火電廠煙氣脫硫技術研究

孫鵬軒

（遼寧省環境保護廳，遼寧 沈陽 110161）

1 引言

隨著我國經濟的進一步發展，電力供應需求缺口仍然較大，隨之而來的是火電行業的環境污染問題。為進一步防治火電廠大氣污染物排放造成的污染，在2011年7月29日，國家環境保護部和國家質量監督檢驗檢疫總局共同頒布了最新的《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223－2011），根據標準要求，所有新建項目于2012年1月1日起正式實施此排放標準，現有火電廠最遲于2014年7月1日前完成貫徹標準工作，其中二氧化硫排放濃度限值新建鍋爐為100mg／m3，現有鍋爐為200mg／m3，對于重點區域的火電廠實行50mg／m3二氧化硫排放濃度特別限值。在國家新排放標準的壓力下，我國火電廠面臨著嚴峻的考驗，而脫硫工程是火電廠迎接挑戰的重中之重。經過多年的探索，結合國外先進的技術設備，研制出適合我國發展的脫硫技術。

2 國內外脫硫技術研究現狀

目前燃煤脫硫有3種方式[1]：一是鍋爐燃燒前脫硫，如潔凈煤技術；二是燃燒過程中（爐內）脫硫，如循環流化床燃燒技術；三是燃燒后脫硫，即煙氣脫硫技術。由于燃燒前和爐內脫硫的效率較低，難以達到較高的環保要求，因此目前火電廠，特別是大型火電機組煙氣脫硫，主要采用爐后煙氣脫硫（FGD）工藝。就目前的技術水平和現實能力而言，煙氣脫硫技術也是世界上應用最廣泛、最經濟、最有效的一種控制SO2排放的技術。電廠煙氣脫硫技術大致可分為干法、半干法和濕法3種類型[2]。

2.1 干法脫硫

干法煙氣脫硫技術是脫硫吸收和產物處理均在無液相介入的完全干燥的狀態下進行，具有流程短、無污水廢酸排出、凈化后煙氣溫度高，利于煙囪排氣擴散、設備腐蝕小等優點，反應產物亦為干粉狀。此種方法的脫硫效率為40%～70%，脫硫劑利用率較低，但投資少、設備占地面積小。

2.2 半干法脫硫

半干法煙氣脫硫技術是結合了濕法和干法脫硫的部分特點，吸收劑在濕的狀態下脫硫，在干燥狀態下處理脫硫產物；也有在干燥狀態下脫硫，在濕狀態下處理脫硫產物的。半干法的工藝特點是反應在氣、固、液三相中進行，利用煙氣顯熱蒸發吸收液中的水分，使最終產物為干粉狀。這種方法的脫硫效率為70%～85%，較脫硫效率比濕法低，但投資及運行費用也較低，具有較好的經濟性。

2.3 濕法脫硫

濕法煙氣脫硫技術是液體或漿狀吸收劑在濕的狀態下脫硫和處理脫硫產物，具有脫硫反應速度快、設備簡單、脫硫效率高等優點，但普遍存在腐蝕嚴重、運行維護費用高及易造成二次污染等問題[3]。濕式煙氣脫硫工藝脫硫產物為膏狀物，可脫除煙氣中95%以上的SO2。目前，日本和歐美等國家絕大部分燃煤電廠都采用此種方法。

3 幾種主要脫硫工藝簡介

3.1 石灰石一石膏濕法脫硫工藝

目前，世界上應用最廣泛、技術最為成熟的脫除技術是石灰石－石膏濕法脫硫工藝，它能占到FGD容量的70%左右。這種技術以石灰石為脫硫吸收劑，向吸收塔內噴入吸收劑漿液，讓這些物質和煙氣充分接觸、混合，隨之對煙氣進行凈化、洗滌，使煙氣中的SO2與漿液中的碳酸鈣以及氧化空氣發生化學反應，最后生成石膏，從而達到減少SO2排放的目的，是控制酸雨和SO2最有效的方法[4]。

3.1.1 脫硫效率高，技術成熟

近年來，石灰石－石膏濕法脫硫技術發展迅速，脫硫效率能夠達到95%以上，經過處理后SO2濃度和煙氣含塵量都會大幅減少。從目前運行實際情況看，很多大型電廠普遍采用石灰石－石膏濕法脫硫工藝，效果較好，有利于本地區煙氣污染物總量控制，改善周邊環境。此項技術成熟，運行經驗多，運行穩定，易于調整，能夠取得很好的經濟效益。

3.1.2 投資高，占地面積大

石灰石－石膏濕法脫硫工藝需要配置石灰石粉碎、磨制系統，石膏脫水系統、廢水處理系統等，因此占地面積比較大，況且設備多，一次性建設投資就會比較大。

3.1.3 吸收劑資源豐富，價格便宜

我國有豐富的石灰石資源，并且品質也較好，價格便宜，碳酸鈣含量在90%以上，優者可達95%以上，鈣利用率較高。

3.1.4 副產物的綜合利用

石灰石－石膏濕法脫硫工藝的脫硫副產物為二水石膏。石膏是用于生產建材產品和水泥緩凝劑，目前我國房地產市場非常大，石膏的利用率也很高，且消耗大，因此脫硫副產品基本可以達到綜合利用[5]。這樣不僅可以增加電廠的經濟效益，還會降低企業的運行成本，減少二次污染。

3.1.5 技術進步快

近年來國內外都對石灰石－石膏濕法工藝進行了更為深入的研究和改進，冷卻、吸收、氧化三塔合為一塔，塔內流速大幅度提高，噴嘴性能也有進一步提高。

石灰石－石膏濕法脫硫是目前技術最為成熟、應用最多的脫硫工藝。世界上有多家公司開發研究這種工藝，比如德國的Bischoff公司、日本的三菱重工等；國內的北京第一熱電廠一期二期和貴州安順電廠等。這么多的電廠都選擇石灰石－石膏濕法脫硫工藝，并且應用效果較好。

3.2 爐內噴鈣加尾部增濕活化脫硫（LIFAC）

LIFAC技術是在爐內噴鈣脫硫技術的基礎上在鍋爐尾部增設了增濕活化塔，以提高脫硫效率。石灰石粉作為吸收劑，由氣力噴入爐膛950～1150℃的溫度區，使石灰石受熱分解為CaO和CO2，CaO再與煙氣中的SO2反應生成CaSO3。此方法的脫硫效率較低，約為25%～35%。在尾部增濕活化反應器內，增濕水以霧狀噴入，與未反應的CaO接觸生成Ca（OH）2隨后與煙氣中的SO2反應，可以將系統脫硫效率提高到75%。增濕水由于煙氣加熱而迅速蒸發，未反應的吸收劑、反應產物被干燥，一部分從增濕活化器底部分離出來，其余的隨煙氣排出，被除塵器收集下來。為了提高吸收劑的利用率，部分飛灰返回增濕活化反應器入口實現再循環。

該技術具有以下特點：系統簡單、占地面積少，投資及運行費用低，特別是可以分步實施，適應環保標準逐漸提高的要求，特別適用于中小機組改造，但可能會引起原鍋爐結焦及受熱面磨損[6]；主要適用于燃煤含硫量低于2.0%的中、低硫煤種；脫硫效率在60%～85%之間，鈣的利用率低，一般Ca／S為2.0～3.0；脫硫副產品呈干粉狀，無廢水排放，副產品的利用有一定困難，鍋爐效率下降約0.3%。

3.3 循環流化床干法

煙氣循環流化床脫硫技術（CFB）是20世紀80年代后期發展起來的一種新的煙氣脫硫技術，該技術是利用循環流化床強烈的傳熱和傳質特性，在吸收塔內加入消石灰等脫硫劑，用高速煙氣使脫硫劑流態化從而與煙氣強烈混合接觸，煙氣中的酸性污染物與脫硫劑中和、固化，從而達到凈化煙氣的目的[7]。增濕（或制漿）后的吸收劑注入到吸收塔入口，使之均勻地分布在熱態煙氣中。此時，吸收劑得到干燥，煙氣得到冷卻、增濕，煙氣中的SO2在吸收塔中被吸收，最終生成CaSO3和CaSO4。除塵器后的潔凈煙氣經引風機（或增壓風機）升壓后通過煙囪排放，被除塵器捕集下來的含硫產物和未反應的吸收劑，部分注入吸收塔進行再循環，以達到提高吸收劑利用率的目的。

與傳統的石灰石濕法工藝相比，該技術的主要特點[8]：脫硫率較高；投資費用低，僅為濕法的1／2～2／3，運行成本屬于中等；系統簡單，可靠性高，維修費用低；占地面積小，適合企業現有機組的改造；能源消耗低，僅為濕法工藝的一半；對燃煤硫分的適應性強，處理后的煙氣能夠達到排放要求；該技術產生的脫硫副產品不會造成二次污染，對綜合利用和處置堆放有利。該技術目前在我國具有廣闊的應用前景，很多電廠已經應用了。

3.4 旋轉噴霧半干法煙氣脫硫

噴霧干燥法脫硫工藝脫硫吸收劑是石灰，石灰經消化后加水形成消石灰乳，通過泵將其打入吸收塔內的霧化裝置。在吸收塔內，被霧化后的吸收劑與煙氣混合接觸，并和煙氣中的SO2發生化學反應，生成CaSO3和CaSO4，從而脫去煙氣中的SO2。脫硫反應產物及未被利用的吸收劑以干燥的顆粒物形態隨煙氣帶出吸收塔，進入除塵器被收集下來。為提高脫硫吸收劑的利用率，將部分脫硫灰渣返回制漿系統進行循環利用，其余的可綜合利用。

該技術具有以下特點：技術成熟，流程簡單，系統可靠性高；單塔處理能力大小（約200MW）；中等脫硫效率70%～85%，鈣的利用率較低，一般Ca／S＝1.2～2.0，對生石灰品質要求不高；脫硫副產品呈干粉狀，無廢水排放，不過副產品利用有一定困難[10]。此技術適應于中小規模機組，燃煤含硫量一般不超過1.5%，脫硫效率均低于90%。

此技術在西歐的德國、奧地利、意大利、丹麥、瑞典、芬蘭等國家應用比較多，主要應用于小型電廠或垃圾焚燒裝置，美國也有15套裝置（總容量5000MW）正在運行，其中最大單機容量為520MW。1993年，我國山東黃島電廠4號機組（210MW）引進了三菱旋轉噴霧干燥脫硫工藝裝置，處理煙氣量為3×106m3／h，設計脫硫效率為70%。運行初期出現過吸收塔塔壁積灰、噴嘴結垢堵塞、R／A圓盤磨損等問題，但經過改進后基本運行正常。

3.5 幾種脫硫工藝技術的發展趨勢

在這5種工藝中除石灰石－石膏法煙氣脫硫工藝外，其余各種工藝均適合中小型鍋爐的煙氣脫硫，但有的工藝在運用過程中受到一定的局限性。

石灰石－石膏濕法脫硫系統是應用最廣、技術最為成熟的脫硫工藝之一。該工藝脫硫效率高、運行可靠，但也存在著占地面積大、系統復雜和運行成本較高等缺陷。石灰石－石膏濕法脫硫技術已成為我國煙氣脫硫尤其是大型火電機組煙氣脫硫的首選技術。

爐內噴鈣尾部增濕活化煙氣脫硫具有投資低、工藝簡單、運行成本低等優勢，其最大的缺點是對鍋爐有不利的影響，有時會發生爐內結焦和受熱面磨損的現象。爐內噴鈣加尾部增濕活化脫硫技術將在我國的中小機組脫硫改造中發揮積極作用[11]。

旋轉噴霧半干法具有投資省的優點，但脫硫吸收劑要用高品位的石灰，且脫硫率和吸收劑的利用率均比較低，旋轉霧化噴嘴磨損較厲害，而且要求電機轉速較高，目前只有少數國家能夠生產這種霧化噴嘴及配套裝置，其推廣應用受到一定的限制。

循環流化床半干法脫硫工藝被公認為是一項前景廣闊的技術，其投資費用僅為石灰石－石膏法的70%以下，運行費用也略低，該工藝具有高效、經濟及節省空間的技術優勢，該技術將會在中小機組煙氣脫硫工程中占有越來越重要的位置。

4 結語

脫硫技術目前相對比較成熟，應用較廣泛，對于降低我國火電廠的環境污染有著十分重要的意義。通過脫硫技術的不斷發展，必能達到新標準二氧化硫的排放要求，實現經濟和環境的雙重效益。

[1]馬新靈，鄧德兵，向 軍，等.燃煤電廠煙氣脫硫研究進展[J].華中電力2002，15（6）：69～72.

[2]AIC Dikshit，Amit Dutta，S Ray.Least cost SO2emission minimization for a petroleum refmery by optimum u of sollrce reduction tail gas treatment and flue gas desulphurization[J].Clean Technologies and Environmental Policy，2005，7（11）：182～189.

[3]Bui Duy Thanh，Thierry Lefevre.Assessing Health Benefits of Controlling Air Pollution from Power Generation：The Case of a Lignite－Fired Power Plant in Thailand[J].Environmental Management，2001，27（2）：303～317.

[4]曾華庭，楊 爭，馬 斌，等.濕法煙氣脫硫系統的安全性及優化[M].北京：中國電力出版社，2004.

[5]郝吉明，王叔肖.二氧化硫污染控制技術手冊[M].北京：化學工業出版社.2001.

[6]lsan Moehida.Adsorption and Adsorbed Species of SO2during its Oxidative Removal over Pitch－Based Activated CarbonFibers[J].Energy＆Fuels，1999，13（2）：369～373.

[7]陳振峰.燃煤電廠煙氣脫硫綜述[J].西北電力技術，2005（3）：50～52.

[8]張風蘭.小龍潭發電廠煙氣循環流化床脫硫工程評述[J].電力環境保護，2003，19（1）：22～50.

[9]A Laszuk.Industrial use of vessels with a three－phase fluidized bed.Chemical and Petroleum Engineering[J].Chemical and Petroleum Engineering，2004，40（11）：705～709.

[10]余迎新，張少峰，趙 卷，等.噴霧－噴動床半干法煙氣脫硫研究[J].2004，27（7）：113～116.

[11]周 軍，周 全.電廠爐內噴鈣爐后活化煙氣脫硫工程評述[J].電力環境保護，2001，17（2）：1～7.