于洪海

（华电电力科学研究院东北分院辽宁沈阳110179）

燃煤电厂氨法脱硫对二氧化硫与二氧化碳协同减排效应的初探

于洪海

（华电电力科学研究院东北分院辽宁沈阳110179）

目前，由温室气体导致的气候变化影响正在被全世界所关注，而燃煤电厂又是CO2排放大户，燃煤电厂正面临着污染物减排和温室气体减排的双重压力。通过对氨法脱硫的特点分析其对SO2与CO2协同减排效应，为燃煤电厂在污染物减排和温室气体减排协同减排方面提供参考。

氨法脱硫；CO2；协同效应

气候是人类生存自然环境要素之一，气候变化对人类和自然系统有着重要的影响，现今已经成为国际社会普遍关注的全球性问题。2015年12月12日，在巴黎气候变化大会上《联合国气候变化框架公约》（以下简称《公约》）近200个缔约方一致同意通过了《巴黎协定》。《巴黎协定》指出，各方将加强对气候变化威胁的全球应对，把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2摄氏度之内，并为把升温控制在1.5℃之内而努力。全球将尽快实现温室气体排放达峰，本世纪下半叶实现温室气体净零排放。据CDIAC（Carbon Di oxi deInf orm at i on Anal ysi sCent er）的相关研究数据显示目前我国是温室气体全球第一排放大国，占全球温室气体排放的29%，并且全球每年新增排放的温室气体约60%来自我国，因此，中国未来的排放水平和减排行动对其可持续发展和全球温室气体控制具有举足轻重的影响［1］。IPCC第五次评估报告（AR5）认为，以使用化石能源为主的人类活动引起的温室气体排放增加，对近百年来的气候变化发挥着主要作用，在我国电力行业目前主要以化石能源为主要燃料，其中煤炭又占有极大的比重，据不完全统计，我国电力行业消费了全国大约50%的煤炭，在煤炭消耗的过程中，产生了大量的SO2、NOX、烟尘和H g等污染物的同时，又产生了大量的CO2，随着公众环保意识的不断提高以及政府的持续重视，CO2大有成为继SO2、NOX、烟尘三大常规大气污染之后第四大污染物之势，目前我国出台了《国家应对气候变化规划（2014-2020年）》《工业企业温室气体排放核算和报告通则》等一系列政策标准以及建立碳排放权交易制度等行政措施开展CO2减排工作并逐渐加大力度。

燃煤电厂既向环境中排放SO2等大气污染物又向环境中排放了大量的CO2，在《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）修订实施后，为了满足更加严格的大气污染物排放标准，燃煤电厂纷纷加设脱硫脱硝设施或是对原有的环保设施进行提标改造，减少SO2等大气污染物的排放。《中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）》中指出，发电企业的全部排放包括化石燃料燃烧的CO2排放、燃煤发电企业脱硫过程的CO2排放，企业净购入使用电力的CO2排放。由此可知，脱硫过程是燃煤电厂CO2产生的主要部分之一。燃煤电厂在实施环保改造后，可能出现污染物降低，但CO2未随SO2等污染物发生同趋势变化的情况。如何减少SO2等大气污染物排放，改善环境空气质量的同时，降低CO2排放，减缓温室效应，将是未来一段时期内我国燃煤电厂乃至电力行业面临的急需解决的问题，IPCC第三次评估报告（AR）中正式提出了协同效应的概念。综上，本文以氨法脱硫为主，对其减排SO2和CO2之间的协同效应进行初步分析。

1　氨法脱硫技术

氨法烟气脱硫是以氨基物质作吸收剂，脱出烟气中的SO2并回收副产物（如硫酸铵等）的湿式烟气脱硫工艺，简称氨法。氨法是一种高效、低耗能的湿法脱硫技术，反应速率快，吸收剂利用率高，脱硫效率可达95%～99%。氨法具有丰富的原料作为吸收剂，一般以液氨、氨水和碳铵为主。氨法的最大特点是SO2的可资源化，可将污染物SO2回收成为高附加值的商品化产品。副产品硫铵是一种性能优良的氮肥，在我国具有很好的市场前景。

1.1氨法脱硫现状

随着《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）自2012年起逐步实施，燃煤电厂的SO2排放有了更严格的要求，我国大多数火电机组的脱硫设施均不同程度的进行升级改造，氨法脱硫也取得了快速的发展，目前已有接近百家企业采用了该技术。其中，已经投运规模最大的是江南环保公司承建的广西田东电厂2× 135M W机组的氨法脱硫装置。该装置采用二炉一塔配置，单塔的烟气处理量为110×104m3/h。另外，2012年6月，环保部将华能淮阴第二发电有限公司4×330MW机组氨法脱硫工程列为国家示范项目工程，这标志着氨法脱硫由中小机组向大型机组发展。

1.2氨法脱硫过程

以氨水（20%）为吸收剂，将吸收液在喷淋塔中自塔顶喷淋，与烟气逆流接触，主要发生如下反应：

上述反应中，起主要吸收作用的是（NH4）2SO3，随着反应的进行，其浓度会逐渐下降，为了保持溶液的吸收能力，可以向系统中添加氨水，NH4HSO3与氨水发生反应重新生成（NH4）2SO3，从而维持了吸收液的吸收能力。

而亚硫酸铵被氧化风机鼓入的空气强制氧化，最终生成硫酸铵：

2　氨水与二氧化碳反应机理

氨水与CO2的反应主要是发生在在气液界面的液膜中，其主要的化学反应方程式为：

在氨水与CO2的反应过程中，迅速生成NH2COONH4且不可逆，反应初期，控制CO2吸收速率，若增加汽液接触面积和传质系数将有利于CO2吸收。在氨水脱碳过程中，随着碳化度（即氨水中CO2的浓度与氨的浓度之比）增大，CO2吸收速率逐渐由此水解速率控制。

3　氨法脱硫对二氧化硫与二氧化碳协同减排效应

由于迫于污染物减排与降低CO2排放减缓气候变化影响的双重压力，如果在SO2等大气污染物减排的同时降低CO2的排放将对燃煤电厂绿色低碳发展起到促进作用。早在2001年，何伯述等人便进行了使用胺洗涤液协同脱除CO2、SO2和NOX等气体的研究［2］，同年IPCC第三次评估报告中首次提出协同效应的概念。

目前采用氨法脱硫技术电厂所使用的氨水浓度较低，普遍在20%以下。Jam esW ei f u Lee［3］等人采用氨水喷淋烟气吸收CO2，其结果表明用28%的氨水可以吸收98%的CO2，而用10%的氨水可以吸收80%的CO2。由此可知，低浓度氨水在适当的条件可以与烟气中的CO2反应。

另外，通过氨法脱硫的脱硫剂分子式（NH3·H2O）可以看出，不同于采用碳酸盐类脱硫剂的钙法脱硫技术，氨法脱硫的脱硫剂自身不含碳，反应过程中不会产生CO2。吴兑［4］等人在对目前常见的脱硫技术存在的温室气体排放隐患研究中指出，氨法脱硫工艺不排放CO2，即控制了大气污染，又减排了温室气体；汤烨［5］通过对大气污染物与温室气体协同减排效应核算进行研究表明，氨法脱硫，因为使用氨水作为脱硫剂，在溶解SO2的过程中，也能因溶解CO2而产生CO2削减量。

通过上述氨水与SO2和CO2的反应机理的介绍以及多为专家学者的研究表明，氨法脱硫技术在SO2与CO2协同减排方面具备正效应，在去除SO2同时可降低CO2排放。

4　结论与展望

根据前文叙述以及氨法脱硫技术的特点可知，在不考虑脱硫系统运行过程中消耗的电力产生的CO2时，氨法脱硫技术对SO2和CO2协同减排方面具备正效应，可以同时为燃煤电厂污染物减排和温室气体减排做出贡献。但目前氨法脱硫相比石灰石-石膏法脱硫技术来说，应用范围没有其广泛，并且氨法脱硫应用于300MW及以上机组也不是很多，同时氨法脱硫具体减排CO2量也有待具体分析计算。尽管如此，氨法脱硫以其设备占地少、投资小、操作简单，整个过程不产生任何废水、废液和废渣，回收的SO2全部转化为硫酸铵化肥等特点，在燃煤电厂SO2与CO2协同减排方面具有良好的应用前景。

［1］Friedlingste in，P.，R.M.Andrew，J.Rogelj，et al.Persistent growth of CO2 em issions and implications for reaching climate targets［J］.Nature Geoscience，2014.7（10）：709-715.

［2］何伯述，郑显玉，王淑娟，等.NH3脱除烟气中气态污染物的应用前景［C］.中国工程热物理学会第十届年会，2001.

［3］James Weifu Lee.Integration of fossil energy systems with CO2sequestration through NH4CO3production［J］.Energy Conversion and Management，2003，44：1535-1546.

［4］吴兑，吴晟，谭浩波.现行脱硫技术存在排放温室气体的隐患［J］.环境科学与技术，2008.31（7）：74-79.

［5］汤烨.火电厂大气污染物与温室气体协同减排效应核算及负荷优化控制研究［D］.北京：华北电力大学，2014.

于洪海（1982—），男，沈阳人，硕士，工程师，目前主要从事电厂环境技术监督和污染治理研究工作。