點(diǎn)擊圖片查看大圖 火電廠脫硫概述
縱觀現(xiàn)階段的火電廠SO2污染控制技術(shù)，火電廠為實(shí)現(xiàn)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(shù)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(rèn)為是控制SO2排放量行之有效的途徑。脫硫技術(shù)的選擇必須綜合考慮脫硫效率、經(jīng)濟(jì)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?yàn)樘岣呙摿蛐蕦⒃黾釉O(shè)備。有資料統(tǒng)計(jì)，脫硫效率為60％的脫硫設(shè)備，若效率提高到70％——80％，則單位設(shè)備將會增加0.9——1.2倍，脫硫率提高到85%時要高1.64倍。因此只要SO2排放濃度和脫硫效率能滿足國家排放標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)盡量選用初始低的脫硫工藝；
2.少，脫硫裝置好不超過電廠總的15％；
3.技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠，工藝流程簡單；
4.運(yùn)行費(fèi)用低，脫硫劑質(zhì)優(yōu)價廉，有可靠穩(wěn)定的來源；
5.對煤種及機(jī)組容量適應(yīng)性強(qiáng)，并能夠適應(yīng)燃煤含硫量在一定范圍內(nèi)的變化；
6.脫硫副產(chǎn)品均能得到處置和利用，對環(huán)境不造成二次污染。
脫硫工程中主要的物料就是石灰石粉（一般要求細(xì)度為325目90％通過或250目95％通過）。
現(xiàn)有火電廠脫硫技術(shù)
衡量和考察一種脫硫工藝主要應(yīng)從以下幾個方面來分析和比較，即脫硫效率、運(yùn)行的穩(wěn)定程度、運(yùn)行費(fèi)用、、系統(tǒng)的可擴(kuò)充和可升級性能。與前所指出的，濕法、爐內(nèi)噴鈣尾部增濕、干法或半干法是在我國各種不同容量的機(jī)組上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(wěn)定運(yùn)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(jìn)一步提高脫硫效率，脫硫劑的耗量和飛灰的再循環(huán)量都要增加，運(yùn)行費(fèi)用大幅度上升?，F(xiàn)對各主要脫硫工藝分別進(jìn)行闡述。
1.濕法石灰石——石膏煙氣脫硫法（為常用的技術(shù)方法）
該法具有脫硫效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、運(yùn)行費(fèi)用低、無二次污染等特點(diǎn)。所以，濕法脫硫工藝應(yīng)用為廣泛。脫硫劑以CaCO3為普及。濕法脫硫系統(tǒng)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(tǒng)，它包括煙氣換熱系統(tǒng)、吸收塔脫硫系統(tǒng)、脫硫劑漿液制備系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)和廢水處理系統(tǒng)。濕法脫硫系統(tǒng)可加裝于鍋爐的尾部，對現(xiàn)有的鍋爐系統(tǒng)包括除塵系統(tǒng)沒有任何影響。
a.煙氣換熱系統(tǒng)：
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(huán)保效益。脫硫負(fù)荷可以通過啟停循環(huán)泵的數(shù)目來靈活調(diào)節(jié)；
b.脫硫系統(tǒng)：
一般還裝有除霧器，以除掉脫硫后煙氣中的液滴，進(jìn)一步減輕尾部的腐蝕；
c.石膏脫水系統(tǒng)：
一般分為離心式和真空式兩種，離心式的脫水率可達(dá)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(tǒng)的Cl——離子濃度，必須要有一部分石膏漿液逸出脫硫系統(tǒng)至廢水處理系統(tǒng)，進(jìn)行處理；
d.廢水處理的工藝：
包括中和反應(yīng)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?；瘜W(xué)表達(dá)式如下：
反應(yīng)（1）：SO2 H2O→H2SO3
反應(yīng)（2）：CaCO3 2H2SO3→Ca （HSO3）2 CO2 H2O
反應(yīng)（3）：Ca （HSO3）2 O2 2H2O→CaSO4·2H2O H2SO4
反應(yīng)（4）：CaCO3 2H2SO4 H2O→CaSO4·7H2O CO2
反應(yīng)（1）、（2）發(fā)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(yīng)；反應(yīng)（3）、（4）發(fā)生在吸收塔下部的循環(huán)氧化槽中，即亞鈣被鼓入的空氣強(qiáng)制氧化為鈣，并隨即生成二水石膏結(jié)晶析出。
2.干式循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)
以石灰漿作為脫硫劑，鍋爐煙氣從循環(huán)流化床底部進(jìn)入反應(yīng)塔，與石灰漿進(jìn)行脫硫反應(yīng)去除SO2。然后將脫硫劑與煙氣相分離，后經(jīng)除塵后將煙氣排入大氣。該法的特點(diǎn)是：
a.脫硫效率高（當(dāng)燃煤含硫量為2 %，C/S =1.1時，脫硫率可達(dá)85%以上）；
b.經(jīng)濟(jì)性能好，脫硫劑可以循環(huán)使用；
3.液柱煙氣脫硫除塵系統(tǒng)
由脫硫反應(yīng)塔、脫硫劑制備系統(tǒng)、脫硫劑產(chǎn)物處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和煙道系統(tǒng)組成。煙氣從脫硫反應(yīng)塔下部進(jìn)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(yīng)塔下部向上噴射，在上部散開，充分與煙氣接觸反應(yīng)。該法的特點(diǎn)是：
a.系統(tǒng)在C /S = 1時，脫硫率大于90%，脫硫劑的利用率在90%以上，運(yùn)行成本低；
b.副產(chǎn)品CaSO4可用于建筑材料和鹽堿地的改造。
4.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(zhuǎn)的離心噴霧機(jī)作用下，以霧狀噴入到脫硫反應(yīng)塔內(nèi)，吸收劑霧滴吸收煙氣中二氧化硫。反應(yīng)式如下：
Ca （O H） 2 SO2＋1/2O2 3/2 H2O →CaSO4·2H2O
該法的運(yùn)行費(fèi)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(jī)組上推廣。
5.爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化法
爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化法是將石灰石于鍋爐的1000℃左右段噴入，石灰石迅速分解成氧化鈣并和煤氣中的硫反應(yīng)，未反應(yīng)完全的氧化鈣進(jìn)入尾部的活化器中，增濕活化成氫氧化鈣，進(jìn)一步和二氧化硫反應(yīng)。反應(yīng)方程式如下：
2SO2＋2CaO O2 →2CaSO4
2CaO 2 H2O 2SO2 O2 →2CaSO4 2 H2O
該工藝需對鍋爐進(jìn)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(jī)組脫硫；對脫硫效率要求不高，而又沒有脫硫場地的中小機(jī)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(chǎn)生的活性氧化基團(tuán)將煙氣中的SO2和NOx 氧化成中間產(chǎn)物H2SO4和HNO3，這些中間產(chǎn)物和注入的氨吸收劑反應(yīng)，生成銨和。反應(yīng)式如下：
SO2 O2 H2O 2NH3→（NH4）2SO4
NOx O2 H2O NH3→NH4NO3
到目前為止，電子束照射法僅在日本、美國進(jìn)行過一些小型工業(yè)試驗(yàn)，尚沒有在大型機(jī)組應(yīng)用的實(shí)例。根據(jù)成都熱電廠運(yùn)行情況，副產(chǎn)品硫銨和硝銨物料在電除塵極板上粘結(jié)和腐蝕問題較大，而且存在液氨泄露的危險，建議好是等該工藝有一定業(yè)績和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)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(zhì)來吸收煙氣中的二氧化硫，經(jīng)空氣氧化，使其成為穩(wěn)定的SO42-，然后排入大海。反應(yīng)式如下：
2SO2 4HCO3- O2→2H2O 4CO2↑ 2SO42-
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(xì)吸收劑噴入煙道，與煙氣中的二氧化硫發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到脫硫目的。反應(yīng)式如下：
2CaO 2SO2＋O2→2CaSO4
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(huán)流化床煙氣脫硫法
循環(huán)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(huán)流化床反應(yīng)塔中，增濕的石灰和煙氣中的二氧化硫反應(yīng)，生成亞鈣，未反應(yīng)完全的吸收劑顆粒經(jīng)除塵器收集再回到循環(huán)硫化床循環(huán)利用。主要反應(yīng)如下：
Ca （OH） 2 SO2 1/2O2→CaSO4·H2O
該法是開發(fā)較晚發(fā)展較快的脫硫工藝，約占FGD容量的0.5%。其主要優(yōu)點(diǎn)是費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用比石灰石——石膏法低30%。
10.旋轉(zhuǎn)噴霧法
該法的應(yīng)用原理為：將吸收漿霧化，在吸收塔內(nèi)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(fā)干燥；另一方面，吸收劑與煙氣中SO2反應(yīng)生成亞鈣來達(dá)到脫硫的目的。該裝置運(yùn)行可靠，但腐蝕較嚴(yán)重，副產(chǎn)品一般不用。
11.磷氨復(fù)合肥法（PAR法）
該法的應(yīng)用原理為：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(jìn)行二次脫硫，再將漿料濃縮干燥得磷氨復(fù)合肥。該法的優(yōu)點(diǎn)是副產(chǎn)品可做化肥使用；缺點(diǎn)是工藝比較復(fù)雜，一次性較高，運(yùn)行維護(hù)工作量大。
12.氨-硫氨法（NADS）。
氨-硫氨法是由日本NKK公司開發(fā)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(chǎn)品是化肥，該法的額相對較大，工藝復(fù)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(chǔ)上以犧牲利用副產(chǎn)品和降低脫硫率來實(shí)現(xiàn)工藝簡化和成本降低，是國產(chǎn)技術(shù)中有420 t鍋爐業(yè)績的技術(shù)，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(shè)備改造成脫硫除塵裝置。初為進(jìn)口技術(shù)的十分之一左右，運(yùn)行費(fèi)為三分之一左右，除塵率大于99％，脫硫率為70%——80%。采用無噴嘴噴淋系統(tǒng)，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(shù)指標(biāo)比較：
|
工 藝 |
石灰石 |
海水洗滌 |
電子束 |
LIFAC |
RCFB |
半干法 |
荷電干法 |
|
適用機(jī)組 |
大中 |
大中 |
中小 |
中小 |
中小 |
中小 |
中小 |
|
適用煤種 |
值 |
硫＜1.5％ |
硫＜2％ |
硫＜2％ |
硫＜2％ |
硫＜2％ |
硫＜1％ |
|
脫硫成本元/噸SO2 |
900～1500 |
500～1000 |
900～1200 |
700～1000 |
500～900 |
800～1100 |
900 |
|
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(shè)備 |
1 |
3/5 |
4/5 |
1/3 |
2/3 |
2/3 |
1/4 |
|
占地面積 |
3/2 |
1 |
1/3 |
1/3 |
2/3 |
1/4 |
—— |
|
副產(chǎn)品 |
石膏 |
無 |
銨 |
亞 |
亞 |
亞 |
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(jìn)口濕法 |
國產(chǎn)濕法 |
海水法 |
CDSI |
RCFB |
DCL |
|
機(jī)組容量/MW |
2×125 |
300 |
2×125 |
300 |
50 |
210 |
60 |
|
脫硫效率（％） |
81 |
95 |
90 |
90 |
65 |
85 |
50～65 |
|
工藝流程 |
較復(fù)雜 |
復(fù)雜 |
復(fù)雜 |
較復(fù)雜 |
簡單 |
較復(fù)雜 |
很簡單 |
|
Ca/S |
1.05 |
1.03 |
1.03 |
——— |
1.5 |
1.3 |
1.5～2.5 |
|
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/（元/kW） |
510 |
913 |
512 |
587 |
208 |
571 |
120 |
|
脫硫成本/（元/tSO2） |
1779.0 |
5718.9 |
4522.1 |
4925.2 |
3168.7 |
2932 |
2300 |
|
電價增量元/kW·h |
0.0322 |
0.0389 |
0.0246 |
0.0182 |
0.0180 |
0.0188 |
0.0184 |
|
操作條件 |
一般 |
復(fù)雜 |
復(fù)雜 |
一般 |
簡便 |
一般 |
簡便 |
|
對環(huán)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
脫硫廢水主要是石膏漿液經(jīng)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、根、碳酸根等，水體的pH值較低。脫硫廢水中的雜質(zhì)主要來自煙氣、脫硫劑（目前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(zhì)又來源于煤的燃燒。煤中含有包括重金屬在內(nèi)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(jìn)入脫硫系統(tǒng)，溶解于吸收漿液中。脫硫廢水中的雜質(zhì)主要包括懸浮物、高濃度的亞鹽、鹽、氟化物以及重金屬。
脫硫后的廢水處理系統(tǒng)包括：水處理系統(tǒng)和污泥處理系統(tǒng)， 其中水處理系統(tǒng)又分為中和、沉降、絮凝、濃縮澄清幾個工序。
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