燃煤電廠煙氣脫硫技術綜述

董繼紅 李占印 吳 俊 邵景玲 秦 親

鹽城工學院 鹽城 224051

綜述評論

燃煤電廠煙氣脫硫技術綜述

董繼紅*李占印 吳 俊 邵景玲 秦 親

鹽城工學院 鹽城 224051

燃煤工業SO2減排的重要途徑是煙氣脫硫技術(FGD)。介紹國內外FGD技術的發展，燃煤電廠FGD的幾種典型工藝和正在研發的高新工藝，FGD技術常用脫硫劑和裝置。分析我國燃煤電廠FGD技術發展中的問題。

燃煤電廠 煙氣脫硫 脫硫劑

煤是“三大化石燃料”中除石油和天然氣外的化工燃料[1]。我國煤資源豐富，資料統計表明，2014年中國煤炭產量增至38.74億噸[2]，可采煤炭儲量占世界第三位[3，4]。煤中硫分布范圍0.1%～10%，平均約2%[5]。2010年底，在我國能源結構中燃煤約占70%，燃煤發電約占發電裝機總容量的73.44%[6]。全國SO2總的排放量的1/2是燃煤電廠所排放的[7],三大化石燃料中燃煤產生的SO2也是最多的，見表1(每1000MW電廠)。

表1 SOX和NOX的排放量對比 (t/a)

燃煤控制SO2排放途徑主要有三種：① 首端控制技術—煤脫硫；② 中端處理技術—燃燒中造渣固硫；③ 末端處理技術—煙氣脫硫(簡稱FGD)[8，9]。當前世界上燃煤電廠采用的常用SO2減排技術是FGD，我國亦然。

1 國內外FGD技術的發展

FGD技術始于英國20世紀30年代的石灰石洗滌法，該法用于倫敦電力公司Battersea和Bankside電站。氨洗滌法是加拿大Cominco公司較早的FGD技術。日美主要以石灰/石灰石—石膏法、噴霧干燥法和雙堿法為主，日本還研究千代田稀酸—石膏法、神戶CAL法等，美國還研究W—L法、碳酸鹽法、氧化鎂法、檸檬酸鈉法等[10]。德國重點研發傳統濕式工藝，同時研究氧化鎂法、活性炭法和循環流化床法等[11]。多年來，各國對石灰—石灰石洗滌工藝進行了改善，使之成為技術最成熟的傳統方法。

目前世界上有200多種FGD技術，按照分類標準不同，有干法、濕法和半干法之分，它們的優缺點見表2；有回收法和拋棄法之分；有再生法和非再生法之分；有氧化法、還原法和吸附法之分。主要煙氣脫硫工藝方法見圖1。世界上FGD技術構成見圖2,其中石灰石-石膏法占42.3%，典型流程見圖3；噴霧干燥法占11%，典型流程見圖4；其它方法約占47%。常見幾種FGD技術比較見表3。

表2 干法、濕法和半干法的優缺點

圖1 煙氣脫硫工藝方法

圖2 世界FGD技術構成

圖3 石灰石-石膏法脫硫工藝

圖4 噴霧干燥法脫硫工藝

2 國內外FGD技術常用脫硫劑

國內外已經工業化的FGD技術中，濕法脫硫技術約占85%。干法脫硫使用吸附劑，濕法脫硫使用吸收劑。FGD技術常用脫硫劑見表4。

表3 常見幾種FGD技術比較

3 國內外FGD裝置

20世紀70年代，FGD裝置在國外大規模地建造，脫硫裝置容量和數量逐年呈現增長趨勢。目前世界FGD裝置分布見圖5。

20世紀90年代之后，俄羅斯、波蘭、捷克、保加利亞和中國等國家也相繼大規模建造FGD裝置。近年我國火電FGD容量增長很快，發展趨勢見圖6。

總之，美國、德國和日本的FGD裝置數量和容量、技術裝備創新都處于世界前列，中國近幾年發展也在加快步伐。

圖5 世界FGD裝置分布

圖6 近年我國火電廠FGD容量發展趨勢

脫硫劑性能要求鈣基脫硫劑(石灰石、石灰、消石灰)石灰石一般要求CaCO3含量90%以上，粒度43～61μm；將石灰石煅燒生成石灰，其活性比石灰石高，它屬于高效脫硫劑，脫硫效率是石灰石的兩倍以上；消石灰是石灰加水經消化反應后的生成物，具有很高的與S02及S03反應活性。鈉基脫硫劑(氫氧化鈉、碳酸鈉)作為濕法洗滌煙氣脫硫工藝和管道噴射與爐內噴射等工藝的脫硫吸收劑，脫硫效果佳，并且對氮有一定的脫除作用。鈉基脫硫劑可以再生，可循環利用。氨基脫硫劑(氨水、液氨)作為氨洗滌濕法脫硫工藝和電子束輻照脫硫工藝的脫硫劑，它的活性很強。副產硫酸銨可用做農用化肥。金屬氧化物脫硫劑(氧化鋅、氧化銅、氧化鎂、氧化錳)金屬氧化物脫硫劑能脫除煙氣中SO2。在常溫或低溫情況下對SO2起吸附作用，在高溫情況下與SO2發生化學反應生成金屬鹽。吸附物通過洗滌法，金屬鹽通過熱分解法使其再生。活性炭大的比表面積、催化作用和優良的孔隙結構使其吸附容量大，在其孔隙內積聚被吸附的物質，而且在一定的條件下能夠解吸再生。海水海水pH值為78～83，具有吸收SO2的能力。

4 國內外高新FGD技術

尚處在小試、中試或商業化的前期，還沒有大規模的工業化應用的主要高新技術見表5。隨著科學技術不斷發展與進步，除上述的國內外一些高新的FGD技術外，還涌現出很多實用性強的新型脫硫技術，如有機胺法[6]、微生物脫硫法、金屬氧化物和金屬鹽法、電化學脫硫[7]、離子液體萃取脫硫法[8]、尿素法等，這些技術的進一步研究和大規模工業化應用還有待科研者的繼續努力。

5 我國燃煤電廠FGD發展趨勢

20世紀50年代我國開始回收利用硫酸尾氣中SO2，90年代引進國外的FGD技術，示范工程相繼建成，至此國內多家單位開展FGD技術研究工作。如1976年上海閘北電廠引進的石灰石—石膏法，1978年湖南三OO廠引進的亞鈉循環法(W-L)，1979年湖北松木坪電廠的活性炭法(AC)等等。2014年燃煤電廠煙氣脫硫機組約占煤電機組的92.1%[12]。目前外燃煤電廠FGD技術主要朝裝機容量大、技術與裝置水平先進、經濟和高效的趨勢發展。

我國FGD技術存在的主要問題：① 脫硫成本高，產物出路問題；② “盲目照搬”地引進國外煙氣脫硫技術和裝置，自主化創新不足；③ 處理高濃度SO2煙氣的FGD技術已經大規模工業化應用，處理低濃度SO2煙氣的FGD技術尚未成熟。

我國煙氣脫硫決不能走發達國家高投入、高消耗的道路，必須是高起點、高水準、廣思路，符合中國國情，探索自己的FGD道路關鍵在于：

(1)引進的國外先進技術要消化吸收、自主改進創新和國產化，提高脫硫效率，提高經濟效益。

(2)綜合利用脫硫副產物，使脫硫副產物變廢為寶。

(3)研究新型FGD技術的機理和工藝，使FGD工藝技術路線選擇多元化、資源化。

總之，我國燃煤電廠FGD的發展要參照美國、德國和日本，構建適合國情的FGD技術體系和技術路線，加強技術和設備創新，實施綜合治理和推進清潔生產，走出自己的成功之路。

表5 國外的高新FGD技術

1 祁海瑩.產煤發達國家生產現狀及安全形勢分析[J].中國煤炭，2015，41(8)：140-143.

2 M.E.CnepKaq(俄羅斯).俄羅斯及世界各國煤資源分析[J].現代冶金，2014(1)：1-3.

3 王 麗，蔡春霞等.我國能源結構及電力供需簡析[J].能源環境保護，2014，28(2)：1-4.

4 鄒洋等.燃煤電廠煙氣脫硫技術最新進展[J].化工進展，2011，30(增刊)：702-708.

5 楊 飏.煙氣脫硫脫硝凈化工程技術與設備[M].北京：化學工業出版社，2013.5.

6 朝偉明等.對鈣法和有機胺法煙氣脫硫技術的研究探討[J].硅酸鹽通報，2016，35(1)：154-158.

7 蘆晴晴等.電化學技術脫除煤及煙氣中的含硫組分研究進展[J].化工進展，2009，28(10)：1849-1853.

8 李建隆等.離子液體脫除SO2技術的研究進展[J].化工進展，2011，30(2)：417-423.

9 賽俊聰，趙 明.NID工藝在燒結機中的應用[J].云南電力技術，2012，40(4)：1-3.

10 何 昆.一種燃煤鍋爐煙氣NOX-SO2合脫除新工藝的研究[D].北京交通大學，2012.

11 中國環境保護產業協會脫硫脫硝委員會.我國脫硫脫硝技術的發展及應用[J].中國環保產業，2014(8)：18-21.

12 牛曼江.脫硫吸收塔增容改造過程中的安全管理實踐思路解析[J].大科技，2015(29)：96-97.

*董繼紅：講師。2004年畢業于西安建筑科技大學安全工程專業。研究方向化工設計與安全。聯系電話：13515130400，E-mal:65490463@qq.com。

2017-07-11)