湿法脱硫技术

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湿法脱硫技术

关键词
烟气脱硫
湿法脱硫

1 前言

我国的能源构成以煤炭为主，其消费量占一次能源总消费量的70％左右，这种局面在今后相当长的时间内不会改变。火电厂以煤作为主要燃料进行发电，煤直接燃烧释放出大量SO2，造成大气环境污染，且随着装机容量的递增，SO2的排放量也在不断增加。加强
环境保护工作是我国实施可持续发展战略的重要保证。所以，加大火电厂SO2的控制力度
就显得非常紧迫和必要。SO2的控制途径有三个：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫
即烟气脱硫（FGD），目前湿法烟气脱硫被认为是最成熟、控制SO2最行之有效的途径。

2 湿法烟气脱硫技术的开发与应用

2.1湿法烟气脱硫技术

所谓湿法烟气脱硫，特点是脱硫系统位于烟道的末端、除尘器之后，脱硫过程的反应温度低于露点，所以脱硫后的烟气需要再加热才能排出。由于是气液反应，其脱硫反应速度快、效率高、脱硫剂利用率高，如用石灰做脱硫剂时，当Ca／S=1时，即可达到90%的脱
硫率，适合大型燃煤电站的烟气脱硫。但是，湿法烟气脱硫存在废水处理问题，初投资大，
运行费用也较高。

2.1.1石灰石/石灰抛弃法

以石灰石或石灰的浆液作脱硫剂，在吸收塔内对SO2烟气喷淋洗涤，使烟气中的SO2反应生成CaCO3和CaSO4，这个反应关键是Ca2+的形成。石灰石系统Ca2+的产生与H+的浓度和CaCO3的存在有关；而在石灰系统中，Ca2+的生产与CaO的存在有关。石灰石系统的最佳操作PH值为5.8—6.2，而石灰系统的最佳PH值约为8（
美国国家环保局）。

石灰石／石灰抛弃法的主要装置由脱硫剂的制备装置、吸收塔和脱硫后废弃物处理装
置组成。其关键性的设备是吸收塔。对于石灰石／石灰抛弃法，结垢与堵塞是最大问题，主要原因在于：溶液或浆液中的水分蒸发而使固体沉积：氢氧化钙或碳酸钙沉积或结晶析出；反应产物亚硫酸钙或硫酸钙的结晶析出等。所以吸收洗涤塔应具有持液量大、气液间相对速度高、气液接触面大、内部构件少、阻力小等特点。洗涤塔主要有固定填充式、转盘式、湍
流塔、文丘里洗涤塔和道尔型洗涤塔等，它们各有优缺点，脱硫效率高的往往操作的可靠性
最差。脱硫后固体废弃物的处理也是石灰石／石灰抛弃法的一个很大的问题，目前主要有回
填法和不渗透地存储法，都需要占用很大的土地面积。由于以上的缺点，石灰石／石灰抛弃
法已被石灰石／石膏法所取代。

2.1.2石灰石/石膏法

该技术与抛弃法的区别在于向吸收塔的浆液中鼓入空气，强制使CaSO3都氧化为CaSO4(石膏），脱硫的副产品为石膏。同时鼓入空气产生了更为均匀的浆液，易于达到90 %的脱硫率，并且易于控制结垢与堵塞。由于石灰石价格便宜，并易于运输与保存，因而自8 0年代以来石灰石已经成为石膏法的主要脱硫剂。当今国内外选择火电厂烟气脱硫设备时，石灰石／石膏强制氧化系统成为优先选择的湿法烟气脱硫工艺。

石灰石／石膏法的主要优点是：适用的煤种范围广、脱硫效率高（有的装置Ca/S=1时
，脱硫效率大于90%）、吸收剂利用率高（可大于90％）、设备运转率高（可达90％以上）
、工作的可靠性高（目前最成熟的烟气脱硫工艺）、脱硫剂—石灰石来源丰富且廉价。但是
石灰石/石膏法的缺点也是比较明显的：初期投资费用太高、运行费用高、占地面积大、
系统管理操作复杂、磨损腐蚀现象较为严重、副产物—石膏很难处理（由于销路问题只能
堆放）、废水较难处理。

采用石灰石／石膏法的烟气脱硫工艺在我国应用较广泛，比较典型的是重庆珞璜电厂
。该厂2×360MW机组1990年引进日本三菱公司的两套石灰石/石膏法FGD系统，93年全部建
成投运。其脱硫工艺主要技术参数为：脱硫效率大于95%，进口烟气SO2浓度10010mg/Nm3，石灰石年消耗量约130kt，副产品石膏纯度不低于90%，年产量约400kt，目前只有少量出售，大部分堆放在灰场。

石灰石／石膏脱硫工艺是一套非常完善的系统，它包括烟气换热系统、吸收塔脱硫系
统、脱硫剂浆液制备系统、石膏脱水系统和废水处理系统。系统非常完善和相对复杂也是湿
法脱硫工艺一次性投资相对较高的原因，上述脱硫系统的四个大的分系统，只有吸收塔脱硫系统和脱硫剂浆液制备系统是脱硫必不可少的；而烟气换热系统、石膏脱水系统和废水处理系统则可根据各个工程的具体情况简化或取消。国外也有类似的实践，对于不需要回收石膏副产品的电厂，石膏脱水系统和废水处理系统可以不设，直接将石膏浆液打入堆储场地。湿法脱硫工艺简化能使其投资不同程度地降低。根据初步测算，湿法脱硫工艺简化以后，投资最大幅度可降低50％左右，绝对投资可降至简易脱硫工艺的水平，并可进一步提高湿法脱硫工艺的综合经济效益。

液柱喷射烟气脱硫除尘集成技术是清华大学独立开发的烟气湿法脱硫新技术，是清华
大学煤的清洁燃烧国家重点实验室十几年科研成果的结晶。该技术具有如下特点：脱硫
效率高；初投资成本低；运行费用低；系统阻力低；脱硫产物为石膏，易于处理；脱硫剂适
应性好；燃煤含硫量适应性好。

液柱喷射烟气脱硫除尘集成系统主要由脱硫反应塔、脱硫剂制备系统、脱硫剂产物处
理系统、控制系统和烟道系统组成，其中液柱喷射脱硫反应塔（也可以利用水膜除尘器改造
）其核心装置。如下图所示，烟气从脱硫反应塔的下部切向进入，在反应塔内上升的过程中
与脱硫剂循环液相接触，烟气中SO2与脱硫剂发生反应，将SO2除去，纯净烟气从反应塔顶部排出。脱硫剂循环液由布置在脱硫反应塔下部的喷嘴向上喷射，在上部散开，落下，在这喷上落下的过程中，形成高效率的气液接触而促进了烟气中的SO2的去除，同时进一步提高除尘效率。

液柱喷射烟气脱硫装置的费用大约占电厂总投资的6％。其所能达到的技术经济指标是：脱硫率达85％以上，脱硫剂的利用率90%以上，除尘效率达95％以上；运行成本低，脱
硫成本约0.45元/公斤二氧化硫。脱硫产物主要是CaSO4，可以用作建筑材料和盐碱地的
改造。该技术适用范围很广，适用于各种规模的烟气量，各种燃煤锅炉从35t/h到300MW都能适用，而且对煤的适应性很好，高、中、低硫煤都能适用。该技术还非常适用于老厂的改造
。目前已用于沈阳化肥总厂三台10t/h锅炉的脱硫，三台10t/h锅炉共用一个脱硫反应塔，
其烟气量为4×104Nm3/h，煤含硫量为1.7％。

3．湿法烟气脱硫存在的问题及解决

湿法烟气脱硫通常存在富液难以处理、沉淀、结垢及堵塞、腐蚀及磨损等
等棘手的问题。这些问题如解决的不好，便会造成二次污染、运转效率低下或不能运行等。

4．烟气脱硫方法比较与选择

表1列出了几种工艺成熟、应用较广的烟气脱硫方法，并进行了经济性能比较。表2列出了我国引进的FGD装置的情况。

无论何种脱硫工艺，其环境效益是明显的，但在经济效益是亏损的。许多脱硫方法都能获得较高的脱硫效益，但脱硫效率的高低并不是评价脱硫方法优劣的唯一标准，除了看脱硫效率外，还要看该方法的综合技术经济情况。总的来说，要从以下几个方面进行考虑：脱硫效率首先要满足环保要求；选择技术成熟，运行可靠的工艺；选择投资省，运行费用低的工艺；要考虑废料的处置和二次污染问题；吸收剂要有稳定的来源，并且质优价廉，这是一个
非常重要的影响因素。相对而言，我国石灰石资源比较丰富，纯度高，分布广，而高纯度石
膏的供应就很困难；副产品处置要有场地，综合利用要有市场；燃用煤种的含硫量也是影响
脱硫技术选择的重要因素，必须根据燃煤含硫量来选择恰当的脱硫方法。

表1几种FDG工艺经济性能比较

工艺流程	湿式石灰石-石膏法	喷雾干燥法	LIFAC法	CDSI 法
适用煤种含硫量(%)	＞1.5	1-3	＜2	＜2
Ca/S	1.1	1.5	2.0	1.5
钙的利用率(%)	＞90	40-45	35-40	4-45
脱硫成效(%)	＞90	80-85	70-75	60-70
投资占电厂投资比例(%)	13-19	8-12	3-5	2-4
脱硫费用(元/tSO2脱除)	900-1250	750-1050	600-900	600-800
设备占地面积	大	中	小	极小
灰渣状态	湿	干	干	干
烟气再热	需	无需	无需	无需

表2我国引进FGD装置情况

引进单位	工艺流程	规模		脱 硫 剂	效率(%)	运行时间	技术提供方
		烟气量	锅炉
重庆珞璜电厂	湿石灰石—石膏法	1087000		石灰石浆	95	1992 1993	日本三菱公司
山东德州电厂	荷电干吸收剂喷射法		75t/h	Ca(OH)2	60—70	1995	美国ALANCO公司
太原发电厂	小型高速平流式	600000		石灰石	80	1996	日本日立公司
南京下关电厂	炉内喷钙增湿活化法	795000		石灰石	75	1997	芬兰IVO公司
成都热电厂	电子束法	300000		NH3	80	1997	日本荏原制作所