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火電廠脫硫淺析
一、火電廠脫硫概述
縱觀現階的火電廠SO2污染控制，火電廠為實現減排SO2而采取的措施主要有：燃用硫煤、煤炭洗選、潔凈煤燃燒和煙氣脫硫。
SO2的控制途徑有：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫、燃燒后脫硫，即煙氣脫硫(FGD)。目前，煙氣脫硫被認為是控制SO2量zui行之有效的途徑。脫硫的選擇考慮脫硫效率、性、可靠性等因素，選擇的基本原則是：
1.脫硫效率，但不要盲目追求率，因為提脫硫效率將增加設備。有資料統計，脫硫效率為60的脫硫設備，若效率提到70～80，則單位設備將會增加0.9～1.2倍，脫硫率提到85時要1.64倍。因此只要SO2濃度和脫硫效率能滿足，應盡量選用初始的脫硫工藝；
2.少，脫硫裝置不過電廠總的15；
3.成熟，運行可靠，工藝流程簡單；
4.運行費用，脫硫劑質價廉，有可靠穩定的來源；
5.對煤種及機組容量適應性強，并能夠適應燃煤含硫量在一定范圍內的變化；
6.脫硫副均能得到處置和利用，對不造成二次污染。
脫硫工程中zui主要的物料就是石灰石粉（一般要求細度為325目90通過或250目95通過）。
二、現有火電廠脫硫
衡量和考察一種脫硫工藝主要應從以下幾個方面來分析和比較，即脫硫效率、運行的穩定程度、運行費用、、系統的可擴充和可升級性能。與前所指出的，濕法、爐內噴鈣尾部增濕、干法或半干法是在我各種不同容量的機組上主要采用的幾種脫硫工藝。濕法脫硫工藝的效率比較，一般都可穩定運行在95以上。而其它簡易脫硫工藝的效率大多在80以下，如果進一步提脫硫效率，脫硫劑的耗量和飛灰的再循量都要增加，運行費用大幅度上升。現對各主要脫硫工藝分別進行闡述。
1.濕法石灰石－石膏煙氣脫硫法（zui為常用的方法）
該法具有脫硫效率、運行穩定、運行費用、無二次污染等特點。所以，濕法脫硫工藝應用。脫硫劑以CaCO3zui為普及。濕法脫硫系統的效率都，正常情況下都在95以上。濕法(石灰石－石膏法)脫硫系統，它包括煙氣換熱系統、吸收塔脫硫系統、脫硫劑漿液制備系統、石膏脫水系統和廢水處理系統。濕法脫硫系統可加裝于鍋爐的尾部，對現有的鍋爐系統包括除塵系統沒有影響。
a.煙氣換熱系統：
用原煙氣的熱量加熱脫硫后的干凈煙氣，不僅可以增加煙氣的溫度，同時也減少了脫硫裝置尾部的腐蝕，并且提了保效益。脫硫負荷可以通過啟停循泵的數目來調節；
b.脫硫系統：
一般還裝有除霧器，以除掉脫硫后煙氣中的液滴，進一步減輕尾部的腐蝕；
c.石膏脫水系統：
一般分為離心式和真空式兩種，離心式的脫水率可達95，而真空式的脫水率一般在90左右。為了平衡整個脫硫系統的Cl`離子濃度，要有一部分石膏漿液逸出脫硫系統廢水處理系統，進行處理；
d.廢水處理的工藝：
包括中和反應和絮凝沉淀，該工藝可降外排廢水的pH值和懸浮物的含量。化學表達式如下：
反應(1)：SO2 H2O→H2SO3
反應(2)：CaCO3 2H2SO3→Ca (HSO3)2 CO2 H2O
反應(3)：Ca (HSO3)2 O2 2H2O→CaSO4·2H2O H2SO4
反應(4)：CaCO3 2H2SO4 H2O→CaSO4·7H2O CO2
反應(1)、(2)發生在吸收塔上部，即SO2溶入噴入的吸收液中，然后與其中的CaCO3反應；反應(3)、(4)發生在吸收塔下部的循氧化槽中，即亞硫酸鈣被鼓入的空氣強制氧化為硫酸鈣，并隨即生成二水石膏析出。
2.干式循流化床煙氣脫硫
以石灰漿作為脫硫劑，鍋爐煙氣從循流化床底部進入反應塔，與石灰漿進行脫硫反應去除SO2。然后將脫硫劑與煙氣相分離，zui后經除塵后將煙氣排入。該法的特點是：
a.脫硫效率（當燃煤含硫量為2 ，C/S =1.1時，脫硫率可達85以上）；
b.性能好，脫硫劑可以循使用；
3.液柱煙氣脫硫除塵系統
由脫硫反應塔、脫硫劑制備系統、脫硫劑產物處理系統、控制系統和煙道系統組成。煙氣從脫硫反應塔下部進入，在上升過程中與脫硫劑接觸，將SO2除去。而脫硫劑也由反應塔下部向上噴射，在上部散開，充分與煙氣接觸反應。該法的特點是：
a.系統在C /S = 1時，脫硫率大于90，脫硫劑的利用率在90以上，運行；
b.副CaSO4可用于建筑材料和鹽堿地的改造。
4.噴霧半干法
噴霧干燥法的工作原理為將熟化的30石灰漿液在速旋轉的離心噴霧機作用下，以霧狀噴入到脫硫反應塔內，吸收劑霧滴吸收煙氣中二氧化硫。反應式如下：
Ca (O H) 2 SO2＋1/2O2 3/2 H2O →CaSO4·2H2O
該法的運行費用約為石灰石法的80。噴霧干燥法只適用于中硫煤種的煙氣脫硫。噴霧干燥法由于脫硫效率較（70），不宜在大中型機組上。
5.爐內噴鈣尾部增濕活化法
爐內噴鈣尾部增濕活化法是將石灰石于鍋爐的1000℃左右噴入，石灰石迅速分解成氧化鈣并和煤氣中的硫反應，未反應的氧化鈣進入尾部的活化器中，增濕活化成氫氧化鈣，進一步和二氧化硫反應。反應方程式如下：
2SO2＋2CaO O2 →2CaSO4
2CaO 2 H2O 2SO2 O2 →2CaSO4 2 H2O
該工藝需對鍋爐進行一定的改造，否則會造成鍋爐熱效率下降，所以不適用于機組脫硫；對脫硫效率要求不，而又沒有脫硫場地的中小機組比較適用。該法是燃煤含硫量不的中小型鍋爐(新建或改造)的*脫硫工藝。
6.電子束照射法
電子束照射法是利用能量電子產生的活性氧化基團將煙氣中的SO2和NOx 氧化成中間產物H2SO4和HNO3，這些中間產物和注入的氨吸收劑反應，生成硫酸銨和。反應式如下：
SO2 O2 H2O 2NH3→(NH4)2SO4
NOx O2 H2O NH3→NH4NO3
到目前為止，電子束照射法僅在、美進行過一些小型工業，尚沒有在機組應用的實例。根據成都熱電廠運行情況，副硫銨和硝銨物料在電除塵板上粘結和腐蝕問題較大，而且存在液氨泄露的危險，建議是等該工藝有一定業績和運行后予以考慮。
7.海水脫硫法
海水脫硫是利用海水中碳酸氫鈣和碳酸氫鎂等堿性物質來吸收煙氣中的二氧化硫，經空氣氧化，使其成為穩定的SO42-，然后排入大海。反應式如下：
2SO2 4HCO3- O2→2H2O 4CO2↑ 2SO42-
該工藝只適用于燃中硫煤的海邊電廠，電廠的燃煤含硫量不宜過，約1為宜，除塵效率要求較，否則會對海洋造成污染。
8.荷電干式噴射法
荷電干式噴射脫硫工藝是將帶電的微細吸收劑噴入煙道，與煙氣中的二氧化硫發生反應，達到脫硫目的。反應式如下：
2CaO 2SO2＋O2→2CaSO4
該法脫硫效率，是對于硫燃料，脫硫效率差。
9.循流化床煙氣脫硫法
循流化床煙氣脫硫工藝是用石灰作為吸收劑，將鍋爐尾部出來的煙氣引入循流化床反應塔中，增濕的石灰和煙氣中的二氧化硫反應，生成亞硫酸鈣，未反應的吸收劑顆粒經除塵器收集再回到循硫化床循利用。主要反應如下：
Ca (OH) 2 SO2 1/2O2→CaSO4·H2O
該法是較晚較快的脫硫工藝，約占FGD容量的0.5。其主要點是費用和運行費用比石灰石－石膏法30。
10.旋轉噴霧法
該法的應用原理為：將吸收漿霧化，在吸收塔內與煙氣混合接觸，一方面煙氣被熱冷卻，吸收劑中的水份被蒸發干燥；另一方面，吸收劑與煙氣中SO2反應生成亞硫酸鈣來達到脫硫的目的。該裝置運行可靠，但腐蝕較嚴重，副一般不用。
11.磷氨復合肥法（PAR法）
該法的應用原理為：活性炭吸附一級脫硫，解吸得30 H2SO4 。稀H2SO4分解為磷礦石，生成10以上的磷酸液與氨的中和液進行二次脫硫，再將漿料濃縮干燥得磷氨復合肥。該法的點是副可做化肥使用；缺點是工藝比較復雜，一次性較，運行維護工作量大。
12.氨-硫氨法(NADS).
氨-硫氨法是由NKK公司的工藝，1976年建立了兩套裝置，分別處理76萬M/h和123萬M/h的煙氣。他的副是化肥，該法的額相對較大，工藝復雜。
13.石灰石濕法簡易脫硫除塵法(PXJ－D)
本法在石灰石濕法基礎上以犧牲利用副和降脫硫率來實現工藝簡化和降，是產中*有420 t鍋爐業績的，比較適合情，是適合老廠上脫硫除塵裝置或把原有除塵設備改造成脫硫除塵裝置。初為的之一左右，運行費為三分之一左右，除塵率大于99，脫硫率為70～80。采用無噴嘴噴淋系統，了堵塞問題，采用防腐措施了腐蝕問題；無廢水，工藝簡單，占用場地小。
表1是幾種常見脫硫工藝主要參數比較：
工 藝 | 石灰石 | 海水洗滌 | 電子束 | LIFAC | RCFB | 半干法 | 荷電干法 |
適用機組 | 大中 | 大中 | 中小 | 中小 | 中小 | 中小 | 中小 |
適用煤種 | 無限值 | 硫＜1.5 | 硫＜2 | 硫＜2 | 硫＜2 | 硫＜2 | 硫＜1 |
脫硫元/噸SO2 | 900～1500 | 500～1000 | 900～1200 | 700～1000 | 500～900 | 800～1100 | 900 |
脫硫效率 | 90以上 | 90以上 | 90以上 | 60以上 | 90以上 | 70以上 | 70 |
吸附劑 | 石灰石 | 海水 | 液氨 | 石灰石 | 硝石灰 | 石灰 | 熟石灰 |
設備 | 1 | 3/5 | 4/5 | 1/3 | 2/3 | 2/3 | 1/4 |
占地面積 | 3/2 | 1 | 1/3 | 1/3 | 2/3 | 1/4 | —— |
副 | 石膏 | 無 | 硫酸銨 | 亞硫酸 | 亞硫酸 | 亞硫酸 | 硫酸銨 |
電耗 | 較 | ||||||
水耗 | 無 |
表2是幾種常見的煙氣脫硫裝置的比較：
表2 煙氣脫硫裝置的比較
脫硫方法 | 簡易濕法 | 濕法 | 產濕法 | 海水法 | CDSI | RCFB | DCL |
機組容量/MW | 2×125 | 300 | 2×125 | 300 | 50 | 210 | 60 |
脫硫效率（） | 81 | 95 | 90 | 90 | 65 | 85 | 50～65 |
工藝流程 | 較復雜 | 復雜 | 復雜 | 較復雜 | 簡單 | 較復雜 | 簡單 |
Ca/S | 1.05 | 1.03 | 1.03 | ——— | 1.5 | 1.3 | 1.5～2.5 |
吸收劑 | 石灰石粉 | 石灰石粉 | 石灰石粉 | 紅海水 | Ca(OH)2粉 | CaO粉 | 固硫劑 |
單位/（元/kW） | 510 | 913 | 512 | 587 | 208 | 571 | 120 |
脫硫/（元/tSO2） | 1779.0 | 5718.9 | 4522.1 | 4925.2 | 3168.7 | 2932 | 2300 |
電價增量元/kW·h | 0.0322 | 0.0389 | 0.0246 | 0.0182 | 0.0180 | 0.0188 | 0.0184 |
操作條件 | 一般 | 復雜 | 復雜 | 一般 | 簡便 | 一般 | 簡便 |
對的影響 | 較大 | 較大 | 較大 | 影響海水 | 無 | 較小 | 無 |
三、脫硫后的廢水處理
脫硫廢水主要是石膏漿液經脫水后排出的濾液，量約7t/h。脫硫廢水中主要污染因子為氯離子、SS、銅、鉛、鎳、鈣、鎂、鋁、鐵以及氟離子、硫酸根、碳酸根等，水體的pH值較。脫硫廢水中的雜質主要來自煙氣、脫硫劑（目前濕法脫硫的脫硫劑大多用石灰石）和工藝水。其中，污染成分主要來自煙氣，而煙氣中的雜質又來源于煤的燃燒。煤中含有包括重金屬在內的多種元素，這些元素在燃燒后生成多種化合物，其中氣體化合物會隨煙氣進入脫硫系統，溶解于吸收漿液中。脫硫廢水中的雜質主要包括懸浮物、濃度的亞硫酸鹽、硫酸鹽、氟化物以及重金屬。
脫硫后的廢水處理系統包括：水處理系統和污泥處理系統, 其中水處理系統又分為中和、沉降、絮凝、濃縮澄清幾個工序。
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