燃煤电厂锅炉烟气湿法脱硫技术的现状与展望

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＪＩＬＩＮＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＣＨＥＭＩＣＡＬＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

吉　林　化　工　学　院　学　报

Ｖｏｌ.３６Ｎｏ.５Ｍａｙ.　２０１９

　　文章编号:１００７￣２８５３(２０１９)０５￣００１９￣０４

燃煤电厂锅炉烟气湿法脱硫技术

的现状与展望

(１.吉林化工学院机电工程学院ꎬ吉林吉林１３２０２２ꎻ２.吉林省计量科学研究院计量测试仪器与技术重点实验室ꎬ吉林长春１３０１０３)

吕雪飞１ꎬ甘树坤１∗ꎬ吕　颖２

摘要:燃煤锅炉烟气脱硫是控制大气污染排放ꎬ有效预防酸雨的重要措施.目前国内外研究开发的烟气脱硫技术达２００多种ꎬ其中湿法烟气脱硫技术因工艺成熟、效率高被燃煤锅炉广泛应用.分析了常用的两种方法ꎬ即石膏法脱硫(以废制废)与氨法脱硫(以废制用)的技术工艺现状ꎬ并对存在的问题进行了探讨.关

键

中图分类号:ＴＫ２２９

词:燃煤烟气ꎻ氨法脱硫ꎻ石膏法脱硫ꎻ大气污染ꎻＳＯ２

文献标志码:Ａ

ＤＯＩ:１０.１６０３９/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ２２－１２４９.２０１９.０５.００５

　　近年来ꎬ世界各国在燃煤烟气脱硫方面均取得很大进展.美国、日本等发达国家在２１世纪前已基本完成烟气脱硫.随着我国经济快速发展ꎬ使得ＳＯ２的排放量也在不断增加.为控制大气污染物的排放ꎬ减少雾霾ꎬ提高人们的生活质量ꎬ国家提出超低排放ꎬ即火电厂燃煤锅炉在发电运行ꎬ末端治理等过程中ꎬ采用多种污染物高效协同脱除集成系统技术ꎬ使其大气污染物排放浓度基本符合燃气机组排放限值ꎬ即烟尘、二氧化硫、氮氧化５０ｍｇ/ｍꎬ比«火电厂大气污染物排放标准»

３

[１￣３]

右ꎬ我国燃煤锅炉烟气脱硫常用的两种方法即石灰石￣石膏法与氨法脱硫.１.１　石灰石￣石膏法

石灰石￣石膏法又称湿法钙法.采用石灰石或石灰浆液吸收烟气中的ＳＯ２ꎬ副产为石膏.石膏作为脱硫产物以固体形式排出ꎬ经过脱硫产物处理后可循环利用.根据脱硫产物是否回收ꎬ可分为抛弃法、回收法和双循环湿式法ꎬ该技术又可称以废制废技术ꎬ工艺流程如图１所示.

石膏法主要包括两个化学反应过程:(１)吸收过程ꎬ即二氧化硫吸水成亚硫酸根离子ꎬ与石灰石溶解过程形成的钙离子发生反应生成亚硫酸钙ꎻ(２)强制氧化ꎬ即通过加入过量氧气与生成的亚硫酸钙进一步反应ꎬ生成两水硫酸钙(石膏)ꎬ总反应如式(１)~(２)所示[４]:

吸收反应:ＳＯ２＋Ｈ２Ｏ＋ＣａＣＯ３氧化反应:ＣａＳＯ３􀅰

１

ＨＯ＋Ｏ２２２

物排放浓度(基准含氧量６％)分别不超５、３５和(ＧＢ１３２２３￣２０１１)中规定的燃煤锅炉重点地区特别排放限值分别下降７５％、３０％和５０％ꎬ是燃煤发电机组清洁生产水平的新标杆

.

１　湿法脱硫工艺及特点

湿法脱除烟气中的ＳＯ２的工艺很多ꎬ大部分在２０世纪７０年代初由美国和日本开发ꎬ多用于处理炼油厂和锅炉的加热炉烟气.湿法烟气脱硫技术的最大优点是脱硫率高达９５％ꎬ运行可靠性高ꎬ操作简单ꎬＳＯ２吨处理成本低.世界各国现有的烟气脱硫技术中ꎬ湿法脱硫技术约占８５％左

→ＣａＳＯ３􀅰

１

ＨＯ２２

(１)(２)

→ＣａＳＯ４􀅰２Ｈ２Ｏ

湿法钙法的技术特点是整个脱硫系统位于烟道的末端ꎬ即除尘系统之后ꎻ吸附剂和脱硫生成物

收稿日期:２０１９￣０３￣１５

作者简介:吕雪飞(１９７５￣)ꎬ女ꎬ吉林德惠人ꎬ吉林化工学院副教授ꎬ硕士ꎬ主要从事动力机械、能源动力工程及材料腐

蚀与防护等方面的研究.

∗通信作者:甘树坤ꎬＥ￣ｍａｉｌ:４９１４１５４４＠ｑｑ.ｃｏｍ

２０

吉　林　化　工　学　院　学　报　　２０１９年　　

均为湿态ꎬ脱硫过程在溶液中进行.钙法的试剂费用相对比较低廉ꎬ但固体产物量大、吸收效率低、装置投资大、占地规模大、故障率高ꎬ并且过程会

有废水排放、配套安装建设废水处理系统及易造成管路系统容易结垢.目前ꎬ湿法钙法在锅炉脱硝应用市场的占有率８０％以上.

图１　湿法钙法烟气脱硫工艺流程图

１.２　氨法脱硫

氨法烟气脱硫ꎬ简称氨法ꎬ是以氨基物质作吸收剂脱除烟气中的ＳＯ２并回收副产物(如硫酸铵等)的湿式烟气脱硫工艺ꎬ一般采用废氨水或液氨作为吸收剂ꎬ氨法烟气脱硫技术是世界上商业

化应用的脱硫方法之一.该工艺既可高效脱硫又可以部分脱除烟气中的氮氧化物ꎬ副产物为硫酸铵可作为化肥ꎬ从而实现资源回收利用ꎬ是控制酸雨和二氧化硫污染最为有效和环保的湿法烟气脱硫技术ꎬ工艺流程图如图２所示.

图２　氨法脱硫工艺流程图

　　第５期吕雪飞ꎬ等:燃煤电厂锅炉烟气湿法脱硫技术的现状与展望　　２１　

　　氨法主要包括两个基本的化学反应过程:吸收ꎬＳＯ２被吸收形成亚硫酸铵ꎻ氧化ꎬ亚硫酸铵被氧化成硫酸铵.反应方程式如式(３)~(６)所示[５]:

吸收反应:

ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ＋ＳＯ２

硫剂来源稳定ꎬ对有合成氨和焦化制气的企业可实现以废治用ꎻ脱硫副产物应用市场大、附加值高、技术成熟、运行可靠、运行费用低ꎻ无废水、废渣及ＣＯ２排放的二次污染ꎻ无须设置废水、废渣处理处置单元、处理烟气塔顶直排、无须单独设置湿烟囱或砼防腐处理、投资省[６ꎬ７].

→(ＮＨ４)２ＳＯ３

(ＮＨ４)２ＳＯ３＋ＳＯ２＋Ｈ２Ｏ→ＮＨ４ＨＳＯ３ＮＨ４ＨＳＯ３＋ＮＨ３氧化反应:

→(ＮＨ４)２ＳＯ３

(ＮＨ４)２ＳＯ３＋Ｏ２

→(ＮＨ４)２ＳＯ４

(３)(４)(５)(６)

２　工艺分析对比及探讨

燃煤电厂锅炉烟气脱硫方面ꎬ目前技术较为成熟ꎬ在燃煤电厂烟气脱硫中有一定应用业绩的脱硫工艺主要有钙祛湿法脱硫、氨法脱硫.具体技术分析情况如表１所示[１ꎬ８].

氨法脱硫特点是液气反应ꎬ接触面积大ꎬ反应动力强ꎬ脱硫效率高ꎬ可达９８％以上ꎻ烟气条件适应性强ꎬ可以实现气量及浓度的较大幅度波动ꎻ脱

表１　燃煤电厂锅炉烟气脱硫技术对比

项目技术成熟度系统设备适用煤种使用单机规模

脱硫率吸收剂种类吸收剂来源副产品种类副产品用途烟气脱硫投资

石膏法成熟系统较复杂不受含硫量

大型电厂或热功率不小于２９ＭＷ的锅炉

９５％以上石灰石易购买石膏

可作水泥缓凝剂或建筑石膏出售

较高

氨法成熟系统较简单不受含硫量大型电厂或旧锅炉改造

９８％以上氨水废氨水或液氨

硫酸铵

可作复合肥原料或直接作为化肥用于盐碱地

不高(产物可以直接利用)

　　以上两种方法都为成熟的燃煤锅炉烟气脱硫技术ꎬ国内外已投入商业运行ꎬ在脱硫市场上占有较大份额ꎬ是任何煤种均可采用的脱硫方式ꎬ脱硫率高达９５％以上.

对于钙法脱硫ꎬ单塔处理量大ꎬ对于高硫煤及大机组具有实用价值.采用石灰石或石灰作为吸收剂ꎬ成本低廉、易得ꎬ产物石膏可作为建筑材料.但该工艺需要消耗大量的水ꎬ且易造成结垢堵塞.如果使用ＣａＣｌ２、Ｍｇ２＋、ＮＨ３等做添加剂可以防止结垢ꎬ但成本会增加.如果石膏销路不好ꎬ会造成固体排放物的堆积问题ꎬ从而产生二次污染[９ꎬ１０].

对于氨法脱硫ꎬ适用较大机组ꎬ可以利用合成

通过对两种技术方法的论述及分析ꎬ针对具体项目而言ꎬ关于技术选择还应根据现场的实际条件、吸收剂的资源、副产品的处理以及综合利用等所有情况综合考虑ꎬ确定最佳脱硫方案.

３　结论与展望

随着国民对环保要求的提高以及国家环保力度的加强ꎬ燃煤电厂将向绿色生产和资源综合利用的方向不断前进.燃煤锅炉生产中排放的含硫烟气作为一种资源可以加以利用ꎬ所以实现含硫烟气综合利用技术是未来烟气脱硫技术发展进步的一个方向.通过催化氧化、催化还原不仅可以实现资源的有效利用ꎬ而且能量削耗低ꎬ绿色环保无污染ꎬ是燃煤烟气脱硫技术发展的大趋势.

面对工业发展与环境保护矛盾的日益突出ꎬ如何更有效地治理、降低污染是很多学者共同面临的研究课题.在燃煤锅炉烟气脱硫技术领域ꎬ除上述较为成熟的工艺外ꎬ仍有许多前沿工艺处于

氨车间的废氨水做吸收剂ꎬ产物为硫酸铵ꎬ可直接作为肥料用于盐碱地ꎬ也有用于味精厂做精核物质的报道.氨法脱硫存在一个硫酸铵结晶分离的问题ꎬ结晶晶粒过小很难实现正常气固分离ꎬ影响正常生产.关于结晶粒径影响因素也有相关报道ꎬ研究表明主要受烟道中氧含量、酚含量及ｐＨ大小等的影响较为明显[１１￣１３].

２２

吉　林　化　工　学　院　学　报　　２０１９年　　

研究探索过程.目前各种脱硫工艺利弊并存ꎬ但有理由相信随着科技进步ꎬ现有工艺必将更完善ꎬ同时也将探索出更多更好的新式脱硫工艺.

[７]　徐才仁.我国有色金属冶炼烟气脱硫技术综述[Ｊ].

河南科技ꎬ２０１２(１１):７９￣８０.

[８]　陶雷行ꎬ吕敬友ꎬ陈洪涛.烟气脱硫的工艺选择及因

素分析[Ｊ].上海电力ꎬ２００７ꎬ１９(５):４５２￣４５８.[９]　ＢＡＬＩＧＡＲＶＣꎬＣＬＡＲＫＲＢꎬＫＯＲＣＡＫＲＦꎬｅｔａｌ.

１５￣１７.

参考文献:

[１]　靳胜英ꎬ赵江ꎬ边钢月.国外烟气脱硫技术应用进展[Ｊ].[２]　张秀云ꎬ郑继成.国内外烟气脱硫技术综述[Ｊ].电站[３]　于兴国.锅炉“四管”的失效原因及预防措施[Ｊ].[４]　赵坚行ꎬ王锁芳ꎬ刘勇.热动力装置的排气污染与噪[５]　李津ꎬ于德爽.我国烟气脱硫技术的应用现状与发[６]　余新明.中小型燃煤锅炉烟气除尘脱硫研究的意

展趋势[Ｊ].科技资讯ꎬ２００７(２６):１５６￣１５６.声[Ｍ].北京:科学出版社ꎬ２００９.吉林化工学院学报ꎬ２０１７(１):５０￣５３.系统工程ꎬ２０１０ꎬ２６(４):１￣２.中外能源ꎬ２０１４ꎬ１９(３):８９￣９５.

Ｃｈａｐｔｅｒｔｗｏ￣ｆｌｕｅｇａｓｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｄｕｃｔｕｓｅｏｎａｇ￣

[１０]张毅.烟气脱硫技术选择[Ｊ].石油化工应用ꎬ２００７ꎬ[１１]韩光信ꎬ王晨ꎬ毕胜楠.锅炉过热蒸汽温度预测ＰＩＤ

３４(７):４１￣４５.２６(４):８２￣８４.

５１￣８６.

ｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｌａｎｄ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＡｇｒｏｎｏｍｙꎬ２０１１ꎬ１１１:

控制及仿真研究[Ｊ].吉林化工学院学报ꎬ２０１８ꎬ

[１２]曹桂萍ꎬ黄兵.我国二氧化硫烟气治理技术现状及发

展趋势[Ｊ].云南环境科学ꎬ２００２ꎬ２１(１):４３￣４６.艺比较[Ｊ].广州化工ꎬ２００９ꎬ３７(６):１７９￣１８１.[１３]陈丽萍ꎬ邓荣喜.喷雾干燥法与石灰石石膏法脱硫工

义ꎬ现状与展望[Ｊ].工业安全与防尘ꎬ１９９９(９):

ＰｒｅｓｅｎｔＳｉｔｕａｔｉｏｎａｎｄＰｒｏｓｐｅｃｔｏｆＦｌｕｅＧａｓＤｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ

ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＢｏｉｌｅｒｉｎＣｏａｌ￣ｆｉｒｅｄＰｏｗｅｒＰｌａｎｔｓ

ＬＶＸｕｅｆｅｉ１ꎬＧＡＮＳｈｕｋｕｎ１∗ꎬＬＶＹｉｎｇ２

(１.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＪｉｌｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＪｉｌｉｎＣｉｔｙ１３２０２２ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＪｉｌｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｔｒｏｌｏｇｙａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈꎬＣｈａｎｇｃｈｕｎ１３０１０３ꎬＣｈｉｎａ)

Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｆｌｕｅｇａｓｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌ￣ｆｉｒｅｄｂｏｉｌｅｒｓｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｍｅｔｈｏｄｔｏｃｏｎｔｒｏｌａｉｒｅｍｉｓｓｉｏｎｓａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｐｒｅｖｅｎｔａｃｉｄｒａｉｎ.Ｕｐｔｏｎｏｗꎬｔｈｅｒｅｈａｖｅｂｅｅｎｍｏｒｅｔｈａｎ２００ｆｌｕｅｇａｓｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄ.Ａｍｏｎｇｔｈｅｍꎬｗｅｔｆｌｕｅｇａｓｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｃｏａｌ￣ｆｉｒｅｄｂｏｉｌｅｒｓｄｕｅｔｏｏｆｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｕｓｅ)ꎬａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｄ.

ｍａｔｕｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ.ＴｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｗｏｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｍｅｔｈｏｄｓꎬｓｕｃｈａｓｇｙｐｓｕｍＫｅｙｗｏｒｄｓ:ｃｏａｌ￣ｆｉｒｅｄｆｌｕｅｇａｓꎻａｍｍｏｎｉａｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎꎻｇｙｐｓｕｍｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎꎻａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐｏｌｌｕｔｉｏｎꎻＳＯ２

ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ(ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｆｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｗａｓｔｅ)ａｎｄａｍｍｏｎｉａｍｅｔｈｏｄ(ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓ