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我国火电厂烟气脱硫现状以及进一步推进脱硫的建议
时间:2017-08-31 14:51:50

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    火电厂燃煤发电产生大量SO2,对大气环境造成严重污染,脱硫十分必要。论述了火电厂烟气脱硫的必要性,介绍了脱硫方式的分类,详细介绍了湿法烟气脱硫的几种方法,总结我国目前火电厂烟气脱硫现状并提出进一步推进脱硫的建议。
    脱硫技术
    1.火电厂烟气脱硫的必要性
    我国是能源消费和生产第二大国,拥有丰富的化石能源资源,尤以煤炭资源储量丰富。随着工业、经济的快速发展,我国逐渐形成了以煤炭为主体的能源供应结构,这种结构在未来相当长的一段时间内不会发生改变。
    而我国煤炭资源80%以上用以直接燃烧,随之而来的是严重的SO2污染问题。燃煤的大量使用使得SO2排放量剧增,SO2的大量排放会引起酸雨,对环境和人体均有很大危害。
    2015年有超过78%的城市空气质量超标[1],降低SO2排放显得十分必要。
    2.火电厂烟气脱硫技术分类
    2015年《中国环境状况公报》显示SO2年排放量达1859.1万吨,其中火电厂燃煤SO2占据了相当比重,火电厂脱硫成为降低SO2排放量的重要途径。烟气脱硫是目前脱硫效率最高,应用最为广泛的脱硫技术[2]。
    烟气脱硫分为干法脱硫,半干法脱硫和湿法脱硫。
    2.1干法脱硫
    干法脱硫产生干粉状产物,无需考虑设备腐蚀、结垢、结露等问题,同时也不会产生废水[3]。干法烟气脱硫的设备简单,不论是投资费用还是运行费用,成本都较低,但其脱硫效率较低,副产物附加值低。常用干法烟气脱硫方法有:电子射线辐射法、填充电晕法、烟气循环流化床技术、炉内喷钙循环流化床技术等[4]。
    2.2半干法脱硫
    半干法应用较为局限,在国内外仅有少数成功应用实例[5]。这种方法投资运行费用低但脱硫效率也低[6]。常用方法有喷雾干燥法、粉末-颗粒喷动床技术、烟道喷射脱硫技术等。
    2.3湿法脱硫
    湿法脱硫效率高,历史悠久、工艺成熟,钙硫比低,副产物的附加值高,适用性较强,尤其适用于大容量机组。但设备占地面积大,投资维护费用高,尤其腐蚀问题严重,副产物若不能很好处理可能产生二次污染[7]。常用的湿法脱硫工艺有石灰石-石膏法、氨法、氧化镁法等。
    3.湿法烟气脱硫技术
    3.1石灰石-石膏法
    湿法烟气脱硫中应用最为广泛的便是石灰石-石膏法,此法发展投运较早,技术成熟,从20世纪90年代便在我国引进投运。
    石灰石-石膏法烟气脱硫系统主要由石灰石浆液制备及输送、烟气、SO2吸收和石膏脱水四大系统组成。石灰石粉碎与水混合制得脱硫剂浆液,经水力旋流器分离后符合要求的贮存于浆液箱,然后经浆液泵打入吸收塔;来自锅炉的烟气经烟气系统换热降温送入吸收塔;在吸收塔内脱硫剂浆液吸收烟气中的SO2生成CaSO3,进一步被氧化成CaSO4,最后结晶成为石膏经排出泵送至石膏脱水系统,烟气反应后则经除雾器除去夹带的液滴,进入烟气系统换热升温至露点以上后进入烟囱排放;来自吸收塔的石膏经浓缩、脱水后储存[8]。
    石灰石-石膏烟气脱硫法脱硫效率高达95%以上;经长期运行发展后经验丰富技术十分成熟,运行稳定;对煤种要求低,适用性广泛;其脱硫剂石灰石在我国储量丰富质量优越,廉价易得[9]。但该法设备占地面积大,初期投资费用高;腐蚀问题严重,后期运行维护费用也高;脱硫副产物石膏附加值不大,综合利用率低,以堆积存放为主,易造成二次污染。
    3.2氨法
    氨法脱硫工艺主要由吸收、循环、氧化和浓缩干燥四个部分组成。氨水溶液进入吸收塔吸收烟气中的SO2,生成亚硫酸盐;循环段主要用来提高氨的利用率;亚硫酸盐在氧化段被压缩风机送来的空气氧化为硫酸铵;硫酸铵在浓缩干燥阶段得到最终副产物硫酸铵产品。
    我国引进脱硫工艺初期,以石灰石-石膏法为主,氨法脱硫在当时工艺尚不成熟,目前在我国脱硫中的应用与石灰石-石膏法有较大差距。氨法基建投资与石灰石-石膏法相差不多,但无废水、固废等二次污染问题,脱硫产物硫酸铵附加值高,市场广阔[10]。但氨易挥发,该法对煤种也有一定要求,为保证副产物质量,通常适用于高硫煤种脱硫。
    3.3氧化镁法
    镁法烟气脱硫脱硫效率高,运行稳定,在国外的工业化运行已有二十多年之久,但由于原料储量限制,在世界范围内未能得到广泛推广。但我国镁资源丰富,近年来该法在我国得到广泛关注。
    镁法分为脱硫剂制备与供应系统、烟气系统、SO2吸收系统、脱硫副产物吸收系统和废水处理系统。氧化镁粉与水混合熟化制得脱硫剂浆液,经浆液泵打入脱硫塔;从锅炉来的烟气经降温除尘除杂后进入脱硫塔;在脱硫塔内,脱硫剂浆液经喷嘴喷洒与烟气接触反应,生成亚硫酸镁,约20%被氧化为硫酸镁,浆液循环至亚硫酸镁达一定浓度后排入脱硫副产物处理系统,烟气则经除雾升温后排放;副产物脱水干燥后可制肥料,也可焙烧再生氧化镁或送至硫酸厂制硫酸[11];脱硫废水经中和、重金属沉淀、絮凝、浓缩澄清后得以净化。
    镁法脱硫脱硫效率可达99%;消耗水量和电量比石灰石-石膏法少,运行费用低;工程中不易出现结垢堵塞等情况;菱镁矿主要分布在中国,原料易得;脱硫副产物附加值高,不论是用于生产肥料还是生产硫酸均有较大市场。但原料费用偏高,运行过程中PH和亚硫酸根含量不易控制[12]。
    4.我國烟气脱硫现状及推进建议
    近年来我国不断加大节能减排力度,在各项政策推进和各方努力下,2015年我国二氧化硫排放量比2010年降低18%。目前我国火电厂烟气脱硫普遍采用的方法是喷雾干燥法、石灰石-石膏法、循环流化床法和氨法[13]。主要以技术成熟,流程简单,二次污染小,成本低为主要考量。
    目前出现的问题在于:盲目引进脱硫技术及装置,对核心科技掌握不足,导致投运后运行不稳定,建成投运的脱硫装置实际发挥作用不足60%[14];相关政策法规不配套,环保相关法律的制定修订速度不足以及时解决或预防不法行为,相关经济鼓励补贴也与技术、现状不配套[13]。
    针对现状,我们首先应加快技术开发,今早掌握核心科技,设计出符合我国国情的烟气脱硫工艺。其次,政府应加紧健全烟气脱硫相关政策法规,一方面利用法律约束,确保火电厂烟气脱硫的平稳深入推进;另一方面加大政策资金扶持力度,鼓励各电厂切实进行烟气脱硫工作。

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