淺談燃煤電廠煙氣脫硫技術(shù)及其主要工藝

薛虎冬

摘要：煙氣脫硫技術(shù)具有成本低、處理量大、效率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用在燃煤電廠中，燃煤電廠通過應(yīng)用煙氣脫硫技術(shù)來控制二氧化硫的排放量。煙氣脫硫技術(shù)有很多種，不同的煙氣脫硫技術(shù)有不同的特點(diǎn)，燃煤電廠應(yīng)結(jié)合企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營情況，選擇合適的煙氣脫硫技術(shù)，最大程度地控制二氧化硫排放量，提高燃煤電廠的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠;煙氣脫硫;工藝

引言：

近年來，我國二氧化硫污染相當(dāng)嚴(yán)重，已成為世界上二氧化硫污染最嚴(yán)重的國家之一。由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)方面的原因，我國二氧化硫的排放一直處于失控狀態(tài)，排放量呈逐年上升趨勢，酸雨面積逐年擴(kuò)大，對生態(tài)系統(tǒng)、建筑材料、農(nóng)業(yè)和人體健康等方面構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。2019年全國二氧化硫排放總量達(dá)2500萬t，居世界第一！其中，火電廠二氧化硫排放量占全國總排放量的一半以上。我國的能源構(gòu)成以煤炭為主，其消費(fèi)量占一次能源總消費(fèi)量的70%左右，這種局面在今后相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)不會(huì)改變。因此抓住電力工業(yè)二氧化硫排放這一主要問題并加大治理力度，在很大程度上可緩解我國二氧化硫排放失控的狀態(tài)。

一、燃煤電廠煙氣脫硫工作原理

據(jù)環(huán)保部門的資料顯示，2014年我國燃煤電廠的二氧化硫排放量超過1500萬噸，煤炭消耗量約9.3億噸。當(dāng)前，燃煤電廠排放二氧化硫主要分為三個(gè)階段：燃燒前、燃燒中和燃燒后，而燃燒后階段的脫硫是燃煤電廠控制二氧化硫排放量最有效的方式，這種脫硫技術(shù)在國外很多發(fā)達(dá)國家應(yīng)用也比較廣泛。燃煤電廠煙氣脫硫方法主要有濕法煙氣脫硫、半干法煙氣脫硫、干法煙氣脫硫。燃煤電廠煙氣脫硫工作原理主要是利用堿性物質(zhì)和酸性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，二氧化硫是酸性物質(zhì)，和堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后生成硫酸鹽或者亞硫酸鹽，以此從煙氣中脫除二氧化硫。燃煤電廠煙氣脫硫技術(shù)主要采用的堿性物質(zhì)有海水、氨氣、氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈣等。在堿性物質(zhì)濕潤表面上和二氧化硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)稱為半干法或者干法煙氣脫硫技術(shù)，在堿性溶液中堿性物質(zhì)和二氧化硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)稱為濕法煙氣脫硫技術(shù)。

二、燃煤電廠煙氣脫硫技術(shù)

（一）濕法煙氣脫硫技術(shù)

第一種，石膏法/石灰石煙氣脫硫技術(shù)的脫硫劑主要采用石灰石漿液，在吸收塔裝置中洗滌噴淋煙氣，二氧化硫和石灰石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成亞硫酸鈣，并且將空氣鼓入吸收塔漿液中，使亞硫酸鈣發(fā)生氧化轉(zhuǎn)化為硫酸鈣，這種煙氣脫硫技術(shù)生成石膏，同時(shí)，石灰石性價(jià)比較高，容易保存和運(yùn)輸，在濕法煙氣脫硫技術(shù)中應(yīng)用廣泛。當(dāng)前，燃煤電廠在條件允許情況下會(huì)優(yōu)先選擇這種煙氣脫硫技術(shù)。石膏法/石灰石煙氣脫硫技術(shù)在應(yīng)用中具有以下優(yōu)點(diǎn)：石灰石材料來源廣，價(jià)格便宜;脫硫效率高;脫硫設(shè)備運(yùn)行效率高。燃煤電廠應(yīng)用石膏法/石灰石脫硫工藝，需要設(shè)置脫硫劑漿液生產(chǎn)系統(tǒng)、吸收塔脫硫系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)等，因此采用這種煙氣脫硫技術(shù)也存在一些缺點(diǎn)，如脫硫廢水處理困難、脫硫設(shè)備存在嚴(yán)重的腐蝕和磨損、整個(gè)煙氣脫硫的一次性投資費(fèi)用較高。第二種，海水洗滌法。海水洗滌脫硫是利用海水的堿度達(dá)到脫除煙氣中二氧化硫的一種脫硫方法。在脫硫吸收塔內(nèi)，大量海水噴淋洗滌進(jìn)入吸收塔內(nèi)的燃煤煙氣，煙氣中的二氧化硫被海水吸收而除去，凈化后的煙氣經(jīng)除霧器除霧、經(jīng)煙氣換熱器加熱后排放。吸收二氧化硫后的海水與大量未脫硫的海水混合后，經(jīng)曝氣池曝氣處理，使其中的亞硫酸根離子被氧化成為穩(wěn)定的硫酸根離子，并使海水的PH值與COD調(diào)整達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排放大海。海水脫硫工藝一般適用于靠海邊、擴(kuò)散條件較好、用海水作為冷卻水、燃用低硫煤的電廠，裝置處理容量僅占濕法的2.2%。海水洗滌法法具有技術(shù)成熟、工藝簡單、系統(tǒng)運(yùn)行可靠、脫硫效率高和投資運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，特別適用于沿海地區(qū)的燃中、低硫煤的電廠。在加入熟石灰進(jìn)行強(qiáng)化脫硫后，海水洗滌法的脫硫率可達(dá)到98%以上。除了地域局限性大外，此種工藝最大問題是煙氣脫硫后可能產(chǎn)生的重金屬沉積和海洋環(huán)境的影響需要長時(shí)間的觀察才能得出結(jié)論，因此在環(huán)境質(zhì)量比較敏感和環(huán)保要求較高的區(qū)域需慎重考慮。

（二）半干法/干法煙氣脫硫技術(shù)

第一種，旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法。旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法主要是基于噴霧干燥原理，在吸收塔中噴入霧化的吸收劑漿液，使二氧化硫和吸收劑在吸收塔中快速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，燃煤電廠煙氣的熱量促使吸收劑水分快速蒸發(fā)干燥，最后脫硫反應(yīng)產(chǎn)生干態(tài)的廢渣。燃煤電廠應(yīng)用旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法進(jìn)行煙氣脫硫需要經(jīng)過四個(gè)步驟：第一，制備吸收劑;第二，霧化吸收劑漿液;第三，使煙氣和霧粒充分混合，吸收二氧化硫;第四，排出脫硫廢渣。旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣脫硫主要采用生石灰作為吸收劑，經(jīng)過熟化后生成熟石灰，轉(zhuǎn)速高達(dá)18000～20000r/min的旋轉(zhuǎn)霧化器將熟石灰漿液均勻的噴射為霧滴，形成較大的表面積，煙氣和霧滴接觸后發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)和熱交換反應(yīng)，快速蒸發(fā)大部分水分，產(chǎn)生固體灰渣。這種煙氣脫硫技術(shù)運(yùn)行費(fèi)用和投資低、系統(tǒng)設(shè)置比較簡單，不會(huì)出現(xiàn)堵塞或者結(jié)垢，通過合理控制煙氣溫度不會(huì)對脫硫設(shè)備產(chǎn)生較大腐蝕。第二種，爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化法。爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化法主要是在燃煤電廠的除塵器間和空氣預(yù)熱器上安裝一個(gè)活化反應(yīng)器，通過噴水增濕，加快脫硫反應(yīng)，這種煙氣脫硫效率較高，在脫硫生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用和投資方面具有較大優(yōu)勢。同時(shí)，活化器安裝不會(huì)影響燃煤電廠機(jī)組的正常運(yùn)行，也比較適用于老電廠和中小容量機(jī)組的改造。

（三）新興脫硫法

微生物脫硫法，常用的煙氣脫硫技術(shù)通常需要額外的物質(zhì)和能量投入，而且往往產(chǎn)生大量的廢棄物，因此，生物過濾和微生物煙氣脫硫作為最環(huán)保、最有前途脫硫技術(shù)之一逐漸受到重視。在微生物脫硫過程中，氧化態(tài)的污染物如二氧化硫、硫酸鹽、亞硫酸鹽及硫代硫酸鹽經(jīng)過微生物的還原作用生成單質(zhì)硫而被去除。

三、煙氣脫硫工藝選擇

電力行業(yè)在選擇煙氣脫硫工藝時(shí)要能夠遵循安全可靠、有效經(jīng)濟(jì)、資源節(jié)約、綜合利用率高等原則來因地制宜選擇性價(jià)比最高的工藝。燃煤電廠在對脫硫工藝進(jìn)行選擇時(shí)需要能夠從經(jīng)濟(jì)、環(huán)保以及技術(shù)等不同的指標(biāo)來入手，盡可能選擇技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠、先進(jìn)、脫硫效率高、操作簡單、占地面積小、投資小、工藝過程簡單、無二次污染、自動(dòng)化水平高的工藝。針對燃煤發(fā)電機(jī)組而言，要能夠達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)，并且考慮以下問題。首先，針對容量超過200MW、含硫量超過1%煤種的機(jī)組，在占地面積不受到限制的前提下，所建設(shè)的煙氣脫硫設(shè)施要能夠考慮石灰石—石膏濕法脫硫方法;其次，在燃用含硫量低于1.5%的煤種海濱電廠，當(dāng)海水堿度達(dá)到工藝要求、海域環(huán)境影響評價(jià)順利通過相關(guān)部門的審核之后，在通過全面經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較之后，這時(shí)候就可能考慮到海水法脫硫方法;最后，針對100到200MW機(jī)組經(jīng)過脫硫改造之后，煙氣循環(huán)流化床技術(shù)為首選，包括NID、LIFAC、SDA等成熟技術(shù)。

結(jié)束語

隨著環(huán)境保護(hù)逐漸成為大眾關(guān)注的焦點(diǎn)，限制二氧化硫排放量法律法規(guī)也越來越嚴(yán)格，作為二氧化硫排放大戶的燃煤電廠整治勢在必行。脫硫工程是火電廠建設(shè)中一次性投資和持續(xù)性運(yùn)行投入最高的項(xiàng)目，科學(xué)的選擇合適的脫硫技術(shù)顯得尤為重要

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