火力發電廠煙氣脫硫技術

概述

SO2主要是含硫燃料，如煤、燃料油、石油焦碳等燃燒的產物，而以燃燒化石燃料為基礎的火力發電廠，是世界上最大的SO2排放源之一。據1994年的統計：火力發電廠燃燒裝置的SO2排放已超過全球SO2排放總量的70％。如果不採取合理的控制SO2排放措施，其汙染必將對人類的健康及社會生存環境造成嚴重的危害。如對人的呼吸系統影響、引起或惡化人的心血管疾病；造成湖泊、河流的酸化、農作物的生長及損壞建築物等。因此，控制火力發電廠裝置的SO2排放以保護環境，必將在世界範圍內的電力生產發展中得到進一步的重視。

煤炭作為一次能源，約佔我國能源結構的75％。其中，約84％的煤炭將直接用於燃燒。據2000年的統計，煤電在我國電力生產中佔的比重約為78％。因此，在我國燃煤發電廠技術的發展除面臨提高其發電效率外，還必將面臨如何控制其燃燒發電排放水平的重大問題。自70年代開始，在世界範圍內的能源專家們已開始著手研究開發高效、清潔的煤燃燒和發電技術，這主要表現在：

（1）基於提高其工作引數的常規煤粉電站＋煙氣脫硫處理（PC＋FGD）；

（2）迴圈流化床鍋爐（CFB）；

（3）增壓流化床燃燒聯合迴圈發電技術（PF-BC-CC）；

（4）整體煤氣化聯合迴圈發電技術（IGCC）。

但是，就我國目前火力發電廠生產的實際情況看，在近一段時期內，電廠鍋爐燃燒排放控制工作的重點將集中在前者的第一種情況。特別是，自1998年我國政府關於酸雨控制區和二氧化硫汙染控制區（簡稱兩控區）的檔案頒佈以來，隨著國家環保政策的進一步落實，電力環保煙氣脫硫技術（FGD）必將得到進一步的發展。本文在回顧國外菸氣脫硫技術的發展的基礎上，分析了我國電力環保煙氣脫硫技術的應用狀況，並對我國今後煙氣脫硫技術的發展和應用前景進行了展望。

1脫硫技術及發展現狀

1。1脫硫技術措施

控制燃燒過程中二氧化硫排放的措施主要包括燃燒前、燃燒中和燃燒後（煙氣脫硫）。

1。1。1燃燒前脫硫技術

燃燒前脫硫技術主要是煤炭洗選技術。目前，國內煤炭入選率不到l7％，而美國為42％，英國為94。9％，法國為88。7％，日本為98。2％。我國曾對微波脫硫和高硫煤強磁分離脫硫進行過小型試驗研究，總脫硫率達50％左右。但由於所需基建投資和執行費用都較高，脫硫後的煤是水煤漿，使用上受到一定限制。因此，這兩項技術沒有得到有效推廣應用。發達國家正在進行摩擦電選技術脫硫降灰的研究，將煤粉透過摩擦電選機，分離出無機質（主要是黃鐵礦硫）；中國礦業大學也進行了該技術的中試研究。

1。1。2燃燒中脫硫技術

燃燒中脫硫技術是往煤中加入固硫劑，在煤的燃燒過程中，煤中的硫燃燒氧化，再與煤中的鹼性物質或固硫劑反應生成硫酸鹽而留在渣中，從而減少煙氣中的S02濃度。這種方法主要在流化床/迴圈流化床鍋爐（FB/CFB）中實現，目前脫硫效率可達80％～90％（Ca/S≥2）。另外，工業型煤爐前型煤固流成型技術也是解決燃燒中脫硫的有效措施之一。它不但可以解決型煤堆放佔用場地和乾燥等問題，而且還具有穩定燃燒，降低燃燒煙塵濃度等特點。我國從70年代開始進行型煤固硫的研究工作。目前，美國的型煤固硫率為87％，日本為70％～90％，我國約40％左右。

1。1。3燃燒後脫硫技術

燃燒後脫硫技術即煙氣脫硫技術（FGD），按工藝特點可分為溼法、半乾法和幹法三大類；按副產物的處置方式又分回收和拋棄2種流程。以溼法煙氣脫硫為代表的工藝有：石灰/石灰石——石膏法、雙鹼法、氨吸收法、海水法等；其特點是：技術工藝成熟、脫硫效率高（90％以上），且脫硫副產品大都可回收利用，但其投資和執行費用較高。半乾法脫硫工藝為代表的有：旋轉噴霧乾燥法（SDA）、爐內噴鈣尾部增溼活化（LIFAC）等；幹法脫硫工藝為代表的有：荷電乾式噴射脫硫法（CDSI）、等離子體法（電子束輻射/脈衝電暈）等。

1。2煙氣脫硫技術發展現狀

溼法煙氣脫硫技術的早期發展可追溯到20世紀的60年代中期，而幹法煙氣脫硫技術的早期發展則是20世紀70年代。然而，早期的煙氣脫硫技術，不論是溼法，還是幹法脫硫技術工藝，由於受到當時技術發展條件上的限制，整個脫硫系統建設投資和執行成本相對較高，而且脫硫效率低、系統複雜、執行可靠效能差，使得該技術在電力市場上的應用受到了一定的限制。經過了30多年的發展，到20世紀90年代，煙氣脫硫技術有了長足的進展，特別是溼法煙氣脫硫以其工藝的成熟性、執行的高可靠性，以及高的脫硫技術性能等特點，在世界電力市場上得到了廣泛的應用。據英國（倫敦）國際能源機構的煤研究中心1998年的統計結果表明：在世界範圍內，安裝煙氣脫硫裝置的火電機組裝機容量已達229484MW。同時，在已安裝的煙氣脫硫裝置的所有火電機組中，採用溼法脫硫工藝脫硫的機組容量佔整個安裝煙氣脫硫機組容量的86％以上，且其中採用傳統的石灰/石灰石的溼法脫硫工藝佔據了90％以上的份額。

研究的主要內容一般包括：

（1）建立具備先進測量手段的溼法脫硫模型實驗臺。同時，以流體力學現代測量技術理論為基礎，配備可靠、先進的測量和控制系統。

（2）進行以探索吸收塔內流場流動規律為目的的流體力學的研究。其主要內容包括：

·以實驗臺為物理模型基礎，進行理論分析研究，建立吸收塔內有關數學模型，並進行相應數學分析或數值分析計算。

·處理並分析整理有關實驗資料，驗證所建立的吸收塔內有關數值模型，以評價液滴粒子在吸收段的平均滯留時間，以及液滴霧化粒子的動力學特性和氣、液兩相的質量傳遞（擴散）規律等，並最終實現最佳化吸收塔結構的目的。

·研究除霧器效率及阻力特性的規律，以確定除霧器的選型和佈置。

·研究霧化噴嘴的霧化效能、噴淋系統性能及阻力特性，以評價噴嘴的組合和佈置。

·研究並建立吸收塔內部主要流動引數間的相關關係，並最終形成具有自主知識版權的、具有最佳技術性能組合的溼法脫硫吸收塔系統的設計技術。

透過上述技術上的努力，現代的以石灰/石灰石溼法脫硫工藝的初投資建設和執行費用已大大降低，且單吸收塔的煙氣處理能力也大幅度提高。如美國佛羅里達州坦帕市電力公司在2000年1月投入執行的溼法脫硫裝置的脫硫效率大於95％，單塔容量為890MW，建設成本費用低於100美元/kW。

此外，隨著技術的進步，其他脫硫技術工藝（半乾法、幹法）也必將得到進一步發展。特別是80年代發展起來的煙氣迴圈硫化床脫硫技術（FGD-CFB），以其具有高效、適用含硫燃料範圍廣、更低建設和執行成本、小佔地面積等特點，將會得到進一步的重視和發展。目前，該工藝在國外已成功用於200MW機組的煙氣脫硫，國內已同丹麥FLS公司合作，並用於雲南小龍潭電廠100MW機組脫硫工程示範。

3結束語

以上分析表明：溼法脫硫技術，特別是傳統的石灰/石灰石——石膏溼法脫硫工藝是一種成熟的、目前國內外脫硫市場上仍佔據主導地位的煙氣脫硫技術。但隨著技術的不斷進步，其他新型的、更適合市場需求的脫硫工藝必將得到進一步的發展（如FGD-CFB等）。同時，儘管煙氣脫硫技術已歷經30餘年的發展歷史，但國內大型火力發電廠的煙氣脫硫市場還處於起步階段。因此，進一步調查研究國外菸氣脫硫技術發展的歷史和應用的成熟經驗，對於開發適合國情的大型燃煤電站煙氣脫硫技術，將具有重要指導意義。