高效脱硫技术研究进展

赵 毅，王晓慧

(华北电力大学(保定) 环境科学与工程系，河北 保定 071000)

1 污染现状

我国是世界上最大的发展中国家，随着科技的进步和经济的发展，环境问题却日益凸显。臭氧层破坏、全球变暖、全国性的雾霾和酸雨天气，这些环境问题正逐步影响着人们的生活、危害着人体的健康[1]。而燃煤锅炉的烟气排放是造成我国现在大气污染现状的主要因素之一。我国目前是全球最大的煤炭产出国和消费国，据统计，我国2012年煤炭类能源产出量和消费量分别占能源总产出量和总消费量的76.5%和66.6%[2]。在燃煤烟气众多污染物中，二氧化硫是研究最早、脱除方法种类最多的污染物之一。我国2006年到2014年二氧化硫排放情况如图1所示，从图中可以看出的是，虽然二氧化硫的排放量呈现逐年下降的趋势，但是总体仍处在一个较高的排放水平。

图1 2006～2014年我国大气中二氧化硫的排放情况

2 二氧化硫的来源及危害

2.1 二氧化硫的来源

二氧化硫的来源主要分为以下三种途径：(1) 火山喷发产生部分二氧化硫；(2)含硫燃料(如煤和石油)的燃烧和含硫矿石的冶炼；(3)汽车尾气的排放。

2.2 二氧化硫的危害

二氧化硫的危害主要体现在对人类的影响和对生态系统的影响。对人类的影响主要有是影响人的呼吸系统。SO2还具有加强苯并(a)芘的作用效果[3]，有可能造成癌症的频发现象。对生态系统的影响主要体现在，二氧化硫的过度排放导致酸雨现象频发。有统计显示，我国酸雨影响面积超过400万km2，而且有越来越严重之趋势，是世界三大酸雨区之一。

3 污染物排放标准的提高

国家针对日益严重的环境问题，尤其是二氧化硫等污染物排放量居高不下的现象，不断制定日益严格的污染物排放标准，针对燃煤电站更是制定专门的火电厂大气污染物排放标准。2011年国家制定了新火电厂大气污染物排放标准--《火电大气污染物排放标准》(GB13223-2011)，在该标准要求中二氧化硫排放限值降到100 mg/m3，如表1所示。

表1 《火电大气污染物排放标准》(GB13223-2011)中部分污染物项目排放限制

在2014年国家提出的《煤电节能减排升级与改造计划(2014～2020年)》[4]将二氧化硫的排放限值进一步提高，二氧化硫的排放限值达到35 mg/m3，与燃气机组相近。越来越严格的排放标准体现出了国家对环境治理尤其是大气污染物治理的决心及魄力。

4 现有脱硫控制技术

在燃煤电厂中，脱硫控制技术按照控制部分在燃煤电站在燃烧过程中的先后顺序可以归纳为三类：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫。最主要的是燃烧后脱硫即烟气脱硫技术，目前常用的烟气脱硫工艺多达数十种，包括湿式石灰石/石膏法[5]、双碱法脱硫工艺、氨法脱硫工艺、旋转喷雾干燥法、循环流化床、炉内喷钙法、电子束照射法、海水脱硫技术。根据其作用机理的不同可分为湿法、半干法和干法，表2展示了几种常见的脱硫工艺。

表2 几种常见的脱硫工艺

5 脱硫增效改进技术

针对目前我国越来越严格的排放标准，原有脱硫工艺很难达到要求，因此对脱硫工艺进行改进，提出脱硫增效改进技术即高效脱硫技术。常见的脱硫增效改进有以下几种：提升石灰石品质、强化气液传质效果、调整pH值、脱硫增效添加剂等。

5.1 提升石灰石品质

石灰石的品质会影响石灰石的利用率，进而影响吸收塔浆液pH值、石灰石加仓和破碎系统、球磨机的运行等，导致脱除效率的降低。一般对石灰石的品质要求主要体现在纯度、硬度等方面。提示石灰石的品质有利于脱硫系统运行的安全与平稳[6]。一般要求碳酸钙的含量要在95%以上。

5.2 强化气液传质效果

强化气液传质效果的方法主要分为以下几种：提高液气比、喷淋增效环技术、托盘技术等[7-8]。液气比是影响脱硫效率的主要因素之一，可以通过增加喷淋层来降低液气比，进而达到提高脱硫效率的目的。喷淋增效环技术是由ALSTOM公司开发，在每层喷淋层塔壁设置1圈增效环，从而将塔壁区域的烟气导向吸收塔中心的高密度喷淋区域，改善塔壁区域的气液固三相传质状况，从而提高脱除效率。托盘技术是美国巴威B&W专利技术，通过在吸收塔入口和第一层喷淋层之间设置一层合金托盘，有效地降低了液气比，提高了脱硫效率。

5.3 调整pH值技术

湿法脱硫工艺中脱硫塔pH值是影响脱硫系统的重要因素之一，其主要会影响石灰石的利用率、进而对脱硫效率产生一定的影响，另外pH值对系统结垢也有一定的影响。常见的调整pH值技术方法有双循环技术及单塔双区技术。双循环技术主要原理为利用分区技术，将脱硫塔分为两个部分，两个部分采用不同pH值的循环浆液，每个部分采用格子对应的循环回路及喷淋装置。此技术可以在原有脱硫塔进行改造，改造费用较低。单塔双区技术原理也是利用pH值的不同实现对氧化去和吸收区的分开，与单塔双循环不同的是，将单塔单循环的“塔+罐”的模式改为单个塔控制，通过设置分区调节器和射流搅拌系统，实现两个区域的pH调控，进而实现脱硫效率的提高。

5.4 脱硫增效添加剂

脱硫增效添加剂[9-10]又称为脱硫增效剂、脱硫催化剂或者脱硫添加剂主要生产原理是对高分子物质进行加工改性后与无极高分子材料充分混合，形成具有稳定结构和性能的新型催化氧化烟气脱硫添加剂，其主要成份大部分为高分子催化剂，与SO2有很强的反应活性。其作用原理循环浆液中的离子浓

度，强化气液传质效率，进而提高脱硫效率。此种方法的优点有：(1)提高脱硫效率，无需进行设备扩容改造；(2)节能降耗(主要是节约厂用电)；(3)减少石灰石用量；(4)减少设备的结垢等。

致谢：衷心感谢国家重点研发计划(No.2016YFC0203705，No. 2017YFC0210603，No. 2016YFC0203701)的支持！

[1] 中国环境保护产业协会脱硫脱硝委员会.我国脱硫脱硝行业2012年发展综述[J].中国环保产业,2013(7):8-20.

[2] 国家能源局.中国能源统计年鉴[M].北京:中国统计出版社,2013.

[3] 王慧文,潘秀丹.沈阳市大气二氧化硫污染对呼吸系统疾病死亡率的影响[J].环境与健康杂志,2007,24(10):762-765.

[4] 王 建.煤电节能减排升级与改造行动计划[M].杭州:浙江人民出版社,2014.

[5] Yi H H,Hao J M,Tang X L.Atmospheric environmental protection in China: Current status,developmental trend and research emphasis[J].Energy Policy,2007,35(2):907-915.

[6]柏 源,周启宏,李启良,等.燃煤电厂应对新标准烟气湿法脱硫提效策略研究[J].电力科技与环保,2012,28(6):19-21.

[7] 谭云松,张国华.吸收塔液体再分配(ALRD)技术介绍[J].电站系统工程,2013,29(2):67.

[8] 武汉凯迪电力环保有限公司.具有负荷条件和烟气均流功能的脱硫喷淋塔:中国,ZL200810047850.1[P].2011-09-28.

[9] 何永胜.单塔湿法高效脱硫技术的新标杆：大唐马头电厂脱硫增效改造设计与研究[C]//第三届火电行业环境保护研讨会,北京:[出版者不详],2014.

[10] 杨 磊,卢啸风.WFGD工艺典型脱硫添加剂应用探讨[J].电站系统工程,2007,23(3):4-6.