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1、脱硫常规技术概述- 2 -中国能源资源以煤炭为主。在电源结构方面，今后相当长的时间内以燃煤发电机组为主的基本格局不会改变，由此造成了严重的环境污染，特别是 SO2即酸雨的污染。火电厂的 SO2排放量在全国 SO2总排放量中占有相当的比例，1995 年全国工业燃煤排放的SO2超过 2000 万 t，排在世界第一位，其中电力行业排放 SO2为 630 万 t，到 2000 年电力行业的 SO2年排放量约占到全国 SO2总排放量的 44%，是 SO2污染大户。近年来，随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，我国开始加速对环境污染的治理。SO2是大气的重要污染物之一，已对农作物、森林、建筑物和人体健康
2、等方面造成了巨大的经济损失，排放的控制十分重要。因此，采取必要的措施，控制燃煤电厂的 SO2排放，对于推行电力洁净生产和改善我国的大气环境质量有着十分重要的意义。1脱硫技术通过对国内外脱硫技术以及国内电力行业引进脱硫工艺试点厂情况的分析研究，目前脱硫方法一般可划分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫等 3 类。其中燃烧后脱硫，又称烟气脱硫（Flue gas desulfurization，简称 FGD）,在 FGD 技术中,按脱硫剂的种类划分,可分为以下五种方法：以 CaCO3（石灰石）为基础的钙法，以MgO 为基础的镁法，以 Na2SO3为基础的钠法，以 NH3为基础的氨法，以有机碱为基础的
3、有机碱法。世界上普遍使用的商业化技术是钙法，所占比例在 90%以上。按吸收剂及脱硫产物在脱硫过程中的干湿状态又可将脱硫技术分为湿法、干法和半干（半湿）法。湿法 FGD 技术是用含有吸收剂的溶液或浆液在湿状态下脱硫和处理脱硫产物，该法具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点，但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染等问题。干法 FGD 技术的脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行，该法具有无污水废酸排出、设备腐蚀程度较轻，烟气在净化过程中无明显降温、净化后烟温高、利于烟囱排气扩散、二次污染少等优点，但存在脱硫效率低，反应速度较慢、设备庞大等问题。半干法 FGD 技术是指脱硫剂在干燥状
4、态下脱硫、在湿状态下再生（如- 3 -水洗活性炭再生流程） ，或者在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物（如喷雾干燥法）的烟气脱硫技术。特别是在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物的半干法，以其既有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点，又有干法无污水废酸排出、脱硫后产物易于处理的优势而受到人们广泛的关注。按脱硫产物的用途，可分为抛弃法和回收法两种。1、燃烧前脱硫、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、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
5、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。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（Coal Water Mixture，简称 CWM）是将灰份小于 10%，硫份小于 0.5%、挥发份高的原料煤，研磨成 2503
6、00m 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，燃烧时水煤浆从喷嘴高速喷出，雾化成 5070m 的雾滴，在预热到 600700的炉膛内迅速蒸发，并拌有微爆，煤中挥发分析出而着火，其着火温度比干煤粉还低。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
7、，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。- 4 -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。2、燃烧中脱硫，又称炉内脱硫、燃烧中脱硫，又称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：CaCO3CaOCO2CaOSO2CaSO3CaSO312O2CaSO41）LIMB 炉内喷钙技术早在本世纪 60 年代末 70 年代初，炉内喷固硫剂脱硫技术的研究工作已开展，但由于脱硫效率低于 10%30，既不能与湿法 FGD
8、 相比，也难以满足高达 90%的脱除率要求。一度被冷落。但在 1981 年美国国家环保局 EPA 研究了炉内喷钙多段燃烧降低氮氧化物的脱硫技术，简称 LIMB，并取得了一些经验。CaS 在 2 以上时，用石灰石或消石灰作吸收剂，脱硫率分别可达 40%和 60%。对燃用中、低含硫量的煤的脱硫来说，只要能满足环保要求，不一定非要求用投资费用很高的烟气脱硫技术。炉内喷钙脱硫工艺简单，投资费用低，特别适用于老厂的改造。2）LIFAC 烟气脱硫工艺烟气脱硫工艺LIFAC 工艺即在燃煤锅炉内适当温度区喷射石灰石粉，并在锅炉空气预热器后增设活化反应器，用以脱除烟气中的 SO2。芬兰 Tampella 和 I
9、VO 公司开发的这种脱硫工艺，- 5 -于 1986 年首先投入商业运行。LIFAC 工艺的脱硫效率一般为 60%85。加拿大最先进的燃煤电厂 Shand 电站采用 LIFAC 烟气脱硫工艺，8 个月的运行结果表明，其脱硫工艺性能良好，脱硫率和设备可用率都达到了一些成熟的 SO2控制技术相当的水平。我国下关电厂引进 LIFAC 脱硫工艺，其工艺投资少、占地面积小、没有废水排放，有利于老电厂改造。3、燃烧后脱硫，又称烟气脱硫（、燃烧后脱硫，又称烟气脱硫（Flue gas desulfurization，简称，简称 FGD）燃煤的烟气脱硫技术是当前应用最广、效率最高的脱硫技术。对燃煤电厂而言，在今
10、后一个相当长的时期内，FGD 将是控制 SO2排放的主要方法。目前国内外火电厂烟气脱硫技术的主要发展趋势为：脱硫效率高、装机容量大、技术水平先进、投资省、占地少、运行费用低、自动化程度高、可靠性好等。（1）干式烟气脱硫工艺该工艺用于电厂烟气脱硫始于 80 年代初，与常规的湿式洗涤工艺相比有以下优点：投资费用较低；脱硫产物呈干态，并和飞灰相混；无需装设除雾器及再热器；设备不易腐蚀，不易发生结垢及堵塞。其缺点是：吸收剂的利用率低于湿式烟气脱硫工艺；用于高硫煤时经济性差；飞灰与脱硫产物相混可能影响综合利用；对干燥过程控制要求很高。a、喷雾干式烟气脱硫工艺：喷雾干式烟气脱硫(简称干法 FGD)，最先由
11、美国 JOY 公司和丹麦 Niro Atomier 公司共同开发的脱硫工艺，70 年代中期得到发展，并在电力工业- 6 -迅速推广应用。该工艺用雾化的石灰浆液在喷雾干燥塔中与烟气接触，石灰浆液与 SO2反应后生成一种干燥的固体反应物，最后连同飞灰一起被除尘器收集。我国曾在四川省白马电厂进行了旋转喷雾干法烟气脱硫的中间试验，取得了一些经验，为在200300MW 机组上采用旋转喷雾干法烟气脱硫优化参数的设计提供了依据。b、粉煤灰干式烟气脱硫技术：日本从 1985 年起，研究利用粉煤灰作为脱硫剂的干式烟气脱硫技术，到 1988 年底完成工业实用化试验，1991 年初投运了首台粉煤灰干式脱硫设备，处理
12、烟气量 644000Nm3h。其特点：脱硫率高达 60%以上，性能稳定，达到了一般湿式法脱硫性能水平；脱硫剂成本低；用水量少，无需排水处理和排烟再加热，设备总费用比湿式法脱硫低 14；煤灰脱硫剂可以复用；没有浆料，维护容易，设备系统简单可靠。（2）湿法 FGD 工艺世界各国的湿法烟气脱硫工艺流程、形式和机理大同小异，主要是使用石灰石(CaCO3)、石灰（CaO）或碳酸钠(Na2CO3)等浆液作洗涤剂，在反应塔中对烟气进行洗涤，从而除去烟气中的 SO2。这种工艺已有 50 年的历史，经过不断地改进和完善后，技术比较成熟，而且具有脱硫效率高(90%98)，机组容量大，煤种适应性强，运行费用较低和副
13、产品易回收等优点。据美国环保局(EPA)的统计资料，全美火电厂采用湿式脱硫装置中，湿式石灰法占 39.6，石灰石法占 47.4，两法共占 87%；双碱法占 4.1，碳酸钠法占 3.1。世界各国(如德国、日本等)，在大型火电厂中，90%以上采用湿式石灰石灰石-石膏法烟气脱硫工艺流程。石灰或石灰石法主要的化学反应机理为：石灰法：SO2CaO12H2OCaSO312H2O石灰石法：SO2CaCO312H2OCaSO312H2OCO2其主要优点是能广泛地进行商品化开发，且其吸收剂的资源丰富，成本低廉，废渣既可抛弃，也可作为商品石膏回收。目前，石灰石灰石法是世界上应用最多的一种FGD 工艺，对高硫煤，脱
14、硫率可在 90%以上，对低硫煤，脱硫率可在 95%以上。传统的石灰石灰石工艺有其潜在的缺陷，主要表现为设备的积垢、堵塞、腐蚀与- 7 -磨损。为了解决这些问题，各设备制造厂商采用了各种不同的方法，开发出第二代、第三代石灰石灰石脱硫工艺系统。湿法 FGD 工艺较为成熟的还有：氢氧化镁法；氢氧化钠法；美国 Davy Mckee 公司Wellman-Lord FGD 工艺；氨法等。在湿法工艺中，烟气的再热问题直接影响整个 FGD 工艺的投资。因为经过湿法工艺脱硫后的烟气一般温度较低温度较低(45） ，大都在露点以下，若不经过再加热而直接排入烟囱，大都在露点以下，若不经过再加热而直接排入烟囱，则容易形
15、成酸雾，腐蚀烟囱则容易形成酸雾，腐蚀烟囱，也不利于烟气的扩散。所以湿法 FGD 装置一般都配有烟气配有烟气再热系统。再热系统。目前，应用较多的是技术上成熟的再生(回转)式烟气热交换器(GGH)。GGH 价格较贵，占整个 FGD 工艺投资的比例较高。近年来，日本三菱公司开发出一种可省去无泄漏型的 GGH，较好地解决了烟气泄漏问题，但价格仍然较高。前德国 SHU 公司开发出一种可省去 GGH 和烟囱的新工艺，它将整个 FGD 装置安装在电厂的冷却塔内，利用电厂循环水余热来加热烟气，运行情况良好，是一种十分有前途的方法。4、等离子体烟气脱硫技术、等离子体烟气脱硫技术等离子体烟气脱硫技术研究始于 70
16、 年代，目前世界上已较大规模开展研究的方法有2 类：1）电子束辐照法(EB)电子束辐照含有水蒸气的烟气时，会使烟气中的分子如 O2、H2O 等处于激发态、离子或裂解，产生强氧化性的自由基 O、OH、HO2和 O3等。这些自由基对烟气中的 SO2- 8 -和 NO 进行氧化，分别变成 SO3和 NO2或相应的酸。在有氨存在的情况下，生成较稳定的硫铵和硫硝铵固体，它们被除尘器捕集下来而达到脱硫脱硝的目的。2）脉冲电晕法(PPCP)脉冲电晕放电脱硫脱硝的基本原理和电子束辐照脱硫脱硝的基本原理基本一致，世界上许多国家进行了大量的实验研究，并且进行了较大规模的中间试验，但仍然有许多问题有待研究解决。5、海水脱硫、海水脱硫海水通常呈碱性，自然碱度大约为 1.22.5mmol/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，开发并成功地应用海水洗涤烟气中的 SO2，达到烟气净化的目的。海水脱硫工艺主要由烟气系统、供排海水系统、海水恢复系统等组成
