論我國火電廠煙氣脫硫建設轉折與發展

魏志奇

同煤國電王坪發電有限責任公司，山西 朔州 038300

我國人口眾多，能源需求量大。目前我國能源以煤炭為主，發電取暖，每年都耗費大量煤炭，煤炭燃燒產生的SO2，是造成空氣污染的罪魁禍首。據統計資料顯示，空氣污染所造成的酸雨已危及24個省、市、自治區，如此嚴重的空氣污染，不僅僅關系到我國還會影響世界乃至子孫后代，對此我國政府給予高度重視，嚴格控制SO2和酸雨污染的發展，制定一系列相關的政策法規削減SO2排放量，減緩全球的溫室效應，控制大氣污染。減少排放，保護地球已經是全世界的話題，在我國保護大氣環境已成為目前及未來相當長時間內的重要任務。中央曾在《國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》明確提出五年內的SO2排放總量要比“十五”期間減少10 %。由此我們可以看到，控制SO2的排放量已經提到了中央政府工作主要日程上來了。SO2最大的排放單位是火電廠，火力發電要燃燒大量的煤炭，由此每年產生的煙塵、SO2量均名列第一，SO2占“兩控區”排放量的59 %以上，如此怵目驚心的數字，為我國火電廠煙氣脫硫產業化的發展提出了新課題，也為環保科研提出了新課題，開發和研究適合我國國情和實際情況的脫硫技術，迫在眉睫，如何卓有成效地控制燃煤煙氣排放的SO2量，是目前一個最焦點的問題，本文對此進行了論述。

1 我國控制SO2的排放情況

我國是以燃煤為主要能源的國家，早在1995年我國的煤炭消耗量為12.8億t，主要煤炭消費行業為火力發電廠。煤炭的耗量呈逐年增加趨勢，伴隨燃煤的煙塵排放，二氧化硫的排放量達2370萬t，已然成為SO2排放世界第一大國。據環保部門的數據報告，全國近2/3的城市SO2濃度超過國家環境質量二級標準，SO2的超標排放造成我國40%左右的地區受到酸雨污染。針對此情況，我國早在1996年就頒布了新《大氣污染防治法》，其中劃定酸雨控制區或者SO2控制區，在兩區內新建的火電廠必須燃用低硫煤，對不能燃用低硫煤的火電廠和其他大中型企業必須配套建設脫硫和除塵裝置，嚴禁沒有控制SO2措施的企業存在；對于舊有企業應采取控制SO2排放和除塵措施。由此除塵脫硫，已經上升到了法律的高度[1]。

1.1 控硫歷史

2006年，在我國的環保史上創造了一個第一，那就是SO2排放量達到歷史最高，之后的2007年成為SO2排放控制史上的一個標志年，從這一年開始，國家加大了控制力度，排放量將逐年下降。這一年國家環保部門公布的數據顯示上半年，全國SO2排放總量1263.4萬t，與2006年同期相比下降0.89%；而這種情況的出現并不是限制電廠生產取得的，而是在火電發電量增長18.3%的情況下，實現了SO2排放量同比下降5.2%好成績。分析其原因，是國家和企業的共同重視及努力，使得火電廠煙氣脫硫產業化得以快速發展，脫硫企業和脫硫技術如雨后春筍般茁壯成長，使得電力SO2控制水平提高了一截。電力煙氣脫硫的裝機容量2006年底約1.6億kW，發展到2007上半年達到約2億kW；而煙氣脫硫機組占煤電機組的比例逐年提高，到目前為止已高于美國30%的脫硫比例，正是靠業內人士的努力創造了脫硫的世界奇跡。發展到今天，全國新投運火電機組同步安裝并運行脫硫設施的裝機容量不斷上升，安裝比例達到85%以上，以前的老企業中基本按法規逐步加裝脫硫裝置。煤電企業的煙氣脫硫比例已經達到60%。走過的這一段脫硫輝煌路，與脫硫產業化的發展直接有關。

1.2 控硫現狀

回顧歷史，我們發現我國的控硫工作早在上世紀70年代中期，我國就已經開始了電力行業的控制SO2排放的實驗研究。在經過自主創新、引進先進技術、國外合作、示范試驗幾個階段后，加之政府環保部門在這方面施加的巨大壓力，我國脫硫行業產業化進程不斷得到推進，因此具有良好的產業化政策及市場經濟機制。短短幾年間，我國具有專業煙氣脫硫資質的公司就迅速增加到200多家，為我國的減排工作做出了重大貢獻。其中有1/4的公司技術、資金、人員實力達到了一定的規模，能夠承擔10萬kW及以上機組的煙氣脫硫工程。我國目前的脫硫產業化發展基本形成了產業化、規模化、系列化，在自主研發和引進技術的基礎上進行消化吸收再創新；脫硫設備國產化水平大大提高，脫硫設備、材料的國產化率已經達到90%以上；脫硫設施造價及運行成本大幅度降低，脫硫造價降低到每千瓦平均200元人民幣左右。

2 脫硫技術分類

應該說我國現在的脫硫技術經過前一個時期的發展，已經具備一套成熟的經驗，擁有了眾多的專業企業。技術日趨成熟是我國目前脫硫行業的進步，根據脫硫工藝和脫硫技術可分燃燒前、燃燒中和燃燒后脫硫3種[2]。

所謂燃燒前脫硫是指原煤洗選、煤氣化等脫硫技術。應用這種脫硫方法可將煤中含硫量降低1.5 %左右。但這種技術不論是對煤礦還是對于電廠，都是一種高成本運行，目前已很少采用此法。

所謂燃燒中脫硫是指常壓循環流化床、增壓循環流化床與爐內噴鈣等技術在煤炭燃燒中進行脫硫。前兩種技術下的脫硫屬于清潔煤燃燒技術。后一種技術單獨使用效率較低，一般與尾部加濕工藝聯合使用。

至于燃燒后脫硫是煙氣脫硫，包括濕法脫硫、噴霧脫硫、循環流化床脫硫、電子束脫硫、脫硫除塵等技術。

煙氣脫硫是目前世界唯一大規模商業化應用的脫硫方式，該技術可以有效控制SO2污染和酸雨的形成。

3 目前應用的脫硫技術

3.1 電子束氨法煙氣脫硫技術

工藝原理。該技術也稱CAEB-EPS技術，居國際先進水平，是利用高能電子束（0.8MeV ～1MeV）輻照煙氣，達到脫硫脫硝的目的。其工藝原理是把煙氣中的二氧化硫和氮氧化物轉化成硫酸銨和硝酸銨。對煙氣進行降溫增濕、加氨、電子束輻照和收集副產物是這種技術的主要工藝流程，通過這種技術讓煙氣除塵后通過冷卻塔增加煙塵的濕度、降低溫度，然后流經反應器時被電子束輻照產生多種活性基團，從而實現氧化煙氣中的SO2和NOx的目的；然后在反應器上游噴入氨與先期形成的酸發生反應，最后生成硫酸氨和硝酸氨微粒被副產物收集裝置收集。這兩種物質可以生產化肥和工業原料。該項技術的特點是脫硫方法經濟、運行操作簡便、負荷跟蹤能力強；脫硫效果好，能夠脫除煙氣中95%以上的二氧化硫和70%以上的氮氧化物；副產物無二次污染。CAEBE-PSP技術應用范圍廣，可在燃煤電站、化工、冶金、建材等行業應用。

3.2 脈沖電暈放電等離子體脫硫技術

該項技術的工作原理是利用脈沖電源產生的高電壓脈沖加在反應器電極之間產生強電場，通過形成的強電場電離部分煙氣分子，獲得能量后成為高能電子（5eV～20eV），繼而激活、裂解、電離其他煙氣分子，通過一系列的化學反應及變化，產生OH-、O2、H2O等多種活性粒子和自由基。最終能夠氧化為高階氧化物SO3、NO2，與煙氣中的H2O相遇后生成了（NH4）2SO4/NH4NO3的氣溶膠，再由收塵器收集。該項技術的特點是具有裝置簡單、運行成本低、有害污染物清除徹底，很適合我國企業應用。

3.3 石灰石/石膏濕法脫硫技術

這種脫硫方法是目前最成熟的煙氣脫硫技術，主要工作原理是水中溶解的石灰石離解產生OH-離子，最后中和生成H2O。采用石灰或石灰石乳濁液吸收煙氣中的SO2，化學反應后生成半水亞硫酸鈣或石膏。該項技術的優點在于脫硫效率高，可達到90%以上；吸收劑利用率高，可達90%，但不足之處是成本高且有二次污染發生。

3.4 濕法煙氣脫硫除塵一體凈化技術

該項技術的工作原理是濕法除塵，也就是讓煙塵充分與水接觸，在濕化的過程中加入脫硫劑，即除塵又脫硫，對煙氣進行洗滌。這個過程通過以下方式實現：

把含有脫硫劑的洗滌液霧化成細小液滴，噴灑到煙氣中；讓煙氣以氣泡形式通過吸收液層，與吸收液接觸進行洗滌；利用旋風水膜除塵器，文丘里水膜除塵器的慣性作用使煙氣與水膜接觸；利用靜電力與液膜接觸。濕式脫硫除塵器實際上是把煙氣中的二氧化硫進行一種化學吸收。這種技術目前應用的不多，主要是脫硫效率低，不徹底。

3.5 海水脫硫技術

該項技術使用的脫硫劑是海水。此技術在國外早已被廣泛應用，在吸收塔內煙氣中的二氧化硫被吸收生成亞硫酸根離子，使亞硫酸根離子通過和海水中的重碳酸根離子相互作用，進而生成二氧化碳，保持了pH值的穩定。經過曝氣池處理后的海水，亞硫酸根氧化生成穩定的硫酸根，從而保證恢復pH值到排放標準。經過洗滌液處理后的SO2以硫酸鹽形式進入海水，不會對海水造成污染。但日積月累后，里面的重金屬有可能會污染海底淤泥，也是我們應該考慮的問題。該項技術的使用是有一定條件限制的，首先是電廠要濱海，而且冷卻水采用的就是海水，這樣就可以利用低成本海水資源；其次是火電廠使用的是低硫煤；最后是位置遠離生活區，對海水質量要求較低，擴散條件較[3]。

4 濕法脫硫存在的問題

1）如何使除塵、脫硫效率同步提高問題。通過分析上述幾種濕法脫硫技術，我們發現脫除煙塵和二氧化硫吸收的氣液接觸面積是相同的，在煙氣中脫出含量很低的二氧化硫難度更大；

2）脫硫過程中的磨損、腐蝕、結垢問題。濕法脫硫加入鈣質脫硫劑過量，不可避免地發生磨損、腐蝕、結垢問題，破壞氣液的正常流動，造成通道阻塞，增加阻力；

3）脫硫過程中風機帶水問題。煙氣帶水引起引風機振動，清灰次數增多，濕法脫硫除塵一體進行激化了這個問題；

4）脫硫的污液處理問題。為了防止二次污染，洗滌液必須循環使用。如不及時加入脫硫劑，將使脫硫效率大大下降，還加劇了設備的腐蝕率。

5 采取的技術措施

采用濕法脫硫除塵器，主要還是強化洗滌凈化原理，發揚濕法脫硫的氣液接觸面積大、氣膜薄、氣泡小的優點，繼續加強二氧化硫擴散距離短，阻力小的技術研究。

同時，可以考慮通過選擇合適的空塔速度，減小氣膜、液膜厚度，強化傳質過程，可以利用填料，攪拌等措施來實現，從而達到增大氣液接觸面積的目的，強化氣流、液流的湍動。

另外針對洗滌液酸度易增高的情況，可以在洗滌液中加入可溶性堿性物質，發揮綜合輔助吸收的作用，增強液側的傳質阻力。

在設計濕法脫硫裝置時，對低負荷時脫硫除塵器性能的變化要給予充分考慮，關鍵處要強化輔助凈化技術，以便保證低負荷時，能夠確保脫硫除塵器具有穩定的凈化效果。

適當控制洗滌液的pH值，保持凈化器中洗滌液呈弱酸性，有利于防止結垢。注意脫硫裝置的防腐、耐磨，降低設備成本，延長設備使用壽命，所以要選擇合適的材料，即降低成本又符合脫硫要求。如選用耐酸水泥、玻璃鋼、不銹鋼、耐磨耐腐襯里、麻石等。

防止煙氣對凝結水的攜帶，可以加大脫水器后引風機前煙道的直徑，同時做好保溫。在充分考慮到經濟因素的同時，可采用煙氣再熱的方法徹底解決風機帶水問題。脫水器的型式和設計參數是設計時應該重點考慮的，要合理選擇。

綜上所述，隨著國民經濟的高速發展，人民生活水平的不斷提高，各行業對電力需求的不斷增大，作為以火電為主要能源的中國，近期的脫硫任務仍然很艱巨，而且越發艱難。火電作為近期我國最主要的發電源，是造成環境污染的主要因素，電廠污染物排放對大氣及環境的污染位列第一。在全球提倡節能減排的今天，繼續加大火電廠煙氣脫硫技術的投資力度和研發力量，意義重大。借鑒國外先進的脫硫技術，結合國內實際情況，大膽創新，不斷改革，促進我國火電行業脫硫產業更快、更好地發展。

[1]羅子湛，孟立新.燃煤電站SCR煙氣脫硝噴氨自動控制方式優化[J].電站系統工程，2010(4).

[2]公維軍.淺析氨法脫硫工藝在我廠鍋爐系統的應用[J].河南化工，2010(10).

[3]王鑫.電廠脫硫設備的防腐與防護對策研究[J].中國新技術新產品，2010(18).