淺談火電廠脫硫技術(shù)

賈風(fēng)雷

摘要： 當(dāng)前，我國(guó)面臨嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，對(duì)人民身體健康與社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展造成巨大的威脅。而二氧化硫的排放占據(jù)很大的比例，我國(guó)能源以煤炭為主，而火電廠消耗的很大部分的煤，燃燒過(guò)程中產(chǎn)生大量的二氧化硫，為減少環(huán)境污染，脫硫技術(shù)顯得尤為迫切。

Abstract： At present， serious environmental problems， which will do harm to people's health and bring huge threat of social sustainable development. Sulfur dioxide emissions do great harm to the environment， China will still maintain the coal based energy structure， a large part of the coal is consumed in the power plant， and amount of sulfur dioxide produced during the combustion process， so the desulfurization technology seem particularly urgent.

關(guān)鍵詞： 環(huán)境問(wèn)題；火電廠；二氧化硫；脫硫技術(shù)

Key words： environmental problems；power plant；sulfur dioxide；desulfurization techonology

中圖分類(lèi)號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2013）03-0308-02

1 我國(guó)面臨的環(huán)境問(wèn)題

伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題日益突出，嚴(yán)重危害人們的身體健康與社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，已經(jīng)成為威脅生存和發(fā)展的重大社會(huì)問(wèn)題。當(dāng)前，發(fā)達(dá)國(guó)家主要環(huán)境問(wèn)題為環(huán)境污染，發(fā)展中國(guó)家的環(huán)境問(wèn)題為環(huán)境破壞，而我國(guó)兼而有之，并且都十分嚴(yán)重。

據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)是世界上污染物排放量最大的國(guó)家之一，2011年全國(guó)化學(xué)需氧量1383.3萬(wàn)噸，二氧化硫排放量2468.1萬(wàn)噸。環(huán)境污染對(duì)人們健康和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展造成很大影響，在我國(guó)每年因?yàn)槌鞘形廴驹斐傻某~死亡人數(shù)達(dá)到17.8萬(wàn)人。

我國(guó)目前的空氣污染相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家污染最嚴(yán)重的五六十年代水平，主要污染物則為二氧化硫和煙塵，其中二氧化硫排放量約占百分之七十左右，而我國(guó)能源以煤炭為主，而火電廠消耗了很大部分煤，燃煤過(guò)程產(chǎn)生大量的二氧化硫，對(duì)空氣造成很大的污染。低成本的、高效率的脫硫技術(shù)成為電廠的重要任務(wù)之一。

2 脫硫技術(shù)

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外最常見(jiàn)的脫硫方法主要包括燃燒前脫硫（對(duì)燃煤脫硫）、燃燒中脫硫（爐內(nèi)脫硫）、燃燒后脫硫（煙氣脫硫）等方法。

2.1 燃燒前脫硫技術(shù)

燃燒前脫硫是對(duì)原煤通過(guò)采取各種方法，除去燃煤中一些硫元素，達(dá)到脫硫目的，包括物理洗選煤法、化學(xué)選煤法、煤的氣化和液化、生物選煤法等。

物理洗選煤法最為經(jīng)濟(jì)，使用廣泛。提高煤炭的入洗率是降低環(huán)境污染的重要方法，在國(guó)際范圍內(nèi)，我國(guó)的煤炭入洗率非常低，大約只有20%水平，而英國(guó)約為95%，日本甚至超過(guò)98%；對(duì)于我國(guó)通過(guò)提高煤炭的入洗率可明顯減小燃煤產(chǎn)生的二氧化硫污染。物理方法脫硫效果很好，技術(shù)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性好；不過(guò)物理方法不能除去原煤中的有機(jī)硫，只能除去無(wú)機(jī)硫中硫含量的80%左右，占總含硫量不到30%，達(dá)不到控制二氧化硫污染的指標(biāo)，故需采取更進(jìn)一步的措施。

化學(xué)脫硫法可以有效的除去燃煤中部分有機(jī)硫，主要是將原煤中的某種形式存在的硫元素通過(guò)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為其他形式可以分離出去的硫元素，從廣義上包括煤的氣化、液化等。

使用化學(xué)脫硫技術(shù)，有較高的脫硫效率，但是化學(xué)脫硫技術(shù)主要在高溫環(huán)境下進(jìn)行，需要費(fèi)用很高，商業(yè)化推進(jìn)比較困難。

生物脫硫技術(shù)從嚴(yán)格意義上應(yīng)屬于化學(xué)脫硫技術(shù)，但由于生物脫硫技術(shù)本身的特殊點(diǎn)，這里將其單獨(dú)列出來(lái)。生物脫硫技術(shù)將燃煤放入某種特定細(xì)菌液中，這種細(xì)菌可以產(chǎn)生某種蛋白酶，而產(chǎn)生的蛋白酶又可以將硫氧化生成硫酸鹽。目前，生物脫硫技術(shù)只停留于實(shí)驗(yàn)室階段，尚沒(méi)有得到足夠的資金支持。

2.2 燃燒中脫硫技術(shù)

燃煤燃燒過(guò)程中脫硫是在爐內(nèi)加入一些固硫物質(zhì)，例如生石灰、石灰石粉末等，將燃煤中的SO2固化生成對(duì)應(yīng)的硫酸鹽，隨同爐渣排出，從而可明顯減少對(duì)大氣造成的污染。常采用的固硫技術(shù)有：有型煤固硫技術(shù)和流化床燃燒技術(shù)。

2.2.1 型煤固硫技術(shù)

將原料篩分以后按照一定的比例配煤，在原煤粉碎后與經(jīng)過(guò)處理的粘結(jié)劑和固硫劑進(jìn)行混合，然后用機(jī)械設(shè)備擠壓成型并干燥，經(jīng)過(guò)這個(gè)過(guò)程就可以得到有一定形狀和強(qiáng)度的工業(yè)固硫型煤。

固硫劑主要包含大理石、石灰石、電石渣等，加入多少固硫劑需根據(jù)含硫量來(lái)確定。使用型煤可以大大降低厭棄中的一氧化碳、二氧化碳以及煙塵的濃度，并有一定程度上節(jié)煤效用，帶來(lái)客觀的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益；然而，在實(shí)際中存在一些問(wèn)題，如型煤著火滯后，存在斷火熄爐等風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)一步研究。

2.2.2 流化床燃燒脫硫技術(shù)

循環(huán)流化床的鍋爐通過(guò)在爐內(nèi)添加石灰石而進(jìn)行脫硫，把煤與吸附劑加入到燃燒室中的床層中，從爐底進(jìn)行鼓風(fēng)使床層懸浮進(jìn)而流化燃燒，這樣形成了湍流混合條件，延長(zhǎng)了停留的時(shí)間，進(jìn)而提高了燃燒的效率。其反應(yīng)過(guò)程為煤中含有的硫燃燒，生成二氧化硫，與此同時(shí)石灰石經(jīng)過(guò)煅燒分解成多孔狀氧化鈣，此時(shí)二氧化硫到達(dá)吸附劑的表面并發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到脫硫效果。流化床脫硫技術(shù)最重要的影響因素包括煅燒溫度、鈣硫比、脫硫劑的種類(lèi)、脫硫劑的顆粒尺寸與孔隙結(jié)構(gòu)等。當(dāng)Ca/S摩爾比為2時(shí)，并通過(guò)對(duì)爐內(nèi)進(jìn)行合理的運(yùn)行與控制，脫硫效率可達(dá)到百分之九十左右。石灰石在爐內(nèi)煅燒生成CaO，與二氧化硫進(jìn)一步反應(yīng)生成硫酸鈣。

2.3 燃燒后脫硫技術(shù)

燃燒后脫硫技術(shù)又稱(chēng)煙氣脫硫技術(shù)，在目前各種脫硫技術(shù)中效率最高、應(yīng)用也最為廣泛。對(duì)于燃煤電廠來(lái)說(shuō)，在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，煙氣脫硫技術(shù)將是控制二氧化硫的一個(gè)主要途徑。煙氣脫硫技術(shù)包括干式煙氣脫硫工藝和濕式煙氣脫硫工藝。

2.3.1 干式煙氣脫硫工藝

上世紀(jì)八十年代初，干式煙氣脫硫工藝開(kāi)始用于電廠煙氣脫硫，其優(yōu)點(diǎn)包括：投資費(fèi)用低；脫硫產(chǎn)物呈現(xiàn)干態(tài)；無(wú)需裝設(shè)除霧器及再熱器等，設(shè)備不易發(fā)生結(jié)垢及杜塞現(xiàn)象，設(shè)備不易腐蝕。

缺點(diǎn)有：吸收劑的利用率偏低；用于高硫煤時(shí)經(jīng)濟(jì)性較差；飛灰與脫硫產(chǎn)物的混合有可能影響綜合利用；對(duì)于干燥過(guò)程的控制要求較高。

干式脫硫又包括噴霧干式煙氣脫硫工藝和煤粉灰干式煙氣脫硫技術(shù)。噴霧干式煙氣脫硫工藝由美國(guó)與丹麥公司共同開(kāi)發(fā)，并在上世紀(jì)七十年代在電力系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用；該工藝?yán)渺F化的石灰漿液在噴霧干燥塔中與煙氣進(jìn)行接觸，并與二氧化硫進(jìn)行反應(yīng)，生成干燥的固體物質(zhì)，最終連同飛灰一塊被除塵器收集。煤粉灰干式煙氣脫硫技術(shù)利用煤粉灰作為脫硫劑，是日本上世紀(jì)八九十年開(kāi)發(fā)并運(yùn)用于生產(chǎn)，取得很好的效果；其優(yōu)點(diǎn)有：脫硫效率較高，性能穩(wěn)定，脫硫成本較低；煤灰脫硫劑可以復(fù)用，設(shè)備簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。

2.3.2 濕法煙氣脫硫工藝

濕式煙氣脫硫工藝主要利用石灰石、石灰或者碳酸鈉等漿液作為洗滌劑，在反應(yīng)塔中洗滌煙氣，除去其中的二氧化硫。

該法的特點(diǎn)包括：效率高，可達(dá)95%以上；煤種適應(yīng)性強(qiáng)，煙氣處理量大，對(duì)于大容量高寒流煤機(jī)組有很大的優(yōu)勢(shì)；吸收劑易得且廉價(jià)；副產(chǎn)品為方便利用的二水石膏。在世界范圍內(nèi)大型火電廠常采用濕式石灰石/石灰—石膏法煙氣脫硫工藝。

濕法工藝中，影響濕法煙氣脫硫工藝投資的一個(gè)重要問(wèn)題是煙氣再熱問(wèn)題。濕法工藝脫硫后煙氣溫度一般較低，一般在露點(diǎn)以下，倘若不經(jīng)再熱而直接排入煙囪，酸霧極易形成，對(duì)煙囪造成腐蝕，同時(shí)不利于煙氣擴(kuò)散。

3 我國(guó)脫硫技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

我國(guó)脫硫技術(shù)是在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行再吸收并創(chuàng)新，脫硫技術(shù)水平得到很大提高，然而脫硫方法比較單一，其中石灰石—石膏法占了很大的比例，已建成和在建脫硫項(xiàng)目中，石灰石—石膏法的比例超過(guò)了百分之九十，而對(duì)于脫硫過(guò)程的副產(chǎn)物石膏的處置及綜合利用還沒(méi)夠足夠重視，拋棄或堆放，既占用了場(chǎng)地浪費(fèi)了資源，同時(shí)還會(huì)造成二次污染[3]。

我國(guó)應(yīng)用最為廣泛的煙氣脫硫技術(shù)也存在一些問(wèn)題。上世紀(jì)八十年代，我國(guó)開(kāi)始從國(guó)外引進(jìn)或自主開(kāi)發(fā)煙氣脫硫技術(shù)，建成了幾個(gè)大型的示范工程，取得了很大的環(huán)境與社會(huì)效益，但是仍存在很多問(wèn)題。

煙氣脫硫國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題比較困難，關(guān)鍵技術(shù)只能依靠國(guó)外技術(shù)，研發(fā)費(fèi)用高昂，缺少配套的國(guó)產(chǎn)化優(yōu)惠政策，重硬件、輕軟件，忽視吸收和創(chuàng)新，并存在重復(fù)引進(jìn)的問(wèn)題；脫硫工程周期長(zhǎng)，運(yùn)行穩(wěn)定性能差；管理不到位，脫硫市場(chǎng)低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)、無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)，不利于國(guó)內(nèi)脫硫技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)造成安全上的隱患[4]；脫硫的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，不但要技術(shù)上可行，還要考慮脫硫成本，努力提高脫硫效率，減小脫硫設(shè)備投資，從而等降低成本，在減少污染的同時(shí)，提高企業(yè)盈利能力。

綜上所述，我國(guó)未來(lái)一段時(shí)間脫硫技術(shù)研究的重點(diǎn)主要有：開(kāi)發(fā)研制高效率的脫硫以及副產(chǎn)品回收技術(shù)；提高脫硫技術(shù)國(guó)產(chǎn)化水平，突破脫硫領(lǐng)域一些核心技術(shù)；通過(guò)國(guó)家政策引導(dǎo)，提供一系列優(yōu)惠政策促進(jìn)脫硫技術(shù)行業(yè)的健康發(fā)展，提高行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)與企業(yè)效益的協(xié)調(diào)。

4 結(jié)論

目前，我國(guó)面臨很?chē)?yán)重的環(huán)境問(wèn)題，對(duì)人們身體健康與社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)很大的隱患，二氧化硫在污染物排放里面占據(jù)一個(gè)很大比例，我國(guó)已煤炭為主要能源，發(fā)電廠消耗了大部分的煤炭，燃燒過(guò)程產(chǎn)生大量二氧化硫，脫硫技術(shù)研究尤為迫切。我國(guó)火電廠應(yīng)用最多的是燃后脫硫，其中石灰石—石膏法占很大比例，其它工藝也在不斷地進(jìn)步推廣。

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