（数量经济学专业论文）燃煤电厂烟气脱硫技术选择的数量分析方法及案例研究.pdf

华北电力人学硕士学位论文摘要 摘要 本文在分析烟气脱硫技术选择的单一方法和常用组合数量分析方法缺陷的基 础上，建立了基于合作博弈论的烟气脱硫技术的组合数量分析方法。与单一数量分 析方法相比，该方法能够利用较多的信息，从多角度、多侧面反应事物的本质，从 而能够对被评价对象有一个更加全面、准确的认识。与常用的组合数量分析方法相 比，该方法的评价结论与用于组合的各单一分析方法的结论具有较高的总体一致 性，表明本文所提出方法具有较强的有效性。然后，本文以河北y 电厂为背景，将 基于合作博弈论的组合数量分析方法应用于烟气脱硫技术选择的工程实例，并通过 评价结果分析和斯皮尔曼秩相关检验证明了本文方法的合理性和有效性。 关键词：烟气脱硫技术选择，组合，博弈论，数量分析方法 a b s t r a c t b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ed r a w b a c k so fs i n g l eq u a n t i t a t i v e a n a l y s i sm e t h o df o r f g dt e c t u l o l o g ys e l e c t i o na n dt h ee x i s t i n gc o m b i n e dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i sm e t h o d s ，a c o m b i n e do n ew a se s t a b l i s h e dw i t hc o o p e r a t i v eg 锄et h e o r y c o m p a r e dw i t ht h es i n g l e m e t h o d s ，t h ep r o p o s e dc o m b i n e dm e t h o dc a nm a k eu s eo fm o r ei n f o 姗a t i o na n dr e f l e c t t h ec h a r a c t e s t i c so ft h eo b j e c t i v eb e i n ge v a l u a t e d 行o mm o r ep e r s p e c t i v e sa n da s p e c t s t h e r e f o r e ，a no v e r a l la n dp r e c i s i v eu n d e r s t a n d i n gw i l lb eg a i n e d c o m p a r e dw i t ho t h e r c o m b i n e dm e t h o d s ，t h er e s u l to ft h ep r o p o s e dc o m b i n e dm e t h o di sm o r ec o n c o r d a n tw i t h t h er e s u l t so ft h es i n g l em e t h o d st h a ta r eu s e di nt h ec o m b i n e dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s ， i n d i c a t i n gt h ee f f e c t i v e n e s so ft h ep r o p o s e dm e t h o d a tl a s t ，t h ec o m b i n e dq u a n t i t a t i v e a n a l y s i sm e t h o dw i t hc o o p e r a t i v eg a m et h e o r yw a sa p p l i e dt oa ne n 百n e e r i n ge x 锄p l e o ft h es e l e c t i o no ff g dt e c h n o l o g i e sw i t ht h eb a c k g r o u n do fy p o w e rp l a n ti nh e b e i p r o v i n c e t h ea n a l y s i so ft h er e s u l t 锄dt h et e s to fs p e a 咖a nr a n kc o r r e l a t i o ns h o w e d t h er e a s o n a b i l i t ya n de f f e c t i v e n e s so ft h ep r o p o s e dm e t h o d t i a nj i m i n g ( e c o n o m e t r i c s ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o f z h o uj i a n g u o l yw o r d s ：n u eg a sd e s u l p h u r i z a t i o nt e c h n o l o g y 靶k c t i o n ，c o m b i l l a t ：i o n ，c o o p e r a 晰eg a m e 也e o r y ，q u a n t i t a t i v ea n a l y s i sm e t h o d 华北电力人学硕士学位论文摘要 摘要 本文在分析烟气脱硫技术选择的单一方法和常用组合数量分析方法缺陷的基 础上，建立了基于合作博弈论的烟气脱硫技术的组合数量分析方法。与单一数量分 析方法相比，该方法能够利用较多的信息，从多角度、多侧面反应事物的本质，从 而能够对被评价对象有一个更加全面、准确的认识。与常用的组合数量分析方法相 比，该方法的评价结论与用于组合的各单一分析方法的结论具有较高的总体一致 性，表明本文所提出方法具有较强的有效性。然后，本文以河北y 电厂为背景，将 基于合作博弈论的组合数量分析方法应用于烟气脱硫技术选择的工程实例，并通过 评价结果分析和斯皮尔曼秩相关检验证明了本文方法的合理性和有效性。 关键词：烟气脱硫技术选择，组合，博弈论，数量分析方法 a b s t r a c t b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ed r a w b a c k so fs i n g l eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i sm e t h o df o r f g dt e c t u l o l o g ys e l e c t i o na n dt h ee x i s t i n gc o m b i n e dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i sm e t h o d s ，a c o m b i n e do n ew a se s t a b l i s h e dw i t hc o o p e r a t i v eg 锄et h e o r y c o m p a r e dw i t ht h es i n g l e m e t h o d s ，t h ep r o p o s e dc o m b i n e dm e t h o dc a nm a k eu s eo fm o r ei n f o 姗a t i o na n dr e f l e c t t h ec h a r a c t e s t i c so ft h eo b j e c t i v eb e i n ge v a l u a t e d 行o mm o r ep e r s p e c t i v e sa n da s p e c t s t h e r e f o r e ，a no v e r a l la n dp r e c i s i v eu n d e r s t a n d i n gw i l lb eg a i n e d c o m p a r e dw i t ho t h e r c o m b i n e dm e t h o d s ，t h er e s u l to ft h ep r o p o s e dc o m b i n e dm e t h o di sm o r ec o n c o r d a n tw i t h t h er e s u l t so ft h es i n g l em e t h o d st h a ta r eu s e di nt h ec o m b i n e dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s ， i n d i c a t i n gt h ee f f e c t i v e n e s so ft h ep r o p o s e dm e t h o d a tl a s t ，t h ec o m b i n e dq u a n t i t a t i v e a n a l y s i sm e t h o dw i t hc o o p e r a t i v eg a m et h e o r yw a sa p p l i e d t oa ne n 百n e e r i n ge x 锄p l e o ft h es e l e c t i o no ff g dt e c h n o l o g i e sw i t ht h eb a c k g r o u n do fy p o w e rp l a n ti nh e b e i p r o v i n c e t h ea n a l y s i so ft h er e s u l t 锄dt h et e s to fs p e a 咖a nr a n kc o r r e l a t i o ns h o w e d t h er e a s o n a b i l i t ya n de f f e c t i v e n e s so ft h ep r o p o s e dm e t h o d t i a nj i m i n g ( e c o n o m e t r i c s ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o f z h o uj i a n g u o k e yw o r d s ：n u eg a sd e s u l p h u r i z a t i o nt e c h n o l o g y 靶k c t i o n ，c o m b i l l a t ：i o n ，c o o p e r a 晰eg a m e 也e o r y ，q u a n t i t a t i v ea n a l y s i sm e t h o d 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文燃煤电厂烟气脱硫技术选择的数量分 析方法及案例研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的 研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：l 鲴互丝醴 日期：型! 翌：丝：堕 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名“鱼缱鳢导师躲 日期：越厂 华北电力火学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 电力工业是能源工业的重要组成部分，是推动和支撑社会经济发展的重要基 础。随着我国社会经济的持续快速发展和工业化进程的加快，我国对能源生产和能 源消费需求迅速增长，已成为世界能源生产和消费大国。作为国民经济的动力之源， 电力工业得到了快速发展。由于客观条件的限制，我国主要依靠煤炭发电。而由此 造成的环境污染已经成为社会关注的焦点。 1 1 1 二氧化硫的危害 我国二氧化硫排放量居高不下，酸雨污染总体上未能得到有效控制，局部地区 加重，以细颗粒为主的区域性大气污染日益突出。由二氧化硫排放引起的酸雨污染 范围不断扩大，已由八十年代初的西南局部地区，扩展到西南、华中、华南和华东 的大部分地区。目前年均降水p h 值低于5 6 的地区已占全国面积的4 0 ，现在我 国已成为仅次于欧洲和北美的第三大酸雨区。酸雨监测结果表明，二十世纪九十 年代全国降水酸度呈现出总体升高的趋势，到2 0 0 5 年，降水中的硫酸根的平均浓 度升高1 2 。2 0 0 7 年监测的5 0 0 个城市中出现酸雨的城市有2 8 1 个，占5 6 2 。该 比例比上年增加2 6 个百分点。2 0 0 7 年，二氧化硫年均浓度未达到二级标准的城市 占2 0 9 ，未达到三级标准的城市占1 2 ，约1 4 的城市人口生活在二氧化硫浓度 超标的环境中。监测和研究结果表明，酸沉降强度超过临界负荷的地区占全国陆地 面积的2 0 以上怛1 。我国存在五个硫沉降强度高值区：以贵州为中心的西南地区、 以长江三角为中心的华东地区、以珠三角为中心的华南地区、冀鲁豫和京津冀地区。 其中重庆贵州一带、长三角和珠三角地区的酸沉降严重超临界负荷。二氧化硫不仅 造成酸雨污染，而且在长距离输送过程中经化学转化形成硫酸盐，从而引起区域范 围的细微颗粒污染。研究表明，目前我国部分地区可吸入颗粒物中硫酸根的贡献带 到1 0 微克立方米。细微粒物不仅对人体健康造成危害，也导致了大气能见度降低。 每年由二氧化硫导致的直接或间接损失达数千亿元，已成为制约我国社会经济发展 的重要环境因素n 。 1 1 2 燃煤电厂二氧化硫排放情况 我国是煤炭生产和消费大国，在一次能源结构中，煤炭占7 5 的高额比重。大 量的煤炭转化为电力支持国民经济的需求。由于中国电力工业的迅速发展发电用煤 占煤炭消费总量的比重逐年提高，由1 9 9 0 年的2 5 7 8 ，提高到2 0 0 6 年的4 9 6 5 ， 发电已成为煤炭工业的最大用户“1 。 华北l h 力人学硕十学位论文 1 9 9 01 9 9 5 匝叵j 卫r 一蛹丽i工些爨炭消费曼口艇皇堡堂塑重量 圈1 1 我国发电煤炭消赀变化趋势 电力二氧化硫的排放量逐年增加，从1 9 9 8 年的4 132 “吨，增加到2 0 0 6 年的 1 2 0 41 万吨，增长了约2 0 0 。同时，占工业二氧化硫的排放量也连年升高，至2 0 0 5 年超过了一半，达到5 12 。尽管目前节能减排力度加大，脱硫设施进展加快但 2 0 0 6 年燃煤电厂二氧化硫的排放量仍然保持增长惫势，i 与1 二业氧化硫排放量的比 例达到5 19 。 匝巫互四 2 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 52 0 0 6 qt 业氧化硫排破总量 _ 电山二钮化醢捧艘盈 图1 2 我围电山i 业二氧化磕排放情况 中幽电力丁业后将继续t 要依靠煤炭发电。中| _ ! ；l 的几次能源发展战略研究_ j i | = 认为，中凼l n 力r 、l k 的结构成当多儿化，利用多种能源资源，但限j 条件，叶1 吲即 使秘极发展水电年拨电b ：擞发艟新能源_ 手| | 川冉k 能源用十发电，预汁剑2 0 5 0 印 | 耄 湖 册 肋 华北电力火学硕士学位论文 燃煤电厂仍然要占5 0 左右。这是因为： ( 1 ) 中国和世界的油气资源不可能为中国的发电厂提供的燃料。中国曾经在 7 0 年代和9 0 年代两次发展燃油电厂，都因为石油危机和石油价格暴涨而实行油改 煤，燃天然气电厂也有同样情况，所以中国不可能大量发展燃油燃天然气的电厂。 ( 2 ) 中国的水能资源全部开发后所占的比重也不大。中国有世界最丰富的水 能资源，据估计水能资源的经济可开发容量约为2 6 亿千瓦，即使全部开发利用， 考虑人均1 千瓦计，也不能达到中国所需电力装机容量的1 6 。 ( 3 ) 中国的新能源和可再生能源发电开发的数量不可能很多。中国有丰富的 新能源和可再生能源资源，中国也计划积极开发利用，但现实的新能源和可再生能 源资源能用于发电的( 除水电外) ，主要是风能和太阳能发电，这些能源用于发电 不仅投资大，而且是间歇性能源，需要蓄电或与其他电厂配合这行，所以近期开发 的数量不可能很多。 ( 4 ) 电力工业是当今世界最善于干净利用煤炭的部门。世界各国干净利用煤 炭的经验证明，电力工业是当今世界最善于干净利用煤炭的部门，大多数洁净煤利 用技术也都是与电力工业有密切关系，所以许多工业发达国家的煤炭除冶金等作为 原料用煤外，8 0 9 0 都用于发电。从我国一次能源消费以煤为主的情况下，应当 将更多的煤炭经过转化成电能使用比较容易解决污染问题。从解决中国能源利用的 污染问题来看，中国应当把石油和天然气等比较干净的能源提供给楼宇民用和交通 运输，把煤炭替换出来。煤炭主要供电发电及工业部门使用，电力工业已经有可能 消除烟尘，氮氧化物和二氧化硫等污染物，将来发展洁净的能源工厂，还有可能做。 到污染物，包括二氧化碳的零排放。 由以上分析得出，燃煤电厂二氧化硫的治理和减排是实现二氧化硫总量削减的 主战场。 1 1 3 本课题研究的必要性 为落实中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要哺1 提出 的到2 0 1 0 年二氧化硫排放总量削减1 0 的目标、推动现有燃煤电厂脱硫建设，国家 发展改革委员会同环保部印发了现有燃煤电厂二氧化硫治理“十一五 规划哺1 。 规划在分析我国燃煤电厂二氧化硫治理现状、面临的形式与任务的基础上，提 出了现有燃煤电厂二氧化硫的指导思想、原则、主要目标，以及重点项目与保障措 施。规划指出，“十一五 时期，现有燃煤电厂需安装烟气脱硫设施1 3 7 亿千瓦， 使现役火电机组投入运行的脱硫装机容量达到2 1 3 亿千瓦，形成二氧化硫减排能力 约4 9 0 力吨。到2 0 1 0 年，现有燃煤电厂二氧化硫放排总量由2 0 0 5 年的1 3 0 0 万吨减少 到5 0 2 力吨，下降6 1 4 。实现单位发电量二氧化硫排放强度比2 0 0 5 年减少5 0 。国 家环保总局下发的燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策( 环发【2 0 0 2 】2 6 号) h 1 提 1 华北电力大学硕士学位论文 出，燃用中、高硫煤的电厂锅炉必须配套安装烟气脱硫设施进行脱硫，对于新、扩、 改建燃煤电厂，应在建厂同时配套建设烟气脱硫设施，实现达标排放，并满足二氧 化硫排放总量控制要求；对于已建的火电机组，若二氧化硫排放未达排放标准或未 达到排放总量许可要求、剩余寿命( 按照设计寿命计算) 大于l o 年( 包括1 0 年) 的， 应补建烟气脱硫设施，实现达标排放，并满足二氧化放总量控制要求。 脱硫工程是目前火电厂建设中一次性投资和持续性运行投入很高的环保项目，且企 业自身难以获得相应的利润回报，因此，为确保脱硫工程建设的预期目标，达到火电厂 大气污染物排放标准的要求，如何结合火电厂的内外部资源条件，科学合理地选择切合 实际的脱硫工艺显得十分重要，它直接关系到脱硫系统乃至机组的安全性和经济性运 行。一旦选择失误，将造成不可弥补的重大损失，既达不到二氧化硫控制的预期目标， 影响地方乃至国家总体环境目标的实现，又增加电厂的负担，损害电厂的经济利益和社 会效益。 脱硫工艺选择的复杂性主要体现在：( 1 ) 脱硫工艺种类繁多，在火电厂应用过的 有2 0 0 多种，其中能长期稳定运行、技术成熟、经济合理的工艺有2 0 多种。( 2 ) 决定一 种脱硫工艺适应性的因素很多，每个工艺都有其自身的优缺点，这些优缺点是相对的。 一个工艺的特点也许对某个电厂而言是最大的优点，对另一个电厂或许是致命的缺点。 因此，脱硫工艺的适应性在很大程度上取决于电厂的具体情况，其他电厂的经验教训只 能作为参考。( 3 ) 脱硫工艺的选择除了与脱硫工艺本身有关外，在很大程度上还取决 于与之配合的电厂及机组的具体情况，受到诸多因素的限制。如国家和地方的环保法规、 电厂所在地的环境状况、环境容量和外部资源状况、脱硫机组的容量、燃煤硫分、机组 寿命、年利用时间、副产品的处置、建设难度等，而且这些因素对每个具体电厂的重要 性都是不同的。因此，针对一个具体的电厂，必须根据建设项目的具体要求，因地制宜、 因厂制宜，按照一定的准则，采用科学合理的方法选择“相对最优一的脱硫工艺，亦即 不是去追求绝对最优的工艺，而是从非劣工艺中选择最满意、最适用的工艺。国外烟气 脱硫技术的评价体系已比较完善，而国内尚无一个比较完善的、被普遍接受的评价体系， 建立一个完善的数量分析模型对此复杂的评价问题进行精确定量的描述，科学地评估和 选择技术可行、经济节约、环境达标的烟气脱硫技术，是我国目前面临的一个重要课题。 1 2 本文的研究意义 通过国内外烟气脱硫技术选择的研究现状可知，目前我国已有的烟气脱硫技术 选择的数量分析指标体系都不够完善，存在的问题有：评价系统结构简单、指标选 取不够全面、没有统一的评价规则、有的体系只提出原则上的建议，有的系统只从 经济上进行评价、有的系统只能进行定性的评价等。在数量分析方法的选取上，大 都选用一种方法。由于方法的机理不同和属性层次的相异，多种评价方法的结论经 4 华北电力大学硕十学位论文 常存在差异。本文旨在通过对主要烟气脱硫技术分析的基础上，建立套更加科学、 合理、完善的数量分析指标体系，并建立基于合作博弈论的组合评价模型，为燃煤 电厂烟气脱硫技术的选择提供参考。本文对于多属性综合评价的理论研究和燃煤电 厂烟气脱硫技术选择的实践研究都具有较大的意义。 ( 1 ) 为燃煤电厂烟气脱硫技术的选择提供更加合理的依据。本文提出的数量 分析指标体系从经济、技术、环境三个方面对不同的烟气脱硫技术进行综合评价， 针对特定的燃煤电厂给出经济节约、技术可行、环境达标的最为适合烟气脱硫技术。 有助于燃煤电厂正确、有效的选择烟气脱硫技术，有利于我国烟气脱硫工程的建设。 对于我国的环境保护，完成。十一五一二氧化硫的排放量比2 0 0 5 降低1 0 的目标， 全面建设小康社会以及我国经济的可持续发展有着重大的现实意义。 ( 2 ) 为烟气脱硫技术的科研人员提供综合的现状背景材料。烟气脱硫技术选 择的数量分析过程中，通过对不同的烟气脱硫技术的评价，可以描述和反映不同烟 气脱硫技术的整体状况和各指标之间的差异。科研人员可以发现不同烟气脱硫技术 的弱势并改进。这对于我过烟气脱硫技术的发展和科技进步有着良好的促进作用。 ( 3 ) 为多属性评价的理论研究提供了新的思路。本文建立的基于合作博弈论 的组合数量分析方法，克服了单一数量分析方法片面性的特点，可以利用更多的信 息，达到取长补短的效果，进而提高评价的可信度。该组合数量分析方法比目前常 用的组合数量分析方法与各单一数量分析方法具有更强的一致性。为多属性综合评 价的研究提供了新的思路，具有一定的理论意义。 1 3 全文的结构安排 第一章绪论 首先，从二氧化硫的危害、燃煤电厂煤炭消耗和二氧化硫的排放情况方面介绍 了本论文的研究背景，并说明了本文研究的必要性；其次，从对于理论研究和实践 两个方面说明了本文的研究意义；最后，给出了本文的研究内容和全文的结构安排。 第二章主要烟气脱硫技术及其特点 本章介绍了湿法、半干法和干法三类共七种常见的烟气脱硫技术。主要说明了 它们的发生原理、工艺流程和特点。为烟气脱硫技术指标体系的建立提供了基础。 第三章烟气脱硫技术选择的数量分析指标体系研究 本章对国内外烟气脱硫技术选择的数量分析指标体系的研究现状进行了总结， 并分析了目前指标体系的优势和缺陷。然后，建立了燃煤电厂烟气脱硫技术选择的 数量分析指标体系。该指标体系包含环境、技术、经济三个方面共1 4 个评价指标， 概括了烟气脱硫技术的主要特征，为烟气脱硫技术的横向比较提供了基础。 华北电力大学硕士学位论文 绪论 i 上上 主要烟气脱硫技术 介绍及特点 上 基于合作博弈论的 烟气脱硫技术选择 组合数量分析方法 的数量分析指标体 的建立 系建立 tt i i 河北y 电厂烟气脱硫技术选择的案例分析 上 结论 图1 3 本文的研究思路 第四章烟气脱硫技术选择的数量分析方法研究 本章在分析研究单一数量分析方法的不足和常用组合数量分析方法的缺陷的 基础上，建立了基于合作博弈论的组合数量分析模型。与单一数量分析方法相比， 该方法能够利用较多的信息，从多角度、多侧面反应事物的本质，从而能够对被评 价对象有一个更加全面、准确的认识。与常用的组合数量分析方法相比，该方法的 结论与各单一数量分析方法的结论具有较强的一致性。 第五章河北y 电厂的烟气脱硫技术选择的案例分析 首先通过访谈和向专家发放调查问卷，建立指标两两对比的判断矩阵并采用层 次分析法为各指标赋权。然后以河北y 电厂为例，将基于合作博弈论的组合数量分 析方法应用于烟气脱硫技术选择的工程实例。在此案例中，选取了层次分析法、灰 色关联度法、模糊决策分析法和理想点法分别对9 种备选方案进行评价，并采用基 于合作博弈论的组合数量分析方法对各评价得分值进行综合，最后通过评价结果分 析和斯皮尔曼秩相关检验证明本文所提出方法的合理性、有效性和优越性。 第六章结论 归纳本文的主要研究工作、解决的问题、得出的结论，对论文的不足和下一步 工作进行了分析，并根据研究结果提出建议。 6 华北电力大学硕士学位论文 第二章主要烟气脱硫技术及其特点 二氧化硫控制技术多种多样，根据不同的标准可以进行不同的分类。按照脱硫 的不同阶段划分，可以分为：燃烧前脱硫，燃烧中脱硫和燃烧后脱硫，即烟气脱硫。 经过长期的研究、开发和应用，烟气脱硫技术有2 0 0 多种，然而具有工业应用价值 的也有2 0 余种。烟气脱硫技术分类方法很多，按照操作特点分为干法、湿法和半 干法；按照生成物的处理方式分为回收法和抛弃法；按照脱硫剂是否循环利用分为 再生法和非再生法。根据净化原理分为两大类：第一，吸收吸附法，用液体或固体 物料优先吸收或吸附废气中的二氧化硫；第二，氧化还原法，将废气中的二氧化硫 氧化成三氧化硫，再转化为硫酸或还原为硫，再将硫冷凝分离。本章根据操作特点 分类方法从干法、湿法和半干法三个方面介绍了主要的烟气脱硫技术及特点哺1 。 2 1 湿法烟气脱硫技术 2 1 1 石灰石( 石灰) 一石膏法烟气脱硫技术 ( 1 ) 基本原理u 烟气中的溉在水中具有良好的溶解性，在其中遇到雾滴时，分解为日+ 和月阳i 或删一，与吸收液中的c 4 2 + 反应生成c 口( 鹏) ：或q 如，q 溉极难溶于水，在 这种化学推动力作用下，推动觚进一步的溶解，发生连锁式的反应。通过与烟气 中的鼢与吸收液的这种反应来达到脱硫的目的。 用于烟气脱硫技术的石灰石吸收湿法洗涤工艺是按下列化学过程进行的。在水 中，气相观被吸收，并经下列化学平衡反应后生成亚硫酸： 观( 气) + h 2 0 专观( 液) + h 2 0 观( 液) + h 2 0 h + + 嘲哼2 h + + 孵一 由于日+ 被鲫一中和生成日：o 使得这一平衡向右进行。0 日一是由水中溶解的石 灰石产生的，且通入的空气可将生成的2 带走。 白c 0 3 一白2 + + c 0 ；一 删一十日2 0 寸明一+ 鹏专2 伽一+ 2 ( 液) c 0 2 ( 液) + 2 d c 0 2 ( 气) + 2 d 通入的空气也用来氧化在上述有关反应中得到的鹏和叫一，最后生成石膏 7 华北电力人学硕士学位论文 沉淀物。 h s o j + 专0 2 _ s o ? + 卿一+ 圭d 2 专卿一 c 口2 + + 叫一哼c 口观 ( 2 ) 工艺流程 石灰石石膏法的工艺流程如图2 1 所示。烟气在冷却塔内用水洗涤降低温度并 增湿，同时除去大部分的烟尘。冷却后的烟气进入吸收塔用石灰浆液洗涤脱硫，然 后经过除沫、升温由烟囱排放引。吸收后的含亚硫酸钙的混合浆液经过氧化，得到 的石膏浆料经离心过滤和洗涤得成品石膏。 图2 1 石灰石( 石灰) 石膏法烟气脱硫技术流程简图 ( 3 ) 工艺特点 石灰石石膏湿法烟气脱硫技术主要有如下特点：第一，吸收塔将洗涤循环、石 灰石溶解、强制空气氧化和石膏结晶结合为一体；第二，洗涤循环底槽内有机械搅 拌和氧化空气分配系统；第三，石灰石粉与水混合制浆后定量加入吸收塔内；第四， 引风机位于吸收塔烟气入口，没有腐蚀和结垢问题，吸收塔正压运行；第五，采用 回转式气气烟气再热器，利用原烟气自身热能加热洗涤脱硫后底冷烟气；第六，石 膏浆液经水力旋流分离器和真空皮带过滤器脱水及热烟气干燥处理，最终副产品为 粉状或块状石膏；第七，在燃煤含硫量0 7 3 0 时，钙硫比1 0 1 5 ，可达到9 0 9 9 2 的脱硫效果。 华北电力大学硕士学位论文 2 1 2 新氨法烟气脱硫技术 ( 1 ) 基本原理m 新氨法是用氨水洗涤含二氧化硫的废气，形成( 脚。) ：溉一埘。嘲一日：d 的 吸收液体系。该溶液中的( 朋。) ：鹏对鼢具有很好的吸收能力，它是氨法中的主 要吸收剂。与现有的氨法相比，新氨法在工艺上更加灵活，其原理如下： 或 s o t + 删+ h 2 0 q m o r h h r s o ， ( 腰t ) ，日：，观+ 主日：观一石( 旧) ：观+ 观个+ 吼d ( 加l ) ，日2 - ，奶+ 埘3 尸q 专缸埘4 ) 2 日2 p 0 4 + 鹏个+ 日2 d ( 珏) ，日2 一，s q + 工删d 3 争工? v 日4 r c 4 + s q 个+ 日2 d 可以根据不同的情况，生产硫酸铵、磷酸一氨或硝酸氨化肥，并联产高浓度的 二氧化硫气体用于生产高质量的工业硫酸： 贶+ 圭q + 日：d 一日：她+ ( 一埘) ( 2 ) 工艺流程 新氨法的工艺流程如图2 2 所示。该技术由华东理工大学与四川内江发电厂合 作开发，在该厂2 5 m w 机组上进行了中试。由电除尘器来的高温烟气( 温度1 4 0 1 6 0 摄氏度) 经过再热器回收热量后，温度降为l o o 1 2 0 摄氏度，再经水喷淋降到8 0 摄氏度以下，进入二氧化硫吸收塔。吸收塔的吸收温度为5 0 摄氏度左右，二氧化 硫吸收率大于9 5 。吸收后的烟气进入再热器，升温到大于7 0 摄氏度，进入烟囱 排放。吸收塔为多级循环吸收，一般为3 5 级哺1 。 ( 3 ) 工艺特点 j 新氨法烟气脱硫技术具有如下特点：第一，氨是一种良好的碱性吸收剂，从吸 收化学机理上分析，观的吸收是酸碱中和反应，吸收剂碱性越强，越利于吸收， 氨的碱性强于钙基吸收剂；第二，从吸收物理机理上反应，钙基吸收剂吸收s d ，是 种气一固反应，反应速率慢、反应不完全、吸收剂利用率低，需要大量的设备和 能耗进行研磨、雾化、循环等以提高吸收剂利用率，往往设备庞大、系统复杂能耗 高，而氨吸收烟气中的，是气液反应，反应速率快、反应完全，吸收剂利用率高， 9 华北电力大学硕士学位论文 可以做到很好的脱硫效率，同时相对钙基脱硫工艺来说系统简单、设备体积小、能 耗低：第三，其脱硫副产品可以根据不同的情况生产不同的副产品，副产品的销售 收入能降低一部分因吸收剂价格高造成的高成本。 图2 - 2 新氨法烟气脱硫技术流程简图 2 1 3 海水烟气脱硫技术 ( 1 ) 基本原理 由于雨水将陆地上岩层的碱性物质带到海中，天然海水中含有大量的可溶性 盐，主要成分是氯化钠和硫酸盐，还有一定量的可溶性碳酸钠。海水通常呈碱性， 一般海水的p h 值为7 5 8 3 ，天然碱度约为1 2 2 5 n u n o l l ，这时的海水具有天然 的酸碱综合能力及吸收二氧化硫的能力。深圳西部电厂近海海水水样分析结果见表 2 - l 。 海水脱硫工艺就是用海水吸收烟气中的二氧化硫，在用空气强制氧化为无害的 硫酸盐而溶于海水中，而硫酸盐是海水的天然成分。经脱硫而流回海洋的水，其硫 酸盐成分只稍微提高，当离开排放口一段距离后，这种浓度的差异就会消失。 表2 1 深圳西部电厂近海海水水样分析结果 碱度盐度浊度 c 口 魄 kn ac up bz n p h 值 ( m c q ，l )( ) “m g ，l )( m g l )( m g ，l )“m g 几)，( m g ，( j c g 几)( g l )( 卢g 几) 7 7 52 0 62 8 1 1 5 63 2 39 9 32 8 38 8 8 72 72 17 0 c d h g n i f e c f 一h c o j；一：叫一 d d c o d 蜘 “_ g 几)“p g l )“p g l ) ( g 几)( m g l ) ( m g ，l ) ( m g ，l )( m g l )“m g ，l )“m g 几) ，( m g 厂l ) 0 0 4 0 0 5 62 42 0 0 2 1 5 2 6 8 1 1 4 5 4 52 1 6 l5 o1 2 烟气中的二氧化硫而海水接触发生如下反应： i o 华北电力大学硕士学位论文 s 0 2 ( g ) 8 9 j ( 口g ) + h 2 0 2 坌_ h 2 s 0 4 付h + + h s o ； 中和h + + c o ：呻h c o ； h + + h c o ；一c 0 2 ( g ) + 日2 d 氧化婀+ 昙q 一孵一+ 日+ 吸收塔内洗涤烟气后的海水呈酸性，并含有较多的孵一，不能直接排放到海水 中去。吸收塔排除的废水流入海水处理厂，与来自冷却循环系统的海水混合，并用 鼓风机鼓入大量空气，使卿一氧化为删一，并驱赶出海水中的c d 2 。混合并处理后 的海水的p h 值、c o d 等带到排放标准后排入海域。净化后的烟气通过g g h 升温 后经过烟囱排入大气。 ( 2 ) 工艺流程 海水脱硫技术流程如图2 3 所示，主要由烟气系统、供排海水系统、海水回复 系统等组成。从锅炉排除的烟气经除尘气除尘后，通过g g h 冷却降温，以提高吸 收塔内的二氧化硫的吸收效率，并防止塔内的气体受到热破坏，塔的内体最大限度 的采用较便宜的防腐材料和轻质材料。冷却后的烟气从塔底送入吸收塔，再吸收塔 中与由塔顶均匀喷洒的纯海水( 利用电厂循环冷却水) 逆向充分接触混合，海水将 烟气中的二氧化硫吸收生成孵。净化后的烟气，通过g g h 升温后，经烟囱排入 大气。吸收二氧化硫的海水进入曝气池，在曝气池注入大量的海水和空气，将二氧 化硫氧化成删一，至其水质回复后又流入大海。 海水恢复系统的主体结构是曝气池。来自吸收塔的酸性海水与凝汽器排出的碱 性海水在曝气池中充分会和，同时通过曝气系统向池内鼓入适量的压缩空气，使海 水中的亚硫酸盐强制氧化为稳定无害的硫酸盐，同时释放出二氧化碳，使海水的p h 值升到6 5 以上，达到排放标准后，排入大海喁1 。 ( 3 ) 工艺特点 海水烟气脱硫是一种湿式抛弃法脱硫工艺，使用于沿海且燃烧中、低硫煤的电 厂，尤其是淡水资源和石灰石资源比较贫乏的地区其优势更为突出。由于该工艺在 运行过程中仅需要天然海水和空气，不需要添加任何化学物质，其主要优势体现在： 第一，技术成熟、工艺简单、脱硫率高、设备投资低；第二，不需任何添加剂，避 免了石灰石的开采、加工、运输贮存等；第三，不存在副产品和废弃物，避免了处 理废弃物及二次污染问题；第四，运行维护简单，不会产生结构和堵塞，具有较高 的系统可用率，运行维护费用较石灰石一石膏法低；第五，占地少，投资及运行费 华北电力大学硕十学位论文 用低，一般投资占电厂投资的7 8 ，全烟气量处理时系统电耗占机组发电量的 1 一1 5 。 图2 3 海水烟气脱硫技术流程简图 2 2 半干法烟气脱硫技术 2 2 1 喷雾干燥烟气脱硫技术 却水) ( 1 ) 基本原理呻1 该法烟气脱硫以生石灰( c 口d ) 为吸收剂，将生石灰制备成白( 明) ，浆液，或 者消化制成干式c 口( 钾) ：粉( 也可以直接购买国( 鲫) ：成品粉) ，然后将c l 口( 明) ：浆 液或白( 伽) ，粉喷入塔内，同时喷入调温增湿水，在反应塔内吸收剂与烟气混合接 触，发生强烈的物理化学反应，一方面与烟气中的二氧化硫反应生成亚硫酸钙：另 一方面，烟气冷却，吸收剂水分蒸发干燥，达到脱除二氧化硫的目的，同时获得固 体粉状脱硫副产物。 化学过程： 喷雾干燥法烟气脱硫技术主要的化学反应如下： 生石灰消化 c 口d ( s ) + h 2 dj 白( 明) 2 或 c 口d ( s ) 专c 口( 鲫) 2 二氧化硫被液滴吸收观( g ) + h 2 d 专2 鼢 1 2 华北电力大学硕士学位论文 吸收剂与二氧化硫反应白( 鲫) 2 + h 2 她专白踞+ 2 h 2 d 滴液中的c 口s d 3 过饱和后析出c 口鼢_ c 口溉( g ) 被溶于滴液中的氧气所氧化生成硫酸钙c 口观+ 三qj c 口贶 口溉难溶于水，便会迅速沉淀析出固态国觋c 口觋专白观( g ) 烟气中的其他酸性气体为三氧化硫、氯化氢、氟化氢等也会同氢氧化钙反应， 而且，三氧化硫和氯化氢的脱除率高达9 5 ，远大于湿法脱硫工艺的三氧化硫和氯 化氢的脱除率。 国( 明) 2 + 踞专吣+ 日2 d c 口( 鲫) 2 + 砌j 国c f 2 + 2 日2 d 白( 鲫) 2 + 昭一c 幔+ 2 日2 d 物理过程 喷雾干燥法烟气脱硫工艺的脱硫塔内，一方面进行蒸发干燥的传热过程，雾化 液滴受烟气加热影响不断在塔内蒸发干燥；另一方面，还同时进行气相向液相的传 质过程，烟气中的气态污染物不断地进入溶液，同时与脱硫吸收剂理解后产生的钙 离子发生反应，最后在干燥作用下生成固体干态的脱硫灰渣。可见，喷雾干燥法烟 气脱硫技术是包括蒸发干燥和脱硫化学反应两种过程的一次性连续处理。 ( 2 ) 工艺流程 喷雾干燥烟气脱硫技术流程如图2 4 所示。工艺的主要流程为：烟气从塔顶切 向进入烟气分配器，石灰经破碎后贮存于生石灰粉仓，生石灰经消化后进入配浆池， 与再循环脱硫副产物和部分粉煤灰混合制成浆液，经高温料箱自流入离心雾化机雾 化后在硫酸塔内与热烟气接触，吸收剂蒸发干燥的同时与烟气中的二氧化硫发生反 应，生成亚硫酸钙达到脱硫目的。固体反应产物大部分从反应塔底排出，脱硫后的 烟气经除尘器、增压风机进入烟囱排放。反应塔底部排出的灰渣和除尘器搜集的灰 渣一部分送入循环石灰制浆池循环使用，大部分抛弃制灰场四侧。 ( 3 ) 工艺特点 喷雾干燥烟气脱硫技术具有技术成熟、系统可靠、工艺流程简单、耗水量少、 占地面积小、一次性投资费用低、脱硫产物呈干态、无废水排放、可以脱除部分重 金属等有点，一般脱硫效率可在8 5 ；另外利用氯化物溶解度高不易干燥的特点， 可加强吸收剂( c 口d ) 与二氧化硫的反应深度，从而在一定程度上提高脱硫效率。 但是喷雾干燥烟气脱硫技术采用生石灰或熟石灰做吸收剂，原料成本较高，并且对 华北电力大学硕士学位论文 石灰品质有较高要求，另外，反应塔后含有较多的粉尘，在目前环保要求越来越严 格的情况下，要求下游的除尘设备具有较高的除尘效率，国内除尘设备厂家难于满 足要求，需引进技术生产，喷雾干燥烟气脱硫技术副产物为亚硫酸钙与硫酸钙的混 合物，综合利用受到一定限制。 图2 _ 4 喷雾干燥脱硫技术流程简图 2 2 2 烟气循环流化床脱硫技术 烟囱 ( 1 ) 基本原理。1 循环流化床脱硫塔内进行的化学反应是非常复杂的。增湿的烟气与喷如的吸收 剂( 消石灰) 强烈混合，烟气中大量的二氧化硫与少量的三氧化硫与氢氧化钙反应 生成亚硫酸钙与硫酸钙。部分亚硫酸钙与烟气中过剩的氧气反应生成硫酸钙。一般 认为当石灰、工艺水与燃煤烟气同时加入流化床中，会有以下主要反应： 生石灰与液滴发生水合反应：c - 口d + h 2 d 专c h ( 0 日) 2 二氧化硫被液滴吸收的反应：跑+ 日：d 寸日2 鼢 1 4 华北电力大学硕士学位论文 c 盯( 鲫) 2 与日：踞的反应 国( 明) ：+ 日：踞一国鹏三h ：d + 三日：d 部分亚硫酸钙被烟气中的氧气氧化 吣三日：o + + 三q + 三日：d c h 觋2 日：d 烟气中的二氧化碳、氯化氢和氟化氢等酸性气体同时被氢氧化钙脱除，总的反 应式如下： q ( d 研2 + ! 专国c d 3 + 日2 d 勖( d 忖) 2 + 肌7 一c a c f 2 + 2 日2 d 白( 鲫) 2 + 昭专c 幔+ 2 日2 d ( 2 ) 工艺流程 烟气循环流化床脱硫系统工艺如图2 5 所示。吸收剂消石灰的来源同样有两种 方式：购成品消石灰分和现场制备消石灰粉。消化系统为采用w u l f f 公司专有技术 的石灰消化装置，此套石灰干消化系统将生石灰消化成满足吸收塔脱硫要求的细氢 氧化钙干粉，出口的氢氧化钙粉末的表面积达1 8 2 0 平方米g ，这样就加大了二 氧化硫与三氧化硫与氢氧化钙的接触面积，既提高了脱硫率，也提高了吸收剂的利 用率。 从炉膛出来的烟气流通过空气预热器，从预除尘器被引入吸收塔，吸收塔底部 为一文丘里装置，烟气流通过时被加速并与很细的吸收剂相混合。吸收剂与烟气中 的二氧化流发生反应，生成亚硫酸钙。带有大量固体颗粒的烟气从吸收塔顶部排出， 然后进入脱硫塔后的除尘器中，在此烟气中的大部分颗粒被分离出来，经过一个中 间仓返回式吸收塔，如此多次循环。部分脱硫渣由脱硫塔后的除尘器收集后输送到 脱硫渣仓，由汽车外运1 。 ( 3 ) 工艺特点 烟气循环硫化床脱硫技术主要由以下特点：第一，与常规的循环流化床及喷雾 吸收塔脱硫技术相比，石灰消耗量有极大降低；第二，简单易操作，维修工作量小， 设备可用率高；第三，运行灵活性很高，可适用于不同的二氧化硫含量及符合变化 要求；第四，不需增加锅炉运行人员；第五，投