张晓玲

（华电电力科学研究院浙江杭州310030）

活性焦烟气净化技术及其在燃煤电厂的前景分析

张晓玲

（华电电力科学研究院浙江杭州310030）

首先介绍了活性焦烟气净化技术的原理和各污染物最终去向，分析了其技术优势，然后提出了该技术在燃煤电厂推广应用的难点及其解决思路，最后从活性焦烟气净化技术的环保先进性和高度节水性出发，阐述了在环保重点地区的燃煤电厂和富煤缺水地区的煤电基地具有较为广阔的应用前景。

活性焦；联合脱除；超低排放；高度节水

活性焦具有良好的孔隙结构、丰富的表面基团、较高的化学稳定性和热稳定性，是一种良好的烟气净化剂，能同步脱除烟气中的SO2、NOx、SO3、Hg、粉尘、二恶英等污染物[1-3]。

活性焦烟气净化技术在德国和日本研究得较早，目前全世界已建成有数十套活性焦烟气净化工业装置，应用于处理燃煤、燃油、烧结、垃圾焚烧和重油分解烟气等，其中最大应用业绩为日本新矶子电厂2×600MW机组烟气净化工程[4]。近些年，国内从事活性焦烟气净化的还有上海克硫公司，已建有10余套工业装置，主要应用于冶金行业的硫酸尾气治理，但总体规模不大，且应用于燃煤锅炉烟气的业绩少[5]。国内已投运的、较大规模的活性焦烟气净化装置为太钢集团2×450m2烧结烟气净化系统，采用日本全进口技术和设备，副产物为质量分数为98%硫酸，用于太钢公司内生产硫酸铵或进行酸洗[6-7]。本文通过系统分析活性焦烟气净化技术的工艺特点，提出了其在燃煤电厂推广应用的难点及其解决思路，期望对本技术在燃煤电厂的应用推广和后续研究提供帮助。

1　活性焦烟气净化技术原理

1.1工艺流程

如图1所示，该技术主要设施有吸附塔、解析再生塔、活性焦输送机、振动筛、旋转给料阀等。在吸附塔内，活性焦自上而下缓慢移动，与烟气错流接触进行净化处理。吸附后的活性焦被输送机进入解析塔，首先经过加热段，被加热至400℃以上进行高温解析，富SO2气体排出至制酸车间。解析后的活性焦随后经过冷却段，温度降至150℃以下，再经过输送装置再次进入吸附塔循环利用。

图1　活性焦烟气净化工艺流程示意图

1.2脱硫脱硝反应原理

活性焦对SO2、NOx的脱除首先发生的是物理吸附，然后将吸附的SO2催化氧化为H2SO4。若在吸附塔前喷氨，活性焦可同时作为催化剂，在低温（90℃～160℃）状态下进行催化还原反应。当SO2浓度较高时，喷入的NH3会优先与SO2反应。只有当SO2浓度较低时，NOx脱除反应才会占主导地位，因此同步脱硫脱硝应采用两级吸附，第一级主要脱除SO2，第二级主要脱除NOx。反应式如下：

SO2解吸过程是在高温和隔绝氧气的条件下，H2SO4与活性焦发生反应得到高浓度的SO2气体，进而可以用来生产浓硫酸等副产品。其解吸反应式如下：

1.3其他污染物脱除原理

在吸附塔中，烟气中的粉尘、SO3、HCl、HF、汞及其化合物等多种污染物同时被吸附于活性焦的微孔中，其中SO3、HCl、HF与烟气中的H2O发生反应生成相应的酸，在解吸时又分解为相应的酸性物质进入到副产物中。同时在解吸过程中汞及其化合物会进入到制酸气体中，最后在制酸废水中被固定下来[8-9]。在通过振动筛时，大部分粉尘成为筛下物被收集，或者随破碎的活性焦一起送入锅炉燃烧，再被除尘器收集。

二恶英污染物被活性焦吸附后，在解析塔缺氧环境下高温加热可产生除氯化反应或切断氧气交联结构的反应，从而实现无害化。也可随破碎的活性焦排出系统，送至锅炉中焚烧，在炉膛高温焚烧下被分解。

2　活性焦烟气净化技术的优势

同传统的烟气单独脱硝技术和脱硫技术串联相比较，活性焦烟气净化技术具有明显的优势，总结如下：（1）采用一套装置可实现同时脱硫脱硝，且脱硫效率高达96%～99%。当吸附塔前喷氨时，可达40%～50%的脱硝效率；当采用两级吸附塔时，可达到80%～90%以上的脱硝效率，完全满足SO2、NOx排放要求。（2）能联合脱除汞、SO3、HCl、HF、粉尘、二恶英等多种污染物，实现真正意义的烟气净化。（3）活性焦烟气净化系统排烟温度较高，无湿法脱硫的“石膏雨”问题，也不会出现湿烟气的烟羽视觉污染问题，对烟囱的防腐要求也大大降低。（4）活性焦吸附和解析工艺均为干式，全过程不消耗水，考虑副产物综合利用的水耗，单台600MW机组的水耗＜10m3/h；而同等规模湿法脱硫系统水耗均在100m3/h以上，因此活性焦技术节水效果高达90%以上，高度节水。（5）脱硫副产物可制成浓硫酸，可广泛应用于化肥、钢铁、化工等领域，特别在有一定工业基础的地区，副产物综合利用前景好。（6）相对于传统的石灰石-石膏法脱硫系统，活性焦法工艺流程较短，转动设备较少，特别是对于无脱硫旁路的燃煤机组，该技术系统可靠性高，检修维护费用低。

3　活性焦烟气净化技术的推广难点及解决思路

3.1投资偏高

由于活性焦烟气净化技术在国内尚处于起步期，大型的国产工程业绩还较少。在国内产业化推广初期，需要进行部分核心技术和关键设备开发，研发费用和扩大设备生产线的前期投入较大，分摊至早期工程上的费用也较高。加之设备未形成标准化，许多设备要求非标订制，另外目前少数关键设备和部件还需要进口。由于以上几方面的原因，导致产业化推广初期的投资偏高，据测算，600MW机组建设活性焦烟气脱硫系统，工程单位造价将达到400元/kW～500元/kW。

随着大型化、国产化、产业化的推进，通过设备的标准化生产及工艺设计优化等，预计可将工程造价降低50%，即降低到200元/kW～250元/kW。

3.2运行成本偏高

活性焦烟气净化技术大范围推广的另一个难题是运行成本偏高。当前活性焦价格约为：4000元/t，而石灰石粉（250目）的价格约为：110元/t。以600MW机组为例，活性焦工艺运行成本约0.025元/kW·h。运行成本中，活性焦成本占30%以上，折旧占20%以上，电耗和解析热源成本各占15%左右，贷款利息接近10%，其余为人工费、材料费、维护费、管理费等。

这个问题可通过开展制焦技术研发，降低制焦对煤种的品质要求，特别是加快褐煤制焦的工业化，并因地制宜地在电厂附近配套建焦厂，可降低活性焦的自身成本及运输成本。另外，随着初投资的降低，折旧和贷款利息相应减少。据测算，当规模化推广后，活性焦脱硫运行成本可降至0.013元/kW·h～0.016元/kW·h。

3.3浓硫酸的出路问题

我国是一个硫资源匮乏的国家，每年进口硫磺1000×104t左右，大部分的硫磺被用于制成硫酸产品[10]。但是活性焦脱硫的副产物为高浓度的SO2，在目前技术水平下还不能制成硫磺，只能制成93%或98%的浓硫酸。硫酸较于硫磺不便运输，长距离运输将失去其经济竞争力。若电厂位于工业较发达地区，浓硫酸销路一般较好。若电厂地处偏远地区，周边缺少配套工业来消纳浓硫酸。在考虑采用活性焦法时，应首先调研副产品浓硫酸的出路。不同地区、不同时期的浓硫酸价格波动较大，副产品销路是影响活性焦烟气净化技术推广的关键因素之一。

4　活性焦烟气净化技术在我国燃煤电厂的应用前景

随着我国环保要求的日趋严格，以及对富煤缺水地区煤电基地的开发，活性焦烟气净化技术应重点在以下两类电厂进行推广。

4.1环保重点地区的燃煤电厂

2014年9月，国家发改委、环保部、能源局联合下发了《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》，要求燃煤发电机组逐步达到燃气轮机的排放限值，即通常所说的超低排放，要求排放NOx≤50mg/m3、SO2≤35mg/m3、烟尘≤10mg/m3，目前部分地方在执行时甚至要求粉尘排放≤5mg/m3。在如此严格的排放标准下，传统的烟气净化装置必须采用多套烟气净化装置串联，才有可能达标，但依然无法消除烟羽视觉污染问题。而采用活性焦烟气净化技术，很容易实现超低排放。同时在环保重点地区，一般为工业发达地区，副产品浓硫酸的销路好。因此，活性焦法作为高度环保的烟气净化技术，在环境保护重点地区有较大的市场空间。

4.2富煤缺水地区煤电基地的新建电厂

根据中国电力企业联合会组织编制的《电力工业“十二五”规划研究报告》，未来我国煤将大力推行煤电一体化开发，加快建设大型煤电基地。煤电开发的重点和发展目标是：重点建设16个大型煤电基地。而在规划的16个煤电基地中，13个处于缺水地区。在富煤缺水地区新建、扩建电厂，机组的节水性能将作为制约性指标。活性焦烟气净化技术作为目前唯一可工业化的干法脱硫技术，可以减少脱硫系统水耗的90%以上，减少空冷机组全厂耗水量的1/4～1/3。

另外根据我国煤炭的分布特点，为了减轻电煤的运输压力，以及一些低热值煤炭不具备远途运输的经济性，建设大型煤电基地将成为发展方向，而活性焦烟气净化技术由于其高度节水性将极具竞争优势，将成为与煤电基地开发相配套的优选节水环保技术，在富煤缺水地区煤电基地的新建电厂可大范围推广应用。

[1]李兰廷,吴涛,梁大明,等.活性焦脱硫脱硝脱汞一体化技术[J].煤质技术,2009(3):46-49．

[2]李云鹏,王彬,方月兰,等.活性焦联合脱硫脱硝技术及应用前景[J].化学工业与工程技术,2008,29(6)：38-40．

[3]熊银伍.活性焦联合脱硫脱硝工艺试验研究[J].洁净煤技术, 2015,21(2):14-19.

[4]曾艳,张鹏,刘静.节水型可资源化活性焦烟气脱硫技术[J].电力设备,2007,8(8):10-13.

[5]高继贤,刘静,翟尚鹏,等.活性焦脱硫技术在有色冶金行业的应用与研究[J].有色冶金设计与研究,2012,33(1):24-28.

[6]赵德生.太钢450m2烧结机烟气脱硫脱硝工艺实践[C].2011年全国烧结烟气脱硫技术交流会文集,太原:中国金属学会,2011: 8-15.

[7]吕彦强.太钢烧结烟气活性炭脱硫技术介绍[J].硫酸工业,2014 (1):38-42.

[8]苗文化,白中华,史亚薇,等.活性焦烟气脱汞的实验研究与数值模拟[J].电力科技与环保,2014,30(1):16-19.

[9]吴鹏,滕济林,张旭辉,等.改性褐煤活性焦对模拟烟气中汞的脱除研究[J].洁净煤技术,2015,21(2):40-44.

[10]张瑜.2014年中国硫磺市场的统计与分析[J].硫酸工业,2015 (2)：11-15.

张晓玲（1983—），女，硕士研究生，工程师，主要研究方向为火电厂烟气脱硫脱硝技术。