火電廠供電煤耗影響因素研究

付仲偉

摘要：火力發電廠的供電煤耗會影響到自身的經濟效益，供電煤耗的增加會直接影響運營成本。除了設備運行方式會影響到火力發電廠的供電煤耗之外，電廠的現場以及設備管理工作也是影響發電廠供電煤耗的重要因素。文章對火電廠供電煤耗影響因素進行了研究，旨在促進火力發電廠安全穩定運行。

關鍵詞：火力發電廠；供電煤耗；影響因素；現場管理；設備管理 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK01 文章編號：1009-2374（2016）15-0075-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.15.035

1 概述

硫化氫的控制技術中有許多種方法控制硫化氫從制程中排放入大氣中，包括使用低含硫量的原料以及各種去除、控制技術。制程中硫化氫的生成量，深深受到石化原料以及煤炭中含硫分的影響，因此使用低含硫分的原料是解決硫化氫生成的最好辦法。如果在各種因素下無法避免硫化氫的生成，便要借助各種去除硫化氫的

技術。

2 濕式硫化氫脫除技術

2.1 Amineabsorptionunit

醇胺以及胺類單元都是很早就商業化的酸性氣體去除技術，包括硫化氫以及二氧化碳都可以被去除。胺類分別擁有羥基（-OH）以及氨基（-NH4），所以可以藉由羥基而溶解在水中，并由氨基來吸收酸性氣體。雖然現在有非常多不同的胺類被用在酸性氣體的吸收，但其原理都相同，只是吸收的選擇性以及容量不同。此系統只是單純地將硫化氫溶解吸收，并未將其轉化為其他產物，因此使用過的吸收劑可以在氣提塔中將硫化氫氣體脫附而再生。脫附的硫化氫經過濃縮作用，可將其引進Clausprocess回收硫再利用。

2.2 Liquid-phaseoxidationsystems

此類的處理單元，乃是藉由一系列氧化還原反應將硫化氫氧化生成元素硫。現今商業上常用的方法為使用碳酸鈉、五價釩鹽以及（ADA）所組合而成的混合溶液與硫化氫氣體進行反應，其整組的化學反應式如下：

其中式（2）的反應相對比較慢，通常需要5～10分鐘的停留時間來完成，因為停留時間太長，可能造成HS-1會先和氣流中的氧氣起作用而氧化生成硫酸根以及硫代硫酸根離子，此副產物會影響整個反應的進行，使得反應溶液必須提早進行更換，造成成本的負擔。加上釩具有毒性，因此現今的流程大多使用含鐵的有機螯合物來取代釩的使用，如ARILO-CATsystem，即是使用含鐵的有機螯合物溶液來將硫化氫轉化生成元素硫，其流程如下，其中凈反應式即式（5）至式（7）的相加，可以看出Fe所扮演的角色為催化劑。

2.3 Formaldehydesystem

甲醛也是常用的硫化氫吸收劑，在工業上也有多種常用商業化產品，但是其原理大致上相同，乃是將甲醛溶液和硫化氫反應生成含硫有機化合物，用過的吸收劑通常不再生，而生成的有機硫化物為有害的廢棄物，必須經過后續的處理才能做最終處置，因此吸收劑的消耗及廢液的處理費用都是事先須考量的因素。

2.4 Chemicaloxidants

此法乃是使用噴霧塔或是填充塔，使混合的NaOH及NaOCl液體和硫化氫接觸而達到吸收的效果，其作用的反應式如下：

因為此吸收劑會在反應中消耗，當吸收達到飽和的時候，此吸收劑就無法再使用，并且無法再生，因此吸收劑的費用十分可觀，所以此系統大多用在較低的硫化氫日排放總量下使用。

2.5 Causticscrubber

苛性鈉系統的硫化氫去除單元，也常在工業上使用。例如有的去除單元單獨使用NaOH來吸收硫化氫，其反應方程式已在上文提過如式（8），因為此反應為可逆反應，因此為使反應向右，使硫化氫轉化為Na2S就必須提高吸收劑的pH值，亦即須使用高濃度的NaOH。而上述的Chemicaloxidants法的反應無此問題，因為式（8）產生的Na2S在式（9）的反應中被消耗，致使式（8）的反應會向右進行，因此較不受pH的影響。其反應的原理如下：

3H2S+NaNO2→NH3+3S+NaOH+H2O （10）

因為此氧化劑在操作中會將過量的空氣氧化生成氮氧化物，因此在使用本處理單元的時候，如果通過的氣體含有大量的過剩空氣，可能會有微量的氮氧化物

生成。

3 干式脫除硫化氫技術

3.1 ClausProcess

ClausProcess的原理是將硫化氫轉化為元素硫而回收硫，它包含了熱處理及觸媒反應器，主要反應可由下列兩個反應式表示：

1/3的硫化氫在熱處理的步驟被燃燒成二氧化硫，之后再通到觸媒反應器，與剩下的硫化氫起反應生成元素硫，Clausunit的總去除效率與觸媒轉化器的個數有關，一般來說，當使用兩個反應器時去除效率約為95%，使用三個反應器時為97%，使用四個反應器時則可達到98%。通常Clausunit尾氣主要有SO2、CS2及COS為Claus反應的副產物，因此處理效率欲達98%～99%時，需要再搭配尾氣處理系統，常用的尾氣處理系統為SuperClausprocess，能將SO2還原為H2S，COS及CS2則被水解成H2S。反應所產生的H2S可分離循環至Clausunit或在觸媒催化下，選擇性氧化為元素硫，如式（11）所示，Clausunit需要非常精準的控制O2與H2S比例，1～1.5較為恰當，O2過高會造成過多的SO2，O2過低會造成H2S去除率降低。目前此程序大多被設計來處理濃度大于15%以上的硫化氫，因此通常搭配濕式除硫系統一起使用，液體吸收劑在吸收塔內吸收硫化氫，飽和的吸收劑被導入氣提塔脫附出硫化氫，經濃縮的硫化氫再被導入Claus處理單元。

3.2 Adsorption

高表面積的活性碳是常用的硫化氫吸附劑，尤其是含浸過氫氧化鈉或氫氧化鉀的活性碳，對硫化氫的吸附能力最佳，其吸附容量比未含浸過的活性碳吸附容量大了將近兩倍，可是含浸過的活性碳較不容易脫附。因此當每日處理硫化氫量大過11.34kg時，通常搭配其他濕式處理單元，以增加活性碳的使用壽命。

3.3 金屬氧化物轉化法

其原理為利用金屬氧化物和硫化氫反應生成金屬硫化物，而將硫化氫去除。早期最常使用的方法是將水合氧化鐵含浸散布在濕木屑上，并將其填裝在固定床反應器，在低溫下操作，使通過硫化氫與水合氧化鐵反應生成三硫化二鐵，而將硫化氫去除。因為在較低的溫度下，氧化鐵以水合的狀態較具反應性，因此整個程序必須保持潮濕以維持單元的活性及效率，所以當進流氣體不含水氣的時候，必須噴灑適量的水進入反應器，以維持反應的活性及效率。反應過的木屑可以通入空氣再生，其反應式如下：

2Fe2S3+3O2→2Fe2O3+6S （13）

因為再生反應會生成元素硫而阻塞吸收劑活性位置，所以通常木屑再生幾次后便要廢棄，因為硫化鐵與空氣中的氧作用時為放熱反應，因此可能會引起木屑起火燃燒，加上此法通常只適合100ppm以下的硫化氫濃度，因此造成使用上諸多限制。目前大多直接使用金屬氧化物取代水合氧化物，同時擔體也由其他材質取代木屑，因此使用上較為廣泛，同時也是目前較具潛力的硫化氫去除技術之一。金屬氧化物轉化法應用在IGCC高溫脫硫，可概分為兩種方式：氣化爐內現址脫硫（insitu）及爐后脫硫。現址式脫硫乃直接將脫硫劑噴入氣化爐內，最常用的脫硫劑為CaO，這些脫硫劑在溫度950℃～1050℃壓力大于20bar條件下與H2S反應生成CaS而將硫化氫去除。但是CaS不是環境中穩定的物質，要再將其氧化成CaSO4才能穩定，因此將投入更多的

金錢。

同時由于熱力學上的限制，此法只有90%左右的去除效率，加上此吸收劑只能使用一次，因此大家著力于發展效率好且可再生的吸收劑在氣化爐后脫硫來取代現址式脫硫，這些可再生的吸收劑大多為過渡金屬氧化物。有些吸收劑是以純的金屬氧化物直接吸收硫化氫，有些則為混合型或是附載在載體上以增加活性或機械強度。可再生程序即金屬氧化物吸收硫化氫后生成金屬硫化物，隨后再被氧化回金屬氧化物的過程。

4 結語

上述的各種硫化氫去除技術，各有其適用的條件及優越性。濕式除硫系統操作方便可靠，因此目前已商業化的凈化裝置大多為低溫濕式。雖然濕式除硫系統在操作上較可靠，但是其缺點為造成大量的熱損失以及用水量大，因此世界各國正積極研發高溫干式凈氣系統。雖然活性碳吸附法也是十分常用的干式除硫技術，但是活性碳通常只在低溫下有良好的吸附效果，吸收劑吸收法為目前高溫脫硫研究的主要潮流，因此本研究選擇以吸收劑吸收法來處理煤炭氣化產生的硫化氫。

參考文獻

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（責任編輯：王 波）