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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排放量最行之有效的途徑。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(shè)備投資。有資料統(tǒng)計，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)備投資將會增加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(shù)成熟，運行可靠，工藝流程簡單；
4.運行費用低，脫硫劑質(zhì)優(yōu)價廉，有可靠穩(wěn)定的來源；
5.對煤種及機組容量適應(yīng)性強，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。
脫硫工程中最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、運行的穩(wěn)定程度、運行費用、投資、系統(tǒng)的可擴充和可升級性能。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(huán)量都要增加，運行費用大幅度上升。現(xiàn)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(shù)方法）
該法具有脫硫效率高、運行穩(wěn)定、運行費用低、無二次污染等特點。所以，濕法脫硫工藝應(yīng)用最為廣泛。脫硫劑以CaCO3最為普及。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。化學(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)流化床底部進入反應(yīng)塔，與石灰漿進行脫硫反應(yīng)去除SO2。然后將脫硫劑與煙氣相分離，最后經(jīng)除塵后將煙氣排入大氣。該法的特點是：
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(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(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(chǎn)生的活性氧化基團將煙氣中的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)，生成硫酸銨和。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、美國進行過一些小型工業(yè)試驗，尚沒有在大型機組應(yīng)用的實例。根據(jù)成都熱電廠運行情況，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，建議最好是等該工藝有一定業(yè)績和運行經(jīng)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(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)，生成亞硫酸鈣，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，約占世界FGD容量的0.5%。其主要優(yōu)點是投資費用和運行費用比石灰石——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)生成亞硫酸鈣來達(dá)到脫硫的目的。該裝置運行可靠，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：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復(fù)合肥。該法的優(yōu)點是副產(chǎn)品可做化肥使用；缺點是工藝比較復(fù)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(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，該法的投資額相對較大，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現(xiàn)工藝簡化和成本降低，是國產(chǎn)技術(shù)中唯一有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。初投資為進口技術(shù)的十分之一左右，運行費為三分之一左右，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)備投資 |
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 |
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(chǎn)濕法 |
海水法 |
CDSI |
RCFB |
DCL |
|
機組容量/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 |
|
單位投資/（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、硫酸根、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、高濃度的亞硫酸鹽、硫酸鹽、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。