]，是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種以物理化學(xué)吸附原理為基礎(chǔ)的干法脫硫大氣治理技術(shù)，這種技術(shù)具有節(jié)水、凈化效率高、可同時(shí)除去粉塵和重金屬及有毒物、脫硫過(guò)程中SO2被轉(zhuǎn)化為H2SO4進(jìn)而可以轉(zhuǎn)化為元素硫或其它產(chǎn)品、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)。

活性焦具有很大的比表面和復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)，其兼有物理吸附和化學(xué)吸附作用，它既是良好的吸附劑，又可直接用作催化劑（見(jiàn)圖2）。

圖2 活性焦掃描電鏡圖

干法煙氣脫硫脫硝技術(shù)的工藝系統(tǒng)主要分為：煙氣系統(tǒng)、SO2/NOx脫除系統(tǒng)、活性焦再生系統(tǒng)、物料循環(huán)輸送系統(tǒng)、收塵系統(tǒng)、氨供應(yīng)系統(tǒng)等。活性焦干法脫硫工藝流程見(jiàn)圖3，活性焦干法脫硫吸附塔結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

圖3 活性焦干法脫硫工藝流程圖

圖4 活性焦干法脫硫吸附塔

120℃～160℃的煙氣通過(guò)增壓風(fēng)機(jī)加壓進(jìn)入脫硫島，煙氣以一定流速進(jìn)入吸附塔后均勻地穿過(guò)活性焦吸附層，在吸附層內(nèi)，二氧化硫、汞、砷等重金屬及HF、HCl和二英等大分子氧化物被脫除，脫除后的凈煙氣匯集后通過(guò)煙囪排放。吸附SO2達(dá)到飽和的活性焦從吸附塔底部排出，通過(guò)輸送系統(tǒng)運(yùn)至解析塔進(jìn)行加熱再生；再生的活性焦經(jīng)篩分后會(huì)同補(bǔ)充的新鮮活性焦再送入吸附系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)吸附使用。經(jīng)篩分的破損活性焦從活性焦循環(huán)系統(tǒng)分離出來(lái)可以進(jìn)入鍋爐燃燒或再加工成其他產(chǎn)品。再生回收的高濃度SO2混合氣體送入硫回收系統(tǒng)作為生產(chǎn)濃硫酸的原料[3]。

2 脫硫效率

2.1 石灰石-石膏（FGD）法[4、5]

石灰石-石膏脫硫工藝技術(shù)成熟，95%以上運(yùn)行穩(wěn)定，對(duì)環(huán)保要求的適應(yīng)性強(qiáng)，當(dāng)煙氣含硫量變化時(shí)，易于調(diào)整控制，脫硫效率穩(wěn)定，但在實(shí)際應(yīng)用中需要對(duì)具體情況正確處理。影響FGD濕法脫硫效率的因素眾多，包括漿液pH值、石灰石特性、液氣比、煙氣量及SO2濃度、煙氣流速及停留時(shí)間等。

在這些影響因素中，漿液pH值的影響尤為突出，提高pH值有利于提高脫硫效率，但過(guò)高的pH值會(huì)加重結(jié)垢、堵塞現(xiàn)象，因此合理的pH值是脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行的前提。另外，石灰石的品質(zhì)及特性是脫硫反應(yīng)的先決條件，石灰石中的CaO的含量和石灰石漿液中石灰石顆粒的粒徑是石灰石品質(zhì)的重要表征，石灰石的酸溶解反應(yīng)速率也是其品質(zhì)的體現(xiàn)。

2.2 活性焦脫硫法

活性焦脫硫（ACD）工藝本質(zhì)上是一個(gè)復(fù)雜的吸附、催化反應(yīng)過(guò)程。其吸附、催化性能與活性焦的孔隙結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)特性密切相關(guān)。孔容是決定污染物初期脫除率的主要因素，其表面官能團(tuán)則在污染物的化學(xué)吸附上發(fā)揮著重要作用，是吸附、催化的活化中心。

活性焦通過(guò)再生、脫附、再循環(huán)使用，脫硫效率能維持在95%以上，但在煙氣量大、含硫量高的煙氣治理領(lǐng)域，它的使用有一定的局限性。開(kāi)發(fā)適應(yīng)高濃度條件下的新型活性焦和優(yōu)化活性焦再生方式是當(dāng)前活性焦研究的重點(diǎn)。

3 技術(shù)特點(diǎn)比較

煙氣脫硫技術(shù)的選擇與煙氣量和SO2的含量有關(guān)，在選擇脫硫方案時(shí)，一方面應(yīng)考慮實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中煙氣SO2含量等工藝參數(shù)，另一方面應(yīng)考慮脫硫副產(chǎn)物的回收利用，從而為技術(shù)路線的正確決策提供依據(jù)[6、7]。表1為干濕法脫硫的技術(shù)特點(diǎn)比較[8]。

表1 WFGD與ACD技術(shù)特點(diǎn)比較

4 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)比較[9、10、11、12]

以某電廠一期2×300MW機(jī)組煙氣脫硫工程為例，方案一采用石灰石-石膏濕法脫硫，方案二采用活性焦干法脫硫，副產(chǎn)品為98%硫酸。二者脫硫效率均為98.2%，脫硫裝置的煙氣處理能力為相應(yīng)鍋爐BMCR工況時(shí)的100%煙氣量。系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)見(jiàn)表2，脫硫系統(tǒng)運(yùn)行成本分析見(jiàn)表3。

表2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)

表3 脫硫系統(tǒng)運(yùn)行成本分析

活性焦干法煙氣脫硫工藝有關(guān)數(shù)據(jù)說(shuō)明如下：

（1）煤質(zhì)按設(shè)計(jì)煤種考慮，年運(yùn)行時(shí)間按5500h計(jì)算；

（2）年脫硫總量用含初期準(zhǔn)備活性焦和副產(chǎn)品加工廠投資的折算費(fèi)用，活性焦煙氣脫硫投資按技術(shù)引進(jìn)、國(guó)產(chǎn)設(shè)備考慮；

（3）國(guó)內(nèi)硫酸市場(chǎng)價(jià)格按500元/t考慮，活性焦價(jià)格按5500元/t，電價(jià)按0.6元/kW·h考慮，未考慮脫硫操作人員費(fèi)用；

（4）SO2排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)家規(guī)定為0.63元/kg。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，石灰石-石膏法濕法脫硫技術(shù)基本占主導(dǎo)地位，其技術(shù)成熟，商業(yè)運(yùn)行業(yè)績(jī)眾多，而活性焦干法脫硫技術(shù)的應(yīng)用案例基本集中在金屬冶煉、化工領(lǐng)域，在燃煤電廠的實(shí)際應(yīng)用案例較少。

（2）石灰石-石膏濕法脫硫雖然技術(shù)成熟，工程案例多，但其存在石膏利用率低、運(yùn)行費(fèi)用偏高、設(shè)備要求苛刻等諸多問(wèn)題。

（3）活性焦干法脫硫技術(shù)因活性焦消耗量大、脫硫成本電價(jià)高等自身技術(shù)原因，使其在大型燃煤電廠的應(yīng)用受到限制。但隨著該技術(shù)的推廣使用，技術(shù)和設(shè)備國(guó)產(chǎn)化后，它的造價(jià)會(huì)逐步降低。

（4）綜合目前全世界濕法和干法脫硫的應(yīng)用情況，從宏觀、綜合和長(zhǎng)遠(yuǎn)看，濕法脫硫具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但具體到某個(gè)項(xiàng)目上，采用濕法還是干法，必須因地制宜。綜合比較，活性焦干法脫硫技術(shù)的制硫酸環(huán)節(jié)具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。在目前的技術(shù)背景下，該技術(shù)適用于煙氣量小且自身有硫酸需求的項(xiàng)目。

[1]蔣文舉.煙氣脫硫脫硝技術(shù)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[2]張方煒.煙氣活性焦干法脫硫工藝及其在電廠中的應(yīng)用[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2009，6（3）.

[3]李曉蕓，鄒炎.活性炭/焦干法煙氣凈化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].電力建設(shè)，2009， 30（5）.

[4]禾志強(qiáng)，祁利明.石灰石/石膏法脫硫效率分析[J].電站系統(tǒng)工程，2009，25（6）.

[5]趙文江.影響石灰石-石膏濕法脫硫效率的主要因素探討[J].青海電力，2010， 29（2）.

[6]韓彩玲，桑斌修，宋建軍.幾種煙氣脫硫工藝的運(yùn)行費(fèi)用分析[J].能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2010，22（8）.

[7]陳立杰，陳健.以褐煤為原料制備活性焦及其脫硫脫氮性能的研究[J].煤礦安全，2006，7.

[8]劉強(qiáng).燃煤電廠常用的煙氣脫硫工藝選擇—干濕法比較[J].科技信息，2007，28.

[9]黃雪梅，王鵬程.2×125MW機(jī)組濕法煙氣脫硫工程經(jīng)濟(jì)研究[J].廣東電力，2006，19（8）.

[10]趙恩嬋.600MW機(jī)組活性焦煙氣脫硫方案及經(jīng)濟(jì)分析[J].熱力發(fā)電，2008， 37（9）.

[11]魏星，翟尚鵬，劉靜，曾艷，張鵬.多臺(tái)活性焦脫硫塔煙氣分布的數(shù)值模擬研究[J].華電技術(shù)，2011，33（4）.

[12]高繼賢，劉靜，翟尚鵬，傅月梅，唐夕山，曾艷.活性焦（炭）干法煙氣凈化技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2011，30（5）.