论我国火电厂烟气脱硫建设转折与发展

魏志奇

同煤国电王坪发电有限责任公司，山西 朔州 038300

我国人口众多，能源需求量大。目前我国能源以煤炭为主，发电取暖，每年都耗费大量煤炭，煤炭燃烧产生的SO2，是造成空气污染的罪魁祸首。据统计资料显示，空气污染所造成的酸雨已危及24个省、市、自治区，如此严重的空气污染，不仅仅关系到我国还会影响世界乃至子孙后代，对此我国政府给予高度重视，严格控制SO2和酸雨污染的发展，制定一系列相关的政策法规削减SO2排放量，减缓全球的温室效应，控制大气污染。减少排放，保护地球已经是全世界的话题，在我国保护大气环境已成为目前及未来相当长时间内的重要任务。中央曾在《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》明确提出五年内的SO2排放总量要比“十五”期间减少10 %。由此我们可以看到，控制SO2的排放量已经提到了中央政府工作主要日程上来了。SO2最大的排放单位是火电厂，火力发电要燃烧大量的煤炭，由此每年产生的烟尘、SO2量均名列第一，SO2占“两控区”排放量的59 %以上，如此怵目惊心的数字，为我国火电厂烟气脱硫产业化的发展提出了新课题，也为环保科研提出了新课题，开发和研究适合我国国情和实际情况的脱硫技术，迫在眉睫，如何卓有成效地控制燃煤烟气排放的SO2量，是目前一个最焦点的问题，本文对此进行了论述。

1 我国控制SO2的排放情况

我国是以燃煤为主要能源的国家，早在1995年我国的煤炭消耗量为12.8亿t，主要煤炭消费行业为火力发电厂。煤炭的耗量呈逐年增加趋势，伴随燃煤的烟尘排放，二氧化硫的排放量达2370万t，已然成为SO2排放世界第一大国。据环保部门的数据报告，全国近2/3的城市SO2浓度超过国家环境质量二级标准，SO2的超标排放造成我国40%左右的地区受到酸雨污染。针对此情况，我国早在1996年就颁布了新《大气污染防治法》，其中划定酸雨控制区或者SO2控制区，在两区内新建的火电厂必须燃用低硫煤，对不能燃用低硫煤的火电厂和其他大中型企业必须配套建设脱硫和除尘装置，严禁没有控制SO2措施的企业存在；对于旧有企业应采取控制SO2排放和除尘措施。由此除尘脱硫，已经上升到了法律的高度[1]。

1.1 控硫历史

2006年，在我国的环保史上创造了一个第一，那就是SO2排放量达到历史最高，之后的2007年成为SO2排放控制史上的一个标志年，从这一年开始，国家加大了控制力度，排放量将逐年下降。这一年国家环保部门公布的数据显示上半年，全国SO2排放总量1263.4万t，与2006年同期相比下降0.89%；而这种情况的出现并不是限制电厂生产取得的，而是在火电发电量增长18.3%的情况下，实现了SO2排放量同比下降5.2%好成绩。分析其原因，是国家和企业的共同重视及努力，使得火电厂烟气脱硫产业化得以快速发展，脱硫企业和脱硫技术如雨后春笋般茁壮成长，使得电力SO2控制水平提高了一截。电力烟气脱硫的装机容量2006年底约1.6亿kW，发展到2007上半年达到约2亿kW；而烟气脱硫机组占煤电机组的比例逐年提高，到目前为止已高于美国30%的脱硫比例，正是靠业内人士的努力创造了脱硫的世界奇迹。发展到今天，全国新投运火电机组同步安装并运行脱硫设施的装机容量不断上升，安装比例达到85%以上，以前的老企业中基本按法规逐步加装脱硫装置。煤电企业的烟气脱硫比例已经达到60%。走过的这一段脱硫辉煌路，与脱硫产业化的发展直接有关。

1.2 控硫现状

回顾历史，我们发现我国的控硫工作早在上世纪70年代中期，我国就已经开始了电力行业的控制SO2排放的实验研究。在经过自主创新、引进先进技术、国外合作、示范试验几个阶段后，加之政府环保部门在这方面施加的巨大压力，我国脱硫行业产业化进程不断得到推进，因此具有良好的产业化政策及市场经济机制。短短几年间，我国具有专业烟气脱硫资质的公司就迅速增加到200多家，为我国的减排工作做出了重大贡献。其中有1/4的公司技术、资金、人员实力达到了一定的规模，能够承担10万kW及以上机组的烟气脱硫工程。我国目前的脱硫产业化发展基本形成了产业化、规模化、系列化，在自主研发和引进技术的基础上进行消化吸收再创新；脱硫设备国产化水平大大提高，脱硫设备、材料的国产化率已经达到90%以上；脱硫设施造价及运行成本大幅度降低，脱硫造价降低到每千瓦平均200元人民币左右。

2 脱硫技术分类

应该说我国现在的脱硫技术经过前一个时期的发展，已经具备一套成熟的经验，拥有了众多的专业企业。技术日趋成熟是我国目前脱硫行业的进步，根据脱硫工艺和脱硫技术可分燃烧前、燃烧中和燃烧后脱硫3种[2]。

所谓燃烧前脱硫是指原煤洗选、煤气化等脱硫技术。应用这种脱硫方法可将煤中含硫量降低1.5 %左右。但这种技术不论是对煤矿还是对于电厂，都是一种高成本运行，目前已很少采用此法。

所谓燃烧中脱硫是指常压循环流化床、增压循环流化床与炉内喷钙等技术在煤炭燃烧中进行脱硫。前两种技术下的脱硫属于清洁煤燃烧技术。后一种技术单独使用效率较低，一般与尾部加湿工艺联合使用。

至于燃烧后脱硫是烟气脱硫，包括湿法脱硫、喷雾脱硫、循环流化床脱硫、电子束脱硫、脱硫除尘等技术。

烟气脱硫是目前世界唯一大规模商业化应用的脱硫方式，该技术可以有效控制SO2污染和酸雨的形成。

3 目前应用的脱硫技术

3.1 电子束氨法烟气脱硫技术

工艺原理。该技术也称CAEB-EPS技术，居国际先进水平，是利用高能电子束（0.8MeV ～1MeV）辐照烟气，达到脱硫脱硝的目的。其工艺原理是把烟气中的二氧化硫和氮氧化物转化成硫酸铵和硝酸铵。对烟气进行降温增湿、加氨、电子束辐照和收集副产物是这种技术的主要工艺流程，通过这种技术让烟气除尘后通过冷却塔增加烟尘的湿度、降低温度，然后流经反应器时被电子束辐照产生多种活性基团，从而实现氧化烟气中的SO2和NOx的目的；然后在反应器上游喷入氨与先期形成的酸发生反应，最后生成硫酸氨和硝酸氨微粒被副产物收集装置收集。这两种物质可以生产化肥和工业原料。该项技术的特点是脱硫方法经济、运行操作简便、负荷跟踪能力强；脱硫效果好，能够脱除烟气中95%以上的二氧化硫和70%以上的氮氧化物；副产物无二次污染。CAEBE-PSP技术应用范围广，可在燃煤电站、化工、冶金、建材等行业应用。

3.2 脉冲电晕放电等离子体脱硫技术

该项技术的工作原理是利用脉冲电源产生的高电压脉冲加在反应器电极之间产生强电场，通过形成的强电场电离部分烟气分子，获得能量后成为高能电子（5eV～20eV），继而激活、裂解、电离其他烟气分子，通过一系列的化学反应及变化，产生OH-、O2、H2O等多种活性粒子和自由基。最终能够氧化为高阶氧化物SO3、NO2，与烟气中的H2O相遇后生成了（NH4）2SO4/NH4NO3的气溶胶，再由收尘器收集。该项技术的特点是具有装置简单、运行成本低、有害污染物清除彻底，很适合我国企业应用。

3.3 石灰石/石膏湿法脱硫技术

这种脱硫方法是目前最成熟的烟气脱硫技术，主要工作原理是水中溶解的石灰石离解产生OH-离子，最后中和生成H2O。采用石灰或石灰石乳浊液吸收烟气中的SO2，化学反应后生成半水亚硫酸钙或石膏。该项技术的优点在于脱硫效率高，可达到90%以上；吸收剂利用率高，可达90%，但不足之处是成本高且有二次污染发生。

3.4 湿法烟气脱硫除尘一体净化技术

该项技术的工作原理是湿法除尘，也就是让烟尘充分与水接触，在湿化的过程中加入脱硫剂，即除尘又脱硫，对烟气进行洗涤。这个过程通过以下方式实现：

把含有脱硫剂的洗涤液雾化成细小液滴，喷洒到烟气中；让烟气以气泡形式通过吸收液层，与吸收液接触进行洗涤；利用旋风水膜除尘器，文丘里水膜除尘器的惯性作用使烟气与水膜接触；利用静电力与液膜接触。湿式脱硫除尘器实际上是把烟气中的二氧化硫进行一种化学吸收。这种技术目前应用的不多，主要是脱硫效率低，不彻底。

3.5 海水脱硫技术

该项技术使用的脱硫剂是海水。此技术在国外早已被广泛应用，在吸收塔内烟气中的二氧化硫被吸收生成亚硫酸根离子，使亚硫酸根离子通过和海水中的重碳酸根离子相互作用，进而生成二氧化碳，保持了pH值的稳定。经过曝气池处理后的海水，亚硫酸根氧化生成稳定的硫酸根，从而保证恢复pH值到排放标准。经过洗涤液处理后的SO2以硫酸盐形式进入海水，不会对海水造成污染。但日积月累后，里面的重金属有可能会污染海底淤泥，也是我们应该考虑的问题。该项技术的使用是有一定条件限制的，首先是电厂要滨海，而且冷却水采用的就是海水，这样就可以利用低成本海水资源；其次是火电厂使用的是低硫煤；最后是位置远离生活区，对海水质量要求较低，扩散条件较[3]。

4 湿法脱硫存在的问题

1）如何使除尘、脱硫效率同步提高问题。通过分析上述几种湿法脱硫技术，我们发现脱除烟尘和二氧化硫吸收的气液接触面积是相同的，在烟气中脱出含量很低的二氧化硫难度更大；

2）脱硫过程中的磨损、腐蚀、结垢问题。湿法脱硫加入钙质脱硫剂过量，不可避免地发生磨损、腐蚀、结垢问题，破坏气液的正常流动，造成通道阻塞，增加阻力；

3）脱硫过程中风机带水问题。烟气带水引起引风机振动，清灰次数增多，湿法脱硫除尘一体进行激化了这个问题；

4）脱硫的污液处理问题。为了防止二次污染，洗涤液必须循环使用。如不及时加入脱硫剂，将使脱硫效率大大下降，还加剧了设备的腐蚀率。

5 采取的技术措施

采用湿法脱硫除尘器，主要还是强化洗涤净化原理，发扬湿法脱硫的气液接触面积大、气膜薄、气泡小的优点，继续加强二氧化硫扩散距离短，阻力小的技术研究。

同时，可以考虑通过选择合适的空塔速度，减小气膜、液膜厚度，强化传质过程，可以利用填料，搅拌等措施来实现，从而达到增大气液接触面积的目的，强化气流、液流的湍动。

另外针对洗涤液酸度易增高的情况，可以在洗涤液中加入可溶性碱性物质，发挥综合辅助吸收的作用，增强液侧的传质阻力。

在设计湿法脱硫装置时，对低负荷时脱硫除尘器性能的变化要给予充分考虑，关键处要强化辅助净化技术，以便保证低负荷时，能够确保脱硫除尘器具有稳定的净化效果。

适当控制洗涤液的pH值，保持净化器中洗涤液呈弱酸性，有利于防止结垢。注意脱硫装置的防腐、耐磨，降低设备成本，延长设备使用寿命，所以要选择合适的材料，即降低成本又符合脱硫要求。如选用耐酸水泥、玻璃钢、不锈钢、耐磨耐腐衬里、麻石等。

防止烟气对凝结水的携带，可以加大脱水器后引风机前烟道的直径，同时做好保温。在充分考虑到经济因素的同时，可采用烟气再热的方法彻底解决风机带水问题。脱水器的型式和设计参数是设计时应该重点考虑的，要合理选择。

综上所述，随着国民经济的高速发展，人民生活水平的不断提高，各行业对电力需求的不断增大，作为以火电为主要能源的中国，近期的脱硫任务仍然很艰巨，而且越发艰难。火电作为近期我国最主要的发电源，是造成环境污染的主要因素，电厂污染物排放对大气及环境的污染位列第一。在全球提倡节能减排的今天，继续加大火电厂烟气脱硫技术的投资力度和研发力量，意义重大。借鉴国外先进的脱硫技术，结合国内实际情况，大胆创新，不断改革，促进我国火电行业脱硫产业更快、更好地发展。

[1]罗子湛，孟立新.燃煤电站SCR烟气脱硝喷氨自动控制方式优化[J].电站系统工程，2010(4).

[2]公维军.浅析氨法脱硫工艺在我厂锅炉系统的应用[J].河南化工，2010(10).

[3]王鑫.电厂脱硫设备的防腐与防护对策研究[J].中国新技术新产品，2010(18).