火电厂烟气脱硫技术研究

孙鹏轩

（辽宁省环境保护厅，辽宁 沈阳 110161）

1 引言

随着我国经济的进一步发展，电力供应需求缺口仍然较大，随之而来的是火电行业的环境污染问题。为进一步防治火电厂大气污染物排放造成的污染，在2011年7月29日，国家环境保护部和国家质量监督检验检疫总局共同颁布了最新的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223－2011），根据标准要求，所有新建项目于2012年1月1日起正式实施此排放标准，现有火电厂最迟于2014年7月1日前完成贯彻标准工作，其中二氧化硫排放浓度限值新建锅炉为100mg／m3，现有锅炉为200mg／m3，对于重点区域的火电厂实行50mg／m3二氧化硫排放浓度特别限值。在国家新排放标准的压力下，我国火电厂面临着严峻的考验，而脱硫工程是火电厂迎接挑战的重中之重。经过多年的探索，结合国外先进的技术设备，研制出适合我国发展的脱硫技术。

2 国内外脱硫技术研究现状

目前燃煤脱硫有3种方式[1]：一是锅炉燃烧前脱硫，如洁净煤技术；二是燃烧过程中（炉内）脱硫，如循环流化床燃烧技术；三是燃烧后脱硫，即烟气脱硫技术。由于燃烧前和炉内脱硫的效率较低，难以达到较高的环保要求，因此目前火电厂，特别是大型火电机组烟气脱硫，主要采用炉后烟气脱硫（FGD）工艺。就目前的技术水平和现实能力而言，烟气脱硫技术也是世界上应用最广泛、最经济、最有效的一种控制SO2排放的技术。电厂烟气脱硫技术大致可分为干法、半干法和湿法3种类型[2]。

2.1 干法脱硫

干法烟气脱硫技术是脱硫吸收和产物处理均在无液相介入的完全干燥的状态下进行，具有流程短、无污水废酸排出、净化后烟气温度高，利于烟囱排气扩散、设备腐蚀小等优点，反应产物亦为干粉状。此种方法的脱硫效率为40%～70%，脱硫剂利用率较低，但投资少、设备占地面积小。

2.2 半干法脱硫

半干法烟气脱硫技术是结合了湿法和干法脱硫的部分特点，吸收剂在湿的状态下脱硫，在干燥状态下处理脱硫产物；也有在干燥状态下脱硫，在湿状态下处理脱硫产物的。半干法的工艺特点是反应在气、固、液三相中进行，利用烟气显热蒸发吸收液中的水分，使最终产物为干粉状。这种方法的脱硫效率为70%～85%，较脱硫效率比湿法低，但投资及运行费用也较低，具有较好的经济性。

2.3 湿法脱硫

湿法烟气脱硫技术是液体或浆状吸收剂在湿的状态下脱硫和处理脱硫产物，具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点，但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染等问题[3]。湿式烟气脱硫工艺脱硫产物为膏状物，可脱除烟气中95%以上的SO2。目前，日本和欧美等国家绝大部分燃煤电厂都采用此种方法。

3 几种主要脱硫工艺简介

3.1 石灰石一石膏湿法脱硫工艺

目前，世界上应用最广泛、技术最为成熟的脱除技术是石灰石－石膏湿法脱硫工艺，它能占到FGD容量的70%左右。这种技术以石灰石为脱硫吸收剂，向吸收塔内喷入吸收剂浆液，让这些物质和烟气充分接触、混合，随之对烟气进行净化、洗涤，使烟气中的SO2与浆液中的碳酸钙以及氧化空气发生化学反应，最后生成石膏，从而达到减少SO2排放的目的，是控制酸雨和SO2最有效的方法[4]。

3.1.1 脱硫效率高，技术成熟

近年来，石灰石－石膏湿法脱硫技术发展迅速，脱硫效率能够达到95%以上，经过处理后SO2浓度和烟气含尘量都会大幅减少。从目前运行实际情况看，很多大型电厂普遍采用石灰石－石膏湿法脱硫工艺，效果较好，有利于本地区烟气污染物总量控制，改善周边环境。此项技术成熟，运行经验多，运行稳定，易于调整，能够取得很好的经济效益。

3.1.2 投资高，占地面积大

石灰石－石膏湿法脱硫工艺需要配置石灰石粉碎、磨制系统，石膏脱水系统、废水处理系统等，因此占地面积比较大，况且设备多，一次性建设投资就会比较大。

3.1.3 吸收剂资源丰富，价格便宜

我国有丰富的石灰石资源，并且品质也较好，价格便宜，碳酸钙含量在90%以上，优者可达95%以上，钙利用率较高。

3.1.4 副产物的综合利用

石灰石－石膏湿法脱硫工艺的脱硫副产物为二水石膏。石膏是用于生产建材产品和水泥缓凝剂，目前我国房地产市场非常大，石膏的利用率也很高，且消耗大，因此脱硫副产品基本可以达到综合利用[5]。这样不仅可以增加电厂的经济效益，还会降低企业的运行成本，减少二次污染。

3.1.5 技术进步快

近年来国内外都对石灰石－石膏湿法工艺进行了更为深入的研究和改进，冷却、吸收、氧化三塔合为一塔，塔内流速大幅度提高，喷嘴性能也有进一步提高。

石灰石－石膏湿法脱硫是目前技术最为成熟、应用最多的脱硫工艺。世界上有多家公司开发研究这种工艺，比如德国的Bischoff公司、日本的三菱重工等；国内的北京第一热电厂一期二期和贵州安顺电厂等。这么多的电厂都选择石灰石－石膏湿法脱硫工艺，并且应用效果较好。

3.2 炉内喷钙加尾部增湿活化脱硫（LIFAC）

LIFAC技术是在炉内喷钙脱硫技术的基础上在锅炉尾部增设了增湿活化塔，以提高脱硫效率。石灰石粉作为吸收剂，由气力喷入炉膛950～1150℃的温度区，使石灰石受热分解为CaO和CO2，CaO再与烟气中的SO2反应生成CaSO3。此方法的脱硫效率较低，约为25%～35%。在尾部增湿活化反应器内，增湿水以雾状喷入，与未反应的CaO接触生成Ca（OH）2随后与烟气中的SO2反应，可以将系统脱硫效率提高到75%。增湿水由于烟气加热而迅速蒸发，未反应的吸收剂、反应产物被干燥，一部分从增湿活化器底部分离出来，其余的随烟气排出，被除尘器收集下来。为了提高吸收剂的利用率，部分飞灰返回增湿活化反应器入口实现再循环。

该技术具有以下特点：系统简单、占地面积少，投资及运行费用低，特别是可以分步实施，适应环保标准逐渐提高的要求，特别适用于中小机组改造，但可能会引起原锅炉结焦及受热面磨损[6]；主要适用于燃煤含硫量低于2.0%的中、低硫煤种；脱硫效率在60%～85%之间，钙的利用率低，一般Ca／S为2.0～3.0；脱硫副产品呈干粉状，无废水排放，副产品的利用有一定困难，锅炉效率下降约0.3%。

3.3 循环流化床干法

烟气循环流化床脱硫技术（CFB）是20世纪80年代后期发展起来的一种新的烟气脱硫技术，该技术是利用循环流化床强烈的传热和传质特性，在吸收塔内加入消石灰等脱硫剂，用高速烟气使脱硫剂流态化从而与烟气强烈混合接触，烟气中的酸性污染物与脱硫剂中和、固化，从而达到净化烟气的目的[7]。增湿（或制浆）后的吸收剂注入到吸收塔入口，使之均匀地分布在热态烟气中。此时，吸收剂得到干燥，烟气得到冷却、增湿，烟气中的SO2在吸收塔中被吸收，最终生成CaSO3和CaSO4。除尘器后的洁净烟气经引风机（或增压风机）升压后通过烟囱排放，被除尘器捕集下来的含硫产物和未反应的吸收剂，部分注入吸收塔进行再循环，以达到提高吸收剂利用率的目的。

与传统的石灰石湿法工艺相比，该技术的主要特点[8]：脱硫率较高；投资费用低，仅为湿法的1／2～2／3，运行成本属于中等；系统简单，可靠性高，维修费用低；占地面积小，适合企业现有机组的改造；能源消耗低，仅为湿法工艺的一半；对燃煤硫分的适应性强，处理后的烟气能够达到排放要求；该技术产生的脱硫副产品不会造成二次污染，对综合利用和处置堆放有利。该技术目前在我国具有广阔的应用前景，很多电厂已经应用了。

3.4 旋转喷雾半干法烟气脱硫

喷雾干燥法脱硫工艺脱硫吸收剂是石灰，石灰经消化后加水形成消石灰乳，通过泵将其打入吸收塔内的雾化装置。在吸收塔内，被雾化后的吸收剂与烟气混合接触，并和烟气中的SO2发生化学反应，生成CaSO3和CaSO4，从而脱去烟气中的SO2。脱硫反应产物及未被利用的吸收剂以干燥的颗粒物形态随烟气带出吸收塔，进入除尘器被收集下来。为提高脱硫吸收剂的利用率，将部分脱硫灰渣返回制浆系统进行循环利用，其余的可综合利用。

该技术具有以下特点：技术成熟，流程简单，系统可靠性高；单塔处理能力大小（约200MW）；中等脱硫效率70%～85%，钙的利用率较低，一般Ca／S＝1.2～2.0，对生石灰品质要求不高；脱硫副产品呈干粉状，无废水排放，不过副产品利用有一定困难[10]。此技术适应于中小规模机组，燃煤含硫量一般不超过1.5%，脱硫效率均低于90%。

此技术在西欧的德国、奥地利、意大利、丹麦、瑞典、芬兰等国家应用比较多，主要应用于小型电厂或垃圾焚烧装置，美国也有15套装置（总容量5000MW）正在运行，其中最大单机容量为520MW。1993年，我国山东黄岛电厂4号机组（210MW）引进了三菱旋转喷雾干燥脱硫工艺装置，处理烟气量为3×106m3／h，设计脱硫效率为70%。运行初期出现过吸收塔塔壁积灰、喷嘴结垢堵塞、R／A圆盘磨损等问题，但经过改进后基本运行正常。

3.5 几种脱硫工艺技术的发展趋势

在这5种工艺中除石灰石－石膏法烟气脱硫工艺外，其余各种工艺均适合中小型锅炉的烟气脱硫，但有的工艺在运用过程中受到一定的局限性。

石灰石－石膏湿法脱硫系统是应用最广、技术最为成熟的脱硫工艺之一。该工艺脱硫效率高、运行可靠，但也存在着占地面积大、系统复杂和运行成本较高等缺陷。石灰石－石膏湿法脱硫技术已成为我国烟气脱硫尤其是大型火电机组烟气脱硫的首选技术。

炉内喷钙尾部增湿活化烟气脱硫具有投资低、工艺简单、运行成本低等优势，其最大的缺点是对锅炉有不利的影响，有时会发生炉内结焦和受热面磨损的现象。炉内喷钙加尾部增湿活化脱硫技术将在我国的中小机组脱硫改造中发挥积极作用[11]。

旋转喷雾半干法具有投资省的优点，但脱硫吸收剂要用高品位的石灰，且脱硫率和吸收剂的利用率均比较低，旋转雾化喷嘴磨损较厉害，而且要求电机转速较高，目前只有少数国家能够生产这种雾化喷嘴及配套装置，其推广应用受到一定的限制。

循环流化床半干法脱硫工艺被公认为是一项前景广阔的技术，其投资费用仅为石灰石－石膏法的70%以下，运行费用也略低，该工艺具有高效、经济及节省空间的技术优势，该技术将会在中小机组烟气脱硫工程中占有越来越重要的位置。

4 结语

脱硫技术目前相对比较成熟，应用较广泛，对于降低我国火电厂的环境污染有着十分重要的意义。通过脱硫技术的不断发展，必能达到新标准二氧化硫的排放要求，实现经济和环境的双重效益。

[1]马新灵，邓德兵，向 军，等.燃煤电厂烟气脱硫研究进展[J].华中电力2002，15（6）：69～72.

[2]AIC Dikshit，Amit Dutta，S Ray.Least cost SO2emission minimization for a petroleum refmery by optimum u of sollrce reduction tail gas treatment and flue gas desulphurization[J].Clean Technologies and Environmental Policy，2005，7（11）：182～189.

[3]Bui Duy Thanh，Thierry Lefevre.Assessing Health Benefits of Controlling Air Pollution from Power Generation：The Case of a Lignite－Fired Power Plant in Thailand[J].Environmental Management，2001，27（2）：303～317.

[4]曾华庭，杨 争，马 斌，等.湿法烟气脱硫系统的安全性及优化[M].北京：中国电力出版社，2004.

[5]郝吉明，王叔肖.二氧化硫污染控制技术手册[M].北京：化学工业出版社.2001.

[6]lsan Moehida.Adsorption and Adsorbed Species of SO2during its Oxidative Removal over Pitch－Based Activated CarbonFibers[J].Energy＆Fuels，1999，13（2）：369～373.

[7]陈振峰.燃煤电厂烟气脱硫综述[J].西北电力技术，2005（3）：50～52.

[8]张风兰.小龙潭发电厂烟气循环流化床脱硫工程评述[J].电力环境保护，2003，19（1）：22～50.

[9]A Laszuk.Industrial use of vessels with a three－phase fluidized bed.Chemical and Petroleum Engineering[J].Chemical and Petroleum Engineering，2004，40（11）：705～709.

[10]余迎新，张少峰，赵 卷，等.喷雾－喷动床半干法烟气脱硫研究[J].2004，27（7）：113～116.

[11]周 军，周 全.电厂炉内喷钙炉后活化烟气脱硫工程评述[J].电力环境保护，2001，17（2）：1～7.