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技術(shù)文章

淺談當(dāng)前火電廠煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展概況及其應(yīng)用
摘要：本文簡要介紹了當(dāng)前國內(nèi)外主要煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r及其各自的特點(diǎn)，結(jié)合我國火電廠100MW及以下機(jī)組除塵狀況，著重分析了濕法除塵-脫硫一體化技術(shù)的原理以及存在的問題和相應(yīng)解決的辦法，目的是探討100MW及以下機(jī)組的脫硫改造技術(shù)的可行性和必要性，為將來佳木斯發(fā)電廠除塵脫硫的改造工作奠定一個良好的理論基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：脫硫　除塵　火電廠　環(huán)保

      1　前言
      我國是以燃煤為主的國家，據(jù)統(tǒng)計，1995年煤炭消耗量為12.8億噸,且呈逐年遞增趨勢，二氧化硫的排放量達(dá)2370萬噸，超過美國2100萬噸的排放量，成為世界二氧化硫排放**大國。目前國內(nèi)62%以上的城市SO2濃度超過國家環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)，占國內(nèi)面積40%左右的地區(qū)受到SO2大量排放引起的酸雨污染，因此控制SO2的污染勢在必行。
1996年我國頒布的新《大氣污染防治法》針對我國酸雨和SO2污染日趨加重的情況，規(guī)定對已經(jīng)產(chǎn)生和可能產(chǎn)生酸雨的地區(qū)和其他SO2污染嚴(yán)重地區(qū)劃定酸雨控制區(qū)或者SO2控制區(qū)，控制區(qū)內(nèi)新建的不能燃用低硫煤的火電廠和其他大中型企業(yè)必須配套建設(shè)脫硫和除塵裝置，或者采用相應(yīng)控制SO2的措施；已建成的不能燃用低硫煤的企業(yè)應(yīng)采取控制SO2排放和除塵措施。國家環(huán)保局要求在兩控區(qū)內(nèi)，要把治理措施作為當(dāng)?shù)匾?guī)劃的重點(diǎn)內(nèi)容。
      2　當(dāng)前煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
目前，國內(nèi)外應(yīng)用的SO2的控制途徑有三種：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫（即煙氣脫硫）。其中，煙氣脫硫（FGD即Flue Gas Desulfuration）是目前世界**大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫方式，是控制SO2污染和酸雨的主要技術(shù)手段。
全世界已有15個國家和地區(qū)應(yīng)用了FGD裝置，其設(shè)備總裝機(jī)容量相當(dāng)于2-2.5億Kw，每年去除SO21000萬噸。據(jù)統(tǒng)計，1992年，全球安裝了FGD裝置646套，其中美國占55.3%，德國占26.4%，日本占8.6%，其余國家占9.7%。由于上述三國大規(guī)模應(yīng)用FGD裝置，且成效顯著，雖然近年三國電站的裝機(jī)容量不斷增加，但SO2排放總量卻逐年減少。
下面簡要介紹目前在市場上應(yīng)用比較廣泛的煙氣脫硫方法
      2.1　電子束氨法煙氣脫硫脫硝工業(yè)化技術(shù)（簡稱CAEB－EPS技術(shù)）
該技術(shù)充分挖掘電子束輻照煙氣脫硫脫硝技術(shù)的潛力，結(jié)合中國具體國情，具有投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)行維護(hù)簡便、可靠性高等獨(dú)有的特點(diǎn)，居******。
      2.1.1　工藝原理
CAEB－EPS技術(shù)是利用高能電子束（0.8~1MeV）輻照煙氣，將煙氣中的二氧化硫和氮氧化物轉(zhuǎn)化成硫酸銨和***的一種煙氣脫硫脫硝技術(shù)。該技術(shù)的工業(yè)裝置一般采用煙氣降溫增濕、加氨、電子束輻照和副產(chǎn)物收集的工藝流程。除塵凈化后的煙氣通過冷卻塔調(diào)節(jié)煙氣的溫度和濕度（降低溫度、增加含水量），然后流經(jīng)反應(yīng)器。在反應(yīng)器中，煙氣被電子束輻照產(chǎn)生多種活性基團(tuán)，這些活性基團(tuán)氧化煙氣中的SO2和NOx，形成相應(yīng)的酸。它們同在反應(yīng)器煙氣上游噴入的氨反應(yīng)，生成硫酸氨和硝酸氨微粒。副產(chǎn)物收集裝置收集產(chǎn)生的硫酸氨和硝酸氨微粒，可作為農(nóng)用肥料和工業(yè)原料使用。
      2.1.2　技術(shù)特點(diǎn)：
①經(jīng)濟(jì)的煙氣脫硫脫硝方法
②EA－FGD技術(shù)能同時高效率脫除煙氣中95%以上的二氧化硫和70%以上的氮氧化物，使脫硫投入升值。
③裝置運(yùn)行操作簡便、負(fù)荷跟蹤能力強(qiáng)
④副產(chǎn)物是有用的氨料，無二次污染。
      2.1.3　應(yīng)用領(lǐng)域
CAEBE－PSP技術(shù)可廣泛應(yīng)用于燃煤電站、化工、冶金、建材等行業(yè)。
      2.2　脈沖電暈放電等離子體煙氣脫硫脫硝技術(shù)
      2.2.1　原理
脈沖電源產(chǎn)生的高電壓脈沖加在反應(yīng)器電極上，在反應(yīng)器電極之間產(chǎn)生強(qiáng)電場，在強(qiáng)電場作用下，部分煙氣分子電離，電離出的電子在強(qiáng)電場的加速下獲得能量，成為高能電子(5～20eV)，高能電子則可以激活、裂解、電離其他煙氣分子，產(chǎn)生OH-、O2、H2O等多種活性粒子和自由基。在反應(yīng)器里，煙氣中的SO2、NOX被活性粒子和自由基氧化為高階氧化物SO3、NO2，與煙氣中的H2O相遇后形成H2SO4和HNO3，在有NH3或其它中和物注入情況下生成（NH4）2SO4/NH4NO3的氣溶膠，再由收塵器收集。脈沖電暈放電煙氣脫硫脫硝反應(yīng)器的電場本身同時具有除塵功能。
      2.2.2　技術(shù)特點(diǎn)
具有裝置簡單、運(yùn)行成本低、有害污染物**徹底、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)。
      2.3　石灰石/石膏濕法
該方法是世界上*成熟的煙氣脫硫技術(shù)，采用石灰或石灰石乳濁液吸收煙氣中的SO2 ，生成半水亞硫酸鈣或石膏。
      2.3.1　優(yōu)點(diǎn)：
(1)脫硫效率高(有的裝置Ca/S=1時，脫硫效率大于90%)；
(2)吸收劑利用率高，可達(dá)90%；
(3)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率高(可達(dá)90%以上)。
      2.3.2　缺點(diǎn)：成本較高、副產(chǎn)物產(chǎn)生二次污染等。
      2.3.3　原理：水中溶解的石灰石離解產(chǎn)生OH-離子，將反應(yīng)生成的H+中和生成H2O。使得上述平衡向右進(jìn)行。



鼓入的空氣可將生成的二氧化碳帶走，也可用來氧化在上述反應(yīng)中得到的 和 離子，*后生成石膏沉淀物。



      3　濕法煙氣脫硫除塵一體凈化技術(shù)
      3.1　原理
濕法除塵就是創(chuàng)造煙氣與水接觸的機(jī)會,如果在水中加入脫硫劑,那么除塵的同時又能脫硫,就是脫硫除塵一體同時進(jìn)行。煙氣與水或洗滌液接觸的方式主要有以下幾種:
１)利用霧化器把含有脫硫劑的洗滌液霧化成細(xì)小液滴,噴灑到煙氣中。如噴霧室煙氣洗滌器就是利用此原理。
２)讓煙氣通過吸收液層,煙氣以氣泡形式與吸收液接觸,即煙氣洗滌,利用此原理的裝置目前開發(fā)應(yīng)用的較多。如流化床煙氣凈化器,湍球塔煙氣凈化器,水浴式煙氣凈化器等。
３)利用慣性作用使煙氣與水膜接觸,如旋風(fēng)水膜除塵器,文丘里水膜除塵器等。
４)利用靜電力使煙氣中的塵粒與液膜接觸,如靜電水膜除塵器。
濕式除塵的機(jī)理可歸納以下幾點(diǎn):
１)利用慣性,布朗運(yùn)動,表面張力,重力作用使塵粒被液滴、液膜截留、粘附。
２)塵粒增濕相互凝聚,蒸汽以塵為凝結(jié)核凝結(jié),增強(qiáng)塵料的凝聚性,強(qiáng)化上述除塵作用。
３)熱泳力、靜電力使塵粒在液面上聚集。濕式脫硫除塵器的脫硫機(jī)理實際上是煙氣中的主要成分二氧化硫被液體吸收,是一種化學(xué)吸收作用。慣性、表面張力、重力、靜電力作用對二氧化硫的化學(xué)吸收不起作用,對化學(xué)吸收起作用的是氣體和液體分子、離子的擴(kuò)散運(yùn)動以及氣體、液體的對流和混合。
      3.2　存在的問題
      3.2.1　除塵效率、脫硫效率同步提高的問題。從上述脫硫除塵機(jī)理可以看出,利用濕法同時脫除煙塵和二氧化硫時,煙氣除塵和二氧化硫吸收的氣液接觸面積是相同的,而慣性、重力等對脫硫不起作用,同時煙氣中的二氧化硫濃度很低,故提高脫硫效率難度更大。主要利用慣性、重力、靜電作用的旋風(fēng)濕式除塵器、噴霧沉降室,靜電濕式除塵,由于主流煙氣距離液膜、液滴較遠(yuǎn),煙氣中的二氧化硫難以靠擴(kuò)散作用到達(dá)液面,故此類除塵器難以做到脫硫除塵同步高效。在保證煙塵排放達(dá)標(biāo)的同時,提高脫硫效率,使二氧化硫排放達(dá)標(biāo)是當(dāng)前煙氣脫硫除塵一體凈化技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。
      3.2.2　磨損、腐蝕、結(jié)垢問題。利用濕法同時脫除煙塵和二氧化硫不可避免地同時存在磨損、腐蝕、結(jié)垢問題,特別是磨損與腐蝕相互促進(jìn),使解決問題的難度加大。結(jié)垢問題主要是由于加入鈣質(zhì)脫硫劑過量,引起洗滌液ＰＨ值過高,促進(jìn)了二氧化碳的吸收,生成了過多的碳酸鈣,硫酸鈣等沉淀物質(zhì)。結(jié)垢會造成通道阻塞 ,破壞氣液的正常流動工況,惡化凈化效果,使阻力增加,風(fēng)機(jī)帶水。必須對結(jié)垢問題給予足夠的重視。
      3.2.3　風(fēng)機(jī)帶水問題。煙氣帶水引起引風(fēng)機(jī)振動,清灰次數(shù)增多是困擾濕法除塵的老大難問題。濕法脫硫除塵一體進(jìn)行,使這一問題更加突出。這里既有設(shè)計制造方面的原因,也有運(yùn)行方面的原因。設(shè)制造的原因主要是脫水器設(shè)計不合理,臨界煙速選擇不當(dāng);特別是實際設(shè)備煙氣量變小時,偏離了脫水器設(shè)計工況,脫水器性能惡化,而設(shè)計時對此未預(yù)充分重視;運(yùn)行方面的原因突出表現(xiàn)在用戶不按操作規(guī)程運(yùn)行,少水運(yùn)行,使水大量霧化;另外還有環(huán)境因素,如設(shè)備冬季運(yùn)行,室外溫度低,而脫硫除塵器以后的煙氣處于飽和狀態(tài),煙道內(nèi)壁結(jié)露,煙速過高,把露滴帶走,造成風(fēng)機(jī)帶水。
      3.2.4　污液處理問題。濕法脫硫除塵必然存在污液處理問題。為做到?jīng)]有二次污染,節(jié)約用水,洗滌液必須循環(huán)使用。要在洗滌液循環(huán)系統(tǒng)的合適位置加入適量的脫硫、固硫劑,才能真正做到脫硫。如不及時加入脫硫劑,必然使循環(huán)洗滌液的酸度逐漸上升,*后達(dá)到和煙氣中二氧化硫的含量平衡的狀態(tài),使脫硫效率大大下降,同時設(shè)備腐蝕加劇。
      3.3　解決問題的技術(shù)措施
      3.3.1　提高脫硫除塵效率的措施
a.濕法脫硫除塵器應(yīng)以洗滌凈化機(jī)理為主,取其氣液接觸面積大,氣膜薄,氣泡小,二氧化硫擴(kuò)散距離短,阻力小的優(yōu)點(diǎn)。
b. 強(qiáng)化傳質(zhì)過程,如通過選擇合適的空塔速度,利用填料,攪拌等措施來減小氣膜、液膜厚度,增大氣液接觸面積,強(qiáng)化氣流、液流的湍動。另外可以在洗滌液中加入可溶性堿性物質(zhì),作為輔助吸收劑,強(qiáng)化洗滌液對二氧化硫的吸收,提高液側(cè)的傳質(zhì)阻力。
c. 設(shè)計時要充分考慮低負(fù)荷時脫硫除塵器性能的變化,必要時可增加輔助凈化措施,以便低負(fù)荷時啟用,保證低負(fù)荷時,脫硫除塵器具有穩(wěn)定的凈化效果。
      3.3.2　解決磨損、腐蝕、結(jié)垢問題的措施
a. 根據(jù)脫硫除塵器不同部位的特點(diǎn)和要求,綜合考慮成本,壽命等因素選擇合適的防腐耐磨材料,如耐酸水泥,玻璃鋼、不銹鋼、耐磨耐腐襯里、麻石等。
b.為防止腐蝕,同時強(qiáng)化傳質(zhì),可適當(dāng)控制洗滌液的ＰＨ值,以使凈化器中洗滌液呈弱酸性,也可防止結(jié)垢。
c.運(yùn)行單位要嚴(yán)格按操作規(guī)程運(yùn)行,以免造成防腐層破壞,引起設(shè)備腐蝕。如有的單位缺水運(yùn)行,燒壞防腐層;有的單位不加脫硫劑或一次性加入過量脫硫劑,造成設(shè)備腐蝕、結(jié)垢、阻塞。
      3.3.3　解決風(fēng)機(jī)帶水問題
a. 對大型設(shè)備,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較可采用煙氣再熱的方法徹底解決煙氣帶水問題。
b.適當(dāng)加大脫水器后引風(fēng)機(jī)前煙道的直徑,并進(jìn)行保溫,防止煙氣對凝結(jié)水的攜帶。
C.合理選擇脫水器的型式和設(shè)計參數(shù)。低負(fù)荷時,可采取相應(yīng)的輔助措施。
      3.3.4　對污液處理問題的解決
a.合理選擇脫硫劑的加入量和加入地點(diǎn)。條件許可可采用脫硫劑連續(xù)加入辦法。脫硫劑加入地點(diǎn)*好在沉淀池的入口,輔助吸收劑的加入地點(diǎn)*好在凈化器洗滌液的入口。
b.根據(jù)洗滌液各處的ＰＨ值,選擇污水泵或耐酸耐磨污水泵及管路,鑒于現(xiàn)狀,*好選耐酸耐磨污水泵作為循環(huán)水泵,管路也選耐腐管路。
c.合理設(shè)計沉淀池的大小和洗滌液的流程,運(yùn)行時及時**沉淀污泥。
      3.4　解決問題的管理措施
a.作為用戶要增強(qiáng)環(huán)保意識。脫硫除塵的效益主要是環(huán)保效益,而取得環(huán)保效益必須付出經(jīng)濟(jì)代價,不能為單位利益,犧牲環(huán)保效益,在運(yùn)行時不加脫硫劑,使脫硫除塵器只有除塵功能而無脫硫功能。
b.環(huán)保部門應(yīng)加強(qiáng)對濕式脫硫除塵器產(chǎn)品的監(jiān)督檢查,制定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),防止不合格產(chǎn)品進(jìn)入市場。
c.環(huán)保部門應(yīng)組織有關(guān)脫硫除塵的技術(shù)培訓(xùn),使用戶了解國家有關(guān)政策、法規(guī),掌握脫硫除塵的*新技術(shù)。
      4　佳木斯發(fā)電廠環(huán)境保護(hù)狀況
佳木斯發(fā)電廠現(xiàn)有四臺100MW機(jī)組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的410噸高溫高壓鍋爐。年燃煤量100萬噸，燃燒的煤質(zhì)為低揮發(fā)份煙煤，煤質(zhì)含硫在0.2~0.3%之間，屬于低硫煤。即使這樣，每年向大氣排放的二氧化硫污染物也達(dá)到3000噸左右，給當(dāng)?shù)氐拇髿猸h(huán)境造成了很大的污染。按照國家發(fā)展計劃委員會、財政部、環(huán)?？偩趾蛧医?jīng)貿(mào)委聯(lián)合發(fā)布的《排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》中二氧化硫排污費(fèi)的計算方法計算，佳木斯發(fā)電廠每年應(yīng)繳納200萬元的排污費(fèi)，加上其他項目每年繳納的排污費(fèi)高達(dá)千萬元。這給企業(yè)戴上了一個沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此，不論是從改善當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境質(zhì)量出發(fā)，還是從企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益出發(fā)，改造除塵設(shè)備，上脫硫脫硝設(shè)備已迫在眉睫。而除塵脫硫一體化技術(shù)非常適合佳木斯發(fā)電廠的現(xiàn)狀，該技術(shù)已在牡丹江**發(fā)電廠、雙鴨山**發(fā)電廠得到了很好的應(yīng)用。該技術(shù)的脫硫效率可以達(dá)到80%以上，對于燃用低硫煤的機(jī)組完全能夠滿足環(huán)境保護(hù)的要求。
      5　結(jié)論
      通過以上的分析我們可以看出，目前世界上的脫硫脫硝技術(shù)是非常多的。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們環(huán)境意識的提高，會有越來越多的新的脫硫技術(shù)脫穎而出。但從當(dāng)前的情況來看，除塵脫硫一體化技術(shù)無疑是佳木斯發(fā)電廠目前*好的選擇。原因如下：
（1）該技術(shù)有較高的除塵效率和脫硫效率，完全滿足環(huán)保的要求。除塵效率可以達(dá)到99%以上，脫硫效率達(dá)到80%以上，和其他脫硫方法相比具有系統(tǒng)簡單、投資低的優(yōu)點(diǎn)，具有很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。
（2）運(yùn)行費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用脫硫劑消耗等方面費(fèi)用遠(yuǎn)小于電除塵器和濕法煙氣脫硫。
（3）工程施工時間短，可以利用電廠的機(jī)組大修期間進(jìn)行，不影響電廠的正常發(fā)電任務(wù)。
參考文獻(xiàn)：
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