新时期火电厂脱硫技术与环保措施研究

2017-01-23王巍

中国资源综合利用 2017年12期

王巍

（广东国华粤电台山发电有限公司，广东台山 529228）

1 新时期火电厂脱离技术分析

在我国，火电厂是生产电能的主要场所。在火力发电的过程中，煤炭在锅炉中燃烧时，会产生二氧化硫、氮氧化物等污染物，减轻环境污染势在必行，烟气脱硫逐渐成为火力发电的关键技术。脱硫技术贯穿于锅炉燃烧的全过程，本文分别从燃烧前、燃烧中和燃烧后三个阶段，对脱硫技术进行分析。

1.1 燃烧前的脱硫技术

火电厂原煤燃烧前的脱硫技术主要有三种。一是物理脱硫。该技术利用原煤中不同物质的密度、磁性等物理性质存在的明显差异，去除煤中的有机硫。此项技术是原煤燃烧前广泛使用的脱硫技术，对设备无过高要求，并且脱硫操作程序简单，只涉及重介质分选、浮选、电选等操作工艺。二是化学法脱硫技术。该技术通过使用强酸、强碱、强氧化剂等化学制剂，使其与原煤中的物质产生化学反应，以达到脱硫的目的。此项脱硫技术比物理法脱硫技术的效率高。三是生物法脱硫技术。该技术利用菌种对硫化合物发生的生物化学反应实现脱硫。常用的生物菌种包括假单胞菌属、硫杆菌属等，在使用菌种的过程中，一般采用表面处理法和生物浸出法，对脱硫条件进行严格控制，可在减小煤质破坏、降低环境污染的前提下，达到脱硫目的。这种脱硫技术的成本偏低，是一种较为环保的脱硫工艺。

1.2 燃烧中的脱硫技术

燃煤在锅炉内燃烧的过程中会产生一定的二氧化硫，对这部分二氧化硫进行脱除是火电厂生产的重要环节。燃烧中的脱硫技术又被称为炉内脱硫技术，具体是指利用脱硫剂对燃煤燃烧时生成的二氧化硫进行脱除。相关研究结果表明，脱硫剂能够与煤炭中的硫组分产生化学反应，进而生成硫酸盐，由于硫酸盐本身的比重较大，所以不会随烟气排出炉外，而是会沉积到炉渣中。在生产中，火电厂使用比较普遍的脱硫剂有石灰石、熟石灰以白云石等，为了最大限度地发挥脱硫剂的作用，炉内燃烧时的脱硫温度应当控制在800℃～1 200℃。在锅炉燃烧中，常用的脱硫技术有循环流化床和喷钙脱硫等。

1.2.1 循环流化床

这是国内各大火电厂在燃烧中普遍采用的一种脱硫技术，其基本技术原理为：在循环蒸腾的流化床上加入适量的脱硫剂，如石灰石等，使脱硫剂与煤粉一起悬浮燃烧，在这一过程中，煤粉燃烧时产生的二氧化硫会被石灰石等硫化剂直接吸收，这样便可达到燃烧中脱硫的目的。研究表明，循环流化床的脱硫效率主要受以下因素的影响：钙硫比、流化床的温度、脱硫剂粒径等。在循环流化床锅炉中，脱硫剂的加入可以使燃煤燃烧时产生的二氧化硫被充分吸收，达到高效脱硫的目的。同时，与锅炉相比，循环流化床属于低温燃烧，其燃烧时的温度一般在900℃～950℃，使得燃烧时产生的灰渣具有良好的抗腐蚀性，人们对此可进行综合利用。

1.2.2 喷钙脱硫

所谓的喷钙脱硫，实质上就是石灰石粉末以喷射的方式注入正在燃烧的锅炉中，为达到最佳的脱硫效果，应确保石灰石粉末射入区域的燃烧温度在850℃～1 250℃，因为这个温度可以让石灰石粉末快速分解，并生成氧化钙，而氧化钙可以对煤炭燃烧时产生的二氧化硫进行有效吸收。从经济性角度讲，这种技术的成本非常低，适用性较强，不仅可以在新建的锅炉中应用，还能在现役的锅炉中使用。唯一的不足之处是，氧化钙会对锅炉的受热面产生腐蚀，如果这一问题得到解决，该技术将会成为燃烧中脱硫的主要措施。

1.3 燃烧后的脱硫技术

燃煤在锅炉中燃烧之后，会残留部分二氧化硫，若是随着烟气排出，则会对大气造成污染。因此，燃烧后的脱硫同样重要。国内各大火电厂在生产过程中，采用的燃烧后脱硫技术为炉气脱硫排放。一些发达国家在该方面研究出大量新技术，其不仅脱硫率高、设备运行安全可靠，还易于实现工业化。近年来，随着技术的不断发展和完善，脱硫装置出现，其不但占地面积小，而且可以降低成本，在火电厂中得到了广泛应用。较具代表性的有以下几项技术。

1.3.1 氨法脱硫

该方法具体是指借助氨气和氨水与锅炉内燃烧时产生的二氧化硫和氮氧化物进行反应，这样不仅可以脱除二氧化硫，还能达到脱硝的目的。

1.3.2 电子束脱硫

这是一种比较先进的脱硫技术，具体是指利用电子加速器产生的电子束对烟气进行辐照，在氨存在的条件下，烟气中的二氧化硫和氧化氮会转化为硝酸盐和氨。实践表明，该技术的二氧化硫去除率能够达到90%，不仅如此，它的工艺流程十分简单，设备运行稳定可靠，便于操作，不会出现腐蚀及泄漏等问题。最重要的是，整个脱硫过程不会对环境造成二次污染，其属于清洁环保技术。

1.3.3 海水脱硫

对于一些建设在海边的火电厂而言，可以利用海水进行烟气脱硫。这种方法的基本原理如下：以海水作为吸收剂，由于碱度较高，海水可以吸收更多的二氧化硫。该技术的特点是脱硫效率高、便于操作、成本低。但是，该技术需要以海水作为吸收剂，因此只适用于建设在海边的火电厂。

1.3.4 湿法脱硫

国外一些技术比较先进的火电厂在烟气脱硫环节，采用的是湿法脱硫，这种方法除了吸收剂利用率高、二氧化硫脱除率高之外，设备运行稳定性和可靠性也比较高。该方法的技术优势有：一是氧化控制，通过抑制亚硫酸盐氧化和加强氧化的方法，对速度进行有效控制，这样可以减少堵塞及腐蚀等问题的发生；二是能够大幅度提升烟气的流动速度，与原本相比，气体的流动速度可以提高到5.5～6.0 m/s，该速度是常规叠加速度的一倍，随着速度的增加，烟气脱硫过程的传质速率也增加，有助于降低能耗；三是吸收塔的规模更小，占地面积更少。

2 火电厂脱硫节能途径及环保措施

2.1 节能途径

2.1.1 变频器技术

通过对火电厂脱硫系统进行分析，笔者发现，耗电量占比最大的设备是增压风机，为了在高效脱硫的同时，降低能耗，必须对增压风机进行节能降耗。目前，大部分火电厂采用的脱离系统中，增压风机对出入口风量的控制一般都是通过节流调节的方式实现的。实践证明，这种方式的损耗较大，能耗较高。鉴于此，可对增压风机的调节方式进行改进，来实现脱硫系统的节能降耗，具体做法是在脱硫系统中应用变频器技术，对增压风机进行变频调节。变频调节能够通过改变增压风机的转速改变其特性曲线，这样便可以达到调节风量的目的。相关研究结果表明，当管道的特性保持不变，风机转速与其耗电量成正比，由此可见，对风机转速进行调节，可以降低其能耗。

2.1.2 改进脱硫工艺

传统的脱硫工艺，虽然可以保证脱硫效率，但是设备较多、过程繁杂，使得能耗较高。为降低能耗，人们应当对脱硫工艺进行优化改进，可以采用石灰石-石膏进行脱硫。这是一种新型的脱硫工艺，归属于湿法脱硫的范畴，其主要包括以下几个系统：吸收氧化、石膏脱水、烟气排放等。该工艺的具体流程如下：除尘器会先对锅炉中的烟气进行除尘，经增压风机和换热器后，低温的烟气会进入吸收塔，并向上流动，此时塔内会有循环浆液向下流动，在逆流接触的条件下，烟气会被洗涤，使得二氧化硫被有效脱除。烟气在吸收塔出口处会被冷却成冷凝水，其温度为46℃～55℃，并被水蒸气饱和，再经过换热器之后，其温度会升到80℃，此时烟气的扩散能力会有所提高。改进后的脱硫工艺的节能效果体现为：高速的气流设计使炉内物质的传递能力显著增强，降低了系统生产所需的能耗；使压降与二氧化硫去除得到了很好的平衡，大幅度提升了系统的反应效率；吸收塔液体再分配装置的使用，防止了烟气爬壁的情况发生，工艺能耗得到进一步降低；脱硫过程得到的副产物可进行回收利用，不会对环境造成二次污染，在实现节能目标的基础上，还达到了环保要求。

2.2 环保措施

2.2.1 大气污染物控制

我国在已经出台的相关法规政策中，对火电厂的排放标准进行详细规定，明确了二氧化硫、氮氧化物、颗粒物质等污染物的排放标准。其中，为了控制二氧化硫的排放量，国家制定了严格的排放标准，规定了火电厂的机组容量上限。火电厂必须严格执行排放标准，从二氧化硫的日排放量控制入手，将其控制在允许值范围内。对于氮氧化物的排放量控制，火电厂要采用先进的脱硝技术，如催化还原法，以减少氮氧化物的产生，将其排放量控制在一定范围内。对于固体颗粒物的排放，火电厂要执行相关标准，通过提高脱硫设备中的烟气含湿量或提高空气中的烟尘效率等途径，降低固体颗粒物的排放量[1]。