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浅谈当前火电厂烟气脱硫技术的发展概况及其应用
摘要：本文简要介绍了当前国内外主要烟气脱硫技术的发展状况及其各自的特点，结合我国火电厂100MW及以下机组除尘状况，着重分析了湿法除尘-脱硫一体化技术的原理以及存在的问题和相应解决的办法，目的是探讨100MW及以下机组的脱硫改造技术的可行性和必要性，为将来佳木斯发电厂除尘脱硫的改造工作奠定一个良好的理论基础。
关键词：脱硫　除尘　火电厂　环保

      1　前言
      我国是以燃煤为主的国家，据统计，1995年煤炭消耗量为12.8亿吨,且呈逐年递增趋势，二氧化硫的排放量达2370万吨，超过美国2100万吨的排放量，成为世界二氧化硫排放**大国。目前国内62%以上的城市SO2浓度超过国家环境质量二级标准，占国内面积40%左右的地区受到SO2大量排放引起的酸雨污染，因此控制SO2的污染势在必行。
1996年我国颁布的新《大气污染防治法》针对我国酸雨和SO2污染日趋加重的情况，规定对已经产生和可能产生酸雨的地区和其他SO2污染严重地区划定酸雨控制区或者SO2控制区，控制区内新建的不能燃用低硫煤的火电厂和其他大中型企业必须配套建设脱硫和除尘装置，或者采用相应控制SO2的措施；已建成的不能燃用低硫煤的企业应采取控制SO2排放和除尘措施。国家环保局要求在两控区内，要把治理措施作为当地规划的重点内容。
      2　当前烟气脱硫技术的发展状况
目前，国内外应用的SO2的控制途径有三种：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫（即烟气脱硫）。其中，烟气脱硫（FGD即Flue Gas Desulfuration）是目前世界**大规模商业化应用的脱硫方式，是控制SO2污染和酸雨的主要技术手段。
全世界已有15个国家和地区应用了FGD装置，其设备总装机容量相当于2-2.5亿Kw，每年去除SO21000万吨。据统计，1992年，全球安装了FGD装置646套，其中美国占55.3%，德国占26.4%，日本占8.6%，其余国家占9.7%。由于上述三国大规模应用FGD装置，且成效显著，虽然近年三国电站的装机容量不断增加，但SO2排放总量却逐年减少。
下面简要介绍目前在市场上应用比较广泛的烟气脱硫方法
      2.1　电子束氨法烟气脱硫脱硝工业化技术（简称CAEB－EPS技术）
该技术充分挖掘电子束辐照烟气脱硫脱硝技术的潜力，结合中国具体国情，具有投资省、运行费用低、运行维护简便、可靠性高等独有的特点，居******。
      2.1.1　工艺原理
CAEB－EPS技术是利用高能电子束（0.8~1MeV）辐照烟气，将烟气中的二氧化硫和氮氧化物转化成硫酸铵和***的一种烟气脱硫脱硝技术。该技术的工业装置一般采用烟气降温增湿、加氨、电子束辐照和副产物收集的工艺流程。除尘净化后的烟气通过冷却塔调节烟气的温度和湿度（降低温度、增加含水量），然后流经反应器。在反应器中，烟气被电子束辐照产生多种活性基团，这些活性基团氧化烟气中的SO2和NOx，形成相应的酸。它们同在反应器烟气上游喷入的氨反应，生成硫酸氨和硝酸氨微粒。副产物收集装置收集产生的硫酸氨和硝酸氨微粒，可作为农用肥料和工业原料使用。
      2.1.2　技术特点：
①经济的烟气脱硫脱硝方法
②EA－FGD技术能同时高效率脱除烟气中95%以上的二氧化硫和70%以上的氮氧化物，使脱硫投入升值。
③装置运行操作简便、负荷跟踪能力强
④副产物是有用的氨料，无二次污染。
      2.1.3　应用领域
CAEBE－PSP技术可广泛应用于燃煤电站、化工、冶金、建材等行业。
      2.2　脉冲电晕放电等离子体烟气脱硫脱硝技术
      2.2.1　原理
脉冲电源产生的高电压脉冲加在反应器电极上，在反应器电极之间产生强电场，在强电场作用下，部分烟气分子电离，电离出的电子在强电场的加速下获得能量，成为高能电子(5～20eV)，高能电子则可以激活、裂解、电离其他烟气分子，产生OH-、O2、H2O等多种活性粒子和自由基。在反应器里，烟气中的SO2、NOX被活性粒子和自由基氧化为高阶氧化物SO3、NO2，与烟气中的H2O相遇后形成H2SO4和HNO3，在有NH3或其它中和物注入情况下生成（NH4）2SO4/NH4NO3的气溶胶，再由收尘器收集。脉冲电晕放电烟气脱硫脱硝反应器的电场本身同时具有除尘功能。
      2.2.2　技术特点
具有装置简单、运行成本低、有害污染物**彻底、不产生二次污染等优点。
      2.3　石灰石/石膏湿法
该方法是世界上*成熟的烟气脱硫技术，采用石灰或石灰石乳浊液吸收烟气中的SO2 ，生成半水亚硫酸钙或石膏。
      2.3.1　优点：
(1)脱硫效率高(有的装置Ca/S=1时，脱硫效率大于90%)；
(2)吸收剂利用率高，可达90%；
(3)设备运转率高(可达90%以上)。
      2.3.2　缺点：成本较高、副产物产生二次污染等。
      2.3.3　原理：水中溶解的石灰石离解产生OH-离子，将反应生成的H+中和生成H2O。使得上述平衡向右进行。



鼓入的空气可将生成的二氧化碳带走，也可用来氧化在上述反应中得到的 和 离子，*后生成石膏沉淀物。



      3　湿法烟气脱硫除尘一体净化技术
      3.1　原理
湿法除尘就是创造烟气与水接触的机会,如果在水中加入脱硫剂,那么除尘的同时又能脱硫,就是脱硫除尘一体同时进行。烟气与水或洗涤液接触的方式主要有以下几种:
１)利用雾化器把含有脱硫剂的洗涤液雾化成细小液滴,喷洒到烟气中。如喷雾室烟气洗涤器就是利用此原理。
２)让烟气通过吸收液层,烟气以气泡形式与吸收液接触,即烟气洗涤,利用此原理的装置目前开发应用的较多。如流化床烟气净化器,湍球塔烟气净化器,水浴式烟气净化器等。
３)利用惯性作用使烟气与水膜接触,如旋风水膜除尘器,文丘里水膜除尘器等。
４)利用静电力使烟气中的尘粒与液膜接触,如静电水膜除尘器。
湿式除尘的机理可归纳以下几点:
１)利用惯性,布朗运动,表面张力,重力作用使尘粒被液滴、液膜截留、粘附。
２)尘粒增湿相互凝聚,蒸汽以尘为凝结核凝结,增强尘料的凝聚性,强化上述除尘作用。
３)热泳力、静电力使尘粒在液面上聚集。湿式脱硫除尘器的脱硫机理实际上是烟气中的主要成分二氧化硫被液体吸收,是一种化学吸收作用。惯性、表面张力、重力、静电力作用对二氧化硫的化学吸收不起作用,对化学吸收起作用的是气体和液体分子、离子的扩散运动以及气体、液体的对流和混合。
      3.2　存在的问题
      3.2.1　除尘效率、脱硫效率同步提高的问题。从上述脱硫除尘机理可以看出,利用湿法同时脱除烟尘和二氧化硫时,烟气除尘和二氧化硫吸收的气液接触面积是相同的,而惯性、重力等对脱硫不起作用,同时烟气中的二氧化硫浓度很低,故提高脱硫效率难度更大。主要利用惯性、重力、静电作用的旋风湿式除尘器、喷雾沉降室,静电湿式除尘,由于主流烟气距离液膜、液滴较远,烟气中的二氧化硫难以靠扩散作用到达液面,故此类除尘器难以做到脱硫除尘同步高效。在保证烟尘排放达标的同时,提高脱硫效率,使二氧化硫排放达标是当前烟气脱硫除尘一体净化技术发展的关键。
      3.2.2　磨损、腐蚀、结垢问题。利用湿法同时脱除烟尘和二氧化硫不可避免地同时存在磨损、腐蚀、结垢问题,特别是磨损与腐蚀相互促进,使解决问题的难度加大。结垢问题主要是由于加入钙质脱硫剂过量,引起洗涤液ＰＨ值过高,促进了二氧化碳的吸收,生成了过多的碳酸钙,硫酸钙等沉淀物质。结垢会造成通道阻塞 ,破坏气液的正常流动工况,恶化净化效果,使阻力增加,风机带水。必须对结垢问题给予足够的重视。
      3.2.3　风机带水问题。烟气带水引起引风机振动,清灰次数增多是困扰湿法除尘的老大难问题。湿法脱硫除尘一体进行,使这一问题更加突出。这里既有设计制造方面的原因,也有运行方面的原因。设制造的原因主要是脱水器设计不合理,临界烟速选择不当;特别是实际设备烟气量变小时,偏离了脱水器设计工况,脱水器性能恶化,而设计时对此未预充分重视;运行方面的原因突出表现在用户不按操作规程运行,少水运行,使水大量雾化;另外还有环境因素,如设备冬季运行,室外温度低,而脱硫除尘器以后的烟气处于饱和状态,烟道内壁结露,烟速过高,把露滴带走,造成风机带水。
      3.2.4　污液处理问题。湿法脱硫除尘必然存在污液处理问题。为做到没有二次污染,节约用水,洗涤液必须循环使用。要在洗涤液循环系统的合适位置加入适量的脱硫、固硫剂,才能真正做到脱硫。如不及时加入脱硫剂,必然使循环洗涤液的酸度逐渐上升,*后达到和烟气中二氧化硫的含量平衡的状态,使脱硫效率大大下降,同时设备腐蚀加剧。
      3.3　解决问题的技术措施
      3.3.1　提高脱硫除尘效率的措施
a.湿法脱硫除尘器应以洗涤净化机理为主,取其气液接触面积大,气膜薄,气泡小,二氧化硫扩散距离短,阻力小的优点。
b. 强化传质过程,如通过选择合适的空塔速度,利用填料,搅拌等措施来减小气膜、液膜厚度,增大气液接触面积,强化气流、液流的湍动。另外可以在洗涤液中加入可溶性碱性物质,作为辅助吸收剂,强化洗涤液对二氧化硫的吸收,提高液侧的传质阻力。
c. 设计时要充分考虑低负荷时脱硫除尘器性能的变化,必要时可增加辅助净化措施,以便低负荷时启用,保证低负荷时,脱硫除尘器具有稳定的净化效果。
      3.3.2　解决磨损、腐蚀、结垢问题的措施
a. 根据脱硫除尘器不同部位的特点和要求,综合考虑成本,寿命等因素选择合适的防腐耐磨材料,如耐酸水泥,玻璃钢、不锈钢、耐磨耐腐衬里、麻石等。
b.为防止腐蚀,同时强化传质,可适当控制洗涤液的ＰＨ值,以使净化器中洗涤液呈弱酸性,也可防止结垢。
c.运行单位要严格按操作规程运行,以免造成防腐层破坏,引起设备腐蚀。如有的单位缺水运行,烧坏防腐层;有的单位不加脱硫剂或一次性加入过量脱硫剂,造成设备腐蚀、结垢、阻塞。
      3.3.3　解决风机带水问题
a. 对大型设备,经技术经济比较可采用烟气再热的方法彻底解决烟气带水问题。
b.适当加大脱水器后引风机前烟道的直径,并进行保温,防止烟气对凝结水的携带。
C.合理选择脱水器的型式和设计参数。低负荷时,可采取相应的辅助措施。
      3.3.4　对污液处理问题的解决
a.合理选择脱硫剂的加入量和加入地点。条件许可可采用脱硫剂连续加入办法。脱硫剂加入地点*好在沉淀池的入口,辅助吸收剂的加入地点*好在净化器洗涤液的入口。
b.根据洗涤液各处的ＰＨ值,选择污水泵或耐酸耐磨污水泵及管路,鉴于现状,*好选耐酸耐磨污水泵作为循环水泵,管路也选耐腐管路。
c.合理设计沉淀池的大小和洗涤液的流程,运行时及时**沉淀污泥。
      3.4　解决问题的管理措施
a.作为用户要增强环保意识。脱硫除尘的效益主要是环保效益,而取得环保效益必须付出经济代价,不能为单位利益,牺牲环保效益,在运行时不加脱硫剂,使脱硫除尘器只有除尘功能而无脱硫功能。
b.环保部门应加强对湿式脱硫除尘器产品的监督检查,制定有关标准,防止不合格产品进入市场。
c.环保部门应组织有关脱硫除尘的技术培训,使用户了解国家有关政策、法规,掌握脱硫除尘的*新技术。
      4　佳木斯发电厂环境保护状况
佳木斯发电厂现有四台100MW机组，锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的410吨高温高压锅炉。年燃煤量100万吨，燃烧的煤质为低挥发份烟煤，煤质含硫在0.2~0.3%之间，属于低硫煤。即使这样，每年向大气排放的二氧化硫污染物也达到3000吨左右，给当地的大气环境造成了很大的污染。按照国家发展计划委员会、财政部、环保总局和国家经贸委联合发布的《排污费征收标准管理办法》中二氧化硫排污费的计算方法计算，佳木斯发电厂每年应缴纳200万元的排污费，加上其他项目每年缴纳的排污费高达千万元。这给企业戴上了一个沉重的经济负担。因此，不论是从改善当地的环境质量出发，还是从企业的经济利益出发，改造除尘设备，上脱硫脱硝设备已迫在眉睫。而除尘脱硫一体化技术非常适合佳木斯发电厂的现状，该技术已在牡丹江**发电厂、双鸭山**发电厂得到了很好的应用。该技术的脱硫效率可以达到80%以上，对于燃用低硫煤的机组完全能够满足环境保护的要求。
      5　结论
      通过以上的分析我们可以看出，目前世界上的脱硫脱硝技术是非常多的。随着科学技术的进步和人们环境意识的提高，会有越来越多的新的脱硫技术脱颖而出。但从当前的情况来看，除尘脱硫一体化技术无疑是佳木斯发电厂目前*好的选择。原因如下：
（1）该技术有较高的除尘效率和脱硫效率，完全满足环保的要求。除尘效率可以达到99%以上，脱硫效率达到80%以上，和其他脱硫方法相比具有系统简单、投资低的优点，具有很好的技术经济性。
（2）运行费用、维护费用脱硫剂消耗等方面费用远小于电除尘器和湿法烟气脱硫。
（3）工程施工时间短，可以利用电厂的机组大修期间进行，不影响电厂的正常发电任务。
参考文献：
[1] 郝吉明，马广大，大气污染控制工程
[2] 胡将军，燃煤电厂烟气脱硫技术
[3] 李振中，湿式除尘脱硫一体化技术及应用
[4] 中国劳动保护科学技术学会，《工业防尘手册》，劳动人事出版社，1989 10
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