探討火電廠脫硫節(jié)能降耗技術(shù)應(yīng)用

鄭帆

（百色百礦發(fā)電有限公司，廣西百色 533000）

0 引言

火力發(fā)電是我國電力行業(yè)發(fā)展的重要組成，火力發(fā)電形式中重要能源物質(zhì)是煤炭。隨著煤炭發(fā)電事業(yè)的發(fā)展，越來越多的二氧化硫排放到大氣當(dāng)中，給各地區(qū)自然環(huán)境和生態(tài)保護(hù)，造成了極大的負(fù)面化影響。為進(jìn)一步減少二氧化硫的排放量，火電廠往往需要脫硫技術(shù)，提前對二氧化硫危害物質(zhì)進(jìn)行處理。在整個(gè)脫硫過程中，對于能源能量的損耗，對于火電廠生產(chǎn)成本的增加，都是十分巨大的。唯有做好火電廠脫硫節(jié)能降耗技術(shù)改進(jìn)更新，才可以保證火電廠生產(chǎn)效益。

1 火電廠脫硫節(jié)能降耗的重要性

我國地大物博物產(chǎn)豐富資源能源分布廣泛，煤炭資源是我國重要的資源能源物質(zhì)。從各地區(qū)煤炭資源利用來看，大部分的煤炭資源，往往是被用來發(fā)電。煤炭發(fā)電在我國電力行業(yè)發(fā)展中，占據(jù)著極為重要的地位。然而，煤炭資源發(fā)電屬于火力發(fā)電類型，火力發(fā)電不可避免會(huì)帶來二氧化硫污染問題。根據(jù)國家相關(guān)部門數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020 年我國廢氣中二氧化硫排放量為11.69 萬t。以煤炭資源為主導(dǎo)的火力發(fā)電，對于自然環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的破壞是極為嚴(yán)重的。火力發(fā)電廠脫硫環(huán)節(jié)，往往會(huì)伴隨著大量的能源能量消耗，會(huì)直接增加火力發(fā)電廠的生產(chǎn)成本。由此而來，我國各地區(qū)發(fā)力發(fā)電廠，都在進(jìn)行脫硫節(jié)能降耗技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用，想方設(shè)法做好二氧化硫物質(zhì)的處理。可持續(xù)發(fā)展時(shí)代背景下，加強(qiáng)對火電廠脫硫節(jié)能降耗技術(shù)應(yīng)用的研究，有著重要的時(shí)代價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義[1]。實(shí)現(xiàn)火電廠脫硫節(jié)能降耗目標(biāo)，可以極大程度上促進(jìn)市場經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)和可循環(huán)發(fā)展，更好地促進(jìn)自然資源利用和生態(tài)環(huán)境維護(hù)，同時(shí)還可以極大降低火力發(fā)電企業(yè)電力生產(chǎn)成本，促進(jìn)火力發(fā)電企業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

2 火力發(fā)電廠脫硫現(xiàn)狀

以煤炭資源為重要能源物質(zhì)的火力發(fā)電形式，不可避免的會(huì)帶來二氧化硫污染物。而二氧化硫污染物，則是加重各地區(qū)酸雨危害的罪魁禍?zhǔn)祝歉鞯貐^(qū)水污染和大氣污染的主要污染源頭。無論是水污染、大氣污染，還是酸雨污染和危害，都會(huì)對區(qū)域內(nèi)各種動(dòng)植物帶來巨大危害。例如，以二氧化硫?yàn)橹饕镔|(zhì)的酸雨不僅會(huì)腐蝕建筑物，而且還會(huì)給綠地植被帶來毀滅性打擊，甚至?xí)苯訉?dǎo)致區(qū)域性生物物種減少，破壞土壤的正常酸堿度，造成土壤肥力的大量流失，最后會(huì)為各地區(qū)廣大基層群眾的生產(chǎn)和生活、為人類的生存和生活環(huán)境帶來直接性不良影響。與此同時(shí)，隨著酸雨破壞力的持續(xù)性提升，酸雨還會(huì)威脅到人們的身體健康，例如，刺激人們的眼角膜、刺激人們的呼吸道，甚至?xí)T發(fā)人們的呼吸道感染、眼角膜炎及慢性咽炎等疾病，極其不利于人們的身體健康和安全。

在我國發(fā)電事業(yè)發(fā)展中，火力發(fā)電在我國電力供應(yīng)中，占比超過了50%。通過火電廠脫硫節(jié)能降耗技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，每年可以節(jié)約近4000t 標(biāo)準(zhǔn)煤，而且還可以減排二氧化硫近6 萬t。隨著新時(shí)期火電廠脫硫節(jié)能降耗技術(shù)創(chuàng)新，我國各地區(qū)在火電廠脫硫技術(shù)應(yīng)用方面取得了巨大的進(jìn)步[2]。例如，爐內(nèi)噴鈣尾部煙氣增濕活化法、脫硫除塵一體化法、煙氣循環(huán)流化床法、石灰石-石膏法、半干法、海水脫硫法、活性焦吸附法等，都可以取得良好的節(jié)能減排效果，取得巨大的社會(huì)效益。

3 當(dāng)前我國火電廠脫硫工藝中重點(diǎn)考慮的問題

從全世界范圍來看，我國的火電廠脫硫工藝起步較晚，大約是在20 世紀(jì)60、70 年代開始，我國各地區(qū)火力發(fā)電廠，已經(jīng)開始陸續(xù)進(jìn)行煙氣脫硫設(shè)備引進(jìn)。從目前來看，當(dāng)前我國火電廠脫硫工藝中考慮的問題較多，其中重點(diǎn)的核心問題主要是以下兩個(gè)。

（1）對于火力發(fā)電廠而言，則更加看重的是脫硫的成本問題和電力產(chǎn)品的產(chǎn)出問題。目前各地區(qū)的火力發(fā)電廠，其建廠成本極高，而且運(yùn)營成本也較高。一旦安裝上了煙氣脫硫裝置，則會(huì)進(jìn)一步提高了火力發(fā)電廠成本，大大減低了火力發(fā)電廠企業(yè)盈利效益。同時(shí)，各地區(qū)在脫硫技術(shù)當(dāng)中，更多使用濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)和旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫技術(shù)。此類脫硫技術(shù)相對簡單容易操作，但脫硫品質(zhì)也較低。對于火力發(fā)電廠而言，提前考慮電力產(chǎn)品出路問題，也是必要的運(yùn)營考慮方向和途徑[3]。

（2）我國早期的煙氣脫硫技術(shù)，最早是由國外進(jìn)行引進(jìn)而逐漸發(fā)展起來的。煙氣脫硫技術(shù)在實(shí)現(xiàn)本地化過程中，需要進(jìn)一步提高煙氣脫硫效率。對此，本地化的煙氣脫硫技術(shù)，需要及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新發(fā)展應(yīng)用。通過新型和現(xiàn)代化脫硫技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，可以進(jìn)一步減少脫硫設(shè)備的投資成本，進(jìn)而降低火力發(fā)電廠的脫硫和能耗成本。

4 火電廠脫硫節(jié)能降耗主要技術(shù)與改進(jìn)對策

進(jìn)入21 世紀(jì)以來，我國二氧化硫的排放總量目前依然在不斷增加。而火電廠的二氧化硫排放總量在全國總排放量中所占比例也不斷增加?？沙掷m(xù)發(fā)展時(shí)代背景下，加強(qiáng)火電廠煙氣脫硫排放的管理和脫硫技術(shù)提升是十分必要的?，F(xiàn)階段，我國火電廠脫硫工藝主要包括濕法脫硫工藝、干法脫硫工藝和半干法脫硫工藝3 種主要類型。3 種主要類型中的細(xì)化脫硫技術(shù)形式如表1 所示。

表1 我國火電廠主要脫硫工藝技術(shù)羅列

4.1 濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)

4.1.1 濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)原理

濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)具有脫硫率高、適應(yīng)性好和裝置運(yùn)行可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)。濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)的基本運(yùn)作原理如下：該工藝直接利用吸收塔進(jìn)行脫硫加工，使得煙氣中的二氧化硫，直接與吸收液中的石灰石進(jìn)行反應(yīng)，形成亞硫酸鈣顆粒，從而實(shí)現(xiàn)脫硫目的。濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)的主要化學(xué)反應(yīng)公式具體如下：

4.1.2 濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫系統(tǒng)工藝流程

濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫系統(tǒng)主要由石膏脫水系統(tǒng)、漿液制備系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、吸收氧化系統(tǒng)以及排放系統(tǒng)等組成。該工藝設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用低，運(yùn)行過程穩(wěn)定且脫硫效率較高，是目前在全國范圍內(nèi)，都普遍應(yīng)用的脫硫技術(shù)。濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)主要是以石灰和石漿料為原材料，對火電廠塔內(nèi)煙氣進(jìn)行吸收和洗滌，在煙氣的不斷篩選和洗滌中，逐漸起到二氧化硫祛除的作用。采取濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)時(shí)，需要注意以下事項(xiàng)：對于粉塵煙氣要自上而下吸入塔內(nèi)，避免出現(xiàn)煙氣吸入倒置現(xiàn)象；要將二氧化硫與石灰漿和石灰進(jìn)行連鎖化學(xué)反應(yīng)，使得反應(yīng)所得到的硫化物，可以直接沉淀到池底當(dāng)中。所沉淀的硫化物往往具有水壓硫酸鈣，操作過程中很容易形成塵垢不好處理[4]。操作人員要對塵垢及時(shí)進(jìn)行人工消除處理，保證硫化物聚集的順暢性。濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)的節(jié)能降耗價(jià)值主要體現(xiàn)在：①高速氣流設(shè)計(jì)加強(qiáng)了物質(zhì)傳遞能力，降低了脫硫系統(tǒng)成本和能耗。②該工藝還實(shí)現(xiàn)了壓降和二氧化硫祛除之間的關(guān)系平衡，使得脫硫系統(tǒng)反應(yīng)效率更高。③該工藝運(yùn)行過程中所得到的脫硫副產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)回收二次利用，大大提高了環(huán)保和節(jié)能效果。

4.1.3 濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)節(jié)能措施

為進(jìn)一步提高濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)的節(jié)能降耗效率，該技術(shù)的應(yīng)用可以從如下角度入手。

（1）可以減少吸收塔循環(huán)泵運(yùn)行臺數(shù)。一般火電廠FGD 設(shè)計(jì)裕量較大，可以保證3 臺吸收塔循環(huán)泵運(yùn)行，脫硫效率往往可以達(dá)到90%以上。而部分地區(qū)的火電廠，對FGD 性能進(jìn)行考核時(shí)，通過2 臺吸收塔循環(huán)泵運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其脫硫率可以達(dá)到95%以上。通過適當(dāng)減少吸收塔循環(huán)泵運(yùn)行，可以在一定程度上提高脫硫率，而且還降低企業(yè)電費(fèi)和其他運(yùn)營費(fèi)用支出，達(dá)到極好的節(jié)能降耗目的。

（2）對FGDT 藝術(shù)源進(jìn)行改造。濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝中，維持FGDT 正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要消耗大量的工藝水。除10%左右的工藝水被石膏直接帶走外，其余全部通過煙囪排入大氣當(dāng)中[5]。通過進(jìn)行FGDT 藝術(shù)源改造，設(shè)計(jì)安裝變頻調(diào)速泵，在降低泵的電耗量同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對FGDT 工藝用水的改造，實(shí)現(xiàn)對冷卻水的回收在利用，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

（3）采取品質(zhì)較好且可磨系數(shù)較低的石灰石。通過選取品質(zhì)較好且可磨系數(shù)較低的石灰石，可以降低石灰石磨性單耗，同時(shí)也可以減少脫硫劑的使用量，降低了濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝的運(yùn)行成本。

4.2 回流式循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)

回流式循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)的脫硫工藝和脫硫形成與濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)極為相似。主要操作要點(diǎn)如下：對沒有進(jìn)行處理的煙氣回收，將煙氣直接輸送到回收塔當(dāng)中，在來回循環(huán)中實(shí)現(xiàn)煙氣加速處理，進(jìn)而形成流化床，使得灰粉末與二氧化硫之間形成摩擦，加速化學(xué)反應(yīng)效率。與此同時(shí)，對于形成的流化床，要快速降低其反應(yīng)的溫度，使得煙體中的顆粒物和二氧化硫進(jìn)行反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)顆粒物分離，以此來凈化煙氣。對于凈化好的煙氣可以直接排放到空氣中，實(shí)現(xiàn)對空氣環(huán)境的保護(hù)和凈化。回流式循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)，操作形式相對簡單，是目前在全國各地區(qū)火力發(fā)電廠脫硫技術(shù)中比較常用選擇[6]。

4.3 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫技術(shù)

旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫技術(shù)的基本脫硫原理是將石灰石當(dāng)做硫化劑進(jìn)行使用，通過石灰石使用中形成的煙氣，來實(shí)現(xiàn)脫硫目的。旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫技術(shù)使用之前，要提前對石灰石進(jìn)行消化，并將其直接轉(zhuǎn)換為石灰漿。實(shí)際脫硫過程中，需要借助快速離心噴霧機(jī)，將石灰直接轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的噴霧，并與空氣中的二氧化硫發(fā)生反應(yīng)，從而形成具有固定性的物質(zhì)。然后，借助除塵器對顆粒物質(zhì)進(jìn)行收集，最終完成實(shí)際脫硫工作。旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫技術(shù)，目前使用效率極高，而且應(yīng)用極為成熟，技術(shù)操作范圍也極為廣泛。對于最終的物質(zhì)產(chǎn)物，可以直接拋灑到空氣當(dāng)中，不會(huì)對空氣產(chǎn)生二次污染和破壞，是極為成熟且效果極好的脫硫形式。

4.4 爐內(nèi)噴鈣與尾部增濕活化技術(shù)

此脫硫技術(shù)要保持燃煤鍋爐適當(dāng)?shù)臏囟龋谝欢囟惹疤嵯?，對粉狀石灰石進(jìn)行區(qū)域性噴灑。要在鍋爐后的煙道中，設(shè)置好對應(yīng)的活性化學(xué)反應(yīng)器，在反應(yīng)器出入口位置，也要進(jìn)行脫硫噴灑水操作。通過兩輪噴灑水環(huán)節(jié)操作，可以使得反應(yīng)器中的水蒸氣，與煙道中的煙氣進(jìn)行氧化鈣反應(yīng)，進(jìn)而生成氫氧化鈣物質(zhì)。這種物質(zhì)不僅可以作為脫硫使用，而且還可以生成亞硫酸鈣，最終生成硫酸鈣。內(nèi)噴鈣與尾部增濕活化技術(shù)應(yīng)用時(shí)間較長久，在老機(jī)組投入改造中極為常見。

4.5 變頻器脫硫節(jié)能降耗技術(shù)

從火力發(fā)電廠整個(gè)脫硫系統(tǒng)來看，增壓風(fēng)機(jī)所消耗電量，可以占到整個(gè)電能消耗量的1/2 以上。由此可見，要想提高火電廠脫硫效率，可以從變頻器脫硫節(jié)能環(huán)節(jié)入手，極大提高節(jié)能降耗水準(zhǔn)。增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，往往需要采取節(jié)流調(diào)節(jié)形式，控制好風(fēng)機(jī)出入口風(fēng)量，從而改變管道的特性曲線。變頻調(diào)節(jié)過程中，主要是利用改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)速度調(diào)節(jié)作用。在變頻管道不變前提下，可以利用風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的冪次方與耗電量正比關(guān)系處理，可以得到良好節(jié)能降耗目的。

5 結(jié)語

綜上所述，在經(jīng)濟(jì)全球化以及國內(nèi)市場快速發(fā)展的今天，各行各業(yè)對于電力能源需求量日益增加。發(fā)展的同時(shí)，也需要保護(hù)自然環(huán)境和生態(tài)環(huán)境。我國具有極為豐富的煤炭資源，而且大部分的煤炭資源往往用來進(jìn)行火力發(fā)電。火力發(fā)電過程中不可避免會(huì)出現(xiàn)二氧化硫污染問題。在可持續(xù)發(fā)展理念下，唯有不斷更新火電廠脫硫節(jié)能降耗技術(shù)，提高火電廠脫硫效率和減少能源消耗量，才可以極大程度上降低火力發(fā)電成本，保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電事業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的雙贏目標(biāo)，促進(jìn)社會(huì)主義和諧社會(huì)宏偉藍(lán)圖的實(shí)現(xiàn)。