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1、我国燃煤烟气脱硫技术研究进展邓新云,肖怀秋,禹练英(湖南化工职业技术学院,株洲412004) 摘 要:燃煤脱硫技术对于减少二氧化硫对环境产生的污染具有重要的现实意义,这里综述了当前国内燃煤烟气脱硫技术研究进展,通过对当前燃煤脱硫技术进行分析,根据存在的问题提出几点解决措施。关键词:燃煤,二氧化硫,烟气脱硫,研究进展Study Advance of Funnel G as Desulphurization (FGD) Techniques ofBurning Coal of ChinaDEN G Xin2yun,XIAO Huai2qiu,YU Lian2ying(Hunan Chemical
2、Industry and Vocational Technology College , Zhuzhou412004 , China)Abstract: Funnel gas desulphurization (FGD) techniques have important practical meaning for abating en2vironmental pollution produced by sulfur dioxide production during coal burning. Study advance on FGD tech2niques of coal burning
3、in China was summarized in this article. Through analyzing current FGD technique ac2cording to several problems , some suggestions were put forward.Key words: burning coal ; sulfur dioxide ; funnel gas desulphurization (FGD) ; study advance 我国是燃煤大国,能源消耗占世界的89 % ,一次能源组成中燃煤占75 % ,而SO2排放量的90 %来自于燃煤。据统计
4、,每年燃煤排放的1314万吨SO2中,燃煤火电厂排放700万吨,占总量的53. 3 % ,工业锅炉排放510万吨,占38.8 % ,工业窑炉排放104万吨,占7. 9 % ,因此,SO2治理的重点要放在控制火电厂、 工业锅炉及窑炉等三大项烟气源的排放上。大气污染严重破坏生态环境、 危害人体的呼吸系统、加大了癌症发病率,甚至影响人类基因造成遗传疾病,19992006年SO2排放总量与工业SO2排放量见表11。表1 不同年份SO2排放总量、 工业SO2排放量年份SO2排放总量Mt工业SO2排放量Mt年份SO2排放总量Mt工业SO2排放量Mt199523. 7-200119. 4815. 67199
5、623. 2-200219. 2715. 62199723. 4618. 52200321. 5917. 92199820. 9015. 93200422. 5518. 92199918. 5814. 60200525. 4921. 68200019. 9516. 13200625. 8922. 35 目前全国火电厂二氧化硫排放量占全国二氧化硫排放量的37 % ,预计2010年将达到60 %2。煤燃烧过程中产生的SO2、CO2和NOx对环境造成了严重的污染,其中大气中90 %的SO2、85 %的CO2、70 %的NOx都来自煤的燃烧。为此,国内外许多学者对控制燃煤污染排放进行了大量研究并取得了
6、一定的成效,燃煤作为我国重要的能源,在相当长的时期内,以煤为主要能源的生产和消费结构不会改变,我国作为一个发展中国家,经济还比较落后,在环境与能源取得平衡以及采取可持续的发展路线,开发出高效、 低成本的煤炭脱硫技术,将具有深远的经济意义和环保意义。1 国内燃煤烟气脱硫技术现状燃煤中硫的脱除可以从燃烧前、 燃烧中(炉内脱硫)以及燃烧后三个阶段进行处理35。燃烧前脱硫的方式有化学脱硫法(如碱处理法、 氧化法、 溶剂萃取法)、 微生物脱硫法、微波辐照脱硫法6、 高梯度强磁分离煤脱硫技术7、 静电选煤脱硫法8、 选择性絮凝脱硫法、 有机溶剂脱硫9以及生物脱硫法1013等。燃烧中脱硫可以采取在燃煤中掺入
7、固硫剂、 炉内喷吸收剂脱硫以及循环流化床脱硫等方法。我国,目前主要集中在燃煤烟气脱硫。我国燃煤烟气脱硫技术起作者简介:邓新云(1970 - ) ,女,汉族,讲师,毕业于湘潭大学化工系化学工程专业,主要从事化学工程方面的研究工作,E- mail:dxy259 。42广州化工2008年36卷第1期始于70年代初,已取得良好的成效。减少大气中SO2的含量对于缓解大气污染具有很重要的意义,大气污染破坏生态环境、 危害人体健康,甚至影响人类基因造成遗传疾病,因此,开展烟气脱硫技术的基础研究与应用研究显得尤为重要。现就目前应用较为广泛的烟气脱硫技术进行介绍。1. 1 石灰石-石膏法是目前应用最广泛、 最多
8、、 最成熟的典型的湿法烟气脱硫技术。我国湿法烟气脱硫率可达98 %以上,接近100 %。国内采用此法脱硫的电厂主要有:重庆珞璜电厂一期、 重庆珞璜电厂二期、 太原第一热电厂、 重庆电厂、 杭州半山电厂、北京第一热电厂、 陕西韩城第二电厂等。该工艺具有操作方便、 原理简单、 脱硫效率高(部分机组CaS接近1 ,脱硫效率超过90 %)、 可应用于大容量机组、 高SO2浓度条件、 可利用率高( 90 %)、 吸收剂来源广泛、 价格也低廉、 副产品石膏具有综合利用价值、 运行和维护成本以及脱硫成本较低,是目前公认应用最广泛、 技术最为成熟的脱硫技术14.1. 2 喷雾干燥脱硫法(SDA法)SDA法是美
9、国JOY公司和丹麦NIRO公司联合研制出的脱硫工艺。目前,国内采用此工艺的电厂主要有四川白马电厂和山东黄岛电厂等。此工艺脱硫效果不是太高(一般在70 %左右) ,适合于中、 低硫煤的脱硫。四川白马电厂机组每台容量为200 MW ,采用200目的生石灰(CaO纯度在6070 %)处理含硫量在3. 2 %左右的燃煤烟气(8000 m3h) ,脱硫效率可达到80 %左右。山东黄岛电厂机组每台为210MW ,采用粒径4 mm纯度为70 %的生石灰处理含硫量为1.86 %的燃煤(烟气为300000 m3h ,炉后抽出部分烟气)脱硫效率为70 %左右。SDA工艺的特点: (1)工艺简单,操作简便安全;(2
10、)维护费用低; (3)腐蚀性小,可采用普通碳钢制造;(4)采用静电除尘器或布袋除尘器;(5)过程无废水产生;(6)压降低,能耗少,符合当前节能减排的要求;(7)可适用于低、 中、 高硫煤15。1. 3 炉内喷钙尾部增湿活化法(L IFAC法与L IMB法)LIFAC法由芬兰IVO公司和TAMPELLA公司联合开发的基于炉内喷钙技术基础上发展起来的新型烟气脱硫工艺。传统炉内喷钙工艺的脱硫效率仅为2030 % ,而LI2FAC法在空气预热器和除尘器间加装一个活化反应器,并喷水增湿,促进脱硫反应,脱硫效率可达到7075 %。LI2FAC法比较适合中、 低硫煤,其投资及运行费用具有明显优势,较具竞争力
11、,比较适合中小容量机组和老电厂的改造。LIMB法与LIFAC法实质相同,只是增加了多级燃烧器以控制NOx的排放,分级送风燃烧的采用使得局部温度降低,既可减少NOx的生成,还可以使钙基脱硫剂避免受炉内高温烟气的影响,减少了脱硫剂表面的 “死烧”,增加了反应表面积,提高了脱硫效率,国内主要在辽宁抚顺电厂和南京下关电厂应用,该工艺具有操作简单、 占地面积少、 脱硫率中等、吸收剂消耗量大,主要应用于低硫煤。辽宁抚顺电厂用此法,用石灰石处理480000 m3h烟气量(燃煤含硫量为0. 54%) ,脱硫效率仅为40 %左右。南京下关电厂应用该套装置处理含硫量为0. 92 %燃煤,处理烟气量2544000
12、m3h ,脱硫效率约75 %16。1. 4 海水脱硫法海水脱硫工艺是利用海水的碱度和水化学特性达到脱除烟气中SO2的方法,可用于燃煤含量硫不高并以海水作为循环冷却水的沿海电厂。海水脱硫的原理是在脱硫吸收塔内用海水作为脱硫剂逆行喷淋洗涤,烟气中的SO2被海水吸收而除去,净化后的烟气经除雾器除雾、 经烟气换热器加热后排放,吸收SO2被海水吸收并在洗涤液中发生水解和氧化作用,洗涤液引入曝气池,通过提升pH抑制SO2的溢出。经曝气处理使其中的SO32 -被氧化成为稳定的SO42 -并使海水的pH值与COD调整达到排放标准后排放大海。此套工艺一般适用于海边、 扩散条件较好、 用海水作为冷却水、 燃用低硫
13、煤的电厂,海水脱硫工艺简单、 无结垢、 堵塞现象,吸收剂来源充足、 可用率高,无脱硫灰渣产生,脱硫效率达90 %以上。高、 中、 低硫煤均可以采用,但对于内陆电厂,推广使用不太现实,深圳西部电厂采用该套工艺用天然海水处理含硫量在0. 75 %的燃煤,脱硫效率在90 %以上17。1. 5 荷电干式喷射法采有该工艺的国内电厂主要有山东德州热电厂、 杭州钢铁集团第二热电厂、 广州造纸有限公司自备电厂和兰化热电厂等。该套工艺具有占地少、 投资成本低、 运行费用较低、 脱硫率中等等特点,主要适用于中、 低硫煤,山东德州热电厂利用该套装置处理含硫1. 0 %的燃煤脱硫率达到70 %左右。1. 6 电子束照
14、射法(EBA法)EBA法是一种较新的脱硫工艺,其原理为:在烟气进入反应器之前先加入氨气,然后在反应器中用电子加速器产生的电子束照射烟气,使水蒸气与氧等分子激发产生氧化能力强的自由基,这些自由基使烟气中的SO2和NOx很快氧化,产生硫酸与硝酸,再和氨气反应形成硫酸铵和硝酸铵化肥,由于烟气温度高于露点,不需再热18。EBA法是一种干法处理过程,无废水废渣产生,脱硫率与脱硝率可分别达到90%和80 %以上。操作简单、 过程易于控制、 对不同含硫量的烟气和烟气量的变化有较好的适应性和负荷跟踪性,副产物可以作为化肥,脱硫成本较低。国内成都热电厂采用该套装置处理含硫量2. 0 %的燃煤,脱硫率达80 %左
15、右。1. 7 氨水洗涤法脱硫工艺该脱硫工艺采用氨水作为脱硫吸收剂与进入吸收塔的烟气接触混合,烟气中SO2与氨水反应生成亚硫酸铵,经与鼓入的强制氧化空气进行氧化反应,生成硫酸铵溶液,经结晶、 离心机脱水、 干燥器干燥后即制得硫酸铵。该法脱硫效率高,能满足任何地方环保的要求,整个系统不产生废水或废渣、 能耗低、 符合节能目标、 运行可靠性高和适用性广。华东理工大学已经完成2. 5000 kW机组烟气氨酸法脱硫中试19。1. 8 烟气循环流化床脱硫工艺(CFB - FGD)循环流化床脱硫技术是一种使高速气流与所携带的稠密悬浮颗粒充分接触的技术。其原理是:在循环流化床中加入脱硫剂石灰石以达到脱硫的目的
16、。由于流化床具有传质和传热的特性,所以在有效吸收SO2的同时还能除掉HCl和HF等有害气体.用此法可处理高硫煤,当nCa:nS为11.5时,脱硫效率能达到90 %97 %。CFB - FGD工艺由吸收剂制备、 吸收塔、 脱硫灰再循环、 除尘器及控制系统等部分组成。一般采用干态的消石灰粉作为吸收剂,也可采用其它对SO2有吸收反应能力的干粉或浆液作为吸收剂。目前,科林公司与国际知名公司合作开发的循环流化床烟气脱硫技522008年36卷第1期广州化工术已申报国家专利并在赤峰热电厂锅炉130 th上应用,处于试运行阶段。1. 9 脉冲电晕放电等离子体烟气脱硫(PPCP法)PPCP法是靠脉冲高压电源在普
17、通反应器中形成等离子体产生高能电子(520 eV) ,由于只提高电子温度,而不是提高离子温度,能量效率比EBA高2倍。此工艺设备简单、 操作简便、 投资是EBA法的60 % ,因此,成为国际上干法脱硫脱硝的研究前沿,而且该工艺还具有脱硝能力,高能电子可以激活、 裂解、 电离烟气分子,产生OH、O、HO2等多种活性粒子和自由基。在反应器里烟气中的SO2、NO被活性粒子和自由基氧化为高价氧化物SO3、NO2并与烟气中的H2O相遇后形成H2SO4和HNO3,在有NH3或其它中和物存在的情况下生成(NH4)2SO4HN4NO3的气溶胶,再由收尘器收集,具有有害污染物清除彻底、 不产生二次污染等优点。1
18、. 10 其它脱硫方法近些年,随着人们环保认识的加强,又开发出一些新的脱硫方式,如 “筛网式” 脱硫装置、“新型筛板塔式除尘脱硫装置” 、“旋流板塔” 、“水膜除尘简易湿式脱硫装置” 、“湿式-曝气除尘” 、 烟道喷淋除尘脱硫和排气净化串联法、“湿式脱硫除尘器” 以及水膜式脱硫除尘设备等。这些设备都具有操作较为简单、 占地面积少、 脱硫率中等以及集脱硫与除尘于一身的特点,适用于现有的燃煤脱硫处理。2 烟气脱硫的关键技术为了使烟气中SO2降到更低标准,以符合国家有关规定,必须加强烟气脱硫关键技术研究。2. 1 因地制宜的选择脱硫工艺及相关设备尽管目前通过引进消化并自主创新已产生很多新型的烟气脱硫
19、技术,但每一种脱硫工艺并不是万能的,如海水脱硫法在深圳西部电厂脱硫效率很好,如果照搬到内地进行烟气脱硫肯定起不到应有的脱硫效果,因此,我们要因地制宜的进行脱硫工艺的选择。在选择好脱硫工艺后,再根据实际需要对设备做出选型。此外,我们还要根据燃煤中硫的含量选择不同的脱硫工艺。2. 2 烟气连续测量装置(CEM)问题没有监督就没有减排的持久效果。为了满足CEM测量的准确性,必须要有足够的直管段使烟气流动在测量区脱离紊流而处于平流状态。如果没有这个条件,测量结果的准确性,特别是不同负荷工况下的稳定性就无法保证。不少电厂,特别是第一时段投产的电厂没有预留脱硫条件。目前,一般把CEM安装在水平烟道上,但由
20、于水平烟道缺乏足够的直管段,因此,解决不了问题。在国外,不少装在烟囱的80m高的平台上,通过电梯解决平时维护问题,但由于投资较大因此,在国内目前还很难实现,这是需要我们研究的又一重要问题20。2. 3 副产物综合利用在选择石膏湿法以及双碱法脱硫时,会存在脱硫副产物综合利用的问题。如果大规模采用石膏法或双碱法进行脱硫时,副产物的综合利用也是我们需要解决的关键问题之一。2. 4 开展基础与应用研究目前,大部分的脱硫工艺脱硫率在90 %以下,因此,还有超过10 %左右的SO2会通过烟囱排放到大气中,造成酸雨的形成。我国每年因酸雨造成的直接经济损失就达成百上千亿,除此之外,大量的SO2排放还会导致人体
21、的伤害,如呼吸道疾病、 癌症的诱发等。因此,减少工业SO2及其它有毒有害废气的排放也是当前亟待解决的问题。3 当前烟气脱硫技术中存的问题及解决措施3. 1 烟气脱硫技术和设备国产化问题我国90年代后建成的烟气脱硫装置和大型工业示范性工程,脱硫技术与设备绝大多数是引进国外的。目前国内正规且有能力的脱硫公司和脱硫服务公司较少,差不多每家公司都依托一家或多家国外脱硫公司作为其技术服务,脱硫关键技术及设备设计一直被国外市场占据。随着我国对烟气脱硫工艺的重视以及国家对环境保护治理的加强,具有自主知识产权的脱硫关键技术及相应设备成为当前烟气脱硫工作的重点,我国现有烟气脱硫设备总体上运转效率差,设备安装后未
22、经使用的约占15 % ,设备运行不正常或带病运行的约占40 % ,设备效果差或无效果的约占35 % ,设备稳定正常运行的仅占10 %左右,为了扭转当前的局面,需从加强脱硫工艺研究以及自主研发设备等方面入手。3. 2 脱硫技术自身存的不足脱硫效率较低是当前最为明显的不足,干法脱硫效率为40 %60 % ,湿法为60 %80 %;造成大量二次污染。另外,脱硫产生的废渣和废水处理也是一个很严重的问题,存在许多难于处理的污染物。此外,设备结垢及腐蚀严重,各种碱性脱硫剂对金属烟道、 烟囱及锅炉铺机直接造成严重腐蚀导致运行费用较高、 设备不稳定。目前,干法脱硫费用为35元t ,而湿法则高达57元t.运行利
23、率低、 烟气中SO2没有完全回收利用也是当前大多烟气脱硫设备的不足,为了解决这些问题,笔者认为可以通过加强脱硫工艺的研究、 脱硫工艺优化以及开发稳定、 高效的脱硫装置成为当务之急。3. 3 脱硫成本和产物综合利用问题目前,脱硫成本一直居高不下,很多企业为了节约生产成本,任凭大量SO2和废气废渣直接排放到环境中,给环境综合治理带来极大的压力。由国外引进的烟气脱硫装置其设备投资和运行费用高,如我国重庆珞璜电厂引进的 “石灰石-石膏法” 烟气脱硫装置投资约4000万美元,每年还需运行费4000万元人民币,脱硫运行成本为1100元tSO2,设备建设费用占整个电厂投资总费用高达16 %。另一方面,国内外
24、目前应用的主要烟气脱硫技术,都会存在产物无出路、不得不作为固体废弃物抛弃的问题。如重庆珞璜电厂一期工程每年就有25万t固体物排放.为了从根本上解决这些问题,可以大力开展燃烧前脱硫工艺研究,如采用浸渍法或生物脱硫等高新技术来脱除燃煤中硫,使硫(无机硫与有机硫)的含量降到最低。此外,加强副产物综合利用的研究,为副产物综合利用寻求一些新的途径。3. 4 大力发展无污染替代燃料燃煤作为一个不可再生资源,过度开采将会导致能源的过早枯竭,为此,开展无污染的新型能源将是我国能源发展的一个重要方向。我国作为一个水能资源极为丰富的国家,62广州化工2008年36卷第1期大力研究与开发水能以及其它可再生能源如太阳
25、能、 生物质能、 风能、 地热能和海洋能和不可再生的能源如核燃料等都将会大大减轻能源危机,同时也会在很多程度上减少因消耗能源过程中对环境产生的大量污染物排放,对实现能源的可持续发展也将起到举足轻重的作用。3. 5 燃煤转化技术将低燃煤品质的燃煤转化成燃气、 燃油等具有低污染性质的高品质能源也是一个发展方向。我国作为一个富煤、 贫油、 少气的国家,大力开展煤炭转化工作对改善能源结构具有重要的意义。目前国内的煤炭气化、 液化技术已经成熟,可显著降低有害物质排放。煤液化又是利用丰富的煤炭资源缓解石油紧张的一条有效途径。此外,水煤浆新型技术可以将灰分很低而挥发分很高的煤研磨成细微煤粉,按煤水比例,添加
26、分散剂和稳定剂后制成的流体燃料。由于灰分少、硫分少,燃烧效率高,燃烧温度低,可明显降低SO2和氮氧化物排放。4 前景与展望为了保护环境,我国政府已经严格控制SO2的排放量并开展了一系列卓有成效的节能减排措施。尽管如此,我国作为一个燃煤使用大国,加强企业环保意识以及强制推动下政府相关政策与法规具有重要意义。我相信,通过对烟气脱硫技术的深入研究,大气中SO2将会大大降低,但我们同也要意识到,单纯只进行烟气SO2脱除并不能很好的保证空气质量。由于在脱除NOx方面国家给予的重视不够,因此,NOx可能成为继SO2后的一个导致酸雨形成的又一重要源头,因此,为了更好的净化环境,在脱硫过程中,我们也应给于更多
27、的关注脱氮方面,最好是通过大量的基础研究实现脱硫硝集成21,只有这样,我们的环境污染指标才能从根本上降下来。参考文献1 谌天兵,武建军,韩甲业.燃煤污染现状及其治理技术综述J .煤,2006 ,15(2) :1 - 4 ,7.2 程显峰,吴丽梅.烟气脱硫技术与应用研究J .应用能源技术,2006 ,4 :20 - 22.3 姜彦立,周新华,郝宇.国内外燃煤脱硫技术的研究进展J .矿业快报, 2007 ,1 :7 - 9 ;47.4 韩立鹏,李天祥.燃煤电厂脱硫技术J .山西化工,2007 ,27(4) :42 - 44.5 常西亮,樊彩梅.煤燃前脱硫新技术J .山西化工, 2007 ,27(5
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