探討火電廠脫硫節能降耗技術應用

鄭帆

（百色百礦發電有限公司，廣西百色 533000）

0 引言

火力發電是我國電力行業發展的重要組成，火力發電形式中重要能源物質是煤炭。隨著煤炭發電事業的發展，越來越多的二氧化硫排放到大氣當中，給各地區自然環境和生態保護，造成了極大的負面化影響。為進一步減少二氧化硫的排放量，火電廠往往需要脫硫技術，提前對二氧化硫危害物質進行處理。在整個脫硫過程中，對于能源能量的損耗，對于火電廠生產成本的增加，都是十分巨大的。唯有做好火電廠脫硫節能降耗技術改進更新，才可以保證火電廠生產效益。

1 火電廠脫硫節能降耗的重要性

我國地大物博物產豐富資源能源分布廣泛，煤炭資源是我國重要的資源能源物質。從各地區煤炭資源利用來看，大部分的煤炭資源，往往是被用來發電。煤炭發電在我國電力行業發展中，占據著極為重要的地位。然而，煤炭資源發電屬于火力發電類型，火力發電不可避免會帶來二氧化硫污染問題。根據國家相關部門數據統計，2020 年我國廢氣中二氧化硫排放量為11.69 萬t。以煤炭資源為主導的火力發電，對于自然環境和生態環境的破壞是極為嚴重的。火力發電廠脫硫環節，往往會伴隨著大量的能源能量消耗，會直接增加火力發電廠的生產成本。由此而來，我國各地區發力發電廠，都在進行脫硫節能降耗技術創新和應用，想方設法做好二氧化硫物質的處理。可持續發展時代背景下，加強對火電廠脫硫節能降耗技術應用的研究，有著重要的時代價值和現實意義[1]。實現火電廠脫硫節能降耗目標，可以極大程度上促進市場經濟的可持續和可循環發展，更好地促進自然資源利用和生態環境維護，同時還可以極大降低火力發電企業電力生產成本，促進火力發電企業健康可持續發展。

2 火力發電廠脫硫現狀

以煤炭資源為重要能源物質的火力發電形式，不可避免的會帶來二氧化硫污染物。而二氧化硫污染物，則是加重各地區酸雨危害的罪魁禍首，更是各地區水污染和大氣污染的主要污染源頭。無論是水污染、大氣污染，還是酸雨污染和危害，都會對區域內各種動植物帶來巨大危害。例如，以二氧化硫為主要物質的酸雨不僅會腐蝕建筑物，而且還會給綠地植被帶來毀滅性打擊，甚至會直接導致區域性生物物種減少，破壞土壤的正常酸堿度，造成土壤肥力的大量流失，最后會為各地區廣大基層群眾的生產和生活、為人類的生存和生活環境帶來直接性不良影響。與此同時，隨著酸雨破壞力的持續性提升，酸雨還會威脅到人們的身體健康，例如，刺激人們的眼角膜、刺激人們的呼吸道，甚至會誘發人們的呼吸道感染、眼角膜炎及慢性咽炎等疾病，極其不利于人們的身體健康和安全。

在我國發電事業發展中，火力發電在我國電力供應中，占比超過了50%。通過火電廠脫硫節能降耗技術創新應用，每年可以節約近4000t 標準煤，而且還可以減排二氧化硫近6 萬t。隨著新時期火電廠脫硫節能降耗技術創新，我國各地區在火電廠脫硫技術應用方面取得了巨大的進步[2]。例如，爐內噴鈣尾部煙氣增濕活化法、脫硫除塵一體化法、煙氣循環流化床法、石灰石-石膏法、半干法、海水脫硫法、活性焦吸附法等，都可以取得良好的節能減排效果，取得巨大的社會效益。

3 當前我國火電廠脫硫工藝中重點考慮的問題

從全世界范圍來看，我國的火電廠脫硫工藝起步較晚，大約是在20 世紀60、70 年代開始，我國各地區火力發電廠，已經開始陸續進行煙氣脫硫設備引進。從目前來看，當前我國火電廠脫硫工藝中考慮的問題較多，其中重點的核心問題主要是以下兩個。

（1）對于火力發電廠而言，則更加看重的是脫硫的成本問題和電力產品的產出問題。目前各地區的火力發電廠，其建廠成本極高，而且運營成本也較高。一旦安裝上了煙氣脫硫裝置，則會進一步提高了火力發電廠成本，大大減低了火力發電廠企業盈利效益。同時，各地區在脫硫技術當中，更多使用濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術和旋轉噴霧干燥脫硫技術。此類脫硫技術相對簡單容易操作，但脫硫品質也較低。對于火力發電廠而言，提前考慮電力產品出路問題，也是必要的運營考慮方向和途徑[3]。

（2）我國早期的煙氣脫硫技術，最早是由國外進行引進而逐漸發展起來的。煙氣脫硫技術在實現本地化過程中，需要進一步提高煙氣脫硫效率。對此，本地化的煙氣脫硫技術，需要及時進行改進和創新發展應用。通過新型和現代化脫硫技術的創新應用，可以進一步減少脫硫設備的投資成本，進而降低火力發電廠的脫硫和能耗成本。

4 火電廠脫硫節能降耗主要技術與改進對策

進入21 世紀以來，我國二氧化硫的排放總量目前依然在不斷增加。而火電廠的二氧化硫排放總量在全國總排放量中所占比例也不斷增加。可持續發展時代背景下，加強火電廠煙氣脫硫排放的管理和脫硫技術提升是十分必要的。現階段，我國火電廠脫硫工藝主要包括濕法脫硫工藝、干法脫硫工藝和半干法脫硫工藝3 種主要類型。3 種主要類型中的細化脫硫技術形式如表1 所示。

表1 我國火電廠主要脫硫工藝技術羅列

4.1 濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術

4.1.1 濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術原理

濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術具有脫硫率高、適應性好和裝置運行可靠性強的特點。濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術的基本運作原理如下：該工藝直接利用吸收塔進行脫硫加工，使得煙氣中的二氧化硫，直接與吸收液中的石灰石進行反應，形成亞硫酸鈣顆粒，從而實現脫硫目的。濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術的主要化學反應公式具體如下：

4.1.2 濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫系統工藝流程

濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫系統主要由石膏脫水系統、漿液制備系統、煙氣系統、吸收氧化系統以及排放系統等組成。該工藝設備運行費用低，運行過程穩定且脫硫效率較高，是目前在全國范圍內，都普遍應用的脫硫技術。濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術主要是以石灰和石漿料為原材料，對火電廠塔內煙氣進行吸收和洗滌，在煙氣的不斷篩選和洗滌中，逐漸起到二氧化硫祛除的作用。采取濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術時，需要注意以下事項：對于粉塵煙氣要自上而下吸入塔內，避免出現煙氣吸入倒置現象；要將二氧化硫與石灰漿和石灰進行連鎖化學反應，使得反應所得到的硫化物，可以直接沉淀到池底當中。所沉淀的硫化物往往具有水壓硫酸鈣，操作過程中很容易形成塵垢不好處理[4]。操作人員要對塵垢及時進行人工消除處理，保證硫化物聚集的順暢性。濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術的節能降耗價值主要體現在：①高速氣流設計加強了物質傳遞能力，降低了脫硫系統成本和能耗。②該工藝還實現了壓降和二氧化硫祛除之間的關系平衡，使得脫硫系統反應效率更高。③該工藝運行過程中所得到的脫硫副產品可以實現回收二次利用，大大提高了環保和節能效果。

4.1.3 濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術節能措施

為進一步提高濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術的節能降耗效率，該技術的應用可以從如下角度入手。

（1）可以減少吸收塔循環泵運行臺數。一般火電廠FGD 設計裕量較大，可以保證3 臺吸收塔循環泵運行，脫硫效率往往可以達到90%以上。而部分地區的火電廠，對FGD 性能進行考核時，通過2 臺吸收塔循環泵運行實驗，發現其脫硫率可以達到95%以上。通過適當減少吸收塔循環泵運行，可以在一定程度上提高脫硫率，而且還降低企業電費和其他運營費用支出，達到極好的節能降耗目的。

（2）對FGDT 藝術源進行改造。濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝中，維持FGDT 正常運轉需要消耗大量的工藝水。除10%左右的工藝水被石膏直接帶走外，其余全部通過煙囪排入大氣當中[5]。通過進行FGDT 藝術源改造，設計安裝變頻調速泵，在降低泵的電耗量同時，可以實現對FGDT 工藝用水的改造，實現對冷卻水的回收在利用，進而達到節能降耗的目的。

（3）采取品質較好且可磨系數較低的石灰石。通過選取品質較好且可磨系數較低的石灰石，可以降低石灰石磨性單耗，同時也可以減少脫硫劑的使用量，降低了濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝的運行成本。

4.2 回流式循環流化床煙氣脫硫技術

回流式循環流化床煙氣脫硫技術的脫硫工藝和脫硫形成與濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術極為相似。主要操作要點如下：對沒有進行處理的煙氣回收，將煙氣直接輸送到回收塔當中，在來回循環中實現煙氣加速處理，進而形成流化床，使得灰粉末與二氧化硫之間形成摩擦，加速化學反應效率。與此同時，對于形成的流化床，要快速降低其反應的溫度，使得煙體中的顆粒物和二氧化硫進行反應，從而實現顆粒物分離，以此來凈化煙氣。對于凈化好的煙氣可以直接排放到空氣中，實現對空氣環境的保護和凈化。回流式循環流化床煙氣脫硫技術，操作形式相對簡單，是目前在全國各地區火力發電廠脫硫技術中比較常用選擇[6]。

4.3 旋轉噴霧干燥脫硫技術

旋轉噴霧干燥脫硫技術的基本脫硫原理是將石灰石當做硫化劑進行使用，通過石灰石使用中形成的煙氣，來實現脫硫目的。旋轉噴霧干燥脫硫技術使用之前，要提前對石灰石進行消化，并將其直接轉換為石灰漿。實際脫硫過程中，需要借助快速離心噴霧機，將石灰直接轉變為細小的噴霧，并與空氣中的二氧化硫發生反應，從而形成具有固定性的物質。然后，借助除塵器對顆粒物質進行收集，最終完成實際脫硫工作。旋轉噴霧干燥脫硫技術，目前使用效率極高，而且應用極為成熟，技術操作范圍也極為廣泛。對于最終的物質產物，可以直接拋灑到空氣當中，不會對空氣產生二次污染和破壞，是極為成熟且效果極好的脫硫形式。

4.4 爐內噴鈣與尾部增濕活化技術

此脫硫技術要保持燃煤鍋爐適當的溫度，要在一定溫度前提下，對粉狀石灰石進行區域性噴灑。要在鍋爐后的煙道中，設置好對應的活性化學反應器，在反應器出入口位置，也要進行脫硫噴灑水操作。通過兩輪噴灑水環節操作，可以使得反應器中的水蒸氣，與煙道中的煙氣進行氧化鈣反應，進而生成氫氧化鈣物質。這種物質不僅可以作為脫硫使用，而且還可以生成亞硫酸鈣，最終生成硫酸鈣。內噴鈣與尾部增濕活化技術應用時間較長久，在老機組投入改造中極為常見。

4.5 變頻器脫硫節能降耗技術

從火力發電廠整個脫硫系統來看，增壓風機所消耗電量，可以占到整個電能消耗量的1/2 以上。由此可見，要想提高火電廠脫硫效率，可以從變頻器脫硫節能環節入手，極大提高節能降耗水準。增壓風機運行時，往往需要采取節流調節形式，控制好風機出入口風量，從而改變管道的特性曲線。變頻調節過程中，主要是利用改變風機轉速，實現風機速度調節作用。在變頻管道不變前提下，可以利用風機轉速的冪次方與耗電量正比關系處理，可以得到良好節能降耗目的。

5 結語

綜上所述，在經濟全球化以及國內市場快速發展的今天，各行各業對于電力能源需求量日益增加。發展的同時，也需要保護自然環境和生態環境。我國具有極為豐富的煤炭資源，而且大部分的煤炭資源往往用來進行火力發電。火力發電過程中不可避免會出現二氧化硫污染問題。在可持續發展理念下，唯有不斷更新火電廠脫硫節能降耗技術，提高火電廠脫硫效率和減少能源消耗量，才可以極大程度上降低火力發電成本，保護自然生態環境，實現火力發電事業經濟效益和社會效益的雙贏目標，促進社會主義和諧社會宏偉藍圖的實現。