摘要：隨著國家對環(huán)保要求的逐步提高，電廠煙氣污染物排放限值規(guī)定日益嚴(yán)格，大部分現(xiàn)已建成的脫硫系統(tǒng)已不能滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn)要求，脫硫超低排放改造勢在必行。本文結(jié)合大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司具體情況，綜述了鎂法脫硫的特點(diǎn)及在電廠超低排放改造的應(yīng)用前景。


關(guān)鍵詞：煙氣脫硫；鎂法脫硫；超低排放；生態(tài)電廠

1引言

2014年9月12日，國家發(fā)展改革委、環(huán)保部、國家能源局聯(lián)合印發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》（發(fā)改能源［2014］2093號），對現(xiàn)役燃煤機(jī)組的升級與改造工作提出了具體目標(biāo)和要求。要求“東部地區(qū)現(xiàn)役30萬千瓦及以上公用燃煤發(fā)電機(jī)組、10萬千瓦及以上自備燃煤發(fā)電機(jī)組以及其他有條件的燃煤發(fā)電機(jī)組，改造后大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值（即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于5、35、50毫克/立方米[1]）”。

截止到目前，我國所有電廠都已建成脫硫系統(tǒng)，基本是采用濕法鈣法脫硫系統(tǒng)，脫硫設(shè)計效率在90～95%之間，SO2設(shè)計排放濃度≤200mg/Nm3，部分高硫煤是按照SO2設(shè)計排放濃度≤400mg/Nm3，按照最新的國家排放標(biāo)準(zhǔn)，電廠現(xiàn)有的脫硫系統(tǒng)已不能滿足新的超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求，脫硫超低改造勢在必行。

2濕法煙氣脫硫技術(shù)現(xiàn)狀

濕法煙氣脫硫技術(shù)就是用液體脫硫劑來洗滌煙氣以吸收排放煙氣中的SO2氣體。濕法煙氣脫硫的技術(shù)特點(diǎn)是脫硫過程全部在溶液中進(jìn)行，脫硫劑及脫硫生成物均為濕態(tài)。

當(dāng)前，全世界煙氣脫硫的容量、數(shù)量和關(guān)鍵技術(shù)上以美國和日本領(lǐng)先，兩個國家的脫硫大多采用濕法煙氣脫硫技術(shù)。在濕法煙氣脫硫技術(shù)中成熟的主要有：海水法脫硫、濕式鈣法脫硫、濕式鎂法脫硫、雙堿法和氨法脫硫等，下面根據(jù)我國脫硫工作的開展情況，著重介紹海水法、濕式鈣法及濕式鎂法的煙氣脫硫工藝，雙堿法和氨法脫硫等不再贅述。

2.1海水法脫硫技術(shù)

海水法脫硫技術(shù)是近些年發(fā)展起來的一項(xiàng)新脫硫技術(shù)。它是利用海洋堿水吸收并中和煙氣中的SO2,繼而反應(yīng)產(chǎn)生可溶性的硫酸鹽排至大海。海水的pH值可達(dá)8.3,海水脫硫技術(shù)正是利用了海水的天然堿性來中和吸收煙氣中SO2的[2]。

該技術(shù)的主要特點(diǎn)為:工藝極為簡單,運(yùn)行成本較低;無固相外排廢料;脫硫率較高，根據(jù)調(diào)研得知其效率可高達(dá)99%以上。由于海水法脫硫吸收劑的特殊性,只能在沿海區(qū)域使用,局限性較大。并且對煤的含硫量有嚴(yán)格要求,只適合于中低硫煤（小于等于1%）。

2.2濕式鈣法脫硫技術(shù)

濕式鈣法脫硫已有近50年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),是世界上技術(shù)最成熟、系統(tǒng)最完善、商用業(yè)績最多以及運(yùn)行情況最穩(wěn)定的脫硫工藝,脫硫效率能夠達(dá)到90%以上。它的缺點(diǎn)是:占地面積大，初投資較大,約占電廠投資的20%至30%;有一定量廢水排放。

濕式鈣法脫硫的原理是用石灰石溶液吸收煙氣中的SO2,反應(yīng)生成亞硫酸鈣,然后亞硫酸鈣被強(qiáng)制氧化成硫酸鈣排出[2]。由于濕式鈣法脫硫技術(shù)初投資大、占地面積大等缺點(diǎn),主要用于較大容量燃煤電廠的建設(shè)。

2.3濕式鎂法脫硫技術(shù)

濕式鎂法脫硫技術(shù)是經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的一種脫硫新趨勢。濕式鎂法脫硫系統(tǒng)主要由工藝水系統(tǒng)、脫硫劑制備系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、SO2吸收系統(tǒng)、漿液排空系統(tǒng)、副產(chǎn)品脫水系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)等組成[4]。氧化鎂作為燃煤電廠的脫硫劑是有效可行的,該脫硫技術(shù)主要在日本、美國、韓國、臺灣等區(qū)域采用,具有以下優(yōu)點(diǎn)[3]:

(1)可避免濕式鈣法脫硫所遇到的在城市副產(chǎn)品處理問題。

(2)克服了濕式鈣法脫硫工藝運(yùn)行中結(jié)垢、堵塞問題。

(3)活性好,脫硫效率高,對于高含硫量煤種脫硫效率可高達(dá)到99%以上。

該技術(shù)另一個重要優(yōu)點(diǎn)是脫硫劑可再生和循環(huán)利用,大大降低運(yùn)行成本。氧化鎂再循環(huán)可以描述為：反應(yīng)副產(chǎn)品為亞硫酸鎂,可焙燒產(chǎn)生氧化鎂及二氧化硫，二氧化硫運(yùn)至硫酸廠生產(chǎn)硫酸，氧化鎂再次作為煙氣脫硫吸收劑。

還可以將副產(chǎn)品經(jīng)氧化加工后生產(chǎn)出七水硫酸鎂,應(yīng)用于醫(yī)藥、印染、農(nóng)業(yè)肥料等方面，目前我國已有一定的成功案例（鋼廠居多，容量低于300MW），如嶺東火力發(fā)電廠、天津榮程鋼鐵等。

鎂法與鈣法脫硫技術(shù)相比,性能更卓越。脫硫效率高,沒有結(jié)垢問題,脫硫劑用量比鈣法更少,液氣比約為鈣法的一半,節(jié)約了大量用電,也節(jié)省了設(shè)備的損耗。但對于MgO來源不便的地區(qū)存在局限性，且如形成副產(chǎn)品的循環(huán)利用或氧化出售，投資較大，無300MW及以上的成功案例。

3脫硫超低排放改造方案探究

3.1大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司脫硫系統(tǒng)簡介

原山東省環(huán)保局為推進(jìn)山東電力行業(yè)氧化鎂法脫硫新技術(shù)工藝，將大唐魯北發(fā)電公司2×330MW機(jī)組作為氧化鎂脫硫設(shè)備信息與技術(shù)203工藝試點(diǎn)進(jìn)行推廣。公司建設(shè)2臺氧化鎂濕法脫硫裝置，該裝置在全煙氣量時按燃煤含硫量1.7%設(shè)計，設(shè)計脫硫效率95%，大唐魯北氧化鎂法煙氣脫硫工程是目前為止國內(nèi)最大的鎂法脫硫工程，脫硫效率最高達(dá)96.43%。該項(xiàng)目原設(shè)計脫硫副產(chǎn)物亞硫酸鎂可焙燒為氧化鎂和SO2氣體。

SO2氣體用于生產(chǎn)工業(yè)硫酸，氧化鎂做為脫硫劑重復(fù)使用，同時，也避免了拋棄脫硫副產(chǎn)物帶來的二次污染。后原魯北化工因有關(guān)原因，亞硫酸鎂焙燒設(shè)施始終未建成，脫硫副產(chǎn)物亞硫酸鎂外運(yùn)用作化工材料。

3.2大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司脫硫超低排放增容改造方案探究

目前國內(nèi)外應(yīng)用較多，工藝較成熟的濕法脫硫工藝有鈣法脫硫、鎂法脫硫及海水脫硫，我們針對該三種脫硫工藝進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，并結(jié)合我公司脫硫現(xiàn)狀進(jìn)行對比分析，結(jié)果如下：

（1）、海水脫硫：運(yùn)河海水是循環(huán)水系統(tǒng)，不可以用作脫硫用水。我公司不臨近海洋，取水、排水困難，取水口、排水口需取得國家海洋局、環(huán)保部、發(fā)改委等部門的審批，且渤海為內(nèi)海，目前國家原則上不再審批海水脫硫項(xiàng)目，申請時間較長，而“改造時間較長，海水脫硫改造方向可能性極小；

（2）、鈣法脫硫：鈣法脫硫較鎂法脫硫反應(yīng)活性減小，故現(xiàn)有吸收塔、制漿系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)均需增容，改造工程量極大，現(xiàn)有脫硫樓所配設(shè)備容量及空間不足，需重新建設(shè)控制系統(tǒng)。單臺機(jī)組改造時間約需6個月；另外改造完成后，因設(shè)備容量的增加，運(yùn)行耗電量大大增加。且根據(jù)周邊電廠（滄州電廠）運(yùn)行情況，脫硫副產(chǎn)物—石膏在我公司所在區(qū)域較難銷售，若更改為鈣法脫硫，需同步考慮石膏的處理方案。

（3）、鎂法增容：鎂法增容改造工程量相對大大減小，僅需對吸收塔及漿液循環(huán)泵進(jìn)行改造，對上料及副產(chǎn)品系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)增容改造，改造工期、改造費(fèi)用均降低，單臺機(jī)組改造僅需要60天；此外，為保證脫硫效率需增加一層噴淋層，可將吸收塔出口煙道由側(cè)出改為頂出，增加吸收塔有效高度的同時，大大降低出口煙道煙氣帶水問題。

另外，可配套建設(shè)曝氣氧化及蒸發(fā)冷卻結(jié)晶系統(tǒng)，將脫硫外排漿液轉(zhuǎn)變鎂肥產(chǎn)生效益（經(jīng)測算農(nóng)用硫酸鎂，年產(chǎn)達(dá)13萬噸；高純度凝結(jié)水，年產(chǎn)達(dá)14萬噸），目前已完成曝氣系統(tǒng)的建設(shè)，裝置運(yùn)行良好，曝氣氧化率可達(dá)85%以上，并能有效的降低漿液中的COD與SS，降低廢水處理系統(tǒng)壓力。

近期有多家硫酸鎂生產(chǎn)企業(yè)來大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司調(diào)研，并對投資建設(shè)蒸發(fā)冷卻結(jié)晶系統(tǒng)表現(xiàn)出極大的興趣，且聲稱其具有硫酸鎂銷售渠道，能夠大量出口銷售并獲得可觀效益。

通過對目前濕法脫硫工藝的探究知，鎂法增容改造仍是大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司超低排放改造的優(yōu)先方案，且因濕式鎂法脫硫工藝的低能耗、高效率及副產(chǎn)品良好可利用性，濕式鎂法脫硫工藝將成為一種脫硫新趨勢。

3.3其他鈣法脫硫電廠脫硫超低排放增容改造方案探究

國內(nèi)已經(jīng)實(shí)施的鈣法脫硫增容超低排放改造主要新技術(shù)有串聯(lián)吸收塔、塔外漿池、原塔增高改造、單塔雙循環(huán)、雙托盤、推倒重建等。目前鈣法脫硫增容超低排放改造的思想為提高液氣比（由13—15增加至33—35），增加煙氣洗滌力度，最終實(shí)現(xiàn)二氧化硫的超低排放。上述鈣法脫硫增容超低排放改造方案受場地影響較大，設(shè)備改動量較大，投資大、施工工期較長。

可考慮將鈣法脫硫改造為鎂法脫硫，實(shí)現(xiàn)二氧化硫的超低排放，改造案例如下：

沙角B電廠#1、#2燃煤發(fā)電機(jī)組（2×350MW）煙氣脫硫系統(tǒng)，由山東三融工程有限公司總承包建設(shè)，采用濕法鈣法煙氣脫硫。脫硫工程原設(shè)計燃煤含硫量為1.06%（FGD入口SO2濃度2379.8mg/m3），校燃煤含硫量1.2%（FGD入口SO2濃度2676mg/m3），設(shè)計脫硫效率不小于95%，液氣比為13.1。

為滿足環(huán)保新要求，沙角B電廠將鈣法脫硫改為鎂法脫硫。改造未更換吸收塔內(nèi)噴淋管及漿液循環(huán)泵，僅對噴嘴進(jìn)行了統(tǒng)一更換，將原有的空心錐噴嘴更換為實(shí)心錐噴嘴，同時取消原有的上下噴淋的噴嘴型式，并增加一級管式除霧器。

為配合吸收塔內(nèi)的改造，對制漿系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)改造：廢棄原有的石灰石球磨機(jī)系統(tǒng)，新建MgO上料間，適應(yīng)噸袋裝氧化鎂的供應(yīng)。對真空皮帶脫水機(jī)進(jìn)行改造：降低濾布的濾孔直徑，防止細(xì)顆粒的MgSO3進(jìn)入真空盒；同時為降低副產(chǎn)品的表水，更換真空泵，提高真空皮帶機(jī)的真空度；更換旋流器，適應(yīng)MgSO3脫水工況。

施工工期59天，改造后吸收塔的設(shè)計脫硫效率為98.9%，最高脫硫效率99.5%。確保在燃用含硫1.2%校核煤時，F(xiàn)GD的脫硫效率達(dá)到99.1%，滿足出口SO2<50mg/Nm3，并有燃用含硫1.5%的達(dá)標(biāo)能力?，F(xiàn)場調(diào)研，PH值控制在6-6.5之間時，出口SO2可控制在25-40mg/Nm3之間，改造效果良好。

4結(jié)論

隨著國家相應(yīng)環(huán)保超低政策的出臺，對火電廠污染物排放的要求日益嚴(yán)格，隨之而來的是多種多樣的脫硫工藝。鎂法脫硫技術(shù)以其投資小、運(yùn)行費(fèi)用低、環(huán)保效益好、可回收副產(chǎn)品和產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益等特點(diǎn)，正越來越受到人們的關(guān)注，也將占據(jù)越來越大的脫硫市場。在大力倡導(dǎo)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的今天，只有做到副產(chǎn)品綜合循環(huán)利用，才能真正的做到保護(hù)和關(guān)愛環(huán)境，從而為國家的可持續(xù)發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn):

[1]《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》（發(fā)改能源［2014］2093號）。

[2]趙小勇，許軒，王睿，等。煙氣脫硫技術(shù)進(jìn)展[J]。環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2001，27(105):1-2

[3]許濤,張崗，王愛軍。大型燃煤發(fā)電廠鍋爐煙氣脫硫技術(shù)[J]。湖北電力,2003(27):1

作者簡介：楊奇（1987-），男，山東濱州人，漢族，助理工程師，2010年畢業(yè)于長沙理工大學(xué)熱能與動力工程學(xué)院，學(xué)士學(xué)位、主要從事火力發(fā)電廠脫硫設(shè)備的管理及改造工作