燃煤锅炉烟气脱硫技术的研究进展

燃煤锅炉烟气脱硫技术的研究进展
作者：郭福平
来源：《中国化工贸易·上旬刊》2017年第03期
摘要：本文对国内外燃煤锅炉技术及其发展现状进行概述，并总结了烟气脱硫装置的选择原则。

关键词：燃煤锅炉；烟气脱硫
目前，SO2和烟尘等污染源已经对环境及建筑物，造成了严重的损坏，这大大影响了社会经济的发展，所以解决这些污染源已经迫在眉睫。

在实际生产过程中，除去燃煤中排放的硫的方法主要分几种：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后烟气脱硫，而燃烧后烟气脱硫是最常用的脱硫手段，简称烟气脱硫技术（英文简称FGD）。

1 烟气脱硫技术
烟气脱硫属于降低二氧化硫排放的末端治理技术，其优点是能够处理排放量大的烟气。

迄今为止烟气脱硫技术是处理二氧化硫最有效的方法[1]。

从脱硫副产物的状态可将烟气脱硫技术分为三种：湿法、半干（半湿）法及干法。

湿法脱硫的吸收剂为碱性浆液，通过吸收剂的碱性作用与烟气中的二氧化硫反应，从而除掉烟气中的硫元素；半干法脱硫过程发生在气-液-固三相中，得到的产物为干粉状；干法脱硫即非液相参与的工艺技术，其介质和脱硫产物均为干粉状[2]。

干法和半干法脱硫技术的优点有成本低、占地空间小、不易腐蚀、不结垢、脱硫效率高、适用范围广等，能达到污染企业烟气脱硫的目的[3]，但存在的缺点有在脱硫过程中，伴随较多的副产物，即硫酸盐，若不处理会造成环境的污染，也会提高脱硫剂的成本。

湿法烟气脱硫技术发展的时间较长且成熟，但缺点是其易腐蚀设备、堵塞管路等，这些会降低设备的连续稳定性。

1.1 湿法烟气脱硫技术
从脱硫剂的种类来分，可将湿法烟气脱硫分为石灰石-石膏法、简易石灰石-石膏法、双碱法、钠碱法、石灰液法、有机铵循环法和海水脱硫法等。

从工艺设备采种类来分，可将湿法烟气脱硫分为旋流板、气泡雾化、填料塔、静电脱硫、文丘里脱硫、电子束脱硫等方法。

虽然湿法烟气脱硫的种类繁多，但可总结出共同点，即含硫烟气的预处理、经历吸收和氧化过程、富液和灰水的处理，以及产品浓缩和分离等。

实际生产中应用较多的有石灰石-石膏法、石灰液法、双碱法、单钠碱法、氨法、海水脱硫等。

1.2 半干法烟气脱硫技术
半干法烟气脱硫技术原理简单，不产生废水，但脱硫率和脱硫剂的使用率低。

常见的有喷雾干燥法和循环流化床等脱硫。

主要包括：旋转喷雾干燥和循环流化床等烟气脱硫技术。

1.3 干法脱硫技术
干法脱硫工艺较简单，但脱硫率较低，脱硫剂的利用率也不高。

而炉内喷钙脱硫技术是干法脱硫工艺应用范围最广的。

炉内喷钙脱硫法中吸收剂的成分主要是石灰石粉末，工艺流程是：经炉膛850～1150℃温度煅烧下，石灰石粉受热分解，生成CaO和CO2的产物，而产物CaO和烟气中的SO2可以发生反应，生成产物CaSO3。

传统的吸收剂利用率不高的原因是：反应均是发生在两相间，影响了反应速度，传质过程较慢或不完全进行。

由于传统工艺的吸收剂缺陷，促进了改良的炉内喷钙脱硫法的研发，即在锅炉尾部添加增湿段，以提高脱硫效率。

原理是：尾部增湿反应器喷出雾状的增湿水，与反应不完全的CaO接触，并发生化学反应，生成的产物为Ca（OH）2，Ca（OH）2又会与烟气中的SO2进行反应。

控制钙硫比在2.5以上（包含2.5），系统脱硫率最高可到80%。

在脱硫过程中，由于副产物CaSO3含量较高，会影响其使用范围。

该脱硫工艺在美国、加拿大等国家得到应用，该工艺的最大单机容量可达300MW，我国的南京下关电厂己使用该工艺
2×125MW的机组[4]。

2 国内外脱硫系统现状
2.1 国外脱硫系统现状
日本、美国和德国是使用烟气脱硫装置最多的国家，尽管美国等几国的电站装机总量逐年增加，但SO2的排放总量却不断下降。

日本是最早大量使用脱硫工艺的国家，该工艺主要以湿式石灰-石灰石-石膏法为主。

而烟气脱硫回收流程是日本普遍采用的，回收产物为石膏。

美国FGD技术绝大多数使用湿法石灰石-石灰法，其次是双碱法和碳酸钠法。

美国的B&W公司为了提高脱硫效率和降低塔高以降低成本，在塔的吸收段喷淋层间增加一多孔合金托盘，在托盘的上下都设喷嘴，目的是均匀排布气流、提高气-液传质效果[5]。

丹麦和芬兰等国也进行FGD工艺的大规模研究，研究成果较为突出。

包括丹麦的旋转喷雾干燥法、芬兰Fortum公司的炉内喷钙尾部增湿活化烟气脱硫技术等。

德国是发展FGD技术最快的国家，总装机容量达到0.36～0.46亿KW，在全世界范围内位于第三位。

2.2 国内烟气脱硫现状
我国最早研究燃煤烟气脱硫的工艺大约是在上世纪70年代，但与发达国家相比发展较慢。

方法主要包括：石灰石-石膏法、喷雾干燥法、炉内喷钙尾部增湿活化法、催化氧化法和磷铵复肥法等。

以下为我国进行中试或在建的代表性的FGD技术：
2.2.1石灰石-石膏法
石灰石-石膏法的优势有：操作容易、脱硫效率较高、吸收剂利用率大，部分机组Ca/S约为1，脱硫效率在90%以上，可适应大容量机组，当烟气的SO2浓度较高时，可用率高达90%以上，且吸收剂来源广泛成本较低，产生的副产物石膏也可带来一定的经济效益。

我国应用该技术的电厂包括：重庆珞璜电厂一期和二期、杭州半山电厂、太原第一热电厂、北京第一热电厂、重庆电厂和陕西韩城第二电厂等。

2.2.2喷雾干燥法
喷雾干燥法的优势有：成本低廉、操作简单、脱硫效率约为70%，适用于燃用中、低硫煤的锅炉。

我国的山东黄岛电厂和四川白马电厂应用此法。

2.2.3炉内喷钙尾部增湿活化法
炉内喷钙尾部增湿活化法的优势有：操作简单、占地少、脱硫效率中等，但其吸收剂消耗量大，适用于低硫煤锅炉。

我国的南京下关电厂和辽宁抚顺电厂应用该法。

2.2.4海水脱硫法
海水脱硫法的优势有：利用海水作为吸收剂，在省去吸收剂制备过程的同时，又不会造成设备的结垢和堵塞，该法工艺简单、可用率高、不产生脱硫灰渣、脱硫效率高，此法适合燃用低、中、高硫煤。

目前，只有我国的深圳西部电厂应用该法。

2.2.5荷龟干式喷射法
荷龟干式喷射法的原理是：在锅炉出口烟道处，喷入干的熟石灰吸收剂，吸收剂与烟气中的SO2反应，生成颗粒物，经除尘设备去除，达到脱硫目的。

该技术的优势为：占地少、投资少、运行成本低、反应速度快、脱硫效率中等，适用于中、低硫煤锅炉。

我国的山东德州热电厂、广州造纸有限公司自备电厂、杭州钢铁集团第二热电厂和兰化热电站等应用此法。

2.2.6电子束法
电子束法的原理是：用电子束照射燃煤锅炉排放的烟气，目的是除去其中的SO2和NOx，并回收有效氮肥副产物。

该技术的优势为：在脱硫的同时脱氮、不排废水、操作容易、不需氨液、经济价值高、副产物有一定的经济价值。

我国的成都热电厂应用此法。

2.2.7其他方法
近年来，我国相继研发了一些除尘脱硫装置，如“网式”装置、干湿结合的新型筛板塔式装置、浙江大学研发的旋流板塔、河北定州环保所的湿式-曝气除尘、烟道喷淋和排气净化串联法等。

这些设备的脱硫和除尘过程同时进行，即减少占地面积，又降低成本，适应于现有燃煤锅炉的改造。

3 烟气脱硫技术路线的选择
3.1 脱硫装置的选择原则
脱硫的装置选择的基本原则需要根据实际情况来定。

一般烟气脱硫装置的选择应满足以下原则：
①稳定的脱硫剂来源。

只有保证稳定的脱硫剂来源，才能保证烟气连续脱硫；
②成熟的装置技术。

成熟稳定的装置技术是保证生产顺利运行工作的前提条件，必须有成功的工业化案例；
③低廉的运行成本。

成本低的装置运行会保证企业的运营及治污。

在遵守烟气脱硫工艺选择原则的同时，也要选择装置的脱硫方式，主要根据实际情况而定，例如装置附近若存在石灰石山区，即选择湿式石灰石法较好，这会降低企业运行的成本；合成氨厂的锅炉烟气脱硫装置最好选择氨法，原料来源有保证，运行成本低；氯碱厂的锅炉烟气脱硫装置最好选择双碱法，原料来源有保证，运行成本低；大火电机组的锅炉烟气脱硫装置大多选择湿式钙法或氨法；焦化厂的焦炉烟气脱硫装置最好选择氨法，理由是炼焦装置产生的副产废氨水可作为烟气脱硫的原料，实现以废治废的目的。

参考文献：
[1]李黔东.振动三相流化床烟气脱硫实验硏究[D].四川大学，2006.
[2]王亮.双驱动搅拌釜煤浆法烟气脱硫实验研究[D].青岛大学，2011.
[3]张艳茹.电厂烟气脱硫系统运行维护成本分析与节能指标控制[D].北京：华北电力大学，2011.
[4]周舍，马果骏.下关发电厂LIFAC脱硫技术[J].电力环境保护，1995.
[5]张基伟.国外燃煤电厂烟气脱硫技术综述[J].中国电力，1997.。