新時期火電廠脫硫技術與環保措施研究

王 巍

（廣東國華粵電臺山發電有限公司，廣東 臺山 529228）

1 新時期火電廠脫離技術分析

在我國，火電廠是生產電能的主要場所。在火力發電的過程中，煤炭在鍋爐中燃燒時，會產生二氧化硫、氮氧化物等污染物，減輕環境污染勢在必行，煙氣脫硫逐漸成為火力發電的關鍵技術。脫硫技術貫穿于鍋爐燃燒的全過程，本文分別從燃燒前、燃燒中和燃燒后三個階段，對脫硫技術進行分析。

1.1 燃燒前的脫硫技術

火電廠原煤燃燒前的脫硫技術主要有三種。一是物理脫硫。該技術利用原煤中不同物質的密度、磁性等物理性質存在的明顯差異，去除煤中的有機硫。此項技術是原煤燃燒前廣泛使用的脫硫技術，對設備無過高要求，并且脫硫操作程序簡單，只涉及重介質分選、浮選、電選等操作工藝。二是化學法脫硫技術。該技術通過使用強酸、強堿、強氧化劑等化學制劑，使其與原煤中的物質產生化學反應，以達到脫硫的目的。此項脫硫技術比物理法脫硫技術的效率高。三是生物法脫硫技術。該技術利用菌種對硫化合物發生的生物化學反應實現脫硫。常用的生物菌種包括假單胞菌屬、硫桿菌屬等，在使用菌種的過程中，一般采用表面處理法和生物浸出法，對脫硫條件進行嚴格控制，可在減小煤質破壞、降低環境污染的前提下，達到脫硫目的。這種脫硫技術的成本偏低，是一種較為環保的脫硫工藝。

1.2 燃燒中的脫硫技術

燃煤在鍋爐內燃燒的過程中會產生一定的二氧化硫，對這部分二氧化硫進行脫除是火電廠生產的重要環節。燃燒中的脫硫技術又被稱為爐內脫硫技術，具體是指利用脫硫劑對燃煤燃燒時生成的二氧化硫進行脫除。相關研究結果表明，脫硫劑能夠與煤炭中的硫組分產生化學反應，進而生成硫酸鹽，由于硫酸鹽本身的比重較大，所以不會隨煙氣排出爐外，而是會沉積到爐渣中。在生產中，火電廠使用比較普遍的脫硫劑有石灰石、熟石灰以白云石等，為了最大限度地發揮脫硫劑的作用，爐內燃燒時的脫硫溫度應當控制在800℃～1 200℃。在鍋爐燃燒中，常用的脫硫技術有循環流化床和噴鈣脫硫等。

1.2.1 循環流化床

這是國內各大火電廠在燃燒中普遍采用的一種脫硫技術，其基本技術原理為：在循環蒸騰的流化床上加入適量的脫硫劑，如石灰石等，使脫硫劑與煤粉一起懸浮燃燒，在這一過程中，煤粉燃燒時產生的二氧化硫會被石灰石等硫化劑直接吸收，這樣便可達到燃燒中脫硫的目的。研究表明，循環流化床的脫硫效率主要受以下因素的影響：鈣硫比、流化床的溫度、脫硫劑粒徑等。在循環流化床鍋爐中，脫硫劑的加入可以使燃煤燃燒時產生的二氧化硫被充分吸收，達到高效脫硫的目的。同時，與鍋爐相比，循環流化床屬于低溫燃燒，其燃燒時的溫度一般在900℃～950℃，使得燃燒時產生的灰渣具有良好的抗腐蝕性，人們對此可進行綜合利用。

1.2.2 噴鈣脫硫

所謂的噴鈣脫硫，實質上就是石灰石粉末以噴射的方式注入正在燃燒的鍋爐中，為達到最佳的脫硫效果，應確保石灰石粉末射入區域的燃燒溫度在850℃～1 250℃，因為這個溫度可以讓石灰石粉末快速分解，并生成氧化鈣，而氧化鈣可以對煤炭燃燒時產生的二氧化硫進行有效吸收。從經濟性角度講，這種技術的成本非常低，適用性較強，不僅可以在新建的鍋爐中應用，還能在現役的鍋爐中使用。唯一的不足之處是，氧化鈣會對鍋爐的受熱面產生腐蝕，如果這一問題得到解決，該技術將會成為燃燒中脫硫的主要措施。

1.3 燃燒后的脫硫技術

燃煤在鍋爐中燃燒之后，會殘留部分二氧化硫，若是隨著煙氣排出，則會對大氣造成污染。因此，燃燒后的脫硫同樣重要。國內各大火電廠在生產過程中，采用的燃燒后脫硫技術為爐氣脫硫排放。一些發達國家在該方面研究出大量新技術，其不僅脫硫率高、設備運行安全可靠，還易于實現工業化。近年來，隨著技術的不斷發展和完善，脫硫裝置出現，其不但占地面積小，而且可以降低成本，在火電廠中得到了廣泛應用。較具代表性的有以下幾項技術。

1.3.1 氨法脫硫

該方法具體是指借助氨氣和氨水與鍋爐內燃燒時產生的二氧化硫和氮氧化物進行反應，這樣不僅可以脫除二氧化硫，還能達到脫硝的目的。

1.3.2 電子束脫硫

這是一種比較先進的脫硫技術，具體是指利用電子加速器產生的電子束對煙氣進行輻照，在氨存在的條件下，煙氣中的二氧化硫和氧化氮會轉化為硝酸鹽和氨。實踐表明，該技術的二氧化硫去除率能夠達到90%，不僅如此，它的工藝流程十分簡單，設備運行穩定可靠，便于操作，不會出現腐蝕及泄漏等問題。最重要的是，整個脫硫過程不會對環境造成二次污染，其屬于清潔環保技術。

1.3.3 海水脫硫

對于一些建設在海邊的火電廠而言，可以利用海水進行煙氣脫硫。這種方法的基本原理如下：以海水作為吸收劑，由于堿度較高，海水可以吸收更多的二氧化硫。該技術的特點是脫硫效率高、便于操作、成本低。但是，該技術需要以海水作為吸收劑，因此只適用于建設在海邊的火電廠。

1.3.4 濕法脫硫

國外一些技術比較先進的火電廠在煙氣脫硫環節，采用的是濕法脫硫，這種方法除了吸收劑利用率高、二氧化硫脫除率高之外，設備運行穩定性和可靠性也比較高。該方法的技術優勢有：一是氧化控制，通過抑制亞硫酸鹽氧化和加強氧化的方法，對速度進行有效控制，這樣可以減少堵塞及腐蝕等問題的發生；二是能夠大幅度提升煙氣的流動速度，與原本相比，氣體的流動速度可以提高到5.5～6.0 m/s，該速度是常規疊加速度的一倍，隨著速度的增加，煙氣脫硫過程的傳質速率也增加，有助于降低能耗；三是吸收塔的規模更小，占地面積更少。

2 火電廠脫硫節能途徑及環保措施

2.1 節能途徑

2.1.1 變頻器技術

通過對火電廠脫硫系統進行分析，筆者發現，耗電量占比最大的設備是增壓風機，為了在高效脫硫的同時，降低能耗，必須對增壓風機進行節能降耗。目前，大部分火電廠采用的脫離系統中，增壓風機對出入口風量的控制一般都是通過節流調節的方式實現的。實踐證明，這種方式的損耗較大，能耗較高。鑒于此，可對增壓風機的調節方式進行改進，來實現脫硫系統的節能降耗，具體做法是在脫硫系統中應用變頻器技術，對增壓風機進行變頻調節。變頻調節能夠通過改變增壓風機的轉速改變其特性曲線，這樣便可以達到調節風量的目的。相關研究結果表明，當管道的特性保持不變，風機轉速與其耗電量成正比，由此可見，對風機轉速進行調節，可以降低其能耗。

2.1.2 改進脫硫工藝

傳統的脫硫工藝，雖然可以保證脫硫效率，但是設備較多、過程繁雜，使得能耗較高。為降低能耗，人們應當對脫硫工藝進行優化改進，可以采用石灰石-石膏進行脫硫。這是一種新型的脫硫工藝，歸屬于濕法脫硫的范疇，其主要包括以下幾個系統：吸收氧化、石膏脫水、煙氣排放等。該工藝的具體流程如下：除塵器會先對鍋爐中的煙氣進行除塵，經增壓風機和換熱器后，低溫的煙氣會進入吸收塔，并向上流動，此時塔內會有循環漿液向下流動，在逆流接觸的條件下，煙氣會被洗滌，使得二氧化硫被有效脫除。煙氣在吸收塔出口處會被冷卻成冷凝水，其溫度為46℃～55℃，并被水蒸氣飽和，再經過換熱器之后，其溫度會升到80℃，此時煙氣的擴散能力會有所提高。改進后的脫硫工藝的節能效果體現為：高速的氣流設計使爐內物質的傳遞能力顯著增強，降低了系統生產所需的能耗；使壓降與二氧化硫去除得到了很好的平衡，大幅度提升了系統的反應效率；吸收塔液體再分配裝置的使用，防止了煙氣爬壁的情況發生，工藝能耗得到進一步降低；脫硫過程得到的副產物可進行回收利用，不會對環境造成二次污染，在實現節能目標的基礎上，還達到了環保要求。

2.2 環保措施

2.2.1 大氣污染物控制

我國在已經出臺的相關法規政策中，對火電廠的排放標準進行詳細規定，明確了二氧化硫、氮氧化物、顆粒物質等污染物的排放標準。其中，為了控制二氧化硫的排放量，國家制定了嚴格的排放標準，規定了火電廠的機組容量上限。火電廠必須嚴格執行排放標準，從二氧化硫的日排放量控制入手，將其控制在允許值范圍內。對于氮氧化物的排放量控制，火電廠要采用先進的脫硝技術，如催化還原法，以減少氮氧化物的產生，將其排放量控制在一定范圍內。對于固體顆粒物的排放，火電廠要執行相關標準，通過提高脫硫設備中的煙氣含濕量或提高空氣中的煙塵效率等途徑，降低固體顆粒物的排放量[1]。

2.2.2 廢水污染控制

火電廠廢水排放位置不同，其執行的廢水排放標準也有所不同。根據相關規定，火電廠要根據廠址位置、廢水排放位置對廢水排放量進行分級分類控制，主要分為一級、二級執行標準。為此，火電廠要安裝廢水處理設備，對廢水進行凈化處理，減少廢水中的有害物質含量，確保廢水排放達標，從而減少廢水對水環境帶來的污染。

2.2.3 噪音污染控制

火電廠在生產運行過程中會產生噪音污染，嚴重影響周邊居民的生活。為此，火電廠要加大噪音污染控制力度，嚴格執行環境噪聲污染政策規定，采取以下措施最大程度地減少噪音污染：一是在生產設備中安裝消音裝置；二是在廠房外設置噪音隔離墻；三是在廠區周邊種植高大樹木，設置噪音隔離帶。

3 結語

在火電廠生產中，煙氣脫硫是較為重要的工序之一，若是排放到大氣中的煙氣二氧化硫的脫除率不達標，則會對環境造成嚴重的污染和破壞。鑒于此，采取行之有效的脫硫技術顯得尤為重要。同時，為降低脫硫過程的能耗，可引入變頻器，并對濕法脫硫技術進行改進，這樣可以在達到脫除率要求的前提下，降低火電廠的生產能耗。

1 李 玥.我國火電廠大氣污染防治現狀研究[J].工程技術研究，2017，（11）：114-116.