中國(guó)燃煤發(fā)電廠煙氣脫硫技術(shù)及應(yīng)用

唐標(biāo)

摘 要：由于我國(guó)的燃料結(jié)構(gòu)以煤為主，致使我國(guó)大氣污染仍以煤煙型污染為主。其中，粉塵和酸雨危害最大，污染程度仍在加大。因此，控制煤塵中的SO2對(duì)改善大氣污染具有重要意義。本文首先介紹了燃煤電廠煙氣脫硫的原理及相關(guān)脫硫技術(shù)，分析了燃煤發(fā)電廠煙氣脫硫技術(shù)的選擇，并探討了燃煤發(fā)電廠煙氣脫硫技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用策略。

關(guān)鍵詞：燃煤發(fā)電;煙氣脫硫;應(yīng)用策略

1 燃煤電廠煙氣脫硫的原理

煙氣脫硫的主要方法有干法煙氣脫硫、半干法煙氣脫硫和濕法煙氣脫硫?；瘜W(xué)反應(yīng)的酸、堿中和反應(yīng)是煙氣脫硫的基本原理。煙氣中的酸性物質(zhì)二氧化硫通過與堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成亞硫酸鹽或者硫酸鹽，從而將煙氣中的硫脫除。

2 燃煤發(fā)電廠煙氣脫硫技術(shù)

2.1 濕法煙氣脫硫技術(shù)

2.1.1 石灰石--石膏法

此種脫硫技術(shù)是燃煤發(fā)電廠煙氣脫硫處理最為成熟，并應(yīng)用最為廣泛的一種。石灰石--石膏脫硫系統(tǒng)包括煙氣系統(tǒng)、吸收氧化系統(tǒng)、漿液制備系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)及排放系統(tǒng)等，在進(jìn)行脫硫處理時(shí)，將石灰石作為吸收劑，對(duì)其進(jìn)行碾磨處理成為粉狀物后，與水拌合均勻成為漿液備用。在吸收塔內(nèi)，通入的生產(chǎn)煙氣中含有的SO2會(huì)與漿液中的碳酸鈣及從塔下鼓入的空氣產(chǎn)生氧化反應(yīng)生成硫酸鈣。在硫酸鈣達(dá)到一定飽和度后，最終會(huì)結(jié)晶形成二水石膏。經(jīng)上述處理后的煙氣會(huì)依次通過除霧器將其中含有的霧滴去除干凈，并利用加熱器加熱升溫，最終由增壓風(fēng)機(jī)從煙囪內(nèi)排出。另外，脫硫后副產(chǎn)物二水石膏經(jīng)過濃縮、脫水處理后，可得到脫硫渣石膏進(jìn)行再利用。

2.1.2 氨法煙氣脫硫技術(shù)

氨法煙氣脫硫技術(shù)的吸收劑采用氨水，在吸收塔中煙氣和氨水充分接觸，氨水和二氧化硫生成亞硫酸銨，然后經(jīng)過脫水、結(jié)晶、干燥等程序后生成硫酸銨。燃煤發(fā)電廠應(yīng)用氨法煙氣脫硫技術(shù)應(yīng)重點(diǎn)考慮硫酸銨的價(jià)格和效率，由于這種脫硫技術(shù)采用的氨水吸收劑價(jià)格相對(duì)較高，若硫酸銨的銷售價(jià)格低或沒有銷路，無法抵消氨水費(fèi)用，會(huì)嚴(yán)重影響燃煤發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益。不過，二氧化硫和氨水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的速度較快，無需將吸收劑再重新流入循環(huán)系統(tǒng)，因此這種煙氣脫硫系統(tǒng)的投資費(fèi)用較低，且沒有廢渣、廢水的排放。

2.1.3 海水濕法脫硫技術(shù)

海水通常呈堿性，當(dāng)SO2被海水吸收再經(jīng)過曝氣過程，便會(huì)被氧化為無害的硫酸鹽并完全溶于海水中。海水脫硫工藝主要由煙氣系統(tǒng)、供排海水系統(tǒng)、海水恢復(fù)系統(tǒng)等組成。其主要流程和反應(yīng)原理是，鍋爐排出的煙氣經(jīng)除塵器除塵后，由FGD系統(tǒng)增壓風(fēng)機(jī)送入氣--氣熱交換器的熱側(cè)降溫，然后送入吸收塔，在吸收塔中由來自循環(huán)冷卻系統(tǒng)的海水洗滌煙氣，洗滌煙氣后的海水含有較多的SO32-，不能直接排放到海水中，需經(jīng)過處理，使SO32-氧化為SO42-，并除去海水中的CO2，達(dá)標(biāo)后的海水排入大海，凈化后的煙氣經(jīng)氣--氣熱交換器升溫后，經(jīng)煙囪排入大氣。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：①采用天然海水作吸收劑，節(jié)省吸收劑制備系統(tǒng)，工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單;②吸收系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生結(jié)垢、堵塞等運(yùn)行問題，可用率高;③無脫硫灰渣生成;④脫硫效率高;⑤投資和運(yùn)行成本較低，通常比濕式石灰石-石膏法低1/3。但由于其吸收劑的特殊性，該工藝可考慮在沿海地區(qū)的燃煤電廠采用，且煤種含硫量<2%。

2.2 半干法/干法煙氣脫硫技術(shù)

2.2.1 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法

旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣脫硫技術(shù)的原理是：利用噴霧干燥的原理，將吸收劑漿液霧化噴入吸收塔。在吸收塔內(nèi)，煙氣中的二氧化硫與吸收劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)，吸收劑吸收煙氣中的熱量使水分蒸發(fā)掉。脫硫反應(yīng)完成后的廢渣以干態(tài)形式排出。旋轉(zhuǎn)噴霧煙氣反應(yīng)過程包括四個(gè)步驟：吸收劑制備→吸收劑漿液霧化→霧粒和煙氣混合，吸收二氧化硫并被干燥→廢渣排出。旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法的優(yōu)點(diǎn)為：系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備簡(jiǎn)單、投資成本低、運(yùn)行費(fèi)用低、占地面積小、運(yùn)行相當(dāng)安全可靠、煙氣脫硫率可達(dá)75%～90%、最終產(chǎn)物易于處理等。但與濕法相比，其脫硫效率略低。

2.2.2 爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化法（LIFAC法）

LIFAC法在空氣預(yù)熱器和除塵器間加裝一個(gè)活化反應(yīng)器噴水增濕，促進(jìn)脫硫反應(yīng)，脫硫效率可達(dá)75%～85%。LIFAC法比較適合中、低硫煤，其投資及運(yùn)行費(fèi)用具有明顯優(yōu)勢(shì)，較具競(jìng)爭(zhēng)力。另外，由于活化器的安裝對(duì)機(jī)組運(yùn)行影響不大，較適合中、小容量機(jī)組和老電廠的改造。此種工藝雖然具有投資與運(yùn)行費(fèi)用較低的優(yōu)勢(shì)，但其脫硫效率比濕法脫硫效率低。

2.2.3 電子束照射法脫硫技術(shù)

它是一種較新的脫硫工藝，其原理為在煙氣進(jìn)入反應(yīng)器前先加入氨氣，然后在反應(yīng)器中用電子加速器產(chǎn)生的電子束輻照煙氣，使水蒸汽與氧等分子激發(fā)產(chǎn)生氧化能力很強(qiáng)的自由基，這些自由基能使煙氣中的SO2和NOx很快氧化，產(chǎn)生硫酸與硝酸，再和氨氣反應(yīng)形成硫酸銨和銷酸銨。經(jīng)脫硫后的煙氣溫度高于露點(diǎn)，不需再熱系統(tǒng)，可直接排放。其主要特點(diǎn)為：①它是一種干法處理過程，不產(chǎn)生廢水、廢渣;②可同時(shí)脫硫、脫硝，具有90%以上的脫硫率和80%以上的脫硝率;③操作方便，過程易于控制;④對(duì)硫分和煙氣量的變化有較好地適應(yīng)性和負(fù)荷跟蹤性;⑤副產(chǎn)品硫酸銨和硝酸銨混合物可作化肥;⑥脫硫成本低。

3 燃煤發(fā)電廠煙氣脫硫技術(shù)的選擇

3.1 燃煤發(fā)電廠脫硫的條件

為了保障燃煤發(fā)電廠的脫硫效率，對(duì)機(jī)組具有一定程度的要求。首先在質(zhì)量上要保證過關(guān)，含塵量要控制在合適范圍內(nèi)，要保證漏風(fēng)率處在正常范圍內(nèi)，這其中任何一個(gè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題，都會(huì)對(duì)整個(gè)機(jī)組產(chǎn)生重要的影響。在建設(shè)工作中，場(chǎng)地和施工條件是燃煤發(fā)電廠脫硫工作中的關(guān)鍵條件。為了保證燃煤發(fā)電廠脫硫工作能順利進(jìn)行，需設(shè)置合理的脫硫裝置。在進(jìn)行脫硫裝置的布置工作中，要根據(jù)脫硫工作量的多少，按實(shí)際情況合理進(jìn)行裝置的布置工作，從而為脫硫技術(shù)的實(shí)施提供基礎(chǔ)保障。

3.2 燃煤發(fā)電廠脫硫的影響

在燃煤發(fā)電廠的脫硫技術(shù)應(yīng)用中，煙氣系統(tǒng)、鍋爐及機(jī)組等都會(huì)受到相應(yīng)的影響。脫硫技術(shù)不一樣，相關(guān)的設(shè)備受到的影響也會(huì)有所不同。在所有的脫硫技術(shù)中，濕法脫硫技術(shù)對(duì)設(shè)備影響最小，濕法脫硫技術(shù)中主要的工作部位處于除塵器的下游位置，對(duì)設(shè)備的其他位置影響就小。但濕法脫硫技術(shù)主要的影響位置是在煙道和煙囪，可能會(huì)存在腐蝕危害。另外，脫硫技術(shù)的應(yīng)用，能對(duì)機(jī)組產(chǎn)生不利影響，主要是因負(fù)荷的變化范圍較大，因此在確定脫硫技術(shù)后，為了保障相關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)能在很短時(shí)間內(nèi)適應(yīng)，需經(jīng)常進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的起停和熱沖擊工作，同時(shí)要保障系統(tǒng)具有良好的負(fù)荷跟蹤特性。在完成脫硫工作后，為了避免系統(tǒng)再出現(xiàn)問題，需對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)工作，針對(duì)設(shè)備中出現(xiàn)的故障情況，還需采取措施對(duì)其進(jìn)行維修和管理。

4 燃煤發(fā)電廠煙氣脫硫技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用策略

4.1 加大脫硫技術(shù)的自主創(chuàng)新

我國(guó)為了解決燃煤發(fā)電廠煙氣硫化物的污染問題，在燃煤發(fā)電廠的煙氣脫硫技術(shù)中投入了較多的資金，并注重對(duì)新型裝置與技術(shù)的研究與開發(fā)，不斷創(chuàng)新脫硫技術(shù)。為了使脫硫的成本降低，需對(duì)脫硫裝置進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)脫硫裝置而言，其所應(yīng)用的頻率較高，所以需盡量降低裝置損耗，讓脫硫裝置能更長(zhǎng)久的使用。這樣才能嚴(yán)格控制燃煤發(fā)電廠煙氣排放的硫化物含量，以此減輕燃煤發(fā)電廠煙氣對(duì)環(huán)境和空氣造成的污染。

4.2 自主研發(fā)脫硫裝置

我國(guó)燃煤發(fā)電廠的煙氣脫硫技術(shù)起步不是很早，所以目前尚且不具有自身先進(jìn)的燃煤發(fā)電廠煙氣脫硫技術(shù)。當(dāng)前，我國(guó)部分脫硫裝置是從國(guó)外引進(jìn)的，這給有關(guān)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生一定的制約，并嚴(yán)重污染了環(huán)境。因此，我國(guó)應(yīng)學(xué)習(xí)其他國(guó)家的脫硫技術(shù)，讓我國(guó)自己也能自主創(chuàng)出先進(jìn)的脫硫置，降低脫硫技術(shù)的成本，這樣才能減輕燃煤發(fā)電廠的煙氣對(duì)環(huán)境和空氣造成的污染。

總之，我國(guó)是一個(gè)能源消耗大國(guó)，同時(shí)我國(guó)的燃料組成結(jié)構(gòu)主要以煤炭為主，這樣在煤炭的燃燒過程中會(huì)有大量的SO2產(chǎn)生并排放到大氣中，使大氣中所含有的SO2超過標(biāo)準(zhǔn)，致使酸雨的出現(xiàn)。因此，需做好燃?xì)馀欧胚^程中SO2的脫硫工作，從而改善其對(duì)大氣的污染程度。

參考文獻(xiàn)：

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