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技術文章

淺談當前火電廠煙氣脫硫技術的發展概況及其應用
摘要：本文簡要介紹了當前國內外主要煙氣脫硫技術的發展狀況及其各自的特點，結合我國火電廠100MW及以下機組除塵狀況，著重分析了濕法除塵-脫硫一體化技術的原理以及存在的問題和相應解決的辦法，目的是探討100MW及以下機組的脫硫改造技術的可行性和必要性，為將來佳木斯發電廠除塵脫硫的改造工作奠定一個良好的理論基礎。
關鍵詞：脫硫　除塵　火電廠　環保

      1　前言
      我國是以燃煤為主的國家，據統計，1995年煤炭消耗量為12.8億噸,且呈逐年遞增趨勢，二氧化硫的排放量達2370萬噸，超過美國2100萬噸的排放量，成為世界二氧化硫排放**大國。目前國內62%以上的城市SO2濃度超過國家環境質量二級標準，占國內面積40%左右的地區受到SO2大量排放引起的酸雨污染，因此控制SO2的污染勢在必行。
1996年我國頒布的新《大氣污染防治法》針對我國酸雨和SO2污染日趨加重的情況，規定對已經產生和可能產生酸雨的地區和其他SO2污染嚴重地區劃定酸雨控制區或者SO2控制區，控制區內新建的不能燃用低硫煤的火電廠和其他大中型企業必須配套建設脫硫和除塵裝置，或者采用相應控制SO2的措施；已建成的不能燃用低硫煤的企業應采取控制SO2排放和除塵措施。國家環保局要求在兩控區內，要把治理措施作為當地規劃的重點內容。
      2　當前煙氣脫硫技術的發展狀況
目前，國內外應用的SO2的控制途徑有三種：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫（即煙氣脫硫）。其中，煙氣脫硫（FGD即Flue Gas Desulfuration）是目前世界**大規模商業化應用的脫硫方式，是控制SO2污染和酸雨的主要技術手段。
全世界已有15個國家和地區應用了FGD裝置，其設備總裝機容量相當于2-2.5億Kw，每年去除SO21000萬噸。據統計，1992年，全球安裝了FGD裝置646套，其中美國占55.3%，德國占26.4%，日本占8.6%，其余國家占9.7%。由于上述三國大規模應用FGD裝置，且成效顯著，雖然近年三國電站的裝機容量不斷增加，但SO2排放總量卻逐年減少。
下面簡要介紹目前在市場上應用比較廣泛的煙氣脫硫方法
      2.1　電子束氨法煙氣脫硫脫硝工業化技術（簡稱CAEB－EPS技術）
該技術充分挖掘電子束輻照煙氣脫硫脫硝技術的潛力，結合中國具體國情，具有投資省、運行費用低、運行維護簡便、可靠性高等獨有的特點，居******。
      2.1.1　工藝原理
CAEB－EPS技術是利用高能電子束（0.8~1MeV）輻照煙氣，將煙氣中的二氧化硫和氮氧化物轉化成硫酸銨和***的一種煙氣脫硫脫硝技術。該技術的工業裝置一般采用煙氣降溫增濕、加氨、電子束輻照和副產物收集的工藝流程。除塵凈化后的煙氣通過冷卻塔調節煙氣的溫度和濕度（降低溫度、增加含水量），然后流經反應器。在反應器中，煙氣被電子束輻照產生多種活性基團，這些活性基團氧化煙氣中的SO2和NOx，形成相應的酸。它們同在反應器煙氣上游噴入的氨反應，生成硫酸氨和硝酸氨微粒。副產物收集裝置收集產生的硫酸氨和硝酸氨微粒，可作為農用肥料和工業原料使用。
      2.1.2　技術特點：
①經濟的煙氣脫硫脫硝方法
②EA－FGD技術能同時高效率脫除煙氣中95%以上的二氧化硫和70%以上的氮氧化物，使脫硫投入升值。
③裝置運行操作簡便、負荷跟蹤能力強
④副產物是有用的氨料，無二次污染。
      2.1.3　應用領域
CAEBE－PSP技術可廣泛應用于燃煤電站、化工、冶金、建材等行業。
      2.2　脈沖電暈放電等離子體煙氣脫硫脫硝技術
      2.2.1　原理
脈沖電源產生的高電壓脈沖加在反應器電極上，在反應器電極之間產生強電場，在強電場作用下，部分煙氣分子電離，電離出的電子在強電場的加速下獲得能量，成為高能電子(5～20eV)，高能電子則可以激活、裂解、電離其他煙氣分子，產生OH-、O2、H2O等多種活性粒子和自由基。在反應器里，煙氣中的SO2、NOX被活性粒子和自由基氧化為高階氧化物SO3、NO2，與煙氣中的H2O相遇后形成H2SO4和HNO3，在有NH3或其它中和物注入情況下生成（NH4）2SO4/NH4NO3的氣溶膠，再由收塵器收集。脈沖電暈放電煙氣脫硫脫硝反應器的電場本身同時具有除塵功能。
      2.2.2　技術特點
具有裝置簡單、運行成本低、有害污染物**徹底、不產生二次污染等優點。
      2.3　石灰石/石膏濕法
該方法是世界上*成熟的煙氣脫硫技術，采用石灰或石灰石乳濁液吸收煙氣中的SO2 ，生成半水亞硫酸鈣或石膏。
      2.3.1　優點：
(1)脫硫效率高(有的裝置Ca/S=1時，脫硫效率大于90%)；
(2)吸收劑利用率高，可達90%；
(3)設備運轉率高(可達90%以上)。
      2.3.2　缺點：成本較高、副產物產生二次污染等。
      2.3.3　原理：水中溶解的石灰石離解產生OH-離子，將反應生成的H+中和生成H2O。使得上述平衡向右進行。



鼓入的空氣可將生成的二氧化碳帶走，也可用來氧化在上述反應中得到的 和 離子，*后生成石膏沉淀物。



      3　濕法煙氣脫硫除塵一體凈化技術
      3.1　原理
濕法除塵就是創造煙氣與水接觸的機會,如果在水中加入脫硫劑,那么除塵的同時又能脫硫,就是脫硫除塵一體同時進行。煙氣與水或洗滌液接觸的方式主要有以下幾種:
１)利用霧化器把含有脫硫劑的洗滌液霧化成細小液滴,噴灑到煙氣中。如噴霧室煙氣洗滌器就是利用此原理。
２)讓煙氣通過吸收液層,煙氣以氣泡形式與吸收液接觸,即煙氣洗滌,利用此原理的裝置目前開發應用的較多。如流化床煙氣凈化器,湍球塔煙氣凈化器,水浴式煙氣凈化器等。
３)利用慣性作用使煙氣與水膜接觸,如旋風水膜除塵器,文丘里水膜除塵器等。
４)利用靜電力使煙氣中的塵粒與液膜接觸,如靜電水膜除塵器。
濕式除塵的機理可歸納以下幾點:
１)利用慣性,布朗運動,表面張力,重力作用使塵粒被液滴、液膜截留、粘附。
２)塵粒增濕相互凝聚,蒸汽以塵為凝結核凝結,增強塵料的凝聚性,強化上述除塵作用。
３)熱泳力、靜電力使塵粒在液面上聚集。濕式脫硫除塵器的脫硫機理實際上是煙氣中的主要成分二氧化硫被液體吸收,是一種化學吸收作用。慣性、表面張力、重力、靜電力作用對二氧化硫的化學吸收不起作用,對化學吸收起作用的是氣體和液體分子、離子的擴散運動以及氣體、液體的對流和混合。
      3.2　存在的問題
      3.2.1　除塵效率、脫硫效率同步提高的問題。從上述脫硫除塵機理可以看出,利用濕法同時脫除煙塵和二氧化硫時,煙氣除塵和二氧化硫吸收的氣液接觸面積是相同的,而慣性、重力等對脫硫不起作用,同時煙氣中的二氧化硫濃度很低,故提高脫硫效率難度更大。主要利用慣性、重力、靜電作用的旋風濕式除塵器、噴霧沉降室,靜電濕式除塵,由于主流煙氣距離液膜、液滴較遠,煙氣中的二氧化硫難以靠擴散作用到達液面,故此類除塵器難以做到脫硫除塵同步高效。在保證煙塵排放達標的同時,提高脫硫效率,使二氧化硫排放達標是當前煙氣脫硫除塵一體凈化技術發展的關鍵。
      3.2.2　磨損、腐蝕、結垢問題。利用濕法同時脫除煙塵和二氧化硫不可避免地同時存在磨損、腐蝕、結垢問題,特別是磨損與腐蝕相互促進,使解決問題的難度加大。結垢問題主要是由于加入鈣質脫硫劑過量,引起洗滌液ＰＨ值過高,促進了二氧化碳的吸收,生成了過多的碳酸鈣,硫酸鈣等沉淀物質。結垢會造成通道阻塞 ,破壞氣液的正常流動工況,惡化凈化效果,使阻力增加,風機帶水。必須對結垢問題給予足夠的重視。
      3.2.3　風機帶水問題。煙氣帶水引起引風機振動,清灰次數增多是困擾濕法除塵的老大難問題。濕法脫硫除塵一體進行,使這一問題更加突出。這里既有設計制造方面的原因,也有運行方面的原因。設制造的原因主要是脫水器設計不合理,臨界煙速選擇不當;特別是實際設備煙氣量變小時,偏離了脫水器設計工況,脫水器性能惡化,而設計時對此未預充分重視;運行方面的原因突出表現在用戶不按操作規程運行,少水運行,使水大量霧化;另外還有環境因素,如設備冬季運行,室外溫度低,而脫硫除塵器以后的煙氣處于飽和狀態,煙道內壁結露,煙速過高,把露滴帶走,造成風機帶水。
      3.2.4　污液處理問題。濕法脫硫除塵必然存在污液處理問題。為做到沒有二次污染,節約用水,洗滌液必須循環使用。要在洗滌液循環系統的合適位置加入適量的脫硫、固硫劑,才能真正做到脫硫。如不及時加入脫硫劑,必然使循環洗滌液的酸度逐漸上升,*后達到和煙氣中二氧化硫的含量平衡的狀態,使脫硫效率大大下降,同時設備腐蝕加劇。
      3.3　解決問題的技術措施
      3.3.1　提高脫硫除塵效率的措施
a.濕法脫硫除塵器應以洗滌凈化機理為主,取其氣液接觸面積大,氣膜薄,氣泡小,二氧化硫擴散距離短,阻力小的優點。
b. 強化傳質過程,如通過選擇合適的空塔速度,利用填料,攪拌等措施來減小氣膜、液膜厚度,增大氣液接觸面積,強化氣流、液流的湍動。另外可以在洗滌液中加入可溶性堿性物質,作為輔助吸收劑,強化洗滌液對二氧化硫的吸收,提高液側的傳質阻力。
c. 設計時要充分考慮低負荷時脫硫除塵器性能的變化,必要時可增加輔助凈化措施,以便低負荷時啟用,保證低負荷時,脫硫除塵器具有穩定的凈化效果。
      3.3.2　解決磨損、腐蝕、結垢問題的措施
a. 根據脫硫除塵器不同部位的特點和要求,綜合考慮成本,壽命等因素選擇合適的防腐耐磨材料,如耐酸水泥,玻璃鋼、不銹鋼、耐磨耐腐襯里、麻石等。
b.為防止腐蝕,同時強化傳質,可適當控制洗滌液的ＰＨ值,以使凈化器中洗滌液呈弱酸性,也可防止結垢。
c.運行單位要嚴格按操作規程運行,以免造成防腐層破壞,引起設備腐蝕。如有的單位缺水運行,燒壞防腐層;有的單位不加脫硫劑或一次性加入過量脫硫劑,造成設備腐蝕、結垢、阻塞。
      3.3.3　解決風機帶水問題
a. 對大型設備,經技術經濟比較可采用煙氣再熱的方法徹底解決煙氣帶水問題。
b.適當加大脫水器后引風機前煙道的直徑,并進行保溫,防止煙氣對凝結水的攜帶。
C.合理選擇脫水器的型式和設計參數。低負荷時,可采取相應的輔助措施。
      3.3.4　對污液處理問題的解決
a.合理選擇脫硫劑的加入量和加入地點。條件許可可采用脫硫劑連續加入辦法。脫硫劑加入地點*好在沉淀池的入口,輔助吸收劑的加入地點*好在凈化器洗滌液的入口。
b.根據洗滌液各處的ＰＨ值,選擇污水泵或耐酸耐磨污水泵及管路,鑒于現狀,*好選耐酸耐磨污水泵作為循環水泵,管路也選耐腐管路。
c.合理設計沉淀池的大小和洗滌液的流程,運行時及時**沉淀污泥。
      3.4　解決問題的管理措施
a.作為用戶要增強環保意識。脫硫除塵的效益主要是環保效益,而取得環保效益必須付出經濟代價,不能為單位利益,犧牲環保效益,在運行時不加脫硫劑,使脫硫除塵器只有除塵功能而無脫硫功能。
b.環保部門應加強對濕式脫硫除塵器產品的監督檢查,制定有關標準,防止不合格產品進入市場。
c.環保部門應組織有關脫硫除塵的技術培訓,使用戶了解國家有關政策、法規,掌握脫硫除塵的*新技術。
      4　佳木斯發電廠環境保護狀況
佳木斯發電廠現有四臺100MW機組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產的410噸高溫高壓鍋爐。年燃煤量100萬噸，燃燒的煤質為低揮發份煙煤，煤質含硫在0.2~0.3%之間，屬于低硫煤。即使這樣，每年向大氣排放的二氧化硫污染物也達到3000噸左右，給當地的大氣環境造成了很大的污染。按照國家發展計劃委員會、財政部、環保總局和國家經貿委聯合發布的《排污費征收標準管理辦法》中二氧化硫排污費的計算方法計算，佳木斯發電廠每年應繳納200萬元的排污費，加上其他項目每年繳納的排污費高達千萬元。這給企業戴上了一個沉重的經濟負擔。因此，不論是從改善當地的環境質量出發，還是從企業的經濟利益出發，改造除塵設備，上脫硫脫硝設備已迫在眉睫。而除塵脫硫一體化技術非常適合佳木斯發電廠的現狀，該技術已在牡丹江**發電廠、雙鴨山**發電廠得到了很好的應用。該技術的脫硫效率可以達到80%以上，對于燃用低硫煤的機組完全能夠滿足環境保護的要求。
      5　結論
      通過以上的分析我們可以看出，目前世界上的脫硫脫硝技術是非常多的。隨著科學技術的進步和人們環境意識的提高，會有越來越多的新的脫硫技術脫穎而出。但從當前的情況來看，除塵脫硫一體化技術無疑是佳木斯發電廠目前*好的選擇。原因如下：
（1）該技術有較高的除塵效率和脫硫效率，完全滿足環保的要求。除塵效率可以達到99%以上，脫硫效率達到80%以上，和其他脫硫方法相比具有系統簡單、投資低的優點，具有很好的技術經濟性。
（2）運行費用、維護費用脫硫劑消耗等方面費用遠小于電除塵器和濕法煙氣脫硫。
（3）工程施工時間短，可以利用電廠的機組大修期間進行，不影響電廠的正常發電任務。
參考文獻：
[1] 郝吉明，馬廣大，大氣污染控制工程
[2] 胡將軍，燃煤電廠煙氣脫硫技術
[3] 李振中，濕式除塵脫硫一體化技術及應用
[4] 中國勞動保護科學技術學會，《工業防塵手冊》，勞動人事出版社，1989 10