| 我国烟气脱硫技术与应用 | |
我国电力部门在七十年代就开始在电厂进行烟气脱硫的研究工作，先后进行了亚钠循环法（W-L法）、含碘活性炭吸咐法、石灰石-石膏法等半工业性试验或现场中间试验研究工作。进入八十年代以来，电力工业部门开展了一些较大规模的烟气脱硫研究开发工作。同时，近年来我国也加大了烟气脱硫技术的引进力度。
1.2.1试验研究项目
1.2.1.1湖南省会同发电厂亚钠循环法半工业性试验（1978~1981）
亚钠循环法（W-L法）烟气脱硫工艺是以亚硫酸钠为吸收剂，在低温条件下（<60℃）吸收烟气中SO2，生成亚硫酸氢纳，以实现烟气脱硫。当溶液中的SO2达到一定饱和程度后，加热至140℃以上，亚硫酸氢钠分解，产生SO2。由于水的蒸发而使亚硫酸钠结晶，亚硫酸钠结晶经溶解后再用作吸收剂。因亚硫酸钠循环使用，故称之为“亚钠循环法”。将分解蒸发出的SO2与水蒸汽混合物，经冷凝、冷却、过滤和干燥，除去水份，从而获得纯SO2，以实现SO2回收。
1.2.1.2上海闸北电厂石灰石—石膏法现场中间试验（1977~1979）
该工艺采用石灰石作为吸收剂，副产物为石膏。系统的主要特点是采用了不同pH值进行两级吸收，在低pH值下向槽中鼓入空气，把亚硫酸钙强制氧化成硫酸钙。
1.2.1.3湖北松木坪电厂活性炭吸咐脱硫中间试验（1979~1981）
该工艺是采用含碘0.43%的活性炭吸附烟气中的SO2，在烟气中过剩氧和水作用下，可催化氧化成硫酸。通过水分充分洗涤可获得稀硫酸。
1.2.1.4四川豆坝电厂磷铵肥法烟气脱硫中间试验（1985~1990）
磷铵肥法（PAFP法）烟气脱硫工艺采用二级吸收，第一级采用活性炭吸附，脱除烟气中部分SO2制得30%的稀硫酸。然后，用此硫酸分解磷灰石，用氨中和磷酸，获得复合肥料。再用复合肥料脱除活性炭中未能吸收的SO2，最终产物为磷酸氢二铵和硫铵。
1.2.1.5四川白马电厂旋转喷雾干燥脱硫试验工程（1992~1993）
旋转喷雾干燥（LSD法）脱硫工艺是利用喷雾干燥的原理。吸收剂浆液以雾状形式喷入吸收塔内，吸收剂在与烟气中SO2发生化学反应过程中，不断吸收烟气中的热量，使吸收剂中水份蒸发，脱硫产物以干态形式排放。
1.2.1.6贵阳电厂文丘里水膜除尘器脱硫中间试验（1992~1993）
该工艺是利用现有电厂的水膜除尘器，进行必要的改造，增加脱硫吸收剂制备、喷淋及循环氧化等设施，在同一设备中实施除尘脱硫一体化。
该工艺在文丘里水膜除尘器喉部喷入钙基吸收剂，脱除烟气中部分二氧化硫和粉尘后进入循环氧化槽，再泵入捕滴器内进一步脱硫、除尘。新鲜吸收剂定量补入循环槽内，脱硫产物经强制氧化后排入原有除尘灰系统。
1.2.2工业示范工艺
近年来，我国电力工业部门在烟气脱硫技术引进工作方面加大了力度。对目前世界上电厂锅炉较广泛采用的脱硫工艺建造了示范工程，这些脱硫工艺主要有：
1)石灰石—石膏湿法烟烟气脱硫工艺
2)简易石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺
3)旋转喷雾半干法烟气脱硫工艺（LSD法）
4)海水烟气脱硫工艺
5)炉内喷钙加尾部增湿活化工艺（LIFAC法）
6)电子束烟气脱硫工艺（EBA）
7)循环流化床锅炉脱硫工艺（锅炉CFB）
1.2.2.1石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺
石灰石（石灰）—石膏湿法烟气脱硫工艺主要是采用廉价易得的石灰石或石灰作为脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌制成吸收浆液。当采用石灰作为吸收剂时，石灰粉经消化处理后加水搅拌制成吸收浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被吸收脱除，最终产物为石膏。脱硫后的烟气依次经过除雾器除去雾滴，加热器加热升温后，由增压风机经烟囱排放，脱硫渣石膏可以综合利用。
该工艺的反应机理为：
（1）吸收剂为石灰
吸收：SO2(g)→SO2(l)+H2O→H++HSO3-→H++SO32-
溶解：Ca(OH)2(s)→Ca2++2OH-
CaSO3（s）→Ca2++SO32-
中和：OH-+H+→H2O
OH-+HSO3-→SO32-+H2O
氧化：HSO3-+1/2O2→SO32-+H+
SO32-+1/2O2→SO42-
结晶：Ca2++SO32-+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O(s)
Ca2++SO42-+2H2O→CaSO4·2H2O(s)
（2）吸收剂为石灰石
吸收：SO2(g)→SO2(l)+H2O→H++HSO3-→H++SO32-
溶解：CaCO3（s）+H+→Ca2++HCO3-
中和：HCO3-+H+→CO2（g）+H2O
氧化：HSO3-+1/2O2→SO32-+H+
SO32-+1/2O2→SO42-
结晶：Ca2++SO32-+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O(s)
Ca2++SO42-+2H2O→CaSO4·2H2O(s)
在我国，重庆珞璜电厂首次引进了日本三菱公司的石灰石—石膏湿法脱硫工艺，脱硫装置与两台360MW燃煤机组相配套。机组燃煤含硫量为4.02%，脱硫装置入口烟气二氧化硫浓度为3500ppm，设计脱硫效率大于95%。从最近几年电厂的运行情况来看，该工艺的脱硫效率很高，环境特性很好。不过，设备存在一定的结垢现象，防腐方面的研究也有待加强。该工艺的流程图见下图
最近，利用德国政府软贷款的重庆、半山和北京第一热电厂脱硫工程的各项工作正有条不紊的展开，预计到2000年底投入运行。
1.2.2.2简易石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺
简易石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺的脱硫原理和普通湿法脱硫基本相同，只是吸收塔内部结构简单（采用空塔或采用水平布置），省略或简化换热器，因而和普通的湿法相比，具有占地面积小、设备成本低、运行及维护费用少等优点。
我国太原第一热电厂引进了日立高速平流湿法脱硫工艺，处理气量60万m3/h，为来自300MW机组的三分之二烟气量，其入口SO2浓度为2000ppm，吸收剂采用石灰石，系统可达80-90%的脱硫效率，自装置投入运行以来，系统可靠性较好。该工艺的流程图见下图。
另外，重庆市长寿化工总厂引进了日本千代田化工建设株式会社喷气沸腾式简易脱硫装置，吸收剂为废电石渣，装置脱硫效率为70%以上；山东维坊化工总厂热电分厂引进的是日本三菱重工的简易湿式石灰—石膏法，脱硫剂为本厂的废电石渣，脱硫率为82%。
1.2.2.3旋转喷雾半干法烟气脱硫工艺
旋转喷雾半干法烟气脱硫工艺也是目前应用较广的一种烟气脱硫技术，其工艺原理是以石灰为脱硫吸收剂，石灰经消化并加水制成消石灰乳，消石灰乳由泵打入位于吸收塔内的雾化装置，在吸收塔内，被雾化成细小液滴的吸收剂与烟气混合接触，与烟气中的二氧化硫发生化学反应生成CaSO3，烟气中的二氧化硫被脱除。该工艺反应机理为：
SO2+H2O→H2SO3
Ca(OH)2+H2SO3→CaSO3+2H2O
CaSO3在微滴中过饱和沉淀析出：
CaSO3（l）→CaSO3（g）↓
CaSO3氧化成CaSO4：
CaSO3（l）+1/2H2O→CaSO4（l）
CaSO4溶解毒极低会迅速析出：
CaSO4（l）→CaSO4（g）↓
与此同时，吸收剂带入的水分迅速被蒸发而干燥，烟气温度随之降低。脱硫产物及未被利用的吸收剂以干燥的颗粒物形式随烟气带出吸收塔，进入除尘器被收集下来，可以在筑路中用于路基。脱硫后的烟气经除尘器除尘后排放。为了提高脱硫吸收剂的利用率，一般将部分脱硫灰加入制浆系统进行循环利用。
我国于1984年在四川内江白马电厂建成了第一套旋转喷雾半干法烟气脱硫小型试验装置，处理气量为3400m3N/hr。于1990年1月在白马电厂建成了一套中型试验装置，处理气量70000m3N/hr，进口SO2浓度3000ppm。经连续运行考核，Ca/S为1.4时，脱硫率可达到80%以上。
1993年，日本开始援助山东黄岛电厂4号机组引进三菱重工旋转喷雾干燥脱硫工艺，装置于1994安装制造完毕，1995年开始试车，处理气量为30万m3/h，入口SO2浓度为2000ppm，设计效率为70%。该套设备曾因喷雾干燥脱硫吸收塔内壁出现沉积结垢而造成系统运行故障。通过采取降低处理烟气量等措施，使系统运行恢复正常。
1.2.2.4海水烟气脱硫工艺
海水烟气脱硫工艺是利用海水的碱度达到脱除烟气中的二氧化硫的一种脱硫方法。烟气经除尘器除尘后，由增压风机送入气—气换热器中的热侧降温，然后送入吸收塔。在脱硫吸收塔内，与来自循环冷却系统的大量海水接触，烟气中的二氧化硫被吸收反应脱除。脱除二氧化硫后的烟气经换热器升温，由烟道排放。该工艺的反应机理：
SO2+H2O→H2SO3
H2SO3→H++HSO3-
HSO3-→H++SO32-
SO32-+1/2O2→SO42-
H++CO32-→HCO3-
HCO3-+H+→H2CO3→CO2+H2O
洗涤后的海水经处理后排放。此工艺是最近几年才发展起来的新技术。在我国，深圳西部电厂的一台300MW机组海水脱硫工艺，得到了国家环保总局和国家电力公司的批准，作为海水脱硫试验示范项目开始实施，在运行过程中开展相应的跟踪和试验研究工作。目前，该示范工程已投入商业运行，运行的可靠性高。
1.2.2.5炉内喷钙加尾部增湿活化脱硫工艺
炉内喷钙加尾部增湿活化工艺（简称LIFAC工艺）是在炉内喷钙脱硫工艺的基础上在锅炉尾部增设了增湿段，以提高脱硫效率。该工艺多以石灰石粉为吸收剂，石灰石粉由气力喷入炉膛850-1150℃温度区，石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳，氧化钙与烟气中的二氧化硫反应生成亚硫酸钙。由于反应在气固两相之间进行，收到传质过程的影响，反应速度较慢，吸收剂利用率较低。在尾部增湿活化反应内，增湿水以雾状喷入，与未反应的氧化钙接触生成Ca(OH)2进而与烟气中的二氧化硫反应，进而再次脱除二氧化硫。当Ca/S为2.5及以上时，系统脱硫率可达到65%-80%。。该工艺的反应机理为：
第一阶段反应（炉内喷钙）：
CaSO3→CaO+CO2
CaO+CO2→CaSO3
CaO+SO2+1/2O2→CaSO4
第二阶段反应（尾部增湿）：
CaO+H2O→Ca(OH)2
SO2+H2O→H2SO3
Ca(OH)2+H2SO3→CaSO3+2H2O
烟气脱硫后，由于增湿水的加入烟气温度下降（只有55-60℃，一般控制出口烟气温度高于露点10-15℃，增湿水由于烟温加热被迅速蒸发，未反应的吸收剂、反应产物呈干燥态随烟气排出，被除尘器收集下来。由于脱硫过程对吸收剂的利用率很低，脱硫副产物是以不稳定的亚硫酸钙为主的脱硫灰，副产物的综合利用受到一定的影响。
南京下关发电厂2×125MW机组全套引进芬兰IVO公司的LIFAC工艺技术，锅炉的含硫量为0.92%，设计脱硫效率为75%。目前，两台脱硫试验装置已投入商业运行，运行的稳定性及可靠性均较高。该工艺的流程图见下图。
1.2.2.6电子束烟气脱硫工艺（EBA法）
电子束烟气脱硫工艺是一种物理方法和化学方法相结合的高新技术。本工艺的流程是由排烟预除尘、烟气冷却、氨的冲入、电子束照射和副产品捕集工序组成。锅炉所排出的烟气，经过集尘器的粗滤处理之后进入冷却塔，在冷却塔内喷射冷却水，将烟气冷却到适合于脱硫、脱硝处理的温度（约70℃）。烟气的露点通常约为50℃，被喷射呈雾状的冷却水在冷却塔内完全得到蒸发，因此，不产生任何废水。通过冷却塔后的烟气流进反应器，在反应器进口处将一定的氨气、压缩空气和软水混合喷入，加入氨的量取决于SOx和NOx浓度，经过电子束照射后，SOx和NOx在自由基的作用下生成中间物硫酸和硝酸。然后硫酸和硝酸与共存的氨进行中和反应，生成粉状颗粒硫酸铵和硝酸铵的混合体。
该工艺的反应机理为：
N2、O2、H2O→·OH、·O、H2O·、N·
SO2+2·OH→H2SO4
SO2+·O+H2O·→H2SO4
NOx+·O+·OH→HNO3
H2SO4+NH3→(NH4)2SO4
HNO3+NH3→NH4NO3
反应所生成的硫酸铵和硝酸铵混合微粒被副成品集尘器所分离和捕集，经过净化的烟气升压后向大气排放。
成都热电厂和日本荏原制作所合作建造了的电子束脱硫工艺装置，该装置的处理烟气量为300,000m3N/hr，二氧化硫的浓度为5148mg/m3，设计脱硫率为80%。目前，该工艺装置已投入运行，运行的稳定性及设备状况均较佳。
1.2.2.7循环流化床锅炉脱硫工艺（锅炉CFB）
循环流化床锅炉脱硫工艺是近年来迅速发展起来的一种新型煤燃烧脱硫技术。其原理是燃料和作为吸收剂的石灰石粉送入燃烧室中部送入，气流使燃料颗粒、石灰石粉和灰一起在循环流化床强烈扰动并充满燃烧室，石灰石粉在燃烧室内裂解成氧化钙，氧化钙和二氧化硫结合成亚硫酸钙，锅炉燃烧室温度控制在850℃左右，以实现反应最佳。
该工艺的反应机理为：
S+O2→SO2
CaCO3→CaO+CO2
Ca+SO2→CaSO3
反应的Ca/S达到2.0左右时，脱硫率可达90%以上。
四川内江高坝电厂引进了芬兰的410t/hr循环流化床锅炉，目前已投入了运行。
编辑：华夏脱硫工程部 | |
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