中国火电行业SO2排放与治理

王丽雯，周 也，田 震

(郑州大学化工与能源学院，河南郑州 450001)

0 前言

据中国国家统计局公告，2011年中国能源消耗总量为34.8亿吨标准煤。在我国所有消耗的能源中，煤炭占70%，而世界平均水平仅为29.4%［1］。我国能源资源状况、分布和一次能源生产和消费的构成，决定了煤炭在我国能源结构中的重要地位。而且我国严重依赖煤炭的能源结构状况在未来相当长的时期内不会改变。然而煤炭是一种低品位的化石能源，中国煤炭中灰分较高，硫含量从0.1% ～10%变化不等［2］。我国煤炭大都直接燃烧，造成烟尘和SO2等污染物直接排放到大气中，造成严重的环境污染，带来巨大的经济损失。我国耗煤最多的行业是火电行业，也是SO2排放量最大的行业。我国火电行业的燃煤量和SO2排放量分别占据总耗煤量和总SO2排放量的50%和52%［3］。因此，对火电行业SO2排放进行控制和治理，对于构筑资源节约型和环境友好型工业体系，乃至最终实现可持续发展具有重大意义。

1 火电行业SO2排放现状

改革开放以来，中国电力工业一直保持快速发展的势头，不断取得显著成绩。依据中国电力联合会发布的统计数据［4］，从1996年起，我国发电装机容量和发电量均高居世界第二位。到2010年，我国全口径发电量42 280亿kW·h，其中火电34 145亿kW·h，约占81%［5］。长期以来，我国电力行业中超过70%的装机容量为火电，约占80%的发电量来自火电［6］。

表1 我国火力发电—燃煤消耗—SO2排放统计数据

在电力行业取得骄人成绩的同时，火电行业由于燃烧煤炭排放大量SO2导致的问题却也不容忽视。从表1中给出的1997～2007年我国火力发电—燃煤消耗—SO2排放的统计数据［2］可以看出，燃煤消耗量逐年增加;SO2排放量在2006年达到峰值，2007年有小幅回落但仍保持高位。燃煤造成的没烟型污染不仅使我国许多城市的大气质量难以达到良好的环境空气质量标准，而且燃煤排放的二氧化硫是导致酸雨产生的主要原因之一。目前，我国已成为继欧洲、北美之后的世界第三大重酸雨区。酸雨的蔓延形势非常严峻，酸雨区已从20世纪80年代西南少数地区发展到长江以南、青藏高原以东和四川盆地的大部分地区，全国一半以上的城市降水年均pH值低于5.6，酸雨覆盖面积已占国土面积的30%以上［7］。根据国家环境保护部的一项调查显示，在2008年，由于SO2排放造成的经济损失高达4 642亿元，相当于当年GDP的1.54%［1］!

2 脱硫技术现状

目前，脱硫方法有燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫三大类，均为世界各国普遍采用的脱硫技术。燃烧前脱硫主要是通过物理、化学和生物的方法改变煤炭和重油等高硫燃料的组成和成分，降低硫含量，提高燃料品质。燃烧中脱硫是指在燃烧过程中掺入石灰石之类的脱硫剂，以在燃烧的同时达到脱硫的目的。燃烧后脱硫即烟气脱硫(FGD)是采用化学或物理或二者结合的方法将烟气中的SO2固定和脱除。由于燃烧前脱硫和燃烧中脱硫造价成本较高，应用受到限制，因此目前烟气脱硫是SO2减排技术中研究的较多，进展也较快的技术。

2.1 湿法烟气脱硫

我国火电厂锅炉排放的主要是低浓度SO2烟气，采用传统的接触法脱硫制硫酸等方法技术经济难度大，必须采用其他方法进行脱硫［8］。低浓度SO2烟气脱除方法可分为湿法、半干法和干法三大类。在湿法脱硫过程中，采用不同的吸收剂可获得不同的副产物而加以利用，因此湿法脱硫是国内外应用最广，研究最多的湿法脱硫技术。目前已经商业化或处于中试阶段的湿法烟气脱硫工艺有:石灰/石灰石—石膏法、海水脱硫法、磷铵复合肥法、钠碱法、氨吸收法、氧化镁法等［9］。

2.1.1 石灰/石灰石—石膏法

石灰/石灰石—石膏法脱硫法采用的脱硫剂为石灰或石灰石浆液。石灰或石灰石浆液与SO2反应生成亚硫酸钙，然后通入空气强制氧化，最终产物为石膏。

石灰/石灰石—石膏法是目前较为成熟的脱硫技术。该工艺脱硫效率高;吸收剂取材方便，价格低廉，利用率较高;对煤种的适应性好，尤其适用于高硫煤，对锅炉负荷变化的适应性也强，并且设备运行可靠性高。但该工艺初期投资约占电厂总投资的20% ～30%;对设备腐蚀、磨损严重，需要较高的运行、维护费用;副产品的综合利用出路不大，产生的废水很难处理。

2.1.2 海水法

海水烟气脱硫法使用的SO2吸收剂是天然海水。经过脱硫吸收的海水经过海水恢复系统，其pH值得以恢复，最终排入大海。

海水法烟气脱硫工艺用天然海水作为吸收剂，工艺较简单;吸收系统可用率高;吸收SO2后的海水经处理达到排放标准后排入大海，此过程无脱硫灰渣生成;脱硫率较高，环境效益显著;投资和运行费用较低。但海水法只能在沿海国家和地区使用，而且一般只适合于中低硫煤电厂。另外，该法还可能对海洋环境造成不良影响。

2.1.3 磷铵复合肥法［2，11］

磷铵复合肥法烟气脱硫技术利用天然磷矿石和氨为原料，在烟气脱硫的同时生产磷铵复合肥，是我国自主研发的一项回收法脱硫技术。

磷铵复合肥法相比一般烟气脱硫方法，有脱硫效率较高的优点，可达95%以上，而且该法使用的脱硫原料来源比较丰富，所获产品为农业需要的磷铵复肥。此项技术除需处理磷石膏废渣和含氟废气外，几乎无其它额外污染。但该工艺复杂，磷矿粉萃取过程产生的废弃物容易造成二次污染，并且设备腐蚀严重。

2.1.4 氨法

氨法是用氨水吸收烟气中的 SO2，形成(NH4)2SO3－NH4HSO3－H2O的吸收液体系，该溶液中(NH4)2SO3是主要的SO2吸收剂。氨法中比较成熟的有氨—酸法、氨—亚硫酸铵法和氨—硫酸氨法等。

氨法的主要特点:一方面氨的碱性比钙基吸收剂强，另一方面吸收 SO2的过程是气—液或气—气反应，反应速度快而且完全，所以吸收剂利用率较高，脱硫效率也相对较高。另外该法还有脱硫系统简单、设备体积小、能耗低的优点，但氨吸收剂的消耗量较大，氨的来源也受地域及生产企业等因素的限制。

2.2 火电企业脱硫现状

截止到2009年底，我国燃煤电厂烟气脱硫机组容量比2008年增长29.5%，达到4.73亿kW，在所有煤电机组中脱硫机组占76%。在我国已投产的烟气脱硫机组中，86%烟气脱硫机组是30万kW级以上。烟气脱硫采用的工艺中，石灰石—石膏法依然是主要方法，占92%，海水法占3%，氨法占2%，其他方法占 3%［6］。

3 烟气脱硫技术进展

开发新的湿法脱硫工艺路线综合起来有两种［2］:一是保持传统湿法的高脱硫效率，通过提高空塔气速，提高喷雾效果等改进措施，进一步降低设备投资和运行费用;二是适当降低湿法的脱硫效率，通过提高流速，简化工艺，缩小吸收塔容积等技术措施降低一次投资和运行费用。

除单纯的脱硫之外，由于分段脱除烟气中SO2和NOx不仅投资和运行费用昂贵，而且在工艺中还存在脱硫后烟气再热等问题，因此目前开发节能高效的同时脱硫脱硝新技术、新设备成为国内外烟气净化技术研究的趋势。近年来，国内外都相继开展了烟气同时脱硫脱硝技术的开发，有的技术已经应用于工业实践。这类技术包括电子束法脱硫、脉冲电晕放电脱硫脱硝技术、固相吸附再生技术等。

4 结束语

“十一五”计划期间，我国火电行业节能减排效果显著，二氧化硫控制已取得明显成效，并为我国完成节能减排目标作出了巨大贡献。尽管如此，在未来相当长的时期内，我国电力工业仍然主要依赖火力发电，因此SO2排放形势依然严峻。“十二五”节能减排目标对电力行业二氧化硫排放总量进一步削减。在此背景下，我国火电行业应该进一步加强从源头控制和末端治理中减少SO2排放，我国的科研人员应继续大力致力于烟气脱硫工艺改进和开发的工作，以实现构筑环境友好型工业体系的目标。

［1］Bao Qianglin，Zhu Junjiang，Peng zhang.Allocation of sulphur dioxide allowance－An analysis based on a survey of power plants in Fujian province in China［J］.Energy，2011，36:3120－3129.

［2］郝吉明，王书肖，陆永琪.燃煤二氧化硫污染控制技术手册［M］.北京:化学工业出版社，2001:2－294.

［3］王淑娜，孙根年.中国1991年至2007年火力发电—燃煤消耗—SO2排放关系的分析［J］.资源科学，2010，32(7):1230－1235.

［4］中国电力企业联合会.中国电力行业年度发展报告2010［M］.北京:中国电力出版社，2010.

［5］中国电力企业联合会.2010年全国电力工业统计快报［R］.北京:中国电力企业联合会，2011.

［6］张建宇，潘 荔，杨 帆，等.中国燃煤电厂大气污染物控制现状分析［J］.环境工程技术学报，2011，1(3):185－196.

［7］王志轩，朱法华，刘思湄，等.火电二氧化碳环境影响与控制对策［M］.北京:中国环境出版社，2002，2.

［8］张 丽.低浓度SO2烟气处理及NO2和CO2对其过程的影响研究［D］.湖南:中南大学，2010，3.

［9］王召启.超声波膜吸收法处理低浓度二氧化硫的研究［D］.陕西:西安建筑科技大学，2006，3.

［10］徐正中.磷铵肥法烟气脱硫中试研究［J］.热力发电，1993，(2):14－19.