新時期火電廠脫硫技術(shù)與環(huán)保措施研究

王 巍

（廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司，廣東 臺山 529228）

1 新時期火電廠脫離技術(shù)分析

在我國，火電廠是生產(chǎn)電能的主要場所。在火力發(fā)電的過程中，煤炭在鍋爐中燃燒時，會產(chǎn)生二氧化硫、氮氧化物等污染物，減輕環(huán)境污染勢在必行，煙氣脫硫逐漸成為火力發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)。脫硫技術(shù)貫穿于鍋爐燃燒的全過程，本文分別從燃燒前、燃燒中和燃燒后三個階段，對脫硫技術(shù)進(jìn)行分析。

1.1 燃燒前的脫硫技術(shù)

火電廠原煤燃燒前的脫硫技術(shù)主要有三種。一是物理脫硫。該技術(shù)利用原煤中不同物質(zhì)的密度、磁性等物理性質(zhì)存在的明顯差異，去除煤中的有機(jī)硫。此項技術(shù)是原煤燃燒前廣泛使用的脫硫技術(shù)，對設(shè)備無過高要求，并且脫硫操作程序簡單，只涉及重介質(zhì)分選、浮選、電選等操作工藝。二是化學(xué)法脫硫技術(shù)。該技術(shù)通過使用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑等化學(xué)制劑，使其與原煤中的物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，以達(dá)到脫硫的目的。此項脫硫技術(shù)比物理法脫硫技術(shù)的效率高。三是生物法脫硫技術(shù)。該技術(shù)利用菌種對硫化合物發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)脫硫。常用的生物菌種包括假單胞菌屬、硫桿菌屬等，在使用菌種的過程中，一般采用表面處理法和生物浸出法，對脫硫條件進(jìn)行嚴(yán)格控制，可在減小煤質(zhì)破壞、降低環(huán)境污染的前提下，達(dá)到脫硫目的。這種脫硫技術(shù)的成本偏低，是一種較為環(huán)保的脫硫工藝。

1.2 燃燒中的脫硫技術(shù)

燃煤在鍋爐內(nèi)燃燒的過程中會產(chǎn)生一定的二氧化硫，對這部分二氧化硫進(jìn)行脫除是火電廠生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。燃燒中的脫硫技術(shù)又被稱為爐內(nèi)脫硫技術(shù)，具體是指利用脫硫劑對燃煤燃燒時生成的二氧化硫進(jìn)行脫除。相關(guān)研究結(jié)果表明，脫硫劑能夠與煤炭中的硫組分產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而生成硫酸鹽，由于硫酸鹽本身的比重較大，所以不會隨煙氣排出爐外，而是會沉積到爐渣中。在生產(chǎn)中，火電廠使用比較普遍的脫硫劑有石灰石、熟石灰以白云石等，為了最大限度地發(fā)揮脫硫劑的作用，爐內(nèi)燃燒時的脫硫溫度應(yīng)當(dāng)控制在800℃～1 200℃。在鍋爐燃燒中，常用的脫硫技術(shù)有循環(huán)流化床和噴鈣脫硫等。

1.2.1 循環(huán)流化床

這是國內(nèi)各大火電廠在燃燒中普遍采用的一種脫硫技術(shù)，其基本技術(shù)原理為：在循環(huán)蒸騰的流化床上加入適量的脫硫劑，如石灰石等，使脫硫劑與煤粉一起懸浮燃燒，在這一過程中，煤粉燃燒時產(chǎn)生的二氧化硫會被石灰石等硫化劑直接吸收，這樣便可達(dá)到燃燒中脫硫的目的。研究表明，循環(huán)流化床的脫硫效率主要受以下因素的影響：鈣硫比、流化床的溫度、脫硫劑粒徑等。在循環(huán)流化床鍋爐中，脫硫劑的加入可以使燃煤燃燒時產(chǎn)生的二氧化硫被充分吸收，達(dá)到高效脫硫的目的。同時，與鍋爐相比，循環(huán)流化床屬于低溫燃燒，其燃燒時的溫度一般在900℃～950℃，使得燃燒時產(chǎn)生的灰渣具有良好的抗腐蝕性，人們對此可進(jìn)行綜合利用。

1.2.2 噴鈣脫硫

所謂的噴鈣脫硫，實質(zhì)上就是石灰石粉末以噴射的方式注入正在燃燒的鍋爐中，為達(dá)到最佳的脫硫效果，應(yīng)確保石灰石粉末射入?yún)^(qū)域的燃燒溫度在850℃～1 250℃，因為這個溫度可以讓石灰石粉末快速分解，并生成氧化鈣，而氧化鈣可以對煤炭燃燒時產(chǎn)生的二氧化硫進(jìn)行有效吸收。從經(jīng)濟(jì)性角度講，這種技術(shù)的成本非常低，適用性較強(qiáng)，不僅可以在新建的鍋爐中應(yīng)用，還能在現(xiàn)役的鍋爐中使用。唯一的不足之處是，氧化鈣會對鍋爐的受熱面產(chǎn)生腐蝕，如果這一問題得到解決，該技術(shù)將會成為燃燒中脫硫的主要措施。

1.3 燃燒后的脫硫技術(shù)

燃煤在鍋爐中燃燒之后，會殘留部分二氧化硫，若是隨著煙氣排出，則會對大氣造成污染。因此，燃燒后的脫硫同樣重要。國內(nèi)各大火電廠在生產(chǎn)過程中，采用的燃燒后脫硫技術(shù)為爐氣脫硫排放。一些發(fā)達(dá)國家在該方面研究出大量新技術(shù)，其不僅脫硫率高、設(shè)備運(yùn)行安全可靠，還易于實現(xiàn)工業(yè)化。近年來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，脫硫裝置出現(xiàn)，其不但占地面積小，而且可以降低成本，在火電廠中得到了廣泛應(yīng)用。較具代表性的有以下幾項技術(shù)。

1.3.1 氨法脫硫

該方法具體是指借助氨氣和氨水與鍋爐內(nèi)燃燒時產(chǎn)生的二氧化硫和氮氧化物進(jìn)行反應(yīng)，這樣不僅可以脫除二氧化硫，還能達(dá)到脫硝的目的。

1.3.2 電子束脫硫

這是一種比較先進(jìn)的脫硫技術(shù)，具體是指利用電子加速器產(chǎn)生的電子束對煙氣進(jìn)行輻照，在氨存在的條件下，煙氣中的二氧化硫和氧化氮會轉(zhuǎn)化為硝酸鹽和氨。實踐表明，該技術(shù)的二氧化硫去除率能夠達(dá)到90%，不僅如此，它的工藝流程十分簡單，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，便于操作，不會出現(xiàn)腐蝕及泄漏等問題。最重要的是，整個脫硫過程不會對環(huán)境造成二次污染，其屬于清潔環(huán)保技術(shù)。

1.3.3 海水脫硫

對于一些建設(shè)在海邊的火電廠而言，可以利用海水進(jìn)行煙氣脫硫。這種方法的基本原理如下：以海水作為吸收劑，由于堿度較高，海水可以吸收更多的二氧化硫。該技術(shù)的特點是脫硫效率高、便于操作、成本低。但是，該技術(shù)需要以海水作為吸收劑，因此只適用于建設(shè)在海邊的火電廠。

1.3.4 濕法脫硫

國外一些技術(shù)比較先進(jìn)的火電廠在煙氣脫硫環(huán)節(jié)，采用的是濕法脫硫，這種方法除了吸收劑利用率高、二氧化硫脫除率高之外，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性也比較高。該方法的技術(shù)優(yōu)勢有：一是氧化控制，通過抑制亞硫酸鹽氧化和加強(qiáng)氧化的方法，對速度進(jìn)行有效控制，這樣可以減少堵塞及腐蝕等問題的發(fā)生；二是能夠大幅度提升煙氣的流動速度，與原本相比，氣體的流動速度可以提高到5.5～6.0 m/s，該速度是常規(guī)疊加速度的一倍，隨著速度的增加，煙氣脫硫過程的傳質(zhì)速率也增加，有助于降低能耗；三是吸收塔的規(guī)模更小，占地面積更少。

2 火電廠脫硫節(jié)能途徑及環(huán)保措施

2.1 節(jié)能途徑

2.1.1 變頻器技術(shù)

通過對火電廠脫硫系統(tǒng)進(jìn)行分析，筆者發(fā)現(xiàn)，耗電量占比最大的設(shè)備是增壓風(fēng)機(jī)，為了在高效脫硫的同時，降低能耗，必須對增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能降耗。目前，大部分火電廠采用的脫離系統(tǒng)中，增壓風(fēng)機(jī)對出入口風(fēng)量的控制一般都是通過節(jié)流調(diào)節(jié)的方式實現(xiàn)的。實踐證明，這種方式的損耗較大，能耗較高。鑒于此，可對增壓風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)方式進(jìn)行改進(jìn)，來實現(xiàn)脫硫系統(tǒng)的節(jié)能降耗，具體做法是在脫硫系統(tǒng)中應(yīng)用變頻器技術(shù)，對增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)。變頻調(diào)節(jié)能夠通過改變增壓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速改變其特性曲線，這樣便可以達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。相關(guān)研究結(jié)果表明，當(dāng)管道的特性保持不變，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與其耗電量成正比，由此可見，對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以降低其能耗。

2.1.2 改進(jìn)脫硫工藝

傳統(tǒng)的脫硫工藝，雖然可以保證脫硫效率，但是設(shè)備較多、過程繁雜，使得能耗較高。為降低能耗，人們應(yīng)當(dāng)對脫硫工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，可以采用石灰石-石膏進(jìn)行脫硫。這是一種新型的脫硫工藝，歸屬于濕法脫硫的范疇，其主要包括以下幾個系統(tǒng)：吸收氧化、石膏脫水、煙氣排放等。該工藝的具體流程如下：除塵器會先對鍋爐中的煙氣進(jìn)行除塵，經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)和換熱器后，低溫的煙氣會進(jìn)入吸收塔，并向上流動，此時塔內(nèi)會有循環(huán)漿液向下流動，在逆流接觸的條件下，煙氣會被洗滌，使得二氧化硫被有效脫除。煙氣在吸收塔出口處會被冷卻成冷凝水，其溫度為46℃～55℃，并被水蒸氣飽和，再經(jīng)過換熱器之后，其溫度會升到80℃，此時煙氣的擴(kuò)散能力會有所提高。改進(jìn)后的脫硫工藝的節(jié)能效果體現(xiàn)為：高速的氣流設(shè)計使?fàn)t內(nèi)物質(zhì)的傳遞能力顯著增強(qiáng)，降低了系統(tǒng)生產(chǎn)所需的能耗；使壓降與二氧化硫去除得到了很好的平衡，大幅度提升了系統(tǒng)的反應(yīng)效率；吸收塔液體再分配裝置的使用，防止了煙氣爬壁的情況發(fā)生，工藝能耗得到進(jìn)一步降低；脫硫過程得到的副產(chǎn)物可進(jìn)行回收利用，不會對環(huán)境造成二次污染，在實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)的基礎(chǔ)上，還達(dá)到了環(huán)保要求。

2.2 環(huán)保措施

2.2.1 大氣污染物控制

我國在已經(jīng)出臺的相關(guān)法規(guī)政策中，對火電廠的排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定，明確了二氧化硫、氮氧化物、顆粒物質(zhì)等污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)。其中，為了控制二氧化硫的排放量，國家制定了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了火電廠的機(jī)組容量上限。火電廠必須嚴(yán)格執(zhí)行排放標(biāo)準(zhǔn)，從二氧化硫的日排放量控制入手，將其控制在允許值范圍內(nèi)。對于氮氧化物的排放量控制，火電廠要采用先進(jìn)的脫硝技術(shù)，如催化還原法，以減少氮氧化物的產(chǎn)生，將其排放量控制在一定范圍內(nèi)。對于固體顆粒物的排放，火電廠要執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，通過提高脫硫設(shè)備中的煙氣含濕量或提高空氣中的煙塵效率等途徑，降低固體顆粒物的排放量[1]。

2.2.2 廢水污染控制

火電廠廢水排放位置不同，其執(zhí)行的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)也有所不同。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，火電廠要根據(jù)廠址位置、廢水排放位置對廢水排放量進(jìn)行分級分類控制，主要分為一級、二級執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。為此，火電廠要安裝廢水處理設(shè)備，對廢水進(jìn)行凈化處理，減少廢水中的有害物質(zhì)含量，確保廢水排放達(dá)標(biāo)，從而減少廢水對水環(huán)境帶來的污染。

2.2.3 噪音污染控制

火電廠在生產(chǎn)運(yùn)行過程中會產(chǎn)生噪音污染，嚴(yán)重影響周邊居民的生活。為此，火電廠要加大噪音污染控制力度，嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)境噪聲污染政策規(guī)定，采取以下措施最大程度地減少噪音污染：一是在生產(chǎn)設(shè)備中安裝消音裝置；二是在廠房外設(shè)置噪音隔離墻；三是在廠區(qū)周邊種植高大樹木，設(shè)置噪音隔離帶。

3 結(jié)語

在火電廠生產(chǎn)中，煙氣脫硫是較為重要的工序之一，若是排放到大氣中的煙氣二氧化硫的脫除率不達(dá)標(biāo)，則會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染和破壞。鑒于此，采取行之有效的脫硫技術(shù)顯得尤為重要。同時，為降低脫硫過程的能耗，可引入變頻器，并對濕法脫硫技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，這樣可以在達(dá)到脫除率要求的前提下，降低火電廠的生產(chǎn)能耗。

1 李 玥.我國火電廠大氣污染防治現(xiàn)狀研究[J].工程技術(shù)研究，2017，（11）：114-116.