烟道气生物脱硫技术进展

• 摘 要：本文介绍了国际、国内多种脱硫技术的现状，并着重叙述了燃煤锅炉化学脱硫的研究成果，针对化学脱硫不同于其它脱硫技术的特点，提出化学脱硫以其低投资、低消耗、高脱硫率的特点是值得大力推广的一种适合中国国情的脱硫技术。

  1. 前言

  我国能源以煤碳为主。我国的大气环境是典型的煤烟型污染，由燃煤排放的SO₂所造成的酸雨已危及24个省、市、自治区。近年来，随着国民经济的发展和能源消耗的不断增长，我国酸雨问题变得越来越严重。广东、广西、四川盆地和贵州的大部分地区所形成的华南、西南酸雨区，已成为与西欧、北美并列的世界三大酸雨区之一，同时又形成了以长沙为中心的华中酸雨区和厦门、上海等华东沿海酸雨区，以及青岛等酸雨区，有些地方降水PH值最低达3.5以下，给生态环境国民经济带来了严重的危害。据统计，仅西南、华南酸雨区而造成的林木死亡，农业减产，金属腐蚀等的经济损失每年达140亿元。目前，中国大气污染的程度已相当于世界发达国家五、六十年代污染最严重的时期。世界各国都已注意到大气污染对人类生存的危害，都投入巨额资金对其进行整治。我国也制定了《中国跨世纪绿色工程计划》对大气污染进行综合治理。治理大气污染的根本途径之一是采取有效的脱硫措施，减少点、面排放源的SO₂排放量。针对我国的具体情况，开发切实可行的脱硫技术，卓有成效地控制燃煤烟气排放的SO₂量。 近年来，国际国内研制、开发了多种脱硫技术，下面仅就我们研制的化学脱硫技术和一些常规的脱硫技术的特点作一些探讨。

• 2. 烟气中二氧化硫净化的方法

• 2.1抛弃法：

• 在烟气中加入一种吸附物质，使烟气在形成二氧化硫时便与之化合或为之吸附，生成另一种物质，而不加利用地抛弃掉。

• 2.2 回收法：

• 通过吸附将二氧化硫富集起来，通过氧化还原或吸附作用，使之产生另一种有用的硫的产品。回收法脱硫又分为干法和湿法两种。

• 干法脱硫时烟气不会冷却，有利于烟羽的大气扩散。缺点是烟气和固体吸附剂接触时间短，吸附剂利用率低。在循环时，吸附剂颗粒经过多次吸附和再生循环会发生钝化和迟化甚至磨粒，实际的系统必须二台设备，一台吸附时，另一台再生。这样设备费和维护费都会增加。

• 湿法脱硫没有干法的缺点，但在处理烟气时必须冷却到湿球温度，这对烟羽的扩散是有影响的。

• 2.3 几种实际使用的脱硫方法

• 脱硫技术有许多，诸如煤炭洗选技术、煤气化技术、水煤浆技术、型煤加工技术、流化床燃烧技术等，但是目前世界上唯一大规模商业化应用的是烟气脱硫技术。它主要有下面几种方式。

1. 石灰石(石灰)——石膏法

• 湿式工艺绝大多数采用碱性浆液或溶液作为吸收剂，其中以石灰石或石灰为吸收剂的强制氧化湿式脱硫方式是目前使用最广泛的脱硫技术。在该工艺中，石灰石或石灰洗涤剂与烟气中SO₂反应，反应产物硫酸钙在洗涤液中沉淀下来，经分离后既可抛弃也可以石膏形式回收。目前的系统大多采用了大处理量洗涤塔，300MW机组可用一吸收塔，从而节省了投资和运行费用；系统的运行可靠性已达99%以上；通过添加有机酸可使脱硫率提高到95%以上。

• (2)简易石灰石(石灰)——石膏法

• 简易工艺的原理与传统石灰石——石膏法相同，但与传统工艺相比，通过预洗、吸收和氧化设备合并，简化烟气热交换系统，以及烟气部分旁路等的改进，以中等脱硫效率(70%~80%)为目标，有效地降低了设备初投资。

• (3)海水脱硫

• 天然海水中含有大量的可溶性盐，其中主要成分是氯化钠和硫酸盐及一定量的可溶性碳酸盐。海水通常呈碱性，自然碱度为1.2~2.5mmol/L，这使得海水具有天然的酸碱缓冲能力及吸收SO₂的能力。国外一些脱硫公司利用海水的这种特性，成功地开发出海水脱硫工艺。海水脱硫系统主要由烟气系统、再热系统、供排海水系统、海水恢复系统等组成。 1988年以前，海水脱硫工艺多应用于冶金行业的炼铝厂及炼油厂等。近年来在火电厂的应用有较快的发展。挪威ABB公司的海水脱硫工艺已在挪威和国外建成 20多套装置，挪威的烟气脱硫全部采用这种工艺。

• (4)磷铵复肥法(PAFP法)

• 该法是利用天然磷矿石和氨为原料，在烟气脱硫过程中副产磷铵复合肥料，工艺流程主要包括四个过程，即：活性炭一级脱硫并制得稀硫酸；稀硫酸萃取磷矿制得稀磷酸溶液；磷酸和氨的中和液[(NH₄)₂HPO₄]二级脱硫；料浆浓缩干燥制磷铵复肥。该技术在国外尚无应用实例。

• (5)其它湿法

• 其它湿式工艺包括用碳酸钠、镁和氨作吸收剂，一般用于小型电厂和工业锅炉。氨洗涤法可达较高的脱硫效率，副产硫铵是可出售的化肥。

• (6)喷雾干燥法

• 喷雾干燥法属半干法脱硫工艺，于70年代初至中期开发成功。第一台电站喷雾干燥脱硫装置于1980年在美国北方电网的河滨电站投入运行，此后该技术在美国和欧洲的燃煤电站实现了商业化。喷雾干燥工艺目前约占总装机量的10%，大多用于燃用低硫和中硫的中小容量机组上，该法利用石灰浆液作吸收剂，以细雾滴喷入反应器，与SO₂边反应边干燥，在反应器出口，随着水分蒸发，形成了干的颗料混合物。该副产品是硫酸钙、硫酸盐、飞灰及未反应的石灰组成的混合物。喷雾干燥法可脱除70%~95%的SO₂，并有可能提高到98%。

• (7)吸着剂喷射法

• 吸着剂工艺属干法工艺。按所用吸着剂不同可分为钙基和钠基工艺，吸着剂可以是干态、湿润态或浆液。喷入部位可以为炉膛、省煤器和烟道。当钙硫比为2时，干法工艺的脱硫效率可达50%~70%，钙利用率达50%，这种方法适合老电厂改造，因为在电厂排烟流程中不需增加什么设备就可达到脱硫目的。喷吸着剂工艺目前占总装机容量的3.2%，其中89%用于燃煤含硫量<2%的机组。

• 烟气脱硫还有一些方法，如电子束法；再生工艺和SO₂ /NO_x联合脱除工艺；简易除尘脱硫一体化技术；但这些技术还很不成熟。

2. 燃煤锅炉化学脱硫技术：

• 上述脱硫方法，都需要增加投资，据美国统计，脱硫装置投资占电站总投资的25%，运行费用增加15%。我们研制的燃煤锅炉化学脱硫技术基本上不需复杂的装置，只需要简单的喂料机构，运行费用随煤含硫量的增加而增加，一般在10%~15%之间，系统如图：

• 系 统 图

• 由图可见，系统中只是增加了一套添加剂的料仓及喂料机构，添加剂经喂料机进入球磨机，同原煤一起粉碎并混合均匀，经送粉系统进入锅炉内燃烧，煤中的硫同添加剂产生化学反应，生成金属硫化物，大部分留在煤灰中，小部分随烟气进入除尘器再次分离，其余部分均随煤灰冲入灰场。

• 煤灰燃烧过程中硫分析如下图（略）：

• 硫平衡关系式：

• S_k+ S_b= S_y+ S_w=S_o= S_yq+ S_z+ S_m=S_q+ S_f+ S_z+ S_lm

• 燃煤锅炉化学脱硫技术的核心是：

• (1)通过计算和实验寻求最佳的化学添加剂组合。该组合固硫率最高，对燃烧的负面影响最小。选用氧化助燃助剂，在固硫的同时还改善了燃烧，提高了一定的热值，节煤2-3%。

• (2)化学添加剂组合的成本最小，确保其应用成本固化每吨硫不大于600~1100元/T（固化硫）。

• (3)选择了一个合理的工艺路线,使助剂与煤粉充分混合，充分参加燃烧，使其固硫作用发挥至最大，有效系数为最大值。

• (4)设计合理的化学助剂喂料装置，并具备精度不低1%的计量功能（随机），以保证剂/煤比达到最小，减少成本。

• (5)确保化学助剂在炉膛参与燃烧过程和在受热面流动的过程中，不能对其造成负面影响。

• (6)尽量减少对受热面结垢和腐蚀的影响。
  (7)研究炉内化学脱硫对灰熔融特性、结渣特性、沾污特性的影响。

• 我们从化学机理、煤燃烧、锅炉及辅机等各方面，进行试验室内的试验研究，开展炉内化学动力学分析研究，化学脱硫剂特性，加剂后煤灰高温特性、飞灰电气特性、炉膛上部空气动力场计算机模拟数值计算，混合状况冷态模化试验等，开发了专项试验研究技术，形成了一系列研究开发化学脱硫成套技术不同环节的试验研究，有力地支持、保证了试验室内系统小试的圆满完成，并且在唐山成功地进行了工业中试。

• 燃煤锅炉化学脱硫技术适用范围广、覆盖的煤种多，能有效地控制SO₂排放量，如一个200MW的电站，煤热值在21000KJ/kg，含硫量在1.5%，使用化学脱硫技术，脱硫率80%，则少排放SO₂13.2万吨/年。这为实现国家提出的在2000年将SO₂排放量控制在1995年水平的目标做出了贡献，具有可观的环境和社会效益。

• 多年攻关成果已经表明，化学脱硫技术不仅适用于中小型锅炉，而且适用于电站锅炉；不仅适用于新建锅炉，而且适用于现役锅炉的脱硫技术改造；不仅适用于中硫煤，而且可用于高硫煤，可以覆盖所有的煤种。中国化学脱硫技术几乎还是空白，具有巨大的市场和广阔的推广应用前景。

• 表 燃烧后控制技术的综合评价

燃烧锅炉化学脱硫技术其最突出的特点是：
<1>工艺流程简单、操作维护方便；
<2>有强有力的理论支持和前期试样研究为先导；
<3>投资费用极小，不需复杂的脱硫设备；
<4>脱硫效果显著，与其它脱硫方式相比，能用最低的费用收到较高的脱硫效果，是当前最适合我国国情的一种最新脱硫技术。
<5>除脱硫作用外，还有助燃、降尘的多种用途，极有利于环保。

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