电站锅炉烟气脱硫工艺分析

夏 珉

（中海石油舟山石化有限公司，浙江舟山 316015）

1 电站锅炉烟气脱硫的必要性

电站锅炉一般以煤炭作为主要燃料，锅炉运行时排出的烟气含有一定的二氧化硫，会对大气环境造成污染，并且二氧化硫还是酸雨形成的主要原因之一。随着电力体制改革进程的逐步加快，推动了电力事业的发展，电站的规模随之不断扩大，燃煤锅炉的烟气排放量进一步增加。受到一些因素的影响，电站对燃煤锅炉烟气排放的控制力度有所欠缺，大量二氧化硫随着烟气被排放到空气中，形成大范围的酸雨污染，造成的直接和间接损失数以亿计。目前，电站燃煤锅炉的烟气脱硫得到国家有关部门的密切关注和重视，并将之列为环境治理的首要任务，与此同时，国家陆续颁布相关法律法规，要求所有新建燃煤电站必须建设燃气脱硫系统，在役电站如果使用的是燃煤锅炉，应在限定期限内整改，使烟气达到排放标准。

2 电站锅炉烟气脱硫主要工艺

2.1 石灰法

是一种在电站燃煤锅炉烟气脱硫中应用较为广泛的工艺，属于湿法脱硫的范畴。石灰法脱硫工艺系统的复杂程度较高，大体上可分为2 个部分，一部分是吸收塔，另一部分是浆液池。电站燃煤锅炉烟气脱硫中应用该方法时，一般是将系统安装在除尘装置后，从锅炉内排出的烟气经过除尘，进入反应塔与石灰浆发生反应，从而达到去除烟气中二氧化硫的目的。石灰法工艺产生的副产品为石膏，因品质较差而影响销路，石膏的处理是该工艺的难点问题之一。在实际应用中发现，石灰法脱硫效果较为理想，对烟气中二氧化硫的脱除率较高，国内外80%以上的脱硫系统采用该技术工艺，特别是一些大型电站，烟气脱硫效率可以达到95%。虽然该工艺脱硫效果较好，但缺点也较为明显，如系统复杂程度高、前期投资大、需水量多、排烟温度低、运维困难且费用较高等。

2.2 喷雾干燥法

属于半干法脱硫工艺范畴，是指锅炉中排除的烟气与雾状石灰浆在干燥吸收塔内进行反应，从而达到脱除二氧化硫的目的。应用实践表明，采用该方法进行烟气脱硫，在钙硫摩尔比1.2～1.5 时，脱硫效率能够达到75%～85%，副产物为硫酸钙和亚硫酸钙，还有部分氧化钙和飞灰混合物。由于石灰法脱硫需消耗大量的水，并且还需要有废水处理系统，不利于资源节约和环境保护。而喷雾干燥法脱硫过程中不产生废水，工艺流程较为简单，设备占地面积小，运行可靠性高，前期投资较少。但喷雾干燥法脱硫效率最高可以达到85%，这一点不及石灰法，并且石灰的耗用量也相对较大。此外，该方法还存在以下不足：脱硫过程使用石灰作为吸收剂，因石灰本身为粉末状物体，使干燥吸收塔内壁容易出现结垢现象，而且雾化装置容易磨损，且经常会出现堵塞情况，脱硫后形成的灰渣无法有效利用，增大了固废处理成本。

2.3 海水烟气脱硫工艺

属于湿法脱硫范畴，是指以天然的海水作为吸收剂对烟气中的二氧化硫进行脱除。燃煤锅炉在燃烧过程中产生的烟气进入海水脱硫系统前，先经除尘系统除尘，可以采用静电除尘器，安装在吸收塔上游位置处，经过除尘之后的烟气进入吸收塔底部，与自上而下的海水相向流过，完成一次循环。从吸收塔内排出的干净烟气，需经加热后才能排放，而吸收了二氧化硫的海水凭借重力作用返回到海水处理厂，与其余海水混合。因天然海水为碱性，其中含有过量的碳酸钙和碳酸钠，使海水能吸收并中和二氧化硫。该方法的优点是节约淡水资源，不会产生副产物及废弃物，基本不会对环境造成污染和破坏，设备不结垢，工艺流程简单、便于维护，前期投资少，脱硫效率可以达到90%以上。不足之处在于适用范围小，仅适用于沿海地区的电站。

2.4 荷电干式喷射脱硫工艺

属于干式脱硫范畴，基本原理：固态粉粒状吸收剂以较高的速度从高压静电电晕区域通过，获得强大静电荷后，被喷射到烟道中呈悬浊状态，使吸收剂离子表面充分暴露，增大与烟气中二氧化硫反应的概率，离子表面电晕的存在使其活性大幅度增强，反应时间随之缩短，脱硫效率显著提高。该脱硫工艺的优点：工艺流程简单、可靠性高、设备占地面积小、既可用于新建锅炉脱硫，也可在锅炉技术改造中应用，不会产生二次污染，反应生成物会随烟尘被除尘设备一并去除。虽然该方法的优点较多，但缺点也比较明显，如对脱硫剂的要求较高，无法使用普通石灰，脱硫剂喷射后在烟道中的分布常常会出现不均匀现象，影响脱硫效率，由此使得该方法的推广应用受到影响。

2.5 氨水洗涤法

是一种湿法脱硫技术，该技术将氨水作为吸收剂，需要在脱硫前对锅炉出口烟气进行冷却处理，当冷却温度降至90～100℃时，再通过预洗涤去除HCL 和HF，之后利用液滴分离器在烟气中去除水滴，最后使烟气进入前置洗涤器中，与氨水在硫化塔中发生反应，生成硫酸铵溶液，再将脱硫处理后的烟气进行排放处理。氨水洗涤法具备脱硫效率高、无废渣、无废水等技术优势，但因烟气系统中设置了烟气再热器，进而增加了脱硫后期的防腐难度。为提高氨水洗涤法的脱硫效率，在电站锅炉烟气脱硫中还要具备以下条件：由于氨水脱硫要求的温度是20～23 ℃，因此必须对焦油、萘进行预先处理，以避免低温脱硫产生有机物堵塞现象；配备高效的除氨装置，以保证在氨水洗涤脱硫后快速去除氨，降低出塔煤气中的含氨量，提高洗氨工艺水平；在脱酸蒸氨过程中，富含硫化氢的氨水会产生强烈腐蚀性酸性气体，要求必须配备氨水脱硫富液的相关装置，提高工艺技术水平。

2.6 电子束照射脱硫法

属于干式脱硫范畴，是一种新型的脱硫工艺，电子加速器是它的基础，通过高能等离子体，可对烟气中的二氧化硫进行氧化，并在较短的时间内生成硫酸和硝酸，再与氨反应后生成硫酸氨和硝酸氨的微细粉粒，捕集器对这些粉粒进行回收作为农肥，净化后的气体可直接排入大气。该方法的优点：系统的结构较为简单，操作方便，脱硫过程易于控制，能对烟气成分的变化进行跟踪，由于是干法脱硫，故不会产生废水和废渣，对环境的污染较小，副产物可作为肥料，经济效益显著，脱硫效率最高能够达到94%。但在实际应用中发现，除尘系统的故障率会增大。

2.7 脉冲电晕放电等离子体烟气脱硫

以电子束照射法为基础，结合物理和化学方法，是一种有效的烟气脱硫技术。脉冲电晕放电等离子体烟气脱硫工艺原理与电子束照射法工艺原理基本相同，在电极之间让反应器和脉冲电源产生高能电子，氧化处理烟气中的硫和氮，将其转化为高价氧化物，并反应生成硝酸、硫酸。同时，在除尘器中喷入中和剂，去除硝酸和硫酸。与电子束照射法相比，脉冲电晕放电等离子体烟气脱硫工艺采用窄脉冲电场，可大幅度降低脱硫工艺的电能消耗，提高电站锅炉烟气脱硫的经济性。此外，该脱硫工艺还具备装置简单、无废渣和废水的优势，但由于脱硫后的副产品带有一定腐蚀性，所以增加了后期回收处理的难度。

2.8 钙钠双碱脱硫法

是一种先利用活性较强的钠碱作为吸收剂，对锅炉烟气中的二氧化硫进行吸收，随后用钙碱对吸收液进行再生，在吸收和吸收液的处理过程中分别使用两种类型的碱，所以该方法被称之为双碱脱硫法。应用实践表明，该脱硫工艺可以最小的能耗获得最大的脱硫效率，系统的脱硫效率保持在90%～95%之间，工艺参数和运行指标均处于领先水平。该技术的优点：系统的运行稳定性较高，主要设备的故障率低，基本不会影响电站锅炉的正常运行；技术工艺先进，运行费用低，钠碱具有较高的活性，只需要较低的液气比，便可达到较高的脱硫效果，钙碱价格低，并且能够重复使用，运行成本大幅度降低；对煤种具有较强的适应性，可以实现脱硫除尘一体化，在节水、节能等方面效果显著；吸收过程可以达到废水零排放的目标，吸收液中的盐分浓度较为稳定；反应中生成的废渣可综合利用，不会产生二次污染。

3 电站锅炉烟气脱硫工艺的选择及问题处理

3.1 工艺选择

综上所述，目前可用于电站锅炉烟气脱硫的工艺，大部分都存在不足之处，综合比较后，钙钠双碱法的应用优势最为明显。因此，建议电站采用该方法对锅炉进行烟气脱硫。以下对该方法的工艺流程进行分析。

电站锅炉中的含尘烟气经由烟道进入到筒体后，含有OH-离子的碱性水从脱硫塔不同部位的螺旋喷嘴中喷出，形成与烟气运动方向相反的水雾，烟尘中硫化物与水的碰撞频率随之进一步增加，气液的相对速度也显著提高，从而为烟气除尘及脱硫效果提供了可靠保障。随着气体的逐步上升，气液传质的表面积增大，传质速率提高，碱液与二氧化硫气液交换可以快速完成。脱硫后的产物随着水从塔底排出塔外，进入再生池，加入钙碱进行再生后便可循环使用。应用该脱硫工艺时，应将脱硫塔设置在风机后，以确保脱硫系统在正压下运行，避免碱液对风机的腐蚀。

3.2 工艺应用中的问题及处理措施

在该工艺应用中，较为常见的问题是塔内结垢及堵塞，对此可以采取如下措施进行处理：

（1）增大液气比。通过增大液气比，使烟气中的二氧化硫与吸收液充分接触，从而使吸收液中二价钠的浓度降低，避免塔内结垢问题的发生。

（2）采用衬塑钢管。针对吸收液管路堵塞问题，可以用衬塑钢管取代PE 和碳钢材料。由于衬塑钢管具有较强的耐腐蚀性，加之管件以法兰连接，更便于拆卸和检修，有利于堵塞问题的解决。

4 结语

电站锅炉烟气脱硫是一项重要的工作，可用于烟气脱硫的工艺较多，每种技术各具优缺点，综合比较后得出，钙钠双碱法的应用优势最为明显。因此，建议电站以该方法对锅炉烟气进行脱硫。在具体应用时，可以通过增大液气比和使用衬塑钢管来解决结垢及堵塞问题。