[摘要]我國是世界上最大的能源消費國，燃煤在我國的能源結(jié)構(gòu)占70%左右。而火力發(fā)電廠是煤炭消費的主要用戶。燃煤燃燒產(chǎn)后的SO2是酸雨形成的主要原因。介紹了我國主流濕法煙氣脫硫的技術(shù)工藝發(fā)展現(xiàn)狀，并結(jié)合新法律法規(guī)要求下高脫硫效率的技術(shù)難點和存在的問題，為進(jìn)一步研究和生產(chǎn)提供了參考。


[關(guān)鍵詞]濕法煙氣脫硫，高脫硫效率

1煙氣脫硫技術(shù)概述

SO2控制技術(shù)的研究，據(jù)美國環(huán)保署（EPA）1984年統(tǒng)計，世界各國開發(fā)、研制、控制技術(shù)已達(dá)184種，而目前的數(shù)量已超過200種。使用的SO2減排手段分為三大類：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫及燃燒后脫硫。

1.1燃燒前脫硫技術(shù)

燃燒前脫硫技術(shù)的主要內(nèi)容是采用物理、化學(xué)或生物方式對鍋爐使用的原煤進(jìn)行清洗，將煤中的硫部分除掉，使煤得以凈化，其中煤的物理凈化技術(shù)是目前世界上應(yīng)用最廣泛的燃燒前脫硫技術(shù)，該法可以從原煤中除去泥土，頁巖和黃鐵礦硫。

通過煤的粉碎，使非化學(xué)鍵結(jié)合的不純物質(zhì)與煤脫離，繼而利用構(gòu)成煤的有機(jī)物質(zhì)（煤的基本微觀結(jié)構(gòu)）與密度較大的礦物不純物之間比重的不同，或利用二者表面潤濕性，磁性，導(dǎo)電性的不同將它們分離。主要方法有：重力法、浮選法、重液體富集法、磁性分離法、靜電分離法、凝聚法、細(xì)煤粒重介質(zhì)旋風(fēng)分離法等。物理方法工藝簡單，投資少，操作成本低，但不能脫除煤中有機(jī)硫，對黃鐵礦硫的脫除率也只有50%左右。

化學(xué)法脫硫多數(shù)針對煤中有機(jī)硫，主要利用不同的化學(xué)反應(yīng)，包括生物化學(xué)反應(yīng)，將煤中的硫轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌螒B(tài)的硫而使之分離。目前主要的化學(xué)凈化方法有：BHC法（堿水液法）、LOL氧化法（O2/空氣氧化法）、KVB（NO2選擇氧化）、氯解法（C12分解）、Meyers（Fe2（SO4）3氧化法）、微波法、超臨界醇抽提法等。

微生物脫硫技術(shù)雖然從本質(zhì)上講也是一種化學(xué)法，但由于其自身的特殊性，可把它單獨歸為一類。它是把煤粉懸浮在含細(xì)菌的氣泡液中，細(xì)菌產(chǎn)生的酶能促進(jìn)硫氧化成硫酸鹽，從而達(dá)到脫硫目的。

1.2燃燒中脫硫技術(shù)

燃燒中脫硫技術(shù)主要是指當(dāng)煤在爐內(nèi)燃燒的同時，向爐內(nèi)噴入脫硫劑（常用的有石灰石，白云石等），脫硫劑一般利用爐內(nèi)較高溫度進(jìn)行自身鍛燒，鍛燒產(chǎn)物（主要有CaO，MgO等）與煤燃燒過程中產(chǎn)生的SO2、SO3反應(yīng)，生成硫酸鹽和亞硫酸鹽，以灰的形式排出爐外，減少SO2、SO3向大氣的排放，達(dá)到脫硫的目的。燃燒過程中脫硫反應(yīng)溫度較高，一般在800-1250℃的范圍內(nèi)。

煤燃燒中脫硫技術(shù)主要有以下幾種：

1、煤粉爐直接噴鈣脫硫技術(shù)，在煤粉爐中，脫硫劑選擇溫度較低區(qū)域（爐膛上方）噴入進(jìn)行脫硫。單純的爐內(nèi)直接噴鈣脫硫效率只能達(dá)到30-40%左右，再與尾部活化器增濕或在脫硫中添加催化劑等技術(shù)相結(jié)合，其脫硫效率可達(dá)70%以上，這一方法所具有的投資省，裝置簡單，但脫硫效率較低。

2、流化床燃燒脫硫技術(shù)包括常壓鼓泡流化床燃燒技術(shù)、常壓循環(huán)流化床、增壓鼓泡流化床燃燒技術(shù)與增壓循環(huán)流化床燃燒技術(shù)。其中前三類已得到工業(yè)應(yīng)用，增壓循環(huán)流化床燃燒技術(shù)尚在工業(yè)示范階段。穩(wěn)定運(yùn)行時的循環(huán)流化床燃燒脫硫效率可達(dá)90%以上。該技術(shù)現(xiàn)已在國外得到廣泛地應(yīng)用。

存在問題是：循環(huán)流化床受容量限制。增壓循環(huán)流化床燃燒技術(shù)效率在38-42%左右，脫硫效率在90%以上，同時還具有較強(qiáng)的脫硝能力，因此它也引起了人們的極大興趣。

3、型煤指在煤中摻加脫硫劑，做成一定形狀的煤制品。脫硫劑在燃燒過程中起到控制SO2的作用。型煤燃燒技術(shù)對于占工業(yè)鍋爐總量70%以上層燃式鍋爐及工業(yè)窯爐的有害物質(zhì)排放能起到一定的治理作用，是實現(xiàn)工業(yè)爐窯高效，清潔燃燒的一個大有希望的方向，但這一技術(shù)不能用于懸浮燃燒的鍋爐（如電站煤粉爐），而且由于爐溫較高，脫硫率較低。

4、水煤漿技術(shù)是70年代國際上發(fā)展起來的一種以煤代油的新型燃料。由于水煤漿燃燒時火焰中心溫度比燒煤和燒油低，故NOX、生成量較小，同時能夠降低燃燒時產(chǎn)生的SO2和煙塵。目前我國在水煤漿制備和燃燒的研究開發(fā)以及工程示范方面取得了很大進(jìn)展，已具備了商業(yè)化應(yīng)用條件。

1.3燃燒后脫硫（煙氣脫硫）技術(shù)

煙氣脫硫技術(shù)主要是利用吸收劑或吸附劑去除煙氣中的SO2，并使其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的硫化合物或硫。最早的煙氣脫硫技術(shù)在本世紀(jì)初就己經(jīng)出現(xiàn)。近幾十年來，國外對煙氣的脫硫、脫硝進(jìn)行了大量的研究。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，工業(yè)脫硫裝置的應(yīng)用發(fā)展很快。我國近十多年來也開展了煙氣脫硫技術(shù)的研究。至今，煙氣脫硫技術(shù)的種類非常多，按脫硫的方式和產(chǎn)物的處理形式一般可分為干法，半干法和濕法三大類。

1.濕法煙氣脫硫技術(shù)（WFGD技術(shù)）

含有吸收劑的溶液或漿液在濕狀態(tài)下脫硫和處理脫硫產(chǎn)物。該法具有脫硫反應(yīng)速度快、設(shè)備簡單、脫硫效率高等優(yōu)點，但普遍存在腐蝕嚴(yán)重、運(yùn)行維護(hù)費用高及易造成二次污染等問題。

濕法煙氣脫硫可分為石灰石-石膏法，石灰石膏法，海水法，氨法，氧化鎂法等。目前應(yīng)用最廣泛的為石灰石-石膏法。

2.干法煙氣脫硫技術(shù)（DFGD技術(shù)）

脫硫吸收和產(chǎn)物處理均在干狀態(tài)下進(jìn)行。該法具有無污水廢酸排出、設(shè)備腐蝕小，煙氣在凈化過程中無明顯溫降、凈化后煙溫高、利于煙囪排氣擴(kuò)散等優(yōu)點，但存在脫硫效率低，反應(yīng)速度較慢、設(shè)備龐大等問題。干法煙氣脫硫技術(shù)由于能較好地回避濕法煙氣脫硫技術(shù)存在的腐蝕和二次污染等問題，近年來得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用。

3.半干法煙氣脫硫技術(shù)（SDFGD技術(shù)）

半干法兼有干法與濕法的一些特點，是脫硫劑在干燥狀態(tài)下脫硫在濕狀態(tài)下再生（如水洗活性炭再生流程）或者在濕狀態(tài)下脫硫在干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物（如噴霧干燥法）的煙氣脫硫技術(shù)。特別是在濕狀態(tài)下脫硫在干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物的半干法，以其既有濕法脫硫反應(yīng)速度快、脫硫效率高的優(yōu)點，又有干法無污水廢酸排出、脫硫后產(chǎn)物易于處理的好處而受到人們廣泛的關(guān)注。

2高脫硫效率濕法煙氣脫硫

根據(jù)目前電力行業(yè)的出口污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，一般地區(qū)新建燃煤機(jī)組SO2出口排放濃度為100mg/Nm3，重點地區(qū)新建燃煤機(jī)組SO2出口排放濃度為50mg/Nm3，而在一些污染情況較嚴(yán)重的特大型城市及周邊，地方政府為了滿足國家環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃的要求，制定了相應(yīng)的地方排放標(biāo)準(zhǔn)，如天津、河北等省市要求燃煤機(jī)組SO2出口排放濃度為35mg/Nm3，這就要求火力發(fā)電廠脫硫系統(tǒng)具備更高的脫硫效率，根據(jù)燃煤含硫量的情況，通常機(jī)組的脫硫效率需達(dá)98%甚至99%以上。目前有實施業(yè)績或在技術(shù)研發(fā)階段能達(dá)到高脫硫效率的脫硫技術(shù)有以下幾種：

（1）低液氣比旋匯耦合脫硫技術(shù)

石灰石-石膏濕法旋匯耦合脫硫技術(shù)（下述簡稱為旋匯耦合技術(shù)）為國電清新公司脫硫?qū)＠夹g(shù)，該技術(shù)基于多相紊流摻混的強(qiáng)傳質(zhì)機(jī)理，利用氣體動力學(xué)原理，通過特制的旋匯耦合裝置產(chǎn)生氣液旋轉(zhuǎn)翻覆湍流空間，加強(qiáng)氣液固接觸、完成高效傳質(zhì)過程，從而達(dá)到氣體凈化的目的。

該技術(shù)通過進(jìn)行了各種脫硫技術(shù)參數(shù)的試驗，對全面了解和深入研究脫硫技術(shù)的特點，掌握脫硫工藝中各種技術(shù)參數(shù)的相互聯(lián)系，推動脫硫工藝技術(shù)進(jìn)步發(fā)揮了積極作用。

旋匯耦合脫硫技術(shù)的關(guān)鍵部件為旋匯耦合器，旋匯耦合器安裝在吸收塔內(nèi)，噴淋層的下方、吸收塔煙氣入口的上方，通過旋匯耦合器安裝位置湍流空間內(nèi)氣液固三相充分接觸，增強(qiáng)氣液膜傳質(zhì)、提高傳質(zhì)速率，進(jìn)而提高脫硫接觸反應(yīng)效率。其工作示意圖如下圖1：


旋匯耦合專利技術(shù)是將進(jìn)塔煙氣由層流變成湍流狀態(tài)，大大增加了氣體的漩流速度，與同類脫硫技術(shù)相比，具有以下幾大技術(shù)特點：

a）均氣效果好

吸收塔內(nèi)氣體分布不均勻，是造成脫硫效率低和運(yùn)行成本高的重要原因，安裝旋匯耦合器的的脫硫塔，均氣效果比一般空塔提高15%-30%，脫硫裝置能在比較經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)行。

b）傳質(zhì)效率高

煙氣脫硫的工作機(jī)理，是SO2從氣相傳遞到液相的相間傳質(zhì)過程，傳質(zhì)速率是決定脫硫效率的關(guān)鍵指標(biāo)。

c）降溫速度快

煙氣通過旋流和匯流的耦合，旋轉(zhuǎn)、翻覆形成湍流都很大的氣液傳質(zhì)體系，煙氣溫度迅速下降，有利于塔內(nèi)氣液充分反應(yīng)，各種運(yùn)行參數(shù)趨于最佳狀態(tài)。

d）適應(yīng)范圍寬和系統(tǒng)能耗低

此技術(shù)適用于不同工藝、不同煤種和工況，以及原料不同的石灰石粒徑。由于脫硫效率高，液氣比小，比同類技術(shù)能節(jié)約電能消耗。

（2）單塔雙循環(huán)技術(shù)/雙塔雙循環(huán)技術(shù)

雙循環(huán)技術(shù)是德國諾爾公司的一種濕法脫硫技術(shù)，基本原理如下圖2所示：


本技術(shù)實際上是采用兩級吸收塔串聯(lián)使用，兩級循環(huán)分別設(shè)有獨立的循環(huán)漿池，噴淋層，根據(jù)不同的功能，每個循環(huán)具有不同的運(yùn)行參數(shù)：

煙氣首先經(jīng)過一級循環(huán)（圖中QuenchZone），此級循環(huán)的脫硫效率根據(jù)入口煙氣SO2濃度可控制在30～90%，循環(huán)漿液PH控制在4.6～5.0，漿液停留時間在4～6分鐘，此級循環(huán)的主要功能是保證優(yōu)異的亞硫酸鈣氧化效果和充足的石膏結(jié)晶時間，根據(jù)資料顯示，在酸性環(huán)境下PH=4.5時，氧化效率是最高的，同時可以大大提高石膏品質(zhì)，提高石膏脫水率，據(jù)國外資料顯示，采用雙循環(huán)系統(tǒng)后石膏含水率可以從10%降低到6%。

經(jīng)過一級循環(huán)的煙氣直接進(jìn)入二級循環(huán)（圖中AbsorberZone），此級循環(huán)實現(xiàn)主要的脫硫洗滌過程，PH可以控制在非常高的水平，達(dá)到5.8～6.4，這樣可以大大降低循環(huán)漿液量。

（3）低液氣比B&W濕法脫硫技術(shù)

該技術(shù)利用氣體動力學(xué)原理，通過在吸收塔中設(shè)置專利的合金帶孔托盤裝置使吸收塔內(nèi)氣體流速較好的均布，避免局部煙速高，對脫硫效率的影響;另外，合金托盤可保持一定高度液膜，增加煙氣在吸收塔內(nèi)停留時間，加強(qiáng)氣液固接觸、完成高效傳質(zhì)過程，有效降低液氣比，提高吸收劑利用率，從而達(dá)到氣體凈化的目的。增設(shè)托盤裝置需增加吸收塔高度。B&W濕法脫硫技術(shù)示意圖如下：

B&W濕法脫硫技術(shù)具有

a）均氣效果好;

b）系統(tǒng)能耗低;

c）檢修維護(hù)方便等特點;

但系統(tǒng)阻力較大，由于漿液通過托盤，如開孔直徑不合適，容易造成堵塞等問題。

（4）中液氣比輔助噴淋脫硫技術(shù)

輔助噴淋脫硫技術(shù)為上海某項目采用的脫硫增效技術(shù)。在原噴淋層間增加專利設(shè)計的輔助噴淋層，增加輔助噴淋泵，在一定程度上增加液氣比，改善噴淋效果，并增加漿液池容積，改善氧化效果，以達(dá)到提高SO2吸收效率的目的。

此技術(shù)較適用于對原有系統(tǒng)進(jìn)行改造，而工期較緊張不宜增加吸收塔高度時有一定優(yōu)勢。

（5）高液氣比脫硫技術(shù)

在吸收塔內(nèi)原有噴淋層基礎(chǔ)上，通過增加噴淋層及循環(huán)漿液泵等設(shè)備，增加液氣比，并增加漿液池容積，改善氧化效果，提高脫硫效率。

此技術(shù)需增加塔高度，同時，由于液氣比較大，吸收塔漿池高度對比其他技術(shù)較高，故而氧化系統(tǒng)的壓頭較高，系統(tǒng)運(yùn)行電耗較大，初期投資也相應(yīng)較高。

（6）活性焦干法脫硫技術(shù)

活性焦脫硫在國內(nèi)外得到了廣泛的研究，日本、德國以及中國等國家已經(jīng)有了成功的商業(yè)應(yīng)用。國內(nèi)一些公司也引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)。

活性焦干法脫硫工藝可分為吸附、解析和硫回收三個部分。吸附過程主要利用活性焦的微孔和其突出的表面積，將SO2、NOX、O2、H2O及煙氣中的汞等雜質(zhì)吸附在活性焦的表面活性位上，轉(zhuǎn)變?yōu)槲綉B(tài)分子后進(jìn)入解析裝置進(jìn)行解析，解析后的SO2可制成硫磺、硫酸等產(chǎn)品。

活性焦干法技術(shù)有較突出的優(yōu)點為：

a）脫硫效率高，由于活性焦的吸附能力強(qiáng)，脫硫效率能達(dá)到99%及以上，脫硝效率能過80%以上，同時有吸附其他污染物的功能。

b）副產(chǎn)物利用條件較好，變廢氣為應(yīng)用較廣的化工產(chǎn)品，減少其他技術(shù)帶來的二次污染問題。

c）節(jié)約水資源和吸附劑，由于吸收過程中不需要使用水，吸附劑可以通過解析再生，適用于缺水的北方地區(qū)。

但由于初期投資較高，需要蒸汽進(jìn)行解析等原因，國內(nèi)的應(yīng)用相對較少。

（7）有機(jī)胺濕法脫硫技術(shù)

有機(jī)胺濕法煙氣脫硫技術(shù)利用有機(jī)胺吸收煙氣中的SO2，然后通過解析得到高純度的SO2，同時吸收劑再生循環(huán)利用，可解決石灰石-石膏濕法脫硫的副產(chǎn)物污染問題，同時脫硫效率能過98-99%，效率較高。

作為一種新興的環(huán)保脫硫技術(shù)，有經(jīng)濟(jì)合理性和技術(shù)可行性，主要特點有以下幾方面：

a）對初始煙氣中SO2含量適應(yīng)性較好，脫硫率高，一般能達(dá)到98%以上;

b）脫硫系統(tǒng)在弱酸性氣液相環(huán)境下運(yùn)行，不存在固體廢棄物的二次污染，不會發(fā)生結(jié)塘、磨損和堵塞等問題;

c）設(shè)備占地面積為石灰石-石膏法的1/5，投資成本較低，可用于老的火電廠脫硫改造，優(yōu)勢明顯;

d）副產(chǎn)品SO2商業(yè)價值高，為企業(yè)帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益;

由于初期投資較高，吸收劑成本較高，需要蒸汽進(jìn)行解析等原因，國內(nèi)的應(yīng)用也相對較少。

3討論與展望

在環(huán)境污染形勢日趨嚴(yán)峻，污染物排放總量和排放濃度要求嚴(yán)格的環(huán)境下，追求更高的脫硫效率勢在必行，目前我國火力發(fā)電廠煙氣脫硫面臨較大的壓力，同時存在一些問題，如高脫硫效率造成系統(tǒng)廠用電率上升嚴(yán)重;對原有系統(tǒng)進(jìn)行改造受場地限制;燃煤含硫量太高導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，運(yùn)行成本較大;受系統(tǒng)停機(jī)時間限制導(dǎo)致工程質(zhì)量無法保證等問題，期望國內(nèi)外有先進(jìn)和高效的脫硫技術(shù)，能妥善地解決此類問題。