活性焦煙氣凈化技術及其在燃煤電廠的前景分析

張曉玲

（華電電力科學研究院浙江杭州310030）

活性焦煙氣凈化技術及其在燃煤電廠的前景分析

張曉玲

（華電電力科學研究院浙江杭州310030）

首先介紹了活性焦煙氣凈化技術的原理和各污染物最終去向，分析了其技術優勢，然后提出了該技術在燃煤電廠推廣應用的難點及其解決思路，最后從活性焦煙氣凈化技術的環保先進性和高度節水性出發，闡述了在環保重點地區的燃煤電廠和富煤缺水地區的煤電基地具有較為廣闊的應用前景。

活性焦；聯合脫除；超低排放；高度節水

活性焦具有良好的孔隙結構、豐富的表面基團、較高的化學穩定性和熱穩定性，是一種良好的煙氣凈化劑，能同步脫除煙氣中的SO2、NOx、SO3、Hg、粉塵、二惡英等污染物[1-3]。

活性焦煙氣凈化技術在德國和日本研究得較早，目前全世界已建成有數十套活性焦煙氣凈化工業裝置，應用于處理燃煤、燃油、燒結、垃圾焚燒和重油分解煙氣等，其中最大應用業績為日本新磯子電廠2×600MW機組煙氣凈化工程[4]。近些年，國內從事活性焦煙氣凈化的還有上海克硫公司，已建有10余套工業裝置，主要應用于冶金行業的硫酸尾氣治理，但總體規模不大，且應用于燃煤鍋爐煙氣的業績少[5]。國內已投運的、較大規模的活性焦煙氣凈化裝置為太鋼集團2×450m2燒結煙氣凈化系統，采用日本全進口技術和設備，副產物為質量分數為98%硫酸，用于太鋼公司內生產硫酸銨或進行酸洗[6-7]。本文通過系統分析活性焦煙氣凈化技術的工藝特點，提出了其在燃煤電廠推廣應用的難點及其解決思路，期望對本技術在燃煤電廠的應用推廣和后續研究提供幫助。

1　活性焦煙氣凈化技術原理

1.1工藝流程

如圖1所示，該技術主要設施有吸附塔、解析再生塔、活性焦輸送機、振動篩、旋轉給料閥等。在吸附塔內，活性焦自上而下緩慢移動，與煙氣錯流接觸進行凈化處理。吸附后的活性焦被輸送機進入解析塔，首先經過加熱段，被加熱至400℃以上進行高溫解析，富SO2氣體排出至制酸車間。解析后的活性焦隨后經過冷卻段，溫度降至150℃以下，再經過輸送裝置再次進入吸附塔循環利用。

圖1　活性焦煙氣凈化工藝流程示意圖

1.2脫硫脫硝反應原理

活性焦對SO2、NOx的脫除首先發生的是物理吸附，然后將吸附的SO2催化氧化為H2SO4。若在吸附塔前噴氨，活性焦可同時作為催化劑，在低溫（90℃～160℃）狀態下進行催化還原反應。當SO2濃度較高時，噴入的NH3會優先與SO2反應。只有當SO2濃度較低時，NOx脫除反應才會占主導地位，因此同步脫硫脫硝應采用兩級吸附，第一級主要脫除SO2，第二級主要脫除NOx。反應式如下：

SO2解吸過程是在高溫和隔絕氧氣的條件下，H2SO4與活性焦發生反應得到高濃度的SO2氣體，進而可以用來生產濃硫酸等副產品。其解吸反應式如下：

1.3其他污染物脫除原理

在吸附塔中，煙氣中的粉塵、SO3、HCl、HF、汞及其化合物等多種污染物同時被吸附于活性焦的微孔中，其中SO3、HCl、HF與煙氣中的H2O發生反應生成相應的酸，在解吸時又分解為相應的酸性物質進入到副產物中。同時在解吸過程中汞及其化合物會進入到制酸氣體中，最后在制酸廢水中被固定下來[8-9]。在通過振動篩時，大部分粉塵成為篩下物被收集，或者隨破碎的活性焦一起送入鍋爐燃燒，再被除塵器收集。

二惡英污染物被活性焦吸附后，在解析塔缺氧環境下高溫加熱可產生除氯化反應或切斷氧氣交聯結構的反應，從而實現無害化。也可隨破碎的活性焦排出系統，送至鍋爐中焚燒，在爐膛高溫焚燒下被分解。

2　活性焦煙氣凈化技術的優勢

同傳統的煙氣單獨脫硝技術和脫硫技術串聯相比較，活性焦煙氣凈化技術具有明顯的優勢，總結如下：（1）采用一套裝置可實現同時脫硫脫硝，且脫硫效率高達96%～99%。當吸附塔前噴氨時，可達40%～50%的脫硝效率；當采用兩級吸附塔時，可達到80%～90%以上的脫硝效率，完全滿足SO2、NOx排放要求。（2）能聯合脫除汞、SO3、HCl、HF、粉塵、二惡英等多種污染物，實現真正意義的煙氣凈化。（3）活性焦煙氣凈化系統排煙溫度較高，無濕法脫硫的“石膏雨”問題，也不會出現濕煙氣的煙羽視覺污染問題，對煙囪的防腐要求也大大降低。（4）活性焦吸附和解析工藝均為干式，全過程不消耗水，考慮副產物綜合利用的水耗，單臺600MW機組的水耗＜10m3/h；而同等規模濕法脫硫系統水耗均在100m3/h以上，因此活性焦技術節水效果高達90%以上，高度節水。（5）脫硫副產物可制成濃硫酸，可廣泛應用于化肥、鋼鐵、化工等領域，特別在有一定工業基礎的地區，副產物綜合利用前景好。（6）相對于傳統的石灰石-石膏法脫硫系統，活性焦法工藝流程較短，轉動設備較少，特別是對于無脫硫旁路的燃煤機組，該技術系統可靠性高，檢修維護費用低。

3　活性焦煙氣凈化技術的推廣難點及解決思路

3.1投資偏高

由于活性焦煙氣凈化技術在國內尚處于起步期，大型的國產工程業績還較少。在國內產業化推廣初期，需要進行部分核心技術和關鍵設備開發，研發費用和擴大設備生產線的前期投入較大，分攤至早期工程上的費用也較高。加之設備未形成標準化，許多設備要求非標訂制，另外目前少數關鍵設備和部件還需要進口。由于以上幾方面的原因，導致產業化推廣初期的投資偏高，據測算，600MW機組建設活性焦煙氣脫硫系統，工程單位造價將達到400元/kW～500元/kW。

隨著大型化、國產化、產業化的推進，通過設備的標準化生產及工藝設計優化等，預計可將工程造價降低50%，即降低到200元/kW～250元/kW。

3.2運行成本偏高

活性焦煙氣凈化技術大范圍推廣的另一個難題是運行成本偏高。當前活性焦價格約為：4000元/t，而石灰石粉（250目）的價格約為：110元/t。以600MW機組為例，活性焦工藝運行成本約0.025元/kW·h。運行成本中，活性焦成本占30%以上，折舊占20%以上，電耗和解析熱源成本各占15%左右，貸款利息接近10%，其余為人工費、材料費、維護費、管理費等。

這個問題可通過開展制焦技術研發，降低制焦對煤種的品質要求，特別是加快褐煤制焦的工業化，并因地制宜地在電廠附近配套建焦廠，可降低活性焦的自身成本及運輸成本。另外，隨著初投資的降低，折舊和貸款利息相應減少。據測算，當規模化推廣后，活性焦脫硫運行成本可降至0.013元/kW·h～0.016元/kW·h。

3.3濃硫酸的出路問題

我國是一個硫資源匱乏的國家，每年進口硫磺1000×104t左右，大部分的硫磺被用于制成硫酸產品[10]。但是活性焦脫硫的副產物為高濃度的SO2，在目前技術水平下還不能制成硫磺，只能制成93%或98%的濃硫酸。硫酸較于硫磺不便運輸，長距離運輸將失去其經濟競爭力。若電廠位于工業較發達地區，濃硫酸銷路一般較好。若電廠地處偏遠地區，周邊缺少配套工業來消納濃硫酸。在考慮采用活性焦法時，應首先調研副產品濃硫酸的出路。不同地區、不同時期的濃硫酸價格波動較大，副產品銷路是影響活性焦煙氣凈化技術推廣的關鍵因素之一。

4　活性焦煙氣凈化技術在我國燃煤電廠的應用前景

隨著我國環保要求的日趨嚴格，以及對富煤缺水地區煤電基地的開發，活性焦煙氣凈化技術應重點在以下兩類電廠進行推廣。

4.1環保重點地區的燃煤電廠

2014年9月，國家發改委、環保部、能源局聯合下發了《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》，要求燃煤發電機組逐步達到燃氣輪機的排放限值，即通常所說的超低排放，要求排放NOx≤50mg/m3、SO2≤35mg/m3、煙塵≤10mg/m3，目前部分地方在執行時甚至要求粉塵排放≤5mg/m3。在如此嚴格的排放標準下，傳統的煙氣凈化裝置必須采用多套煙氣凈化裝置串聯，才有可能達標，但依然無法消除煙羽視覺污染問題。而采用活性焦煙氣凈化技術，很容易實現超低排放。同時在環保重點地區，一般為工業發達地區，副產品濃硫酸的銷路好。因此，活性焦法作為高度環保的煙氣凈化技術，在環境保護重點地區有較大的市場空間。

4.2富煤缺水地區煤電基地的新建電廠

根據中國電力企業聯合會組織編制的《電力工業“十二五”規劃研究報告》，未來我國煤將大力推行煤電一體化開發，加快建設大型煤電基地。煤電開發的重點和發展目標是：重點建設16個大型煤電基地。而在規劃的16個煤電基地中，13個處于缺水地區。在富煤缺水地區新建、擴建電廠，機組的節水性能將作為制約性指標。活性焦煙氣凈化技術作為目前唯一可工業化的干法脫硫技術，可以減少脫硫系統水耗的90%以上，減少空冷機組全廠耗水量的1/4～1/3。

另外根據我國煤炭的分布特點，為了減輕電煤的運輸壓力，以及一些低熱值煤炭不具備遠途運輸的經濟性，建設大型煤電基地將成為發展方向，而活性焦煙氣凈化技術由于其高度節水性將極具競爭優勢，將成為與煤電基地開發相配套的優選節水環保技術，在富煤缺水地區煤電基地的新建電廠可大范圍推廣應用。

[1]李蘭廷,吳濤,梁大明,等.活性焦脫硫脫硝脫汞一體化技術[J].煤質技術,2009(3):46-49．

[2]李云鵬,王彬,方月蘭,等.活性焦聯合脫硫脫硝技術及應用前景[J].化學工業與工程技術,2008,29(6)：38-40．

[3]熊銀伍.活性焦聯合脫硫脫硝工藝試驗研究[J].潔凈煤技術, 2015,21(2):14-19.

[4]曾艷,張鵬,劉靜.節水型可資源化活性焦煙氣脫硫技術[J].電力設備,2007,8(8):10-13.

[5]高繼賢,劉靜,翟尚鵬,等.活性焦脫硫技術在有色冶金行業的應用與研究[J].有色冶金設計與研究,2012,33(1):24-28.

[6]趙德生.太鋼450m2燒結機煙氣脫硫脫硝工藝實踐[C].2011年全國燒結煙氣脫硫技術交流會文集,太原:中國金屬學會,2011: 8-15.

[7]呂彥強.太鋼燒結煙氣活性炭脫硫技術介紹[J].硫酸工業,2014 (1):38-42.

[8]苗文化,白中華,史亞薇,等.活性焦煙氣脫汞的實驗研究與數值模擬[J].電力科技與環保,2014,30(1):16-19.

[9]吳鵬,滕濟林,張旭輝,等.改性褐煤活性焦對模擬煙氣中汞的脫除研究[J].潔凈煤技術,2015,21(2):40-44.

[10]張瑜.2014年中國硫磺市場的統計與分析[J].硫酸工業,2015 (2)：11-15.

張曉玲（1983—），女，碩士研究生，工程師，主要研究方向為火電廠煙氣脫硫脫硝技術。