1、火電廠脫硫技術淺析一、火電廠脫硫概述縱觀現階段的火電廠 SO2污染控制技術，火電廠為實現減排SO2而采取的措施主要有：燃用低硫煤、煤炭洗選、潔凈煤燃燒技術和煙氣脫硫。SO2的控制途徑有：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫、燃燒后脫硫，即煙氣脫硫(FGD)。目前，煙氣脫硫被認為是控制SO2排放量最行之有效的途徑。脫硫技術的選擇必須綜合考慮脫硫效率、經濟性、可靠性等因素，選擇的基本原則是：1.脫硫效率高，但不要盲目追求高效率，因為提高脫硫效率將增加設備投資。有資料統計，脫硫效率為 60的脫硫設備， 若效率提高到 70 80，則單位設備投資將會增加 0.91.2倍，脫硫率提高到 85%時要高 1.64倍。因此只

2、要 SO2排放濃度和脫硫效率能滿足國家排放標準，應盡量選用初始投資低的脫硫工藝；2.投資少，脫硫裝置投資最好不超過電廠總投資的15；3.技術成熟，運行可靠，工藝流程簡單；4.運行費用低，脫硫劑質優價廉，有可靠穩定的來源；5.對煤種及機組容量適應性強，并能夠適應燃煤含硫量在一定范圍內的變化；6.脫硫副產品均能得到處置和利用，對環境不造成二次污染。脫硫工程中最主要的物料就是石灰石粉（一般要求細度為325 目 90通過或 250 目 95通過）。二、現有火電廠脫硫技術衡量和考察一種脫硫工藝主要應從以下幾個方面來分析和比較，即脫硫效率、運行的穩定程度、運行費用、投資、系統的可擴充和可升級性能。與前所指

3、出的，濕法、爐內噴鈣尾部增濕、 干法或半干法是在我國各種不同容量的機組上1主要采用的幾種脫硫工藝。濕法脫硫工藝的效率比較高，一般都可穩定運行在95%以上。而其它簡易脫硫工藝的效率大多在80%以下，如果進一步提高脫硫效率，脫硫劑的耗量和飛灰的再循環量都要增加，運行費用大幅度上升。 現對各主要脫硫工藝分別進行闡述。1.濕法石灰石石膏煙氣脫硫法（最為常用的技術方法）該法具有脫硫效率高、運行穩定、運行費用低、無二次污染等特點。所以，濕法脫硫工藝應用最為廣泛。脫硫劑以CaCO3最為普及。濕法脫硫系統的效率都很高，正常情況下都在 95以上。濕法 (石灰石石膏法 )脫硫系統，它包括煙氣換熱系統、吸收塔脫硫系

4、統、 脫硫劑漿液制備系統、 石膏脫水系統和廢水處理系統。濕法脫硫系統可加裝于鍋爐的尾部，對現有的鍋爐系統包括除塵系統沒有任何影響。a.煙氣換熱系統：用原煙氣的熱量加熱脫硫后的干凈煙氣，不僅可以增加煙氣的排放溫度，同時也減少了脫硫裝置尾部的腐蝕，并且提高了環保效益。 脫硫負荷可以通過啟停循環泵的數目來靈活調節；b.脫硫系統：一般還裝有除霧器，以除掉脫硫后煙氣中的液滴，進一步減輕尾部的腐蝕；c.石膏脫水系統：一般分為離心式和真空式兩種，離心式的脫水率可達95%，而真空式的脫水率一般在 90%左右。為了平衡整個脫硫系統的Cl離子濃度，必須要有一部分石膏漿液逸出脫硫系統至廢水處理系統，進行處理；d.廢

5、水處理的工藝：2包括中和反應和絮凝沉淀，該工藝可降低外排廢水的pH值和懸浮物的含量。化學表達式如下：反應 (1)：SO2 +H2OH2SO3反應 (2)：CaCO3+2H2SO3Ca (HSO3)2+CO2+H2O反應 (3)：Ca (HSO3)2+O2+2H2O CaSO4·2H2O+H2SO4反應 (4)：CaCO3+2H2SO4+H2OCaSO4·7H2O +CO2反應 (1)、(2)發生在吸收塔上部，即 SO2溶入噴入的吸收液中，然后與其中的CaCO3反應；反應 (3)、(4)發生在吸收塔下部的循環氧化槽中，即亞硫酸鈣被鼓入的空氣強制氧化為硫酸鈣，并隨即生成二水石膏

6、結晶析出。2.干式循環流化床煙氣脫硫技術以石灰漿作為脫硫劑， 鍋爐煙氣從循環流化床底部進入反應塔，與石灰漿進行脫硫反應去除 SO2。然后將脫硫劑與煙氣相分離，最后經除塵后將煙氣排入大氣。該法的特點是：a.脫硫效率高（當燃煤含硫量為2 %， C/S =1.1時，脫硫率可達 85%以上）；b.經濟性能好，脫硫劑可以循環使用；3.液柱煙氣脫硫除塵系統由脫硫反應塔、 脫硫劑制備系統、 脫硫劑產物處理系統、 控制系統和煙道系統組成。煙氣從脫硫反應塔下部進入，在上升過程中與脫硫劑接觸，將SO2除去。而脫硫劑也由反應塔下部向上噴射，在上部散開， 充分與煙氣接觸反應。 該法的特點是：a.系統在 C /S =

7、1時，脫硫率大于 90%，脫硫劑的利用率在 90%以上，運行成本低；b.副產品 CaSO4可用于建筑材料和鹽堿地的改造。34.噴霧半干法噴霧干燥法的工作原理為將熟化的30%石灰漿液在高速旋轉的離心噴霧機作用下，以霧狀噴入到脫硫反應塔內，吸收劑霧滴吸收煙氣中二氧化硫。反應式如下：Ca (O H) 2+SO2 1/2O2+3/2 H2O CaSO4·2H2O該法的運行費用約為石灰石法的80%。噴霧干燥法只適用于中低硫煤種的煙氣脫硫。噴霧干燥法由于脫硫效率較低（70%），不宜在大中型機組上推廣。5.爐內噴鈣尾部增濕活化法爐內噴鈣尾部增濕活化法是將石灰石于鍋爐的1000左右段噴入，石灰石迅速

8、分解成氧化鈣并和煤氣中的硫反應，未反應完全的氧化鈣進入尾部的活化器中，增濕活化成氫氧化鈣，進一步和二氧化硫反應。反應方程式如下：2SO22CaO+O2 2CaSO42CaO + 2 H2O + 2SO2+O2 2CaSO4+2 H2O該工藝需對鍋爐進行一定的改造，否則會造成鍋爐熱效率下降， 所以不適用于大型機組脫硫；對脫硫效率要求不高， 而又沒有脫硫場地的中小機組比較適用。該法是燃煤含硫量不高的中小型鍋爐(新建或改造 )的首選脫硫工藝。6.電子束照射法電子束照射法是利用高能量電子產生的活性氧化基團將煙氣中的SO2和NOx氧化成中間產物 H2 SO4和HNO 3，這些中間產物和注入的氨吸收劑反應

9、，生成硫酸銨和硝酸銨。反應式如下：SO2+ O2 +H2 O+2NH3(NH4)2SO4NOx+ O2+H2O+NH 3 NH4 NO3到目前為止， 電子束照射法僅在日本、 美國進行過一些小型工業試驗，尚沒4有在大型機組應用的實例。 根據成都熱電廠運行情況， 副產品硫銨和硝銨物料在電除塵極板上粘結和腐蝕問題較大，而且存在液氨泄露的危險， 建議最好是等該工藝有一定業績和運行經驗后予以考慮。7.海水脫硫法海水脫硫是利用海水中碳酸氫鈣和碳酸氫鎂等堿性物質來吸收煙氣中的二氧化硫，經空氣氧化，使其成為穩定的SO42-，然后排入大海。反應式如下：-2-2SO2 + 4HCO3 +O2 2H2O+4CO2

10、+2SO4該工藝只適用于燃中低硫煤的海邊電廠，電廠的燃煤含硫量不宜過高， 約1%為宜，除塵效率要求較高，否則會對海洋造成污染。8.荷電干式噴射法荷電干式噴射脫硫工藝是將帶電的微細吸收劑噴入煙道，與煙氣中的二氧化硫發生反應，達到脫硫目的。反應式如下：2CaO + 2SO2O22CaSO4該法脫硫效率低，特別是對于高硫燃料，脫硫效率更差。9.循環流化床煙氣脫硫法循環流化床煙氣脫硫工藝是用石灰作為吸收劑，將鍋爐尾部出來的煙氣引入循環流化床反應塔中， 增濕的石灰和煙氣中的二氧化硫反應，生成亞硫酸鈣， 未反應完全的吸收劑顆粒經除塵器收集再回到循環硫化床循環利用。主要反應如下：Ca (OH) 2+SO2+

11、1/2O2CaSO4·H2O該法是開發較晚發展較快的脫硫工藝，約占世界 FGD容量的 0.5%。其主要優點是投資費用和運行費用比石灰石石膏法低30%。10.旋轉噴霧法5該法的應用原理為： 將吸收漿霧化， 在吸收塔內與煙氣混合接觸，一方面煙氣被絕熱冷卻，吸收劑中的水份被蒸發干燥；另一方面，吸收劑與煙氣中SO2反應生成亞硫酸鈣來達到脫硫的目的。該裝置運行可靠， 但腐蝕較嚴重， 副產品一般不用。11.磷氨復合肥法（ PAR法）該法的應用原理為：活性炭吸附一級脫硫，解吸得30% H2SO4 。稀 H2SO4分解為磷礦石，生成 10%以上的磷酸液與氨的中和液進行二次脫硫，再將漿料濃縮干燥得磷氨

12、復合肥。該法的優點是副產品可做化肥使用； 缺點是工藝比較復雜，一次性投資較高，運行維護工作量大。12.氨-硫氨法 (NADS).氨-硫氨法是由日本 NKK 公司開發的工藝， 1976年建立了兩套裝置，分別處理 76萬M/h 和 123萬M/h 的煙氣。他的副產品是化肥，該法的投資額相對較大，工藝復雜。13.石灰石濕法簡易脫硫除塵法(PXJ D)本法在石灰石濕法基礎上以犧牲利用副產品和降低脫硫率來實現工藝簡化和成本降低， 是國產技術中唯一有 420 t鍋爐業績的技術， 比較適合國情， 特別是適合老廠上脫硫除塵裝置或把原有除塵設備改造成脫硫除塵裝置。初投資為進口技術的十分之一左右， 運行費為三分之

13、一左右， 除塵率大于 99，脫硫率為 70%80%。采用無噴嘴噴淋系統，解決了堵塞問題，采用特殊防腐措施解決了腐蝕問題；無廢水排放，工藝簡單，占用場地小。表1是幾種常見脫硫工藝主要參數指標比較：6表 1常見脫硫工藝主要參數指標比較工藝石灰石海水洗滌電子束LIFACRCFB半干法荷電干法適用機組大中大中中小中小中小中小中小適用煤種無限值硫 1.5 硫 2硫 2硫 2硫 2硫 1脫硫成本元 /噸SO29001500500 100090012007001000500900800 1100900脫硫效率90以上90以上90以上60以上90以上70以上70吸附劑石灰石海水液氨石灰石硝石灰石灰熟石灰設備投

14、資13/54/51/32/32/31/4占地面積3/211/31/32/31/4副產品石膏無硫酸銨亞硫酸亞硫酸亞硫酸硫酸銨電耗較高高高低低低高水耗高無低低低低低表2是幾種常見的煙氣脫硫裝置的綜合比較：表 2煙氣脫硫裝置的綜合比較脫硫方法簡易濕法進口濕法國產濕法海水法CDSIRCFBDCL機組容量 /MW2 ×1253002 ×1253005021060脫硫效率（）81959090658550 65工藝流程較復雜復雜復雜較復雜簡單較復雜很簡單Ca/S1.051.031.031.51.31.52.5吸收劑石灰石粉石灰石粉石灰石粉紅海水Ca(OH)2粉CaO粉固硫劑單位投資 /（

15、元 /kW ）510913512587208571120脫硫成本 /（元 /tSO2）1779.05718.94522.14925.23168.729322300電價增量元 /kW ·h0.03220.03890.02460.01820.01800.01880.0184操作條件一般復雜復雜一般簡便一般簡便對環境的影響較大較大較大影響海水無較小無三、脫硫后的廢水處理7脫硫廢水主要是石膏漿液經脫水后排出的濾液，排放量約7t/h。脫硫廢水中主要污染因子為氯離子、SS、汞、銅、鉛、鎳、砷、鈣、鎂、鋁、鐵以及氟離子、硫酸根、碳酸根等，水體的pH值較低。脫硫廢水中的雜質主要來自煙氣、脫硫劑（目前

16、濕法脫硫的脫硫劑大多用石灰石）和工藝水。其中，污染成分主要來自煙氣，而煙氣中的雜質又來源于煤的燃燒。煤中含有包括重金屬在內的多種元素，這些元素在燃燒后生成多種化合物，其中氣體化合物會隨煙氣進入脫硫系統，溶解于吸收漿液中。 脫硫廢水中的雜質主要包括懸浮物、高濃度的亞硫酸鹽、硫酸鹽、氟化物以及重金屬。脫硫后的廢水處理系統包括：水處理系統和污泥處理系統, 其中水處理系統又分為中和、沉降、絮凝、濃縮澄清幾個工序。脫硫后的廢水處理系統如圖1所示。圖 1 脫硫后的廢水處理系統1.中和廢水處理的第一道工序就是中和， 即在脫硫廢水進入中和箱的同時加入一定量的 5%的石灰乳溶液 , 將廢水的 pH 值提高至 9

17、.0 以上，使大多數重金屬離子在堿性環境中生成難溶的氫氧化物沉淀。82.沉降脫硫廢水中加入石灰乳后，當pH 值為 9.0 9.5 時，大多數重金屬離子均形成難溶的氫氧化物；同時，石灰乳中的Ca2+還能與廢水中的部分 F-反應，生成難溶的 CaF2 ，達到除氟的目的；經中和處理后，廢水中Cd2+、Hg2+含量仍然超標，所以在沉降箱中加入有機硫化物(TMT15) ，使其與殘余的離子態的Cd2+、Hg2+反應，生成難溶的硫化物沉積下來。3.絮凝脫硫廢水中的懸浮物含量較大，設計值為 6 000 12 000 mg / L，其中主要含有石膏顆粒、 SiO2、Al 和Fe 的氫氧化物。采用絮凝方法使膠體顆

18、粒和懸浮物顆粒發生凝聚和聚集， 從液相中分離出來， 是一種降低懸浮物的有效方法。所以在絮凝箱中加入絮凝劑 FeClSO4，使廢水中的細小顆粒凝聚成大顆粒而沉積下來。在澄清池入口中心管處加入陰離子混凝劑PAM 來進一步強化顆粒的長大過程,使細小的絮凝物慢慢變成粗大結實、更易沉積的絮凝體。4.濃縮澄清絮凝后的廢水從反應池溢流進入裝有攪拌器的澄清池中, 絮凝物沉積在底部濃縮成泥，上部則為處理出水。大部分污泥經污泥泵排到板框式壓濾機, 小部分污泥作為接觸污泥返回中和反應箱，提供沉淀所需的晶核。 上部出水溢流到出水箱 , 出水箱設置了監測出水 pH值和濁度的在線監測儀表，如果pH值和濁度達到排水設計標準，則通過出水泵外排，否則將加酸調節pH值或將其送回中和箱繼續處理，直到合格