浅谈当前火电厂烟气脱硫技术的发展概况及其应用 火电厂烟气脱硫技术

　　摘要:本文简要介绍了干法脱硫技术的原理，炉内喷钙加尾部增湿活化脱硫工艺、电子束烟气脱硫工艺、活性焦炭脱硫脱硝一体化新技术等干式、半干式烟气脱硫技术，最后对各种烟气脱硫方法进行了比较。
　　关键词:烟气脱硫;湿法脱硫;干法脱硫;脱硝
　　1、前言
　　我国的能源构成以煤炭为主，其消费量占一次能源总消费量的70％左右，这种局面在今后相当长的时间内不会改变。火电厂以煤作为主要燃料进行发电，煤直接燃烧释放出大量SO2，造成大气环境污染，且随着装机容量的递增，SO2的排放量也在不断增加。加强环境保护工作是我国实施可持续发展战略的重要保证。所以，加大火电厂SO2的控制力度就显得非常紧迫和必要。目前烟气脱硫被认为是控制SO2最行之有效的途径，按工艺特点主要分为湿法烟气脱硫、干法烟气脱硫和半干法烟气脱硫。
　　湿法脱硫是采用液体吸收剂洗涤SO2烟气以脱除SO2。常用方法为石灰/石灰石吸收法、钠碱法、铝法、催化氧化还原法等，湿法烟气脱硫技术以其脱硫效率高、适应范围广、钙硫比低、技术成熟、副产物石膏可做商品出售等优点成为世界上占统治地位的烟气脱硫方法。但湿法烟气脱硫技术具有投资大、动力消耗大、占地面积大、设备复杂、运行费用和技术要求高等缺点。
　　干法脱硫技术与湿法相比具有投资少、占地面积小、运行费用低、设备简单、维修方便、烟气无需再热等优点，但存在着钙硫比高、脱硫效率低、副产物不能商品化等缺点。
　　2、干法烟气脱硫技术的开发与应用
　　所谓干法烟气脱硫，是指脱硫的最终产物是干态的。主要有炉内喷钙尾部增湿活化、荷电干式喷射脱硫法（CSDI法）、电子束照射法(EBA）、脉冲电晕法（PPCP）以及活性炭吸附法等。
　　2.1炉内喷钙加尾部增湿活化脱硫工艺
　　由芬兰IVO公司和TAMPELLA公司联合开发，是在炉内喷钙的基础上发展起来的。传统炉内喷钙工艺的脱硫效率仅为20%-30％，而LIFAC法在空气预热器和除尘器间加装一个活化 反应器，并喷水增湿，促进脱硫反应，使最终的脱硫效率达到70%-75％。LIFAC法比较适合中、低硫煤，其投资及运行费用具有明显优势，较具竞争力。另外由于活化器的安装对机组的运行影响不大，比较适合中小容量机组和老电厂的改造。
　　炉内喷钙加尾部增湿活化工艺（简称LIFAC工艺）是在炉内喷钙脱硫工艺的基础上在锅炉尾部增设了增湿段，以提高脱硫效率。该工艺多以石灰石粉为吸收剂，石灰石粉由气力喷入炉膛850-1150℃温度区，石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳，氧化钙与烟气中的二氧化硫反应生成亚硫酸钙。由于反应在气固两相之间进行，受到传质过程的影响，反应速度较慢，吸收剂利用率较低。在尾部增湿活化反应内，增湿水以雾状喷入，与未反应的氧化钙接触生成Ca(OH)2进而与烟气中的二氧化硫反应，进而再次脱除二氧化硫。当Ca/S为2.5及以上时，系统脱硫率可达到65%-80%。
　　烟气脱硫后，由于增湿水的加入烟气温度下降（只有55-60℃，一般控制出口烟气温度高于露点10-15℃，增湿水由于烟温加热被迅速蒸发，未反应的吸收剂、反应产物呈干燥态随烟气排出，被除尘器收集下来。由于脱硫过程对吸收剂的利用率很低，脱硫副产物是以不稳定的亚硫酸钙为主的脱硫灰，副产物的综合利用受到一定的影响。
　　南京下关发电厂2×125MW机组全套引进芬兰IVO公司的LIFAC工艺技术，锅炉的含硫量为0.92%，设计脱硫效率为75%。目前，两台脱硫试验装置已投入商业运行，运行的稳定性及可靠性均较高。
　　2.2、电子束烟气脱硫工艺
　　电子束烟气脱硫工艺是日本荏原制作所于1970年着手研究，1972年又与日本原子能研究所合作，确立的该技术作为连续处理的基础。80年代由美国政府和日本荏原制作所等单位分担出资在美国印第安纳州普列斯燃煤发电厂建立了一套最大处理高硫煤烟气量为24000Nm3/h地电子束装置，1987年7月完成，取得了较好效果，其主要特点：是一种干法处理过程，不产生废水废渣；能同时脱硫脱硝，并可达到90% 以上的脱硫率和10％以上的脱硝率；系统简单，操作方便，过程易于控制；对于不同含硫量的烟气和烟气量的变化有较好地适应性和负荷跟踪性；副产品硫铵和销铵混合物可用作化肥；脱硫成本低于常规方法。
　　电子束烟气脱硫工艺是一种物理方法和化学方法相结合的高新技术。本工艺的流程是由排烟预除尘、烟气冷却、氨的冲入、电子束照射和副产品捕集工序组成。锅炉所排出的烟气，经过集尘器的粗滤处理之后进入冷却塔，在冷却塔内喷射冷却水，将烟气冷却到适合于脱硫、脱硝处理的温度（约70℃）。烟气的露点通常约为50℃，被喷射呈雾状的冷却水在冷却塔内完全得到蒸发，因此，不产生任何废水。通过冷却塔后的烟气流进反应器，在反应器进口处将一定的氨气、压缩空气和软水混合喷入，加入氨的量取决于SOx和NOx浓度，经过电子束照射后，SOx和NOx在自由基的作用下生成中间物硫酸和硝酸。然后硫酸和硝酸与共存的氨进行中和反应，生成粉状颗粒硫酸铵和硝酸铵的混合体。
　　反应所生成的硫酸铵和硝酸铵混合微粒被副成品集尘器所分离和捕集，经过净化的烟气升压后向大气排放。
　　成都热电厂和日本荏原制作所合作建造了的电子束脱硫工艺装置，该装置的处理烟气量为300,000m3N/h，二氧化硫的浓度为5148mg/m3，设计脱硫率为80%。目前，该工艺装置已投入运行，脱硫率达80％，脱硝率达10％，运行的稳定性及设备状况均较佳。
　　2.3、活性焦炭脱硫脱硝一体化新技术
　　活性焦炭脱硫脱硝一体化新技术（CSCR）是利用活性焦炭同时脱硫脱硝的一体式处理技术。它的反应处理过程在吸收塔内进行，能够一步处理达到脱硫脱硝的处理效果，使用后的活性焦炭可在解析塔内将吸附的污染物进行析出，活性焦炭可再生循环使用，损耗小，损耗的粉末送回锅炉作燃料继续使用。其中活性焦炭是这一处理过程的关键和重要的因素，它既作为优良的吸附剂，又是催化剂与催化剂载体。脱硫是利用活性焦炭的吸附特性；除氮是利用活性焦炭作催化剂，通过氨，一氧化氮或二氧化氮发生催化还原反应而去除。
　　活性焦炭吸收塔分为两部分，烟气由下部往上部升，活性炭在重力作用下从上部往下部降，与烟气进行逆流接触。烟气从空气预热器中出来的温度在（120-160）℃之间，该温度区域是该工艺的最佳温度，能达到最高的脱除率。
　　
　　烟气首先进入吸收塔下部，在这一段二氧化硫（SO2）被脱除，然后烟气进入上面部分，喷入氨与氮氧化物（NOX）反应脱硝。饱含二氧化硫的焦炭从吸收塔底部排放出来通过震动筛，不合大小尺寸的焦炭催化剂在进入解吸塔之前被筛选出来。经过筛选的活性焦炭再被送到解吸塔顶部，利用价值较低的活性焦炭被送回到燃煤锅炉中,重新作为燃料供应。
　　活性焦炭解吸塔包括三个主要的区域：上层区域是加热区，中间部分是热解吸区，下面是冷却区。
　　天然气燃烧器用来加热通过换热器间接与活性焦炭接触的空气， 被加热的空气和燃料烟气一起送到烟囱，并排入大气。在解吸塔的底部，空气从20℃被加热到250℃，接着天然气燃烧器继续将空气加热到550℃，这部分空气将在解吸塔的上部被冷却到150℃。
　　2.3.1 技术优势
　　（1）系统占地面积小，可节省大量土地资源。
　　（2）可以实现脱除SOX、NOX和粉尘的一体化。SO2脱除率可达到98％以上；NOX的脱除率可超过80％；并且能去除废气中的碳氢化合物，如二恶英，金属如水银及其他有毒物质。
　　（3）低温干式处理工艺，可以忽略烟囱的侵蚀和腐蚀。
　　（4）产生可出售的副产品，如硫磺、硫酸（大于98%）或其他高纯度硫系列化学品，可以有效的实现硫的资源化，是有效的循环经济。
　　（5）没有固体废物、废水的产生，没有二次污染。
　　（6）工艺处理前后不需加热，整体能耗较低，是良好的节能系统。
　　（7）该系统无须为除去催化剂而间歇性关闭，且逆流之设计，降低粉尘聚集。
　　（8）活性焦炭可再生循环使用，损耗小，损耗的粉末送回锅炉作燃料继续使用。
　　3、烟气脱硫方法比较与选择
　　无论何种脱硫工艺，其环境效益是明显的，但在经济效益是亏损的。许多脱硫方法都能获得较高的脱硫效益，但脱硫效率的高低并不是评价脱硫方法优劣的唯一标准，除了看脱硫效率外，还要看该方法的综合技术经济情况。总的来说，要从以下几个方面进行考虑：脱硫首先要满足环保要求；选择技术成熟，运行可靠的工艺；选择投资省，运行费用低的工艺；要考虑废料的处置和二次污染问题；吸收剂要有稳定的来源，并且质优价廉，这是一个非常重要的影响因素。