火电厂供电煤耗影响因素研究

付仲伟

摘要：火力发电厂的供电煤耗会影响到自身的经济效益，供电煤耗的增加会直接影响运营成本。除了设备运行方式会影响到火力发电厂的供电煤耗之外，电厂的现场以及设备管理工作也是影响发电厂供电煤耗的重要因素。文章对火电厂供电煤耗影响因素进行了研究，旨在促进火力发电厂安全稳定运行。

关键词：火力发电厂；供电煤耗；影响因素；现场管理；设备管理 文献标识码：A

中图分类号：TK01 文章编号：1009-2374（2016）15-0075-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.15.035

1 概述

硫化氢的控制技术中有许多种方法控制硫化氢从制程中排放入大气中，包括使用低含硫量的原料以及各种去除、控制技术。制程中硫化氢的生成量，深深受到石化原料以及煤炭中含硫分的影响，因此使用低含硫分的原料是解决硫化氢生成的最好办法。如果在各种因素下无法避免硫化氢的生成，便要借助各种去除硫化氢的

技术。

2 湿式硫化氢脱除技术

2.1 Amineabsorptionunit

醇胺以及胺类单元都是很早就商业化的酸性气体去除技术，包括硫化氢以及二氧化碳都可以被去除。胺类分别拥有羟基（-OH）以及氨基（-NH4），所以可以藉由羟基而溶解在水中，并由氨基来吸收酸性气体。虽然现在有非常多不同的胺类被用在酸性气体的吸收，但其原理都相同，只是吸收的选择性以及容量不同。此系统只是单纯地将硫化氢溶解吸收，并未将其转化为其他产物，因此使用过的吸收剂可以在气提塔中将硫化氢气体脱附而再生。脱附的硫化氢经过浓缩作用，可将其引进Clausprocess回收硫再利用。

2.2 Liquid-phaseoxidationsystems

此类的处理单元，乃是藉由一系列氧化还原反应将硫化氢氧化生成元素硫。现今商业上常用的方法为使用碳酸钠、五价钒盐以及（ADA）所组合而成的混合溶液与硫化氢气体进行反应，其整组的化学反应式如下：

其中式（2）的反应相对比较慢，通常需要5～10分钟的停留时间来完成，因为停留时间太长，可能造成HS-1会先和气流中的氧气起作用而氧化生成硫酸根以及硫代硫酸根离子，此副产物会影响整个反应的进行，使得反应溶液必须提早进行更换，造成成本的负担。加上钒具有毒性，因此现今的流程大多使用含铁的有机螯合物来取代钒的使用，如ARILO-CATsystem，即是使用含铁的有机螯合物溶液来将硫化氢转化生成元素硫，其流程如下，其中净反应式即式（5）至式（7）的相加，可以看出Fe所扮演的角色为催化剂。

2.3 Formaldehydesystem

甲醛也是常用的硫化氢吸收剂，在工业上也有多种常用商业化产品，但是其原理大致上相同，乃是将甲醛溶液和硫化氢反应生成含硫有机化合物，用过的吸收剂通常不再生，而生成的有机硫化物为有害的废弃物，必须经过后续的处理才能做最终处置，因此吸收剂的消耗及废液的处理费用都是事先须考量的因素。

2.4 Chemicaloxidants

此法乃是使用喷雾塔或是填充塔，使混合的NaOH及NaOCl液体和硫化氢接触而达到吸收的效果，其作用的反应式如下：

因为此吸收剂会在反应中消耗，当吸收达到饱和的时候，此吸收剂就无法再使用，并且无法再生，因此吸收剂的费用十分可观，所以此系统大多用在较低的硫化氢日排放总量下使用。

2.5 Causticscrubber

苛性钠系统的硫化氢去除单元，也常在工业上使用。例如有的去除单元单独使用NaOH来吸收硫化氢，其反应方程式已在上文提过如式（8），因为此反应为可逆反应，因此为使反应向右，使硫化氢转化为Na2S就必须提高吸收剂的pH值，亦即须使用高浓度的NaOH。而上述的Chemicaloxidants法的反应无此问题，因为式（8）产生的Na2S在式（9）的反应中被消耗，致使式（8）的反应会向右进行，因此较不受pH的影响。其反应的原理如下：

3H2S+NaNO2→NH3+3S+NaOH+H2O （10）

因为此氧化剂在操作中会将过量的空气氧化生成氮氧化物，因此在使用本处理单元的时候，如果通过的气体含有大量的过剩空气，可能会有微量的氮氧化物

生成。

3 干式脱除硫化氢技术

3.1 ClausProcess

ClausProcess的原理是将硫化氢转化为元素硫而回收硫，它包含了热处理及触媒反应器，主要反应可由下列两个反应式表示：

1/3的硫化氢在热处理的步骤被燃烧成二氧化硫，之后再通到触媒反应器，与剩下的硫化氢起反应生成元素硫，Clausunit的总去除效率与触媒转化器的个数有关，一般来说，当使用两个反应器时去除效率约为95%，使用三个反应器时为97%，使用四个反应器时则可达到98%。通常Clausunit尾气主要有SO2、CS2及COS为Claus反应的副产物，因此处理效率欲达98%～99%时，需要再搭配尾气处理系统，常用的尾气处理系统为SuperClausprocess，能将SO2还原为H2S，COS及CS2则被水解成H2S。反应所产生的H2S可分离循环至Clausunit或在触媒催化下，选择性氧化为元素硫，如式（11）所示，Clausunit需要非常精准的控制O2与H2S比例，1～1.5较为恰当，O2过高会造成过多的SO2，O2过低会造成H2S去除率降低。目前此程序大多被设计来处理浓度大于15%以上的硫化氢，因此通常搭配湿式除硫系统一起使用，液体吸收剂在吸收塔内吸收硫化氢，饱和的吸收剂被导入气提塔脱附出硫化氢，经浓缩的硫化氢再被导入Claus处理单元。

3.2 Adsorption

高表面积的活性碳是常用的硫化氢吸附剂，尤其是含浸过氢氧化钠或氢氧化钾的活性碳，对硫化氢的吸附能力最佳，其吸附容量比未含浸过的活性碳吸附容量大了将近两倍，可是含浸过的活性碳较不容易脱附。因此当每日处理硫化氢量大过11.34kg时，通常搭配其他湿式处理单元，以增加活性碳的使用寿命。

3.3 金属氧化物转化法

其原理为利用金属氧化物和硫化氢反应生成金属硫化物，而将硫化氢去除。早期最常使用的方法是将水合氧化铁含浸散布在湿木屑上，并将其填装在固定床反应器，在低温下操作，使通过硫化氢与水合氧化铁反应生成三硫化二铁，而将硫化氢去除。因为在较低的温度下，氧化铁以水合的状态较具反应性，因此整个程序必须保持潮湿以维持单元的活性及效率，所以当进流气体不含水气的时候，必须喷洒适量的水进入反应器，以维持反应的活性及效率。反应过的木屑可以通入空气再生，其反应式如下：

2Fe2S3+3O2→2Fe2O3+6S （13）

因为再生反应会生成元素硫而阻塞吸收剂活性位置，所以通常木屑再生几次后便要废弃，因为硫化铁与空气中的氧作用时为放热反应，因此可能会引起木屑起火燃烧，加上此法通常只适合100ppm以下的硫化氢浓度，因此造成使用上诸多限制。目前大多直接使用金属氧化物取代水合氧化物，同时担体也由其他材质取代木屑，因此使用上较为广泛，同时也是目前较具潜力的硫化氢去除技术之一。金属氧化物转化法应用在IGCC高温脱硫，可概分为两种方式：气化炉内现址脱硫（insitu）及炉后脱硫。现址式脱硫乃直接将脱硫剂喷入气化炉内，最常用的脱硫剂为CaO，这些脱硫剂在温度950℃～1050℃压力大于20bar条件下与H2S反应生成CaS而将硫化氢去除。但是CaS不是环境中稳定的物质，要再将其氧化成CaSO4才能稳定，因此将投入更多的

金钱。

同时由于热力学上的限制，此法只有90%左右的去除效率，加上此吸收剂只能使用一次，因此大家着力于发展效率好且可再生的吸收剂在气化炉后脱硫来取代现址式脱硫，这些可再生的吸收剂大多为过渡金属氧化物。有些吸收剂是以纯的金属氧化物直接吸收硫化氢，有些则为混合型或是附载在载体上以增加活性或机械强度。可再生程序即金属氧化物吸收硫化氢后生成金属硫化物，随后再被氧化回金属氧化物的过程。

4 结语

上述的各种硫化氢去除技术，各有其适用的条件及优越性。湿式除硫系统操作方便可靠，因此目前已商业化的净化装置大多为低温湿式。虽然湿式除硫系统在操作上较可靠，但是其缺点为造成大量的热损失以及用水量大，因此世界各国正积极研发高温干式净气系统。虽然活性碳吸附法也是十分常用的干式除硫技术，但是活性碳通常只在低温下有良好的吸附效果，吸收剂吸收法为目前高温脱硫研究的主要潮流，因此本研究选择以吸收剂吸收法来处理煤炭气化产生的硫化氢。

参考文献

[1] 白杨.燃煤电厂脱硝技术综述[J].黑龙江科技信息，

2014，（5）.

[2] 傅兴元，刘佼.燃煤电厂除尘技术探讨[J].北方环

境，2012，（3）.

（责任编辑：王 波）