雙堿法脫硫與CFB 煙氣脫硫在燃煤電廠中的比選

李陽 慧明

0 引言

隨著人民生活水平提高，全球對環境保護意識更加明確，世界各國都加強了環保綜合治理力度，而我國更是能源大國，對環保治理逐步走上規范化管理快車道[1]。國務院于2007年5月23日下發了由發展改革委會同有關部門制定的《節能減排綜合性工作方案》，明確提出要推動燃煤電廠二氧化硫治理工程，并加強煙氣脫硫設施運行監管。新建電廠必須配套脫硫設施，老電廠要通過改造新增脫硫設置，因此，綜合分析脫硫效率和投資運行費用，選擇一項合適的脫硫工藝對于電廠來說也顯得格外重要。本文通過對目前應用較普遍的脫硫技術在脫硫工藝、應用范圍、脫硫效率、投資和運行費用等方面的綜合分析，為企業選擇一種合適的脫硫技術提供了參考[2]。

1 煙氣脫硫技術概況

目前，世界上煙氣脫硫的方法已達100多種，工業上應用的方法也約有20種之多。其中濕法脫硫技術應用約占整個工業化脫硫裝置的85%，而濕式石灰石/石灰法(又稱雙堿法)又占濕法的約80%，在當今技術中占主導地位。循環流化床(CFB)煙氣脫硫技術近幾年發展迅速，是一種適用于燃煤電廠的干法脫硫工藝，本文將就這兩種工藝在燃煤電廠中的應用做對比。

2 脫硫工藝流程及脫硫原理

2.1 雙堿法脫硫技術

煙氣經電除塵器除塵后，通過增壓風機、煙氣換熱器(GGH)(可選)降溫后進入吸收塔。在吸收塔內煙氣向上流動且被向下流動的循環漿液以逆流方式洗滌。循環漿液則通過噴漿層內設置的噴嘴噴射到吸收塔中，以便脫除SO2，SO3，HCl和HF，與此同時在“強制氧化工藝”的處理下反應的副產物被導入的空氣氧化為石膏(CaSO4·2H2O)，并消耗作為吸收劑的石灰石。循環漿液通過漿液循環泵向上輸送到噴淋層中，通過噴嘴進行霧化，可使氣體和液體得以充分接觸。

在吸收塔中，石灰石與二氧化硫反應生成石膏，這部分石膏漿液通過石膏漿液泵排出，進入石膏脫水系統。在吸收塔出口，煙氣一般被冷卻到46℃～55℃左右，且為水蒸氣所飽和。通過GGH將煙氣加熱到80℃以上，以提高煙氣的抬升高度和擴散能力。最后，潔凈的煙氣通過煙道進入煙囪排向大氣。

雙堿法脫硫原理如下:

SO2+H2O—H2SO3吸收;

CaCO3+H2SO3—CaSO3+CO2+H2O中和;

CaSO3+1/2O2—CaSO3氧化;

CaSO3+1/2H2O—CaSO3·1/2H2O結晶;

CaSO4+2H2O—CaSO4·2H2O結晶;

CaSO3+H2SO3—Ca(HSO3)2pH控制。

同時煙氣中的HCl，HF與CaCO3的反應，生成CaCl2或CaF3。吸收塔中的pH值通過注入石灰石漿液進行調節與控制，一般pH值在5.5～6.2之間。

2.2 CFB煙氣脫硫技術

CFB煙氣脫硫技術脫硫劑用的是生石灰。脫硫工藝的脫硫過程是在吸收塔內完成的。生石灰粉(或小顆粒)經制漿系統摻水、攪拌、消化后制成具有很好反應活性的熟石灰Ca(OH)2漿液，制成后的吸收劑漿經泵送至吸收塔上部，由噴嘴或旋轉噴霧器將石灰漿吸收液均勻地噴射成霧狀微粒，這些霧狀石灰漿吸收液與引入的含二氧化硫的煙氣接觸，發生強烈的物理化學反應，低濕狀態的石灰漿吸收液吸收煙氣中的熱量，大部分水分汽化蒸發，變成含有少量水分的微粒灰渣，在石灰漿吸收液吸熱的同時，吸收煙氣中的二氧化硫[3]。

CFB煙氣脫硫技術的脫硫原理是Ca(OH)2粉末和煙氣中的SO2和幾乎全部的SO3，HC1，HF等酸性氣體，在Ca(OH)2粒子的液相表面發生反應，反應如下:

Ca(OH)2+2HC1—CaCl2+2H2O

Ca(OH)2+2HF—CaF2+2HO

Ca(OH)2+SO3—CaSO4+H2O

Ca(OH)2+SO2—CaSO+H2O

Ca(OH)2+SO2+1/2O2—CaSO4+H2O

它以CFB為原理，通過物料在反應塔內的循環和高倍率的外循環，形成含固量很高的煙氣流化床，從而強化了脫硫吸收劑顆粒之間、煙氣中SO2，SO3，HCl，HF等氣體與脫硫吸收劑間的傳熱傳質性能，將運行溫度降低到露點附近，并延長了固體物料在反應塔內的停留時間，提高了SO2與脫硫吸收劑間的反應效率、吸收劑的利用率和脫硫效率。

3 雙堿法脫硫與CFB煙氣脫硫優劣比較

以100 MW機組脫硫改造為例進行具體分析，對雙堿法脫硫和CFB煙氣脫硫技術進行比較，具體數據見表1。

3.1 雙堿法脫硫

3.1.1 優點

1)系統穩定可靠，氣液接觸充分，具有高脫硫率和高除塵率，一般可達95%以上，工業化應用廣泛;2)煙氣處理量大，煤種適應性強，對高硫煤、大容量機組優勢突出;3)適用于各種容量機組，對負荷變化能做出快速響應，適應性強，檢修維護簡單;4)吸收劑廉價、易得且利用率高達90%，鈣硫比一般在1.03左右。

表1 雙堿法脫硫和CFB煙氣脫硫技術對比結果

3.1.2 缺點

1)GGH易結垢、堵塞和腐蝕。GGH結垢、堵塞使得凈煙氣排放溫度達不到設計要求，并對下游設施造成腐蝕，同時，使系統水耗和電耗增加，甚至可能造成分機喘振，影響主機的安全運行;2)pH值控制不好，將影響系統化學反應速度和加劇對吸收塔的腐蝕;3)吸收塔液位控制太高或太低將影響脫硫效率。吸收塔液位太低將縮短煙氣與漿液的反應時間;而液位太高，將制約除霧器及GGH的沖洗;4)對褐煤和煙煤的脫硫石膏必須進一步進行處理方可利用，這將使得濕法脫硫裝置的投資費用有所增加。同時，隨著該裝置的不斷投入運行，脫硫石膏的產量將相應增加。例如目前德國市場上的石膏原料75%由火電廠提供，脫硫石膏將逐步替代天然石膏，并且有過剩的可能。中國目前已有數臺石灰石/石膏濕法脫硫裝置投入運行，但生產的脫硫石膏由于含雜質和水分不符合要求而無法利用。為使脫硫石膏可以利用需投入一筆建設費用，根據國外的有關資料，此費用比拋棄石膏的費用高30%左右。另外，石灰石/石膏法脫硫裝置宜用于擁有石灰石資源且缺乏天然石膏資源的地區，否則會增加脫硫裝置的投資費用、運行費用，減少脫硫副產品的收益。

總結:與CFB煙氣脫硫技術相比，雙堿法石灰石消耗量極大。設備建設成本高，運行費用高，設備龐大，占地面積需要量大。

3.2 CFB煙氣脫硫技術

3.2.1 工藝優點

1)流化床吸收塔內具有優良的傳質傳熱條件，使塔內的水分迅速蒸發，并且可脫除幾乎全部的SO3，煙氣溫度高于露點20℃以上，可確保吸收塔及其下游設備不會產生腐蝕。吸收塔及其下游設備不會產生粘結和堵塞，也不會產生腐蝕;2)由于脫硫劑的利用率高，它所產生的脫硫副產物排放量少。副產品綜合利用價值高，無廢水排放等二次污染;3)塔內完全沒有任何運動部件和支撐桿件，操作氣速合理，塔內磨損小，沒有堆積死角，設備使用壽命長、檢修方便;4)在煤的含硫量增加或要提高脫硫效率時，無需增加任何設備，僅增加脫硫劑就可以滿足要求;5)能夠脫除SO3，HCl，HF等，增加活性碳粉，還可以脫出二惡英;6)工程投資少，占地面積小。

總結:CFB法煙氣脫硫技術具有技術成熟可靠、脫硫劑利用率高、脫硫效率高、運行穩定、運行費用低、無結垢堵塞現象等優點，適合新老機組，特別是中、小機組煙氣脫硫改造。

3.2.2 缺點

1)由于噴漿或噴水與流化床料接觸不均勻，塔壁易結垢;2)為維持流化料床的穩定，需要保持一定的流速，導致負荷適應性差，易塌床;

3)終產物亞硫酸鈣穩定性差，暴露在大氣中易分解SO2到大氣中，如不能找到綜合利用的途徑，需要集中填埋。

4 結語

通過對比分析可以看出，CFB法煙氣脫硫技術系統簡單、運行費用低、無結構堵塞現象、單位投資較小、建設周期短、占地面積小，適合于老機組沒有預留脫硫設施的改造。

雙堿法脫硫技術可處理大煙氣量且具有適用煤種廣，脫硫效率高、運行穩定。但建設成本高，運行費用高，設備龐大，占地面積大。

作為現代燃煤電廠的重要環保設施，脫硫系統的重要性日益突出，脫硫系統投運與否、是否同步、是否穩定運行，已經受到社會和政府職能部門越來越多的關注。因此，脫硫工藝的選擇成為脫硫設施運行穩定與否的前提。各火電廠可根據企業自身特點結合本文結論，合理選擇脫硫工藝，為火電廠脫硫系統運行的可靠性、經濟性、穩定性提供參考依據。

[1]紀 煜，王景斌.電廠濕法脫硫運行中存在問題及解決辦法[J].內蒙古石油化工，2010(10):12-15.

[2]張君杰.脫硫技術在火電廠的應用分析[J].環境科學與管理，2009(34):8.