李阳 慧明

0 引言

随着人民生活水平提高，全球对环境保护意识更加明确，世界各国都加强了环保综合治理力度，而我国更是能源大国，对环保治理逐步走上规范化管理快车道[1]。国务院于2007年5月23日下发了由发展改革委会同有关部门制定的《节能减排综合性工作方案》，明确提出要推动燃煤电厂二氧化硫治理工程，并加强烟气脱硫设施运行监管。新建电厂必须配套脱硫设施，老电厂要通过改造新增脱硫设置，因此，综合分析脱硫效率和投资运行费用，选择一项合适的脱硫工艺对于电厂来说也显得格外重要。本文通过对目前应用较普遍的脱硫技术在脱硫工艺、应用范围、脱硫效率、投资和运行费用等方面的综合分析，为企业选择一种合适的脱硫技术提供了参考[2]。

1 烟气脱硫技术概况

目前，世界上烟气脱硫的方法已达100多种，工业上应用的方法也约有20种之多。其中湿法脱硫技术应用约占整个工业化脱硫装置的85%，而湿式石灰石/石灰法(又称双碱法)又占湿法的约80%，在当今技术中占主导地位。循环流化床(CFB)烟气脱硫技术近几年发展迅速，是一种适用于燃煤电厂的干法脱硫工艺，本文将就这两种工艺在燃煤电厂中的应用做对比。

2 脱硫工艺流程及脱硫原理

2.1 双碱法脱硫技术

烟气经电除尘器除尘后，通过增压风机、烟气换热器(GGH)(可选)降温后进入吸收塔。在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中，以便脱除SO2，SO3，HCl和HF，与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应的副产物被导入的空气氧化为石膏(CaSO4·2H2O)，并消耗作为吸收剂的石灰石。循环浆液通过浆液循环泵向上输送到喷淋层中，通过喷嘴进行雾化，可使气体和液体得以充分接触。

在吸收塔中，石灰石与二氧化硫反应生成石膏，这部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出，进入石膏脱水系统。在吸收塔出口，烟气一般被冷却到46℃～55℃左右，且为水蒸气所饱和。通过GGH将烟气加热到80℃以上，以提高烟气的抬升高度和扩散能力。最后，洁净的烟气通过烟道进入烟囱排向大气。

双碱法脱硫原理如下:

SO2+H2O—H2SO3吸收;

CaCO3+H2SO3—CaSO3+CO2+H2O中和;

CaSO3+1/2O2—CaSO3氧化;

CaSO3+1/2H2O—CaSO3·1/2H2O结晶;

CaSO4+2H2O—CaSO4·2H2O结晶;

CaSO3+H2SO3—Ca(HSO3)2pH控制。

同时烟气中的HCl，HF与CaCO3的反应，生成CaCl2或CaF3。吸收塔中的pH值通过注入石灰石浆液进行调节与控制，一般pH值在5.5～6.2之间。

2.2 CFB烟气脱硫技术

CFB烟气脱硫技术脱硫剂用的是生石灰。脱硫工艺的脱硫过程是在吸收塔内完成的。生石灰粉(或小颗粒)经制浆系统掺水、搅拌、消化后制成具有很好反应活性的熟石灰Ca(OH)2浆液，制成后的吸收剂浆经泵送至吸收塔上部，由喷嘴或旋转喷雾器将石灰浆吸收液均匀地喷射成雾状微粒，这些雾状石灰浆吸收液与引入的含二氧化硫的烟气接触，发生强烈的物理化学反应，低湿状态的石灰浆吸收液吸收烟气中的热量，大部分水分汽化蒸发，变成含有少量水分的微粒灰渣，在石灰浆吸收液吸热的同时，吸收烟气中的二氧化硫[3]。

CFB烟气脱硫技术的脱硫原理是Ca(OH)2粉末和烟气中的SO2和几乎全部的SO3，HC1，HF等酸性气体，在Ca(OH)2粒子的液相表面发生反应，反应如下:

Ca(OH)2+2HC1—CaCl2+2H2O

Ca(OH)2+2HF—CaF2+2HO

Ca(OH)2+SO3—CaSO4+H2O

Ca(OH)2+SO2—CaSO+H2O

Ca(OH)2+SO2+1/2O2—CaSO4+H2O

它以CFB为原理，通过物料在反应塔内的循环和高倍率的外循环，形成含固量很高的烟气流化床，从而强化了脱硫吸收剂颗粒之间、烟气中SO2，SO3，HCl，HF等气体与脱硫吸收剂间的传热传质性能，将运行温度降低到露点附近，并延长了固体物料在反应塔内的停留时间，提高了SO2与脱硫吸收剂间的反应效率、吸收剂的利用率和脱硫效率。

3 双碱法脱硫与CFB烟气脱硫优劣比较

以100 MW机组脱硫改造为例进行具体分析，对双碱法脱硫和CFB烟气脱硫技术进行比较，具体数据见表1。

3.1 双碱法脱硫

3.1.1 优点

1)系统稳定可靠，气液接触充分，具有高脱硫率和高除尘率，一般可达95%以上，工业化应用广泛;2)烟气处理量大，煤种适应性强，对高硫煤、大容量机组优势突出;3)适用于各种容量机组，对负荷变化能做出快速响应，适应性强，检修维护简单;4)吸收剂廉价、易得且利用率高达90%，钙硫比一般在1.03左右。

表1 双碱法脱硫和CFB烟气脱硫技术对比结果

3.1.2 缺点

1)GGH易结垢、堵塞和腐蚀。GGH结垢、堵塞使得净烟气排放温度达不到设计要求，并对下游设施造成腐蚀，同时，使系统水耗和电耗增加，甚至可能造成分机喘振，影响主机的安全运行;2)pH值控制不好，将影响系统化学反应速度和加剧对吸收塔的腐蚀;3)吸收塔液位控制太高或太低将影响脱硫效率。吸收塔液位太低将缩短烟气与浆液的反应时间;而液位太高，将制约除雾器及GGH的冲洗;4)对褐煤和烟煤的脱硫石膏必须进一步进行处理方可利用，这将使得湿法脱硫装置的投资费用有所增加。同时，随着该装置的不断投入运行，脱硫石膏的产量将相应增加。例如目前德国市场上的石膏原料75%由火电厂提供，脱硫石膏将逐步替代天然石膏，并且有过剩的可能。中国目前已有数台石灰石/石膏湿法脱硫装置投入运行，但生产的脱硫石膏由于含杂质和水分不符合要求而无法利用。为使脱硫石膏可以利用需投入一笔建设费用，根据国外的有关资料，此费用比抛弃石膏的费用高30%左右。另外，石灰石/石膏法脱硫装置宜用于拥有石灰石资源且缺乏天然石膏资源的地区，否则会增加脱硫装置的投资费用、运行费用，减少脱硫副产品的收益。

总结:与CFB烟气脱硫技术相比，双碱法石灰石消耗量极大。设备建设成本高，运行费用高，设备庞大，占地面积需要量大。

3.2 CFB烟气脱硫技术

3.2.1 工艺优点

1)流化床吸收塔内具有优良的传质传热条件，使塔内的水分迅速蒸发，并且可脱除几乎全部的SO3，烟气温度高于露点20℃以上，可确保吸收塔及其下游设备不会产生腐蚀。吸收塔及其下游设备不会产生粘结和堵塞，也不会产生腐蚀;2)由于脱硫剂的利用率高，它所产生的脱硫副产物排放量少。副产品综合利用价值高，无废水排放等二次污染;3)塔内完全没有任何运动部件和支撑杆件，操作气速合理，塔内磨损小，没有堆积死角，设备使用寿命长、检修方便;4)在煤的含硫量增加或要提高脱硫效率时，无需增加任何设备，仅增加脱硫剂就可以满足要求;5)能够脱除SO3，HCl，HF等，增加活性碳粉，还可以脱出二恶英;6)工程投资少，占地面积小。

总结:CFB法烟气脱硫技术具有技术成熟可靠、脱硫剂利用率高、脱硫效率高、运行稳定、运行费用低、无结垢堵塞现象等优点，适合新老机组，特别是中、小机组烟气脱硫改造。

3.2.2 缺点

1)由于喷浆或喷水与流化床料接触不均匀，塔壁易结垢;2)为维持流化料床的稳定，需要保持一定的流速，导致负荷适应性差，易塌床;

3)终产物亚硫酸钙稳定性差，暴露在大气中易分解SO2到大气中，如不能找到综合利用的途径，需要集中填埋。

4 结语

通过对比分析可以看出，CFB法烟气脱硫技术系统简单、运行费用低、无结构堵塞现象、单位投资较小、建设周期短、占地面积小，适合于老机组没有预留脱硫设施的改造。

双碱法脱硫技术可处理大烟气量且具有适用煤种广，脱硫效率高、运行稳定。但建设成本高，运行费用高，设备庞大，占地面积大。

作为现代燃煤电厂的重要环保设施，脱硫系统的重要性日益突出，脱硫系统投运与否、是否同步、是否稳定运行，已经受到社会和政府职能部门越来越多的关注。因此，脱硫工艺的选择成为脱硫设施运行稳定与否的前提。各火电厂可根据企业自身特点结合本文结论，合理选择脱硫工艺，为火电厂脱硫系统运行的可靠性、经济性、稳定性提供参考依据。

[1]纪 煜，王景斌.电厂湿法脱硫运行中存在问题及解决办法[J].内蒙古石油化工，2010(10):12-15.

[2]张君杰.脱硫技术在火电厂的应用分析[J].环境科学与管理，2009(34):8.