高效脫硫技術(shù)研究進(jìn)展

趙 毅，王曉慧

(華北電力大學(xué)(保定) 環(huán)境科學(xué)與工程系，河北 保定 071000)

1 污染現(xiàn)狀

我國是世界上最大的發(fā)展中國家，隨著科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問題卻日益凸顯。臭氧層破壞、全球變暖、全國性的霧霾和酸雨天氣，這些環(huán)境問題正逐步影響著人們的生活、危害著人體的健康[1]。而燃煤鍋爐的煙氣排放是造成我國現(xiàn)在大氣污染現(xiàn)狀的主要因素之一。我國目前是全球最大的煤炭產(chǎn)出國和消費(fèi)國，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國2012年煤炭類能源產(chǎn)出量和消費(fèi)量分別占能源總產(chǎn)出量和總消費(fèi)量的76.5%和66.6%[2]。在燃煤煙氣眾多污染物中，二氧化硫是研究最早、脫除方法種類最多的污染物之一。我國2006年到2014年二氧化硫排放情況如圖1所示，從圖中可以看出的是，雖然二氧化硫的排放量呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)，但是總體仍處在一個(gè)較高的排放水平。

圖1 2006～2014年我國大氣中二氧化硫的排放情況

2 二氧化硫的來源及危害

2.1 二氧化硫的來源

二氧化硫的來源主要分為以下三種途徑：(1) 火山噴發(fā)產(chǎn)生部分二氧化硫；(2)含硫燃料(如煤和石油)的燃燒和含硫礦石的冶煉；(3)汽車尾氣的排放。

2.2 二氧化硫的危害

二氧化硫的危害主要體現(xiàn)在對(duì)人類的影響和對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響。對(duì)人類的影響主要有是影響人的呼吸系統(tǒng)。SO2還具有加強(qiáng)苯并(a)芘的作用效果[3]，有可能造成癌癥的頻發(fā)現(xiàn)象。對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在，二氧化硫的過度排放導(dǎo)致酸雨現(xiàn)象頻發(fā)。有統(tǒng)計(jì)顯示，我國酸雨影響面積超過400萬km2，而且有越來越嚴(yán)重之趨勢(shì)，是世界三大酸雨區(qū)之一。

3 污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的提高

國家針對(duì)日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，尤其是二氧化硫等污染物排放量居高不下的現(xiàn)象，不斷制定日益嚴(yán)格的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)燃煤電站更是制定專門的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。2011年國家制定了新火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)--《火電大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)，在該標(biāo)準(zhǔn)要求中二氧化硫排放限值降到100 mg/m3，如表1所示。

表1 《火電大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)中部分污染物項(xiàng)目排放限制

在2014年國家提出的《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造計(jì)劃(2014～2020年)》[4]將二氧化硫的排放限值進(jìn)一步提高，二氧化硫的排放限值達(dá)到35 mg/m3，與燃?xì)鈾C(jī)組相近。越來越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)出了國家對(duì)環(huán)境治理尤其是大氣污染物治理的決心及魄力。

4 現(xiàn)有脫硫控制技術(shù)

在燃煤電廠中，脫硫控制技術(shù)按照控制部分在燃煤電站在燃燒過程中的先后順序可以歸納為三類：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫。最主要的是燃燒后脫硫即煙氣脫硫技術(shù)，目前常用的煙氣脫硫工藝多達(dá)數(shù)十種，包括濕式石灰石/石膏法[5]、雙堿法脫硫工藝、氨法脫硫工藝、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法、循環(huán)流化床、爐內(nèi)噴鈣法、電子束照射法、海水脫硫技術(shù)。根據(jù)其作用機(jī)理的不同可分為濕法、半干法和干法，表2展示了幾種常見的脫硫工藝。

表2 幾種常見的脫硫工藝

5 脫硫增效改進(jìn)技術(shù)

針對(duì)目前我國越來越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，原有脫硫工藝很難達(dá)到要求，因此對(duì)脫硫工藝進(jìn)行改進(jìn)，提出脫硫增效改進(jìn)技術(shù)即高效脫硫技術(shù)。常見的脫硫增效改進(jìn)有以下幾種：提升石灰石品質(zhì)、強(qiáng)化氣液傳質(zhì)效果、調(diào)整pH值、脫硫增效添加劑等。

5.1 提升石灰石品質(zhì)

石灰石的品質(zhì)會(huì)影響石灰石的利用率，進(jìn)而影響吸收塔漿液pH值、石灰石加倉和破碎系統(tǒng)、球磨機(jī)的運(yùn)行等，導(dǎo)致脫除效率的降低。一般對(duì)石灰石的品質(zhì)要求主要體現(xiàn)在純度、硬度等方面。提示石灰石的品質(zhì)有利于脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的安全與平穩(wěn)[6]。一般要求碳酸鈣的含量要在95%以上。

5.2 強(qiáng)化氣液傳質(zhì)效果

強(qiáng)化氣液傳質(zhì)效果的方法主要分為以下幾種：提高液氣比、噴淋增效環(huán)技術(shù)、托盤技術(shù)等[7-8]。液氣比是影響脫硫效率的主要因素之一，可以通過增加噴淋層來降低液氣比，進(jìn)而達(dá)到提高脫硫效率的目的。噴淋增效環(huán)技術(shù)是由ALSTOM公司開發(fā)，在每層噴淋層塔壁設(shè)置1圈增效環(huán)，從而將塔壁區(qū)域的煙氣導(dǎo)向吸收塔中心的高密度噴淋區(qū)域，改善塔壁區(qū)域的氣液固三相傳質(zhì)狀況，從而提高脫除效率。托盤技術(shù)是美國巴威B&W專利技術(shù)，通過在吸收塔入口和第一層噴淋層之間設(shè)置一層合金托盤，有效地降低了液氣比，提高了脫硫效率。

5.3 調(diào)整pH值技術(shù)

濕法脫硫工藝中脫硫塔pH值是影響脫硫系統(tǒng)的重要因素之一，其主要會(huì)影響石灰石的利用率、進(jìn)而對(duì)脫硫效率產(chǎn)生一定的影響，另外pH值對(duì)系統(tǒng)結(jié)垢也有一定的影響。常見的調(diào)整pH值技術(shù)方法有雙循環(huán)技術(shù)及單塔雙區(qū)技術(shù)。雙循環(huán)技術(shù)主要原理為利用分區(qū)技術(shù)，將脫硫塔分為兩個(gè)部分，兩個(gè)部分采用不同pH值的循環(huán)漿液，每個(gè)部分采用格子對(duì)應(yīng)的循環(huán)回路及噴淋裝置。此技術(shù)可以在原有脫硫塔進(jìn)行改造，改造費(fèi)用較低。單塔雙區(qū)技術(shù)原理也是利用pH值的不同實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化去和吸收區(qū)的分開，與單塔雙循環(huán)不同的是，將單塔單循環(huán)的“塔+罐”的模式改為單個(gè)塔控制，通過設(shè)置分區(qū)調(diào)節(jié)器和射流攪拌系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)區(qū)域的pH調(diào)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)脫硫效率的提高。

5.4 脫硫增效添加劑

脫硫增效添加劑[9-10]又稱為脫硫增效劑、脫硫催化劑或者脫硫添加劑主要生產(chǎn)原理是對(duì)高分子物質(zhì)進(jìn)行加工改性后與無極高分子材料充分混合，形成具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和性能的新型催化氧化煙氣脫硫添加劑，其主要成份大部分為高分子催化劑，與SO2有很強(qiáng)的反應(yīng)活性。其作用原理循環(huán)漿液中的離子濃

度，強(qiáng)化氣液傳質(zhì)效率，進(jìn)而提高脫硫效率。此種方法的優(yōu)點(diǎn)有：(1)提高脫硫效率，無需進(jìn)行設(shè)備擴(kuò)容改造；(2)節(jié)能降耗(主要是節(jié)約廠用電)；(3)減少石灰石用量；(4)減少設(shè)備的結(jié)垢等。

致謝：衷心感謝國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(No.2016YFC0203705，No. 2017YFC0210603，No. 2016YFC0203701)的支持！

[1] 中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)脫硫脫硝委員會(huì).我國脫硫脫硝行業(yè)2012年發(fā)展綜述[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè),2013(7):8-20.

[2] 國家能源局.中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京:中國統(tǒng)計(jì)出版社,2013.

[3] 王慧文,潘秀丹.沈陽市大氣二氧化硫污染對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病死亡率的影響[J].環(huán)境與健康雜志,2007,24(10):762-765.

[4] 王 建.煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃[M].杭州:浙江人民出版社,2014.

[5] Yi H H,Hao J M,Tang X L.Atmospheric environmental protection in China: Current status,developmental trend and research emphasis[J].Energy Policy,2007,35(2):907-915.

[6]柏 源,周啟宏,李啟良,等.燃煤電廠應(yīng)對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)煙氣濕法脫硫提效策略研究[J].電力科技與環(huán)保,2012,28(6):19-21.

[7] 譚云松,張國華.吸收塔液體再分配(ALRD)技術(shù)介紹[J].電站系統(tǒng)工程,2013,29(2):67.

[8] 武漢凱迪電力環(huán)保有限公司.具有負(fù)荷條件和煙氣均流功能的脫硫噴淋塔:中國,ZL200810047850.1[P].2011-09-28.

[9] 何永勝.單塔濕法高效脫硫技術(shù)的新標(biāo)桿：大唐馬頭電廠脫硫增效改造設(shè)計(jì)與研究[C]//第三屆火電行業(yè)環(huán)境保護(hù)研討會(huì),北京:[出版者不詳],2014.

[10] 楊 磊,盧嘯風(fēng).WFGD工藝典型脫硫添加劑應(yīng)用探討[J].電站系統(tǒng)工程,2007,23(3):4-6.