燃煤電廠脫硫工藝及工藝選擇要素思考

王曉冬

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各行各業(yè)對電能的需求量不斷增大，而燃煤電廠作為我國主要發(fā)電單位，近年來也得到了飛速發(fā)展，但這些燃煤電廠在為人們提供電能的同時(shí)，其排放的二氧化硫?qū)Νh(huán)境也造成了嚴(yán)重污染。為有效降低燃煤電廠二氧化硫的排放量，很多電廠都在積極研究煙氣脫硫技術(shù)。在介紹了燃煤電廠脫硫必要性的基礎(chǔ)上，分析了燃煤電廠煙氣脫硫技術(shù)與技術(shù)原理，并研究了如何選擇燃煤電廠煙氣脫硫工藝。以期能有效減少燃煤電廠二氧化硫排放量，讓燃煤電廠實(shí)現(xiàn)長期健康可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠;脫硫工藝;原理;工藝選擇

引言：

人為排放到大氣中的二氧化硫和NOx主要來源于化石燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣。長期以來，在中國能源的生產(chǎn)與消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭一直占主導(dǎo)地位，這種格局在比較長的一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)改變。隨著國民經(jīng)濟(jì)的增長，人民生活水平的不斷提高，家用電器大量涌入家庭，從而使電力需求不斷增長。據(jù)調(diào)查，我國最新的電力消費(fèi)為居民、工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)等電力消費(fèi)類型。而在一定時(shí)間內(nèi)，工業(yè)等用電消費(fèi)相對穩(wěn)定，只有居民生活消費(fèi)用電波動(dòng)幅度較大，占總用電量的比例也越來越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年，燃煤電廠煤炭消費(fèi)量為5.4億t，二氧化硫排放量為1100萬t，全國二氧化硫排放總量為2163萬t，燃煤電廠排放二氧化硫占總排放量的50.86%。2010年，我國燃煤電廠火電裝機(jī)容量可達(dá)0.37Gkw，二氧化硫排放量占全國的67.00%，2000-2010年，90%的煤炭增加量用于發(fā)電。由此可見，燃煤電廠的脫硫處理是我國二氧化硫總量控制的重點(diǎn)。

一、燃煤電廠脫硫的必要性

燃煤電廠的生產(chǎn)過程是以原煤為原料實(shí)現(xiàn)能源的二次轉(zhuǎn)換，這一過程對環(huán)境的影響主要是煙塵和二氧化硫污染。燃煤電廠是二氧化硫的排放大戶，大量的二氧化硫和其他有害氣體進(jìn)入空氣中經(jīng)過一系列作用形成酸雨。酸雨嚴(yán)重影響農(nóng)作物的生長，腐蝕各種設(shè)備，損害人類健康。據(jù)試驗(yàn)，當(dāng)大氣中二氧化硫質(zhì)量濃度超過500ug/m3時(shí)，該地區(qū)的松樹生長速度平均降低48%。醫(yī)學(xué)上也證明，人體長期接觸硫酸鹽會(huì)患呼吸系統(tǒng)疾病，如支氣管炎、肺氣腫和哮喘等。我國是世界上二氧化硫排放量最多的國家，由此造成的酸雨區(qū)面積占國土面積的1/3。在酸雨區(qū)域內(nèi)，湖泊酸化、漁業(yè)減產(chǎn)、森林衰退、土壤貧瘠、糧菜減產(chǎn)及建筑物受到腐蝕等，對生態(tài)平衡及經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成嚴(yán)重影響，因此采取有效措施控制二氧化硫的排放量及酸雨的形成迫在眉睫。

二、燃煤電廠煙氣脫硫原理

現(xiàn)代化建設(shè)中，燃煤電廠是我國電力行業(yè)的重要組成部分，并且，用于發(fā)電的煤炭量達(dá)到了總量的90%，因此，必須加大燃煤電廠脫硫技術(shù)的研發(fā)力度，優(yōu)化脫硫工藝，以有效控制煤炭燃燒帶來的環(huán)境污染。隨著脫硫工藝的不斷改進(jìn)，在燃煤電廠中，煙氣脫硫成為了目前使用最多的脫硫方法，它的基本原理是：煤炭燃燒后產(chǎn)生的二氧化硫?yàn)橹袕?qiáng)度酸性氧化物，與鈣離子、鎂離子等堿性元素在一起，可以生產(chǎn)難溶的化合物;二氧化硫具有較強(qiáng)的氧化性，當(dāng)還原劑一氧化碳、二硫化氫等物質(zhì)存在時(shí)，會(huì)被還原成S，而在水中可以生成較穩(wěn)定的鹽或者不易揮發(fā)的硫酸;二氧化硫還具有很強(qiáng)的還原性，與相關(guān)催化劑、強(qiáng)氧化劑等接觸，很容易被氧化，因此，可以用相應(yīng)的吸收劑將其吸收。

三、燃煤電廠煙氣脫硫技術(shù)

目前，燃煤電廠煙氣脫硫技術(shù)正在不斷研究與應(yīng)用，其技術(shù)趨于成熟。煙氣脫硫技術(shù)主要運(yùn)用物理與化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)對煙氣中硫的固定與脫除?，F(xiàn)階段，脫硫方法中最為典型的是：石灰石法、電子束法與循環(huán)硫化床法等。根據(jù)脫硫的位置，對二氧化硫的控制主要分為三種，即：燃燒前、燃燒中與燃燒后的脫硫。在燃燒前，通過在原煤的洗選與煤氣化等技術(shù)實(shí)現(xiàn)脫硫;在燃燒中，通過在爐內(nèi)加入石灰石，實(shí)現(xiàn)對硫的吸收，從而生成二氧化硫;在燃燒后，主要對其煙氣進(jìn)行脫硫，主要方法為干法與濕法。

四、脫硫工藝選擇的重要性

其重要性主要體現(xiàn)在：（1）脫硫工藝種類繁多，在火力發(fā)電廠應(yīng)用過的200種，其中能長期穩(wěn)定運(yùn)行、技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)理合的工藝有20多種。（2）每個(gè)工藝都有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)。這些優(yōu)缺點(diǎn)是相對的，一個(gè)工藝的特點(diǎn)也許對某個(gè)電廠而言是最大的優(yōu)點(diǎn)，對另一個(gè)電廠可能就不是優(yōu)點(diǎn)，或許是致命的缺點(diǎn)。因此，脫硫工藝的適應(yīng)性在很大程度取決于電廠的具體情況。（3）脫硫工藝的選擇在很大程度上還取決于與之相配合的電廠及機(jī)組具體情況，必須因地制宜、按照一定全國火電100MW級機(jī)組技術(shù)協(xié)作會(huì)第五屆年會(huì)論文集鍋爐的準(zhǔn)則，采用合理的方法選擇“相對最優(yōu)”的脫硫工藝，即不是去追求絕對最優(yōu)的工藝，而是從非劣工藝中選擇最滿意、最適用的工藝。

五、脫硫工藝選擇應(yīng)注意的要素

（一）脫硫技術(shù)情況

在進(jìn)行煙氣脫硫工藝選擇時(shí)，要考慮脫硫效率、鈣硫比情況和對機(jī)組與生產(chǎn)運(yùn)行造成的影響等因素，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，控制二氧化硫的排放量，如果鈣硫比較高，則脫硫效率很高，需要投入的成本也叫較高。上述脫硫工藝對設(shè)備和機(jī)組運(yùn)行造成的影響各不相同，因此，要考慮脫硫過程中，壓力不斷增加對鍋爐各結(jié)構(gòu)的影響，如果機(jī)組承受的負(fù)荷過大，則機(jī)組運(yùn)行過程所受的熱沖擊力較強(qiáng)，所以，必須根據(jù)機(jī)組的整體結(jié)構(gòu)和實(shí)際運(yùn)行要求，選擇合適的脫硫工藝。煤炭燃燒的供應(yīng)過程比較復(fù)雜，在發(fā)電過程中產(chǎn)物的物質(zhì)成分具有差異性，因此，要盡量選擇對設(shè)備腐蝕程度低、水量需求較少的方法，以減少設(shè)備和機(jī)組運(yùn)行后的維護(hù)工作量。

（二）脫硫環(huán)境情況

在進(jìn)行煙氣脫硫處理時(shí)，設(shè)備的噪音、脫硫產(chǎn)生的廢水和煙氣等，可能對環(huán)境造成污染，要根據(jù)實(shí)際發(fā)電情況和燃煤電廠的發(fā)電供應(yīng)量，需要充分考慮各種脫硫工藝對環(huán)境造成的影響，避免二次污染產(chǎn)生，保證脫硫工藝的環(huán)境效益和社會(huì)效益。

（三）經(jīng)濟(jì)要素

目前，沒有一種脫硫工藝投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用都是最低的。投資高的脫硫工藝，其運(yùn)行費(fèi)用較低：一些投資較低的簡易工藝，在相同脫硫效率低下的吸收劑耗量增加，造成運(yùn)行費(fèi)用增大。對于新建電廠的煙氣脫硫系統(tǒng)來說，希望降低運(yùn)行費(fèi)用;而對于現(xiàn)有電廠的煙氣脫硫系統(tǒng)來說，往往會(huì)選用投資低、運(yùn)行費(fèi)用高的工藝方案。經(jīng)濟(jì)選擇的主要指標(biāo)有總投資、單位容量造價(jià)、年運(yùn)行費(fèi)用、壽命期間脫除每噸二氧化硫的成本和售電電價(jià)的增加值5個(gè)指標(biāo)。對于現(xiàn)有機(jī)組，還有一個(gè)重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，即無量綱參數(shù)改造因子，改造因子的變化范圍是一點(diǎn)九到三點(diǎn)零。在技術(shù)選擇和經(jīng)濟(jì)選擇的基礎(chǔ)上，對脫硫工藝進(jìn)行適用性的綜合排序，并據(jù)此向業(yè)主推薦相對最優(yōu)的脫硫工藝。

結(jié)束語

脫硫工藝的選擇是火電廠脫硫工程建設(shè)的關(guān)鍵，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面，提出應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)考慮的選擇原則、選擇指標(biāo)和選擇方法，對新擴(kuò)改建脫硫工程建設(shè)時(shí)，根據(jù)工程具體的建設(shè)要求和條件，科學(xué)合理地選擇符合實(shí)際的脫硫工藝具有指導(dǎo)價(jià)值。煙氣治理的技術(shù)與裝置必然要與中國特色的市場經(jīng)濟(jì)相適應(yīng)，這不僅要完善脫硫技術(shù)的發(fā)展，更要建立和健全管理制度，克服自卑的心態(tài)，樹立自己的品牌，確保環(huán)保市場有序而健康地發(fā)展。經(jīng)過煙氣凈化工程評估，用綜合經(jīng)濟(jì)效益打造的煙氣凈化技術(shù)與裝置，一定能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，達(dá)到煙氣排放物的總量控制，為地球村做出我們應(yīng)用的貢獻(xiàn)。

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