火电厂脱硫技术浅析.docx
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火电厂脱硫技术浅析
火电厂脱硫技术浅析
一、火电厂脱硫概述
纵观现阶段的火电厂SO2污染控制技术，火电厂为实现减排SO2而采取的措施主要有：
燃用低硫煤、煤炭洗选、洁净煤燃烧技术和烟气脱硫。
SO2的控制途径有：
燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫，即烟气脱硫（FGD）。
目前，烟气脱硫被认为是控制SO2排放量最行之有效的途径。
脱硫技术的选择必须综合考虑脱硫效率、经济性、可靠性等因素，选择的基本原则是：
1.脱硫效率高，但不要盲目追求高效率，因为提高脱硫效率将增加设备投资。
有资料统计，脱硫效率为60％的脱硫设备，若效率提高到70％～80％，则单位设备投资将会增加0.9～1.2倍，脱硫率提高到85%时要高1.64倍。
因此只要SO2排放浓度和脱硫效率能满足国家排放标准，应尽量选用初始投资低的脱硫工艺；
2.投资少，脱硫装置投资最好不超过电厂总投资的15％；
3.技术成熟，运行可靠，工艺流程简单；
4.运行费用低，脱硫剂质优价廉，有可靠稳定的来源；
5.对煤种及机组容量适应性强，并能够适应燃煤含硫量在一定范围内的变化；
6.脱硫副产品均能得到处置和利用，对环境不造成二次污染。
脱硫工程中最主要的物料就是石灰石粉（一般要求细度为325目90％通过或250目95％通过）。
二、现有火电厂脱硫技术
衡量和考察一种脱硫工艺主要应从以下几个方面来分析和比较，即脱硫效率、运行的稳定程度、运行费用、投资、系统的可扩充和可升级性能。
与前所指出的，湿法、炉内喷钙尾部增湿、干法或半干法是在我国各种不同容量的机组上主要采用的几种脱硫工艺。
湿法脱硫工艺的效率比较高，一般都可稳定运行在95%以上。
而其它简易脱硫工艺的效率大多在80%以下，如果进一步提高脱硫效率，脱硫剂的耗量和飞灰的再循环量都要增加，运行费用大幅度上升。
现对各主要脱硫工艺分别进行阐述。
1.湿法石灰石－石膏烟气脱硫法（最为常用的技术方法）
该法具有脱硫效率高、运行稳定、运行费用低、无二次污染等特点。
所以，湿法脱硫工艺应用最为广泛。
脱硫剂以CaCO3最为普及。
湿法脱硫系统的效率都很高，正常情况下都在95％以上。
湿法（石灰石－石膏法）脱硫系统，它包括烟气换热系统、吸收塔脱硫系统、脱硫剂浆液制备系统、石膏脱水系统和废水处理系统。
湿法脱硫系统可加装于锅炉的尾部，对现有的锅炉系统包括除尘系统没有任何影响。
a.烟气换热系统：
用原烟气的热量加热脱硫后的干净烟气，不仅可以增加烟气的排放温度，同时也减少了脱硫装置尾部的腐蚀，并且提高了环保效益。
脱硫负荷可以通过启停循环泵的数目来灵活调节；
b.脱硫系统：
一般还装有除雾器，以除掉脱硫后烟气中的液滴，进一步减轻尾部的腐蚀；
c.石膏脱水系统：
一般分为离心式和真空式两种，离心式的脱水率可达95%，而真空式的脱水率一般在90%左右。
为了平衡整个脱硫系统的Cl`离子浓度，必须要有一部分石膏浆液逸出脱硫系统至废水处理系统，进行处理；
d.废水处理的工艺：
包括中和反应和絮凝沉淀，该工艺可降低外排废水的pH值和悬浮物的含量。
化学表达式如下：
反应
（1）：
SO2+H2O→H2SO3
反应
（2）：
CaCO3+2H2SO3→Ca（HSO3）2+CO2+H2O
反应（3）：
Ca（HSO3）2+O2+2H2O→CaSO4·2H2O+H2SO4
反应（4）：
CaCO3+2H2SO4+H2O→CaSO4·7H2O+CO2
反应
（1）、
（2）发生在吸收塔上部，即SO2溶入喷入的吸收液中，然后与其中的CaCO3反应；反应（3）、（4）发生在吸收塔下部的循环氧化槽中，即亚硫酸钙被鼓入的空气强制氧化为硫酸钙，并随即生成二水石膏结晶析出。
2.干式循环流化床烟气脱硫技术
以石灰浆作为脱硫剂，锅炉烟气从循环流化床底部进入反应塔，与石灰浆进行脱硫反应去除SO2。
然后将脱硫剂与烟气相分离，最后经除尘后将烟气排入大气。
该法的特点是：
a.脱硫效率高（当燃煤含硫量为2%，C/S=1.1时，脱硫率可达85%以上）；
b.经济性能好，脱硫剂可以循环使用；
3.液柱烟气脱硫除尘系统
由脱硫反应塔、脱硫剂制备系统、脱硫剂产物处理系统、控制系统和烟道系统组成。
烟气从脱硫反应塔下部进入，在上升过程中与脱硫剂接触，将SO2除去。
而脱硫剂也由反应塔下部向上喷射，在上部散开，充分与烟气接触反应。
该法的特点是：
a.系统在C/S=1时，脱硫率大于90%，脱硫剂的利用率在90%以上，运行成本低；
b.副产品CaSO4可用于建筑材料和盐碱地的改造。
4.喷雾半干法
喷雾干燥法的工作原理为将熟化的30%石灰浆液在高速旋转的离心喷雾机作用下，以雾状喷入到脱硫反应塔内，吸收剂雾滴吸收烟气中二氧化硫。
反应式如下：
Ca（OH）2+SO2＋1/2O2+3/2H2O→CaSO4·2H2O
该法的运行费用约为石灰石法的80%。
喷雾干燥法只适用于中低硫煤种的烟气脱硫。
喷雾干燥法由于脱硫效率较低（70%），不宜在大中型机组上推广。
5.炉内喷钙尾部增湿活化法
炉内喷钙尾部增湿活化法是将石灰石于锅炉的1000℃左右段喷入，石灰石迅速分解成氧化钙并和煤气中的硫反应，未反应完全的氧化钙进入尾部的活化器中，增湿活化成氢氧化钙，进一步和二氧化硫反应。
反应方程式如下：
2SO2＋2CaO+O2→2CaSO4
2CaO+2H2O+2SO2+O2→2CaSO4+2H2O
该工艺需对锅炉进行一定的改造，否则会造成锅炉热效率下降，所以不适用于大型机组脱硫；对脱硫效率要求不高，而又没有脱硫场地的中小机组比较适用。
该法是燃煤含硫量不高的中小型锅炉（新建或改造）的首选脱硫工艺。
6.电子束照射法
电子束照射法是利用高能量电子产生的活性氧化基团将烟气中的SO2和NOx氧化成中间产物H2SO4和HNO3，这些中间产物和注入的氨吸收剂反应，生成硫酸铵和硝酸铵。
反应式如下：
SO2+O2+H2O+2NH3→（NH4）2SO4
NOx+O2+H2O+NH3→NH4NO3
到目前为止，电子束照射法仅在日本、美国进行过一些小型工业试验，尚没有在大型机组应用的实例。
根据成都热电厂运行情况，副产品硫铵和硝铵物料在电除尘极板上粘结和腐蚀问题较大，而且存在液氨泄露的危险，建议最好是等该工艺有一定业绩和运行经验后予以考虑。
7.海水脱硫法
海水脱硫是利用海水中碳酸氢钙和碳酸氢镁等碱性物质来吸收烟气中的二氧化硫，经空气氧化，使其成为稳定的SO42-，然后排入大海。
反应式如下：
2SO2+4HCO3-+O2→2H2O+4CO2↑+2SO42-
该工艺只适用于燃中低硫煤的海边电厂，电厂的燃煤含硫量不宜过高，约1%为宜，除尘效率要求较高，否则会对海洋造成污染。
8.荷电干式喷射法
荷电干式喷射脱硫工艺是将带电的微细吸收剂喷入烟道，与烟气中的二氧化硫发生反应，达到脱硫目的。
反应式如下：
2CaO+2SO2＋O2→2CaSO4
该法脱硫效率低，特别是对于高硫燃料，脱硫效率更差。
9.循环流化床烟气脱硫法
循环流化床烟气脱硫工艺是用石灰作为吸收剂，将锅炉尾部出来的烟气引入循环流化床反应塔中，增湿的石灰和烟气中的二氧化硫反应，生成亚硫酸钙，未反应完全的吸收剂颗粒经除尘器收集再回到循环硫化床循环利用。
主要反应如下：
Ca（OH）2+SO2+1/2O2→CaSO4·H2O
该法是开发较晚发展较快的脱硫工艺，约占世界FGD容量的0.5%。
其主要优点是投资费用和运行费用比石灰石－石膏法低30%。
10.旋转喷雾法
该法的应用原理为：
将吸收浆雾化，在吸收塔内与烟气混合接触，一方面烟气被绝热冷却，吸收剂中的水份被蒸发干燥；另一方面，吸收剂与烟气中SO2反应生成亚硫酸钙来达到脱硫的目的。
该装置运行可靠，但腐蚀较严重，副产品一般不用。
11.磷氨复合肥法（PAR法）
该法的应用原理为：
活性炭吸附一级脱硫，解吸得30%H2SO4。
稀H2SO4分解为磷矿石，生成10%以上的磷酸液与氨的中和液进行二次脱硫，再将浆料浓缩干燥得磷氨复合肥。
该法的优点是副产品可做化肥使用；缺点是工艺比较复杂，一次性投资较高，运行维护工作量大。
12.氨-硫氨法（NADS）.
氨-硫氨法是由日本NKK公司开发的工艺，1976年建立了两套装置，分别处理76万M/h和123万M/h的烟气。
他的副产品是化肥，该法的投资额相对较大，工艺复杂。
13.石灰石湿法简易脱硫除尘法（PXJ－D）
本法在石灰石湿法基础上以牺牲利用副产品和降低脱硫率来实现工艺简化和成本降低，是国产技术中唯一有420t锅炉业绩的技术，比较适合国情，特别是适合老厂上脱硫除尘装置或把原有除尘设备改造成脱硫除尘装置。
初投资为进口技术的十分之一左右，运行费为三分之一左右，除尘率大于99％，脱硫率为70%～80%。
采用无喷嘴喷淋系统，解决了堵塞问题，采用特殊防腐措施解决了腐蚀问题；无废水排放，工艺简单，占用场地小。
表1是几种常见脱硫工艺主要参数指标比较：
表1常见脱硫工艺主要参数指标比较
工艺
石灰石
海水洗涤
电子束
LIFAC
RCFB
半干法
荷电干法
适用机组
大中
大中
中小
中小
中小
中小
中小
适用煤种
无限值
硫＜1.5％
硫＜2％
硫＜2％
硫＜2％
硫＜2％
硫＜1％
脱硫成本元/吨SO2
900～1500
500～1000
900～1200
700～1000
500～900
800～1100
900
脱硫效率
90％以上
90％以上
90％以上
60％以上
90％以上
70％以上
70％
吸附剂
石灰石
海水
液氨
石灰石
硝石灰
石灰
熟石灰
设备投资
1
3/5
4/5
1/3
2/3
2/3
1/4
占地面积
3/2
1
1/3
1/3
2/3
1/4
——
副产品
石膏
无
硫酸铵
亚硫酸
亚硫酸
亚硫酸
硫酸铵
电耗
较高
高
高
低
低
低
高
水耗
高
无
低
低
低
低
低
表2是几种常见的烟气脱硫装置的综合比较：
表2烟气脱硫装置的综合比较
脱硫方法
简易湿法
进口湿法
国产湿法
海水法
CDSI
RCFB
DCL
机组容量/MW
2×125
300
2×125
300
50
210
60
脱硫效率（％）
81
95
90
90
65
85
50～65
工艺流程
较复杂
复杂
复杂
较复杂
简单
较复杂
很简单
Ca/S
1.05
1.03
1.03
———
1.5
1.3
1.5～2.5
吸收剂
石灰石粉
石灰石粉
石灰石粉
红海水
Ca（OH）2粉
CaO粉
固硫剂
单位投资/（元/kW）
510
913
512
587
208
571
120
脱硫成本/（元/tSO2）
1779.0
5718.9
4522.1
4925.2
3168.7
2932
2300
电价增量元/kW·h
0.0322
0.0389
0.0246
0.0182
0.0180
0.0188
0.0184
操作条件
一般
复杂
复杂
一般
简便
一般
简便
对环境的影响
较大
较大
较大
影响海水
无
较小
无
三、脱硫后的废水处理
脱硫废水主要是石膏浆液经脱水后排出的滤液，排放量约7t/h。
脱硫废水中主要污染因子为氯离子、SS、汞、铜、铅、镍、砷、钙、镁、铝、铁以及氟离子、硫酸根、碳酸根等，水体的pH值较低。
脱硫废水中的杂质主要来自烟气、脱硫剂（目前湿法脱硫的脱硫剂大多用石灰石）和工艺水。
其中，污染成分主要来自烟气，而烟气中的杂质又来源于煤的燃烧。
煤中含有包括重金属在内的多种元素，这些元素在燃烧后生成多种化合物，其中气体化合物会随烟气进入脱硫系统，溶解于吸收浆液中。
脱硫废水中的杂质主要包括悬浮物、高浓度的亚硫酸盐、硫酸盐、氟化物以及重金属。
脱硫后的废水处理系统包括：
水处理系统和污泥处理系统,其中水处理系统又分为中和、沉降、絮凝、浓缩澄清几个工序。
脱硫后的废水处理系统如图1所示。
图1脱硫后的废水处理系统
1.中和
废水处理的第一道工序就是中和，即在脱硫废水进入中和箱的同时加入一定量的5%的石灰乳溶液,将废水的pH值提高至9.0以上，使大多数重金属离子在碱性环境中生成难溶的氢氧化物沉淀。
2.沉降
脱硫废水中加入石灰乳后，当pH值为9.0～9.5时，大多数重金属离子均形成难溶的氢氧化物；同时，石灰乳中的Ca2+还能与废水中的部分F-反应，生成难溶的CaF2，达到除氟的目的；经中和处理后，废水中Cd2+、Hg2+含量仍然超标，所以在沉降箱中加入有机硫化物（TMT15），使其与残余的离子态的Cd2+、Hg2+反应，生成难溶的硫化物沉积下来。
3.絮凝
脱硫废水中的悬浮物含量较大，设计值为6000～12000mg/L，其中主要含有石膏颗粒、SiO2、Al和Fe的氢氧化物。
采用絮凝方法使胶体颗粒和悬浮物颗粒发生凝聚和聚集，从液相中分离出来，是一种降低悬浮物的有效方法。
所以在絮凝箱中加入絮凝剂FeClSO4，使废水中的细小颗粒凝聚成大颗粒而沉积下来。
在澄清池入口中心管处加入阴离子混凝剂PAM来进一步强化颗粒的长大过程,使细小的絮凝物慢慢变成粗大结实、更易沉积的絮凝体。
4.浓缩澄清
絮凝后的废水从反应池溢流进入装有搅拌器的澄清池中,絮凝物沉积在底部浓缩成泥，上部则为处理出水。
大部分污泥经污泥泵排到板框式压滤机,小部分污泥作为接触污泥返回中和反应箱，提供沉淀所需的晶核。
上部出水溢流到出水箱,出水箱设置了监测出水pH值和浊度的在线监测仪表，如果pH值和浊度达到排水设计标准，则通过出水泵外排，否则将加酸调节pH值或将其送回中和箱继续处理，直到合格为止。
5.污泥处理系统
当澄清池底部污泥存到一定高度时,启动污泥输送泵将污泥输送至板框压滤机中脱水。
压滤机压出的滤液经集水盘后的输送管道送至溢流坑,溢流坑液位达到设定高位时启动潜污泵将废液打入中和箱与新来的脱硫废水一道进入下一个处理循环；压出的滤饼（固体质量分数为45%）由汽车运出。
针对脱硫废水的特点，废水处理工艺主要采用加碱调节pH值，加药絮凝沉淀，澄清后达标废水回收用于干灰调湿或排入自然水体。
脱硫废水的处理工艺如下图所示：
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