燃煤锅炉脱硫技术的探究

李萌烨

摘 要：本论文通过学习了硫及其氧化物的相关化学知识及调查研究国际、国内多种脱硫技术的现状，通过对几种脱硫技术的脱硫率、投资情况、运行消耗等技术经济指标的对比，提出几类值得推广的低投资、低消耗、脱硫率高的适合我国国情的脱硫技术。

关键词：燃煤锅炉；脱硫技术 ；大唐保定热电厂脱硫系统

大气是人类以及其他生物赖以生存的基本环境要素，我国大气污染严重。在学习了硫及其氧化物的相关化学知识后，了解到煤炭作为主要的燃料，其中的硫和氮等杂质，经燃烧后会产生对空气有污染的气体。煤燃烧是造成中国生态环境破坏的最大污染源。中国的能源消费占世界的8%～9%，但SO2的排放占到世界的 15.1%，煤燃烧所排放的SO2又占全国总排放量的87%。 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，有些地方降水pH值最低达3.5以下，给生态环境和国民经济带来了严重的危害。治理SO2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。近年来，针对我国的具体情况，相关的研究部门已先后开发出多种切实可行的脱硫技术，在实际应用中卓有成效地控制了燃煤烟气SO2的排放。偶然间在一次新闻联播中看到某职业技术学院的锅炉脱硫设备形同虚设的报道，产生了探究大型及中小型锅炉脱硫工艺的原理及其实际应用情况的想法。

一、我国中小型燃煤锅炉脱硫技术现状

1、概述

我国的能源结构以煤炭为主，目前煤炭年消耗量近12亿吨，烟尘和粉尘年总排放量近2000万吨，二氧化硫（SO2）年总排放量达1800余万吨。由此造成的大气煤烟型污染严重，降水严重酸化。长江以南的部分城市酸雨出现频率超过90%。酸雨腐蚀材料，破坏生态环境，使农作物减产。仅粤、桂、川、黔四省由酸雨造成的直接和间接经济损失就达160亿元。近年来，为了减缓大气污染，我国对烟气脱硫十分重视，各科研单位积极研究和探索适合中国国情的、技术经济上可行的工艺和技术。我国的燃煤锅炉约45万台，其中70%以上是中小型锅炉。中小型锅炉量大面广，烟囱低矮，对大气污染的影响很大。因此，治理中小型燃煤锅炉的硫氧化物污染对控制煤烟型大气污染具有十分重要的意义。

2、中小型燃煤锅炉脱硫技术现状

大气SO2污染主要是由燃煤排放引起的， SO2排放的削减主要从燃烧前、燃烧中和燃烧后脱硫三个方面着手。

2.1燃烧前脱硫技术

燃烧前脱硫技术也就是煤炭洗选技术。目前我国煤炭人选率不到17%，而美国为42%，英国为94.9%，法国为88.7%，日木为98%。

2.2燃烧中脱硫技术

燃烧中脱硫技术是往煤中加人固硫剂。在煤的燃烧过程中，煤中的硫燃烧氧化，再与煤中的碱性物质或固硫剂反应生成硫酸盐而留在渣中，从而减少烟气中SO2的浓度。我国从70年代开始进行型煤固硫的研究工作。目前，美国的型煤固硫率为87%，日本为70%一90%，我国为40%左右。我国与国外固硫率差异的主要原因是采用的固硫剂及固硫催化剂的不同。

2.3 燃烧后脱硫技术

燃烧后脱硫技术即对锅炉烟气进行脱硫，这是我国目前脱硫的主要方法。近年来，我国科技人员针对中小型锅炉烟气的脱硫技术进行了研究，比较有影响的主要有以下几种。

2.3.1 PS型燃煤锅炉烟气脱硫技术

这种技术具有脱硫和除尘两种功能。脱硫率大于80%，除尘效率大于90%。缺点是一次性投资较高，运行费用较高。目前，该技术已成功应用数家。

2.3.2 GGT一1型燃煤锅炉烟气脱硫

该技术的基本原理是：利用喷射雾状的高效脱硫除尘药剂水溶液，在对锅炉排放的烟气、粉尘进行增湿的同时，使SO2得到吸收、反应并凝于粉尘，再通过离心式旋风除尘器降人集尘箱，达到脱硫和提高降尘的目的。设备脱硫率高于60%。

2.3.3湿式冲旋脱硫除尘技术

基本原理是利用冲激、旋风二级除尘机制，在除尘器内部设置了冲激室和旋风室。烟气由锅炉进人冲旋室后，自上而下冲激水面，进行初次除尘，润湿烟尘，增大细微尘粒的重量。然后自下而上，在除尘器上部经由导板组成的2通道进人旋风室。在旋风室内自上而下沿室壁作螺旋运动，利用离心力进行二次除尘，然后由轴线向上经出口排出。

2.3.4湿式旋风除尘脱硫技术

该技术利用锅炉自身运行过程中产生的烟尘、炉渣和废水来治理烟气。基本原理是拦截碰撞、离心分离、酸碱中和反应等共同作用。在装置内，喷成雾状的吸收液与旋转进人的烟气作用，进行脱硫和除尘，然后在内部构件的作用下进一步脱硫和除尘，净化烟气经引风机和烟囱排人大气。脱硫效率50%，除尘效率大于95%。

2.3.5麻石脱硫除尘技术

麻石水膜除尘器和麻石文丘里除尘器应用于烟气除尘已有多年的历史。近年来，利用麻石的耐腐蚀、耐磨损性能制作烟气脱硫装置有了一定进展。其主要原理是：利用麻石制作筒体，在内部设置塔板来强化气液接触，提高传质效果，进而提高脱硫效率。该技术应用于沸腾锅炉上的脱硫效率为70%，除尘效率达99%。

2.3.6 JBR型烟气脱硫除尘技术

石灰浆液加人JBR中，含飞灰和SO2的烟气由引风机送人JBR反应器中，其中的SO2和烟尘被内循环的吸收剂浆液吸收除去，净化后的烟气经除雾后排人大气。脱硫产物的灰渣由JBR底部放人沉淀池中，上清液返回石灰浆液罐中，从而实现水的闭路循环。去除率93%一94%，除尘效率95%一98%。

2.3.7 脉冲供电脱硫除尘技术

基本原理是：通过脉冲供电，把烟气中的H2O、O2电离生成活性基团（O，O3，OH，HO2），活性基团把烟气中的SO2氧化成SO3， SO3与水和飞灰中的碱性物质反应生成硫酸盐。目前此技术正在处于试验阶段。

3、综合上述几种应用于中小型锅炉的脱硫技术，具有以下特点：

（1）投资较低、脱硫效率适中、运行费用低、操作管理简便的技术易于推广应用。

（2）就脱硫产物的处理而言，多采取抛弃法而未作为副产品回收。

（3）脱硫剂价廉，可利用锅炉运行中产生的飞灰和炉渣中的碱性物质脱硫。

（4）推广较好的技术多为湿法脱硫兼除尘的技术。

（5）我国中小型锅炉数量众多，而脱硫技术的应用远未达到应有的水平。通过大家的共同努力，一定能把我国的二氧化硫污染控制到较低水平。

二、大型燃煤锅炉脱硫技术

1、燃烧后脱硫主要工艺种类

1.1石膏法

石灰石——石膏法脱硫工艺是世界上应用最广泛的一种脱硫技术，日本、德国、美国的火力发电厂采用的烟气脱硫装置约90%采用此工艺。

它的工作原理是：将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于10%，然后用输送机送至石膏贮仓堆放，脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴，再经过换热器加热升温后，由烟囱排入大气。由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，脱硫效率可大于95%。

1.2喷雾干燥法

喷雾干燥法脱硫工艺以石灰为脱硫吸收剂，石灰经消化并加水制成消石灰乳，消石灰乳由泵打入位于吸收塔内的雾化装置，在吸收塔内，被雾化成细小液滴的吸收剂与烟气混合接触，与烟气中的SO2发生化学反应生成CaSO3，烟气中的SO2被脱除。与此同时，吸收剂带入的水分迅速被蒸发而干燥，烟气温度随之降低。脱硫反应产物及未被利用的吸收剂以干燥的颗粒物形式随烟气带出吸收塔，进入除尘器被收集下来。脱硫后的烟气经除尘器除尘后排放。为了提高脱硫吸收剂的利用率，一般将部分除尘器收集物加入制浆系统进行循环利用。该工艺有两种不同的雾化形式可供选择，一种为旋转喷雾轮雾化，另一种为气液两相流。

喷雾干燥法脱硫工艺具有技术成熟、工艺流程较为简单、系统可靠性高等特点，脱硫率可达到85%以上。该工艺在美国及西欧一些国家有一定应用范围。脱硫灰渣可用作制砖、筑路，但多为抛弃至灰场或回填废旧矿坑。

1.3磷铵肥法

磷铵肥法烟气脱硫技术属于回收法，以其副产品为磷铵而命名。该工艺脱硫流程过程主要由吸附（活性炭脱硫制酸）、萃取（稀硫酸分解磷矿萃取磷酸）、中和（磷铵中和液制备）、吸收（磷铵液脱硫制肥）、氧化（亚硫酸铵氧化）、浓缩干燥（固体肥料制备）等单元组成。

2、燃烧中脱硫

燃烧中脱硫即炉内脱硫，炉内脱硫是在燃烧过程中，向炉内加入固硫剂如CaCO3等，使煤中硫分转化成硫酸盐，随炉渣排除。其基本原理是：

CaCO3==高温==CaO+CO2↑

CaO+SO2====CaSO3

2CaSO3+O2====2CaSO4

3、燃烧前脱硫

燃烧前脱硫就是在煤燃烧前把煤中的硫分脱除掉，燃烧前脱硫技术主要有物理洗选煤法、化学洗选煤法、添加固硫剂、煤的气化和液化、水煤浆技术等。洗选煤是采用物理、化学或生物方式对锅炉使用的原煤进行清洗，将煤中的硫部分除掉，使煤得以净化并生产出不同质量、规格的产品。微生物脱硫技术从本质上讲也是一种化学法，它是把煤粉悬浮在含细菌的气泡液中，细菌产生的酶能促进硫氧化成硫酸盐，从而达到脱硫的目的；微生物脱硫技术目前常用的脱硫细菌有：属硫杆菌的氧化亚铁硫杆菌、氧化硫杆菌、古细菌、热硫化叶菌等。添加固硫剂是指在煤中添加具有固硫作用的物质，并将其制成各种规格的型煤，在燃烧过程中，煤中的含硫化合物与固硫剂反应生成硫酸盐等物质而留在渣中，不会形成SO2。煤的气化，是指用水蒸汽、氧气或空气作氧化剂，在高温下与煤发生化学反应，生成H2、CO、CH4等可燃混合气体（称作煤气）的过程。煤炭液化是将煤转化为清洁的液体燃料（汽油、柴油、航空煤油等）或化工原料的一种先进的洁净煤技术。水煤浆是将原料煤，研磨成250～300μm的细煤粉，按65%～70%的煤、30%～35%的水和约1%的添加剂的比例配制而成，水煤浆可以像燃料油一样运输、储存和燃烧。

燃烧前脱硫技术中物理洗选煤技术已成熟，应用最广泛、最经济，但只能脱无机硫；生物、化学法脱硫不仅能脱无机硫，也能脱除有机硫，但生产成本昂贵，距工业应用尚有较大距离；煤的气化和液化还有待于进一步研究完善；微生物脱硫技术正在开发；水煤浆是一种新型低污染代油燃料，它既保持了煤炭原有的物理特性，又具有石油一样的流动性和稳定性，被称为液态煤炭产品，市场潜力巨大，目前已具备商业化条件。

煤的燃烧前的脱硫技术尽管还存在着种种问题，但其优点是能同时除去灰分，减轻运输量，减轻锅炉的沾污和磨损，减少电厂灰渣处理量，还可回收部分硫资源。

三、实地调研---保定大唐热电厂

大唐保定热电厂位于保定市新市区西郊，是我国第一个五年计划期间由国家确定兴建的华北地区第一座高温高压热电联产厂。该厂原采用干法脱硫技术，现在主要采用石灰石--石膏法烟气脱硫技术.经技术改良后，可处理100%的烟气，脱硫效率达99%以上.烟气中HCl，HF等同时去除，飞灰，三氧化硫部分去除。

在实地调研前我联系了热电厂工作人员，当天一位电厂员工带领我参观了电厂的脱硫设备，并为我进行了解说.以下为参观时的照片：

大唐保定热电厂脱硫系统的组成：

1、石灰浆供给系统：将石灰石粉加水配制成石灰石浆液通过浆液泵运至吸收塔，在浆液循环系统中循环，与塔内空气接触。

2、石膏脱水系统：分一级脱水系统和二级脱水系统.一级脱水，脱硫产物石膏浆液在浆液池中生成，经离心旋流固液分离，较稀部分运至回收水箱重复利用，较浓部分（石膏成分50%左右）进入二级脱硫系统（圆盘石膏脱水机，真空皮带脱水机）脱水后含水量小于10%，落至石膏库。

3、SO2吸收系统：设有五个喷淋层，保证二氧化硫与石灰浆液滴充分接触.吸收塔浆池的循环浆液通过循环泵送至喷淋层，经喷嘴雾化成微滴后喷出.烟气进入吸收塔后向上方流动，被由上而下喷出的循环浆液洗涤，经过除雾器去除水分由烟囱排出。

4、工艺水系统：分为工业水和循环水，工业水用于轴承冷却和机械冲洗，循环水作为脱硫系统工艺用水，用于置备石膏浆液，石膏脱水，吸收塔补水，除雾器冲洗和所有浆液管道冲洗。

5、压缩空气系统：提供脱硫系统所需的压缩空气。

6、电控系统：为脱硫设备供电。

7、控制部分：实现对整个机组的控制监视和调整，以及对异常状况的处理。

脱硫产物等处理方式

石膏：成品石膏的含水量要求在10%以下，CaCO3，CaSO3等含量不得过多，如CaCO3含量过多，应减少石灰浆的供给，若CaSO3的含量过多，增加空气鼓入量，以保证CaSO3充分被氧化。

粉尘：粉尘经布袋除尘，电除尘被捕获收集，输入仓库

四、结语

随着国内外环境相关法规的不断完善，我国对于燃煤脱硫技术应该加大力度。因燃前脱硫技术的成本最低，短期我国中小型锅炉的燃煤脱硫的主攻方向仍是燃前脱硫技术，燃中脱硫与燃后脱硫为适当补充。火力发电厂等大型锅炉采用燃后脱硫技术，更加注重工艺过程的改进，以提高脱硫除尘的效率，降低生产成本。