燃煤電廠煙氣脫硫技術綜述

董繼紅 李占印 吳 俊 邵景玲 秦 親

鹽城工學院 鹽城 224051

綜述評論

燃煤電廠煙氣脫硫技術綜述

董繼紅*李占印 吳 俊 邵景玲 秦 親

鹽城工學院 鹽城 224051

燃煤工業(yè)SO2減排的重要途徑是煙氣脫硫技術(FGD)。介紹國內(nèi)外FGD技術的發(fā)展，燃煤電廠FGD的幾種典型工藝和正在研發(fā)的高新工藝，F(xiàn)GD技術常用脫硫劑和裝置。分析我國燃煤電廠FGD技術發(fā)展中的問題。

燃煤電廠 煙氣脫硫 脫硫劑

煤是“三大化石燃料”中除石油和天然氣外的化工燃料[1]。我國煤資源豐富，資料統(tǒng)計表明，2014年中國煤炭產(chǎn)量增至38.74億噸[2]，可采煤炭儲量占世界第三位[3，4]。煤中硫分布范圍0.1%～10%，平均約2%[5]。2010年底，在我國能源結構中燃煤約占70%，燃煤發(fā)電約占發(fā)電裝機總容量的73.44%[6]。全國SO2總的排放量的1/2是燃煤電廠所排放的[7],三大化石燃料中燃煤產(chǎn)生的SO2也是最多的，見表1(每1000MW電廠)。

表1 SOX和NOX的排放量對比 (t/a)

燃煤控制SO2排放途徑主要有三種：① 首端控制技術—煤脫硫；② 中端處理技術—燃燒中造渣固硫；③ 末端處理技術—煙氣脫硫(簡稱FGD)[8，9]。當前世界上燃煤電廠采用的常用SO2減排技術是FGD，我國亦然。

1 國內(nèi)外FGD技術的發(fā)展

FGD技術始于英國20世紀30年代的石灰石洗滌法，該法用于倫敦電力公司Battersea和Bankside電站。氨洗滌法是加拿大Cominco公司較早的FGD技術。日美主要以石灰/石灰石—石膏法、噴霧干燥法和雙堿法為主，日本還研究千代田稀酸—石膏法、神戶CAL法等，美國還研究W—L法、碳酸鹽法、氧化鎂法、檸檬酸鈉法等[10]。德國重點研發(fā)傳統(tǒng)濕式工藝，同時研究氧化鎂法、活性炭法和循環(huán)流化床法等[11]。多年來，各國對石灰—石灰石洗滌工藝進行了改善，使之成為技術最成熟的傳統(tǒng)方法。

目前世界上有200多種FGD技術，按照分類標準不同，有干法、濕法和半干法之分，它們的優(yōu)缺點見表2；有回收法和拋棄法之分；有再生法和非再生法之分；有氧化法、還原法和吸附法之分。主要煙氣脫硫工藝方法見圖1。世界上FGD技術構成見圖2,其中石灰石-石膏法占42.3%，典型流程見圖3；噴霧干燥法占11%，典型流程見圖4；其它方法約占47%。常見幾種FGD技術比較見表3。

表2 干法、濕法和半干法的優(yōu)缺點

圖1 煙氣脫硫工藝方法

圖2 世界FGD技術構成

圖3 石灰石-石膏法脫硫工藝

圖4 噴霧干燥法脫硫工藝

2 國內(nèi)外FGD技術常用脫硫劑

國內(nèi)外已經(jīng)工業(yè)化的FGD技術中，濕法脫硫技術約占85%。干法脫硫使用吸附劑，濕法脫硫使用吸收劑。FGD技術常用脫硫劑見表4。

表3 常見幾種FGD技術比較

3 國內(nèi)外FGD裝置

20世紀70年代，F(xiàn)GD裝置在國外大規(guī)模地建造，脫硫裝置容量和數(shù)量逐年呈現(xiàn)增長趨勢。目前世界FGD裝置分布見圖5。

20世紀90年代之后，俄羅斯、波蘭、捷克、保加利亞和中國等國家也相繼大規(guī)模建造FGD裝置。近年我國火電FGD容量增長很快，發(fā)展趨勢見圖6。

總之，美國、德國和日本的FGD裝置數(shù)量和容量、技術裝備創(chuàng)新都處于世界前列，中國近幾年發(fā)展也在加快步伐。

圖5 世界FGD裝置分布

圖6 近年我國火電廠FGD容量發(fā)展趨勢

脫硫劑性能要求鈣基脫硫劑(石灰石、石灰、消石灰)石灰石一般要求CaCO3含量90%以上，粒度43～61μm；將石灰石煅燒生成石灰，其活性比石灰石高，它屬于高效脫硫劑，脫硫效率是石灰石的兩倍以上；消石灰是石灰加水經(jīng)消化反應后的生成物，具有很高的與S02及S03反應活性。鈉基脫硫劑(氫氧化鈉、碳酸鈉)作為濕法洗滌煙氣脫硫工藝和管道噴射與爐內(nèi)噴射等工藝的脫硫吸收劑，脫硫效果佳，并且對氮有一定的脫除作用。鈉基脫硫劑可以再生，可循環(huán)利用。氨基脫硫劑(氨水、液氨)作為氨洗滌濕法脫硫工藝和電子束輻照脫硫工藝的脫硫劑，它的活性很強。副產(chǎn)硫酸銨可用做農(nóng)用化肥。金屬氧化物脫硫劑(氧化鋅、氧化銅、氧化鎂、氧化錳)金屬氧化物脫硫劑能脫除煙氣中SO2。在常溫或低溫情況下對SO2起吸附作用，在高溫情況下與SO2發(fā)生化學反應生成金屬鹽。吸附物通過洗滌法，金屬鹽通過熱分解法使其再生?；钚蕴看蟮谋缺砻娣e、催化作用和優(yōu)良的孔隙結構使其吸附容量大，在其孔隙內(nèi)積聚被吸附的物質(zhì)，而且在一定的條件下能夠解吸再生。海水海水pH值為78～83，具有吸收SO2的能力。

4 國內(nèi)外高新FGD技術

尚處在小試、中試或商業(yè)化的前期，還沒有大規(guī)模的工業(yè)化應用的主要高新技術見表5。隨著科學技術不斷發(fā)展與進步，除上述的國內(nèi)外一些高新的FGD技術外，還涌現(xiàn)出很多實用性強的新型脫硫技術，如有機胺法[6]、微生物脫硫法、金屬氧化物和金屬鹽法、電化學脫硫[7]、離子液體萃取脫硫法[8]、尿素法等，這些技術的進一步研究和大規(guī)模工業(yè)化應用還有待科研者的繼續(xù)努力。

5 我國燃煤電廠FGD發(fā)展趨勢

20世紀50年代我國開始回收利用硫酸尾氣中SO2，90年代引進國外的FGD技術，示范工程相繼建成，至此國內(nèi)多家單位開展FGD技術研究工作。如1976年上海閘北電廠引進的石灰石—石膏法，1978年湖南三OO廠引進的亞鈉循環(huán)法(W-L)，1979年湖北松木坪電廠的活性炭法(AC)等等。2014年燃煤電廠煙氣脫硫機組約占煤電機組的92.1%[12]。目前外燃煤電廠FGD技術主要朝裝機容量大、技術與裝置水平先進、經(jīng)濟和高效的趨勢發(fā)展。

我國FGD技術存在的主要問題：① 脫硫成本高，產(chǎn)物出路問題；② “盲目照搬”地引進國外煙氣脫硫技術和裝置，自主化創(chuàng)新不足；③ 處理高濃度SO2煙氣的FGD技術已經(jīng)大規(guī)模工業(yè)化應用，處理低濃度SO2煙氣的FGD技術尚未成熟。

我國煙氣脫硫決不能走發(fā)達國家高投入、高消耗的道路，必須是高起點、高水準、廣思路，符合中國國情，探索自己的FGD道路關鍵在于：

(1)引進的國外先進技術要消化吸收、自主改進創(chuàng)新和國產(chǎn)化，提高脫硫效率，提高經(jīng)濟效益。

(2)綜合利用脫硫副產(chǎn)物，使脫硫副產(chǎn)物變廢為寶。

(3)研究新型FGD技術的機理和工藝，使FGD工藝技術路線選擇多元化、資源化。

總之，我國燃煤電廠FGD的發(fā)展要參照美國、德國和日本，構建適合國情的FGD技術體系和技術路線，加強技術和設備創(chuàng)新，實施綜合治理和推進清潔生產(chǎn)，走出自己的成功之路。

表5 國外的高新FGD技術

1 祁?，?產(chǎn)煤發(fā)達國家生產(chǎn)現(xiàn)狀及安全形勢分析[J].中國煤炭，2015，41(8)：140-143.

2 M.E.CnepKaq(俄羅斯).俄羅斯及世界各國煤資源分析[J].現(xiàn)代冶金，2014(1)：1-3.

3 王 麗，蔡春霞等.我國能源結構及電力供需簡析[J].能源環(huán)境保護，2014，28(2)：1-4.

4 鄒洋等.燃煤電廠煙氣脫硫技術最新進展[J].化工進展，2011，30(增刊)：702-708.

5 楊 飏.煙氣脫硫脫硝凈化工程技術與設備[M].北京：化學工業(yè)出版社，2013.5.

6 朝偉明等.對鈣法和有機胺法煙氣脫硫技術的研究探討[J].硅酸鹽通報，2016，35(1)：154-158.

7 蘆晴晴等.電化學技術脫除煤及煙氣中的含硫組分研究進展[J].化工進展，2009，28(10)：1849-1853.

8 李建隆等.離子液體脫除SO2技術的研究進展[J].化工進展，2011，30(2)：417-423.

9 賽俊聰，趙 明.NID工藝在燒結機中的應用[J].云南電力技術，2012，40(4)：1-3.

10 何 昆.一種燃煤鍋爐煙氣NOX-SO2合脫除新工藝的研究[D].北京交通大學，2012.

11 中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會脫硫脫硝委員會.我國脫硫脫硝技術的發(fā)展及應用[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2014(8)：18-21.

12 牛曼江.脫硫吸收塔增容改造過程中的安全管理實踐思路解析[J].大科技，2015(29)：96-97.

*董繼紅：講師。2004年畢業(yè)于西安建筑科技大學安全工程專業(yè)。研究方向化工設計與安全。聯(lián)系電話：13515130400，E-mal:65490463@qq.com。

2017-07-11)