燃煤电厂烟气脱硫技术综述

董继红 李占印 吴 俊 邵景玲 秦 亲

盐城工学院 盐城 224051

综述评论

燃煤电厂烟气脱硫技术综述

董继红*李占印 吴 俊 邵景玲 秦 亲

盐城工学院 盐城 224051

燃煤工业SO2减排的重要途径是烟气脱硫技术(FGD)。介绍国内外FGD技术的发展，燃煤电厂FGD的几种典型工艺和正在研发的高新工艺，FGD技术常用脱硫剂和装置。分析我国燃煤电厂FGD技术发展中的问题。

燃煤电厂 烟气脱硫 脱硫剂

煤是“三大化石燃料”中除石油和天然气外的化工燃料[1]。我国煤资源丰富，资料统计表明，2014年中国煤炭产量增至38.74亿吨[2]，可采煤炭储量占世界第三位[3，4]。煤中硫分布范围0.1%～10%，平均约2%[5]。2010年底，在我国能源结构中燃煤约占70%，燃煤发电约占发电装机总容量的73.44%[6]。全国SO2总的排放量的1/2是燃煤电厂所排放的[7],三大化石燃料中燃煤产生的SO2也是最多的，见表1(每1000MW电厂)。

表1 SOX和NOX的排放量对比 (t/a)

燃煤控制SO2排放途径主要有三种：① 首端控制技术—煤脱硫；② 中端处理技术—燃烧中造渣固硫；③ 末端处理技术—烟气脱硫(简称FGD)[8，9]。当前世界上燃煤电厂采用的常用SO2减排技术是FGD，我国亦然。

1 国内外FGD技术的发展

FGD技术始于英国20世纪30年代的石灰石洗涤法，该法用于伦敦电力公司Battersea和Bankside电站。氨洗涤法是加拿大Cominco公司较早的FGD技术。日美主要以石灰/石灰石—石膏法、喷雾干燥法和双碱法为主，日本还研究千代田稀酸—石膏法、神户CAL法等，美国还研究W—L法、碳酸盐法、氧化镁法、柠檬酸钠法等[10]。德国重点研发传统湿式工艺，同时研究氧化镁法、活性炭法和循环流化床法等[11]。多年来，各国对石灰—石灰石洗涤工艺进行了改善，使之成为技术最成熟的传统方法。

目前世界上有200多种FGD技术，按照分类标准不同，有干法、湿法和半干法之分，它们的优缺点见表2；有回收法和抛弃法之分；有再生法和非再生法之分；有氧化法、还原法和吸附法之分。主要烟气脱硫工艺方法见图1。世界上FGD技术构成见图2,其中石灰石-石膏法占42.3%，典型流程见图3；喷雾干燥法占11%，典型流程见图4；其它方法约占47%。常见几种FGD技术比较见表3。

表2 干法、湿法和半干法的优缺点

图1 烟气脱硫工艺方法

图2 世界FGD技术构成

图3 石灰石-石膏法脱硫工艺

图4 喷雾干燥法脱硫工艺

2 国内外FGD技术常用脱硫剂

国内外已经工业化的FGD技术中，湿法脱硫技术约占85%。干法脱硫使用吸附剂，湿法脱硫使用吸收剂。FGD技术常用脱硫剂见表4。

表3 常见几种FGD技术比较

3 国内外FGD装置

20世纪70年代，FGD装置在国外大规模地建造，脱硫装置容量和数量逐年呈现增长趋势。目前世界FGD装置分布见图5。

20世纪90年代之后，俄罗斯、波兰、捷克、保加利亚和中国等国家也相继大规模建造FGD装置。近年我国火电FGD容量增长很快，发展趋势见图6。

总之，美国、德国和日本的FGD装置数量和容量、技术装备创新都处于世界前列，中国近几年发展也在加快步伐。

图5 世界FGD装置分布

图6 近年我国火电厂FGD容量发展趋势

脱硫剂性能要求钙基脱硫剂(石灰石、石灰、消石灰)石灰石一般要求CaCO3含量90%以上，粒度43～61μm；将石灰石煅烧生成石灰，其活性比石灰石高，它属于高效脱硫剂，脱硫效率是石灰石的两倍以上；消石灰是石灰加水经消化反应后的生成物，具有很高的与S02及S03反应活性。钠基脱硫剂(氢氧化钠、碳酸钠)作为湿法洗涤烟气脱硫工艺和管道喷射与炉内喷射等工艺的脱硫吸收剂，脱硫效果佳，并且对氮有一定的脱除作用。钠基脱硫剂可以再生，可循环利用。氨基脱硫剂(氨水、液氨)作为氨洗涤湿法脱硫工艺和电子束辐照脱硫工艺的脱硫剂，它的活性很强。副产硫酸铵可用做农用化肥。金属氧化物脱硫剂(氧化锌、氧化铜、氧化镁、氧化锰)金属氧化物脱硫剂能脱除烟气中SO2。在常温或低温情况下对SO2起吸附作用，在高温情况下与SO2发生化学反应生成金属盐。吸附物通过洗涤法，金属盐通过热分解法使其再生。活性炭大的比表面积、催化作用和优良的孔隙结构使其吸附容量大，在其孔隙内积聚被吸附的物质，而且在一定的条件下能够解吸再生。海水海水pH值为78～83，具有吸收SO2的能力。

4 国内外高新FGD技术

尚处在小试、中试或商业化的前期，还没有大规模的工业化应用的主要高新技术见表5。随着科学技术不断发展与进步，除上述的国内外一些高新的FGD技术外，还涌现出很多实用性强的新型脱硫技术，如有机胺法[6]、微生物脱硫法、金属氧化物和金属盐法、电化学脱硫[7]、离子液体萃取脱硫法[8]、尿素法等，这些技术的进一步研究和大规模工业化应用还有待科研者的继续努力。

5 我国燃煤电厂FGD发展趋势

20世纪50年代我国开始回收利用硫酸尾气中SO2，90年代引进国外的FGD技术，示范工程相继建成，至此国内多家单位开展FGD技术研究工作。如1976年上海闸北电厂引进的石灰石—石膏法，1978年湖南三OO厂引进的亚钠循环法(W-L)，1979年湖北松木坪电厂的活性炭法(AC)等等。2014年燃煤电厂烟气脱硫机组约占煤电机组的92.1%[12]。目前外燃煤电厂FGD技术主要朝装机容量大、技术与装置水平先进、经济和高效的趋势发展。

我国FGD技术存在的主要问题：① 脱硫成本高，产物出路问题；② “盲目照搬”地引进国外烟气脱硫技术和装置，自主化创新不足；③ 处理高浓度SO2烟气的FGD技术已经大规模工业化应用，处理低浓度SO2烟气的FGD技术尚未成熟。

我国烟气脱硫决不能走发达国家高投入、高消耗的道路，必须是高起点、高水准、广思路，符合中国国情，探索自己的FGD道路关键在于：

(1)引进的国外先进技术要消化吸收、自主改进创新和国产化，提高脱硫效率，提高经济效益。

(2)综合利用脱硫副产物，使脱硫副产物变废为宝。

(3)研究新型FGD技术的机理和工艺，使FGD工艺技术路线选择多元化、资源化。

总之，我国燃煤电厂FGD的发展要参照美国、德国和日本，构建适合国情的FGD技术体系和技术路线，加强技术和设备创新，实施综合治理和推进清洁生产，走出自己的成功之路。

表5 国外的高新FGD技术

1 祁海莹.产煤发达国家生产现状及安全形势分析[J].中国煤炭，2015，41(8)：140-143.

2 M.E.CnepKaq(俄罗斯).俄罗斯及世界各国煤资源分析[J].现代冶金，2014(1)：1-3.

3 王 丽，蔡春霞等.我国能源结构及电力供需简析[J].能源环境保护，2014，28(2)：1-4.

4 邹洋等.燃煤电厂烟气脱硫技术最新进展[J].化工进展，2011，30(增刊)：702-708.

5 杨 飏.烟气脱硫脱硝净化工程技术与设备[M].北京：化学工业出版社，2013.5.

6 朝伟明等.对钙法和有机胺法烟气脱硫技术的研究探讨[J].硅酸盐通报，2016，35(1)：154-158.

7 芦晴晴等.电化学技术脱除煤及烟气中的含硫组分研究进展[J].化工进展，2009，28(10)：1849-1853.

8 李建隆等.离子液体脱除SO2技术的研究进展[J].化工进展，2011，30(2)：417-423.

9 赛俊聪，赵 明.NID工艺在烧结机中的应用[J].云南电力技术，2012，40(4)：1-3.

10 何 昆.一种燃煤锅炉烟气NOX-SO2合脱除新工艺的研究[D].北京交通大学，2012.

11 中国环境保护产业协会脱硫脱硝委员会.我国脱硫脱硝技术的发展及应用[J].中国环保产业，2014(8)：18-21.

12 牛曼江.脱硫吸收塔增容改造过程中的安全管理实践思路解析[J].大科技，2015(29)：96-97.

*董继红：讲师。2004年毕业于西安建筑科技大学安全工程专业。研究方向化工设计与安全。联系电话：13515130400，E-mal:65490463@qq.com。

2017-07-11)