环境保护与电厂烟气脱硫技术1

环境保护与电厂烟气脱硫技术环境保护与电厂烟气脱硫技术 蔡 玲 长沙电力职业技术动力工程系 湖南长沙 410131 内容摘要 内容摘要 火电厂排放的二氧化硫形成的酸雨已严重危害人类生存环境 国家把解决烟 气脱硫问题纳入国家大计之中 强制要求火电厂必须安装烟气脱硫装置 文章分析了二氧 化硫排放和控制现状 论述了火电厂烟气脱硫的各种技术应用及其进展情况 关键词关键词 大气污染 二氧化硫 环境保护 烟气脱硫 EnvironmentalEnvironmental protectionprotection andand flueflue gasgas desulfurizationdesulfurization techntechn ologyology inin powerpower plantplant CAI Ling Changsha Electric Power Professional College Power engineering department Changsha 410131 Abstract Abstract Power plant discharges sulfur dioxide and it forms Sour rain Sour rain has already gravely endangered human being living environment Resolving flue gas desulfurization problem has been brought into the state plans The country requires power plant must assemble flue gas desulfurization devices This paper analyses current situation of discharging and controlling sulfur dioxide It discusses the various technology applications and developing condition of flue gas desulfurization in power plant Keywords Keywords air pollution sulfur dioxide environmental protection flue gas desulfurization 1 1 前言前言 环境保护是我国的基本国策 随着国民经济的发展与国民环保意识的提高 人们对大气质量的要求越来越高 我国是一个以煤炭为主要能源的国家 我国 煤炭占一次能源消费总量的 75 煤在燃烧过程中将产生大量的灰渣 二氧化硫 氮氧化物等污染物 燃煤产生的大气污染物占污染物排放总量的比例较大 其中二氧化硫占 87 氮氧化物占 67 一氧化碳占 67 烟尘占 60 造成我国酸雨和二氧化硫污染 日益严重 随着煤炭消费的不断增长 燃煤排放的二氧化硫连续多年超过 2000 万吨 居世界首位 2006 年全国二氧化硫排放量 2594 4 万吨 比 2005 年增 长 1 8 2008 年有可能突破 2700 万吨 2010 年可能是 3200 万吨 大量二氧 化硫的排放是我国降水呈酸性的主要原因 降水中硫酸根与硝酸根的当量浓度 之比大致在 10 1 目前我国 1 3 的国土面积被酸雨覆盖 已成为世界上继北 美和欧洲后的第三大酸雨污染的国家和地区 二氧化硫污染和酸雨的危害面极 广 包括农业 工业 交通运输 建筑物 人身健康等诸多方面 造成的经济 损失是巨大的 据有关资料统计 每年因酸雨和二氧化硫污染造成的损失高达 1100 亿元 2 2 电力的发展与二氧化硫的排放电力的发展与二氧化硫的排放 我国的环境问题 尤其是环境污染 与经济发展存在着一定程度的正相关 性 即经济越发展 对环境的压力就越大 环境问题也越严重 经济的快速增 长导致电力需求的迅猛增长 火电每年投资增长 35 以上 2004 年装机是三亿 多千瓦 明年有可能一跃进入五亿多千瓦 在发电能源结构中 煤仍然占主导 地位 这当然要拉动煤炭的需求 煤炭每年增长 2 亿吨 2005 年是 21 亿吨 今年 24 亿吨 2010 年将达到 30 亿吨 煤炭燃烧是造成大气污染的主要原因 燃煤电厂更是二氧化硫排放的主要来源 我国二氧化硫排放量的 50 左右来自 火电厂 火力发电厂作为 SO2的主要排放源之一 所面临的环保压力也越来越 大 控制住火电厂的污染就算是抓住了二氧化硫污染治理的关键问题 2004 年 火电行业二氧化硫排放总量高达 1300 多万吨 专家认为只有当全国的二氧化硫 排放总量控制在 1400 万吨左右 我国酸雨污染局面才能被扭转 而现实情况是 光火电厂一类污染源的二氧化硫的排放量就突破了这个数量级 如果以目前的 脱硫比例 十一五 末期 全国电力的二氧化硫排放总量将超过 2000 万吨 到时候电力一个行业二氧化硫排放量就相当于目前全国二氧化硫排放的总量 3 3 我国对污染物采取的控制措施我国对污染物采取的控制措施 我国政府对二氧化硫和酸雨污染十分重视 在近十多年内 颁布了一系列 有关燃煤发电厂 SO2污染控制法规 条例及排放标准 严格的法规和排放标准 是治理 SO2污染和控制的重要推动力 1990 年 12 月 国务院环委会第 19 次 会议通过了 关于控制酸雨发展的意见 1992 年国务院批准在贵州 长沙等 九大城市开展征收工业烧煤二氧化硫排污费和酸雨结合防治试点工作 1995 年 8 月 全国人大常委会通过了新修订的 中华人民共和国大气污染防治法 规定在全国划定酸雨控制区和二氧化硫控制区 并在 两控区 内强化对二氧 化硫和酸雨的污染控制 1998 年 1 月 国务院正式批准 酸雨控制区和二氧化 硫控制区划分方案 为了实现两控区的控制目标 国务院文件还具体规定 新建 改造烧煤含硫量大于 1 的电厂 必须建设脱硫的设施 现有烧煤含硫量 大于 1 的电厂 要在 2010 年前分期分批建成脱硫设施或采取其他相应结果的 减排 SO2的措施 2003 年 12 月联合发布了新修订的国家污染物排放标准 GB13223 2003 火电厂大气污染物排放标准 新标准分三个阶段对不同时期 的火电厂建设项目分别规定了对应的大气污染物排放控制要求 除提高环保标 准外 国家也逐步提高了排污的收费 使企业排污成本增加 从而排污变得不 经济 2003 年 1 月通过的 排污费征收使用管理条例 已从该年的 7 月 1 日起 开始实施 2007 年 5 月制定了 节能减排综合性工作方案 环保总局还将继 续开展整治违法排污企业保障群众健康环保专项行动 推动出台有利于污染减 排的法规和政策 尽快推动 规划环境影响评价条例 环境保护法 的修 改论证工作 目前二氧化硫污染控制方面 实施的经济政策是排污收费制度 结合电力体制改革开展了环保折价标准研究 同时 有些省市开展了排污权交 易的试点研究 中国控制二氧化硫排放的任务仍十分艰巨 国家 十一五 规划纲要要求 到 2010 年 全国主要污染物排放总量要比 十五 期末减少 10 相应需要削减 二氧化硫排放总量 10 以上 寻求解决这一污染措施 是目前及未来相当长时 间内我国环境保护的重要课题之一 二氧化硫污染控制颇多 诸如关停污染严 重的小火电机组 合理布局电厂 改善能源结构 燃煤脱硫等 其中燃煤脱硫 有 3 种方式 一是锅炉燃烧前脱硫 如洁净煤技术 二是燃烧过程中 炉内 脱硫 如循环流化床燃烧技术 三是燃烧后脱硫 即烟气脱硫技术 由于燃烧前和炉 内脱硫的效率较低 难以达到较高的环保要求 因此目前火电厂 特别是大型 火电机组烟气脱硫 主要采用炉后烟气脱硫工艺 燃烧后烟气脱硫技术是当前 世界唯一大规模商业化应用的脱硫方式 是控制 SO2污染和酸雨的主要技术手 段 正在受到普遍关注 4 4 火电厂烟气脱硫技术概述火电厂烟气脱硫技术概述 目前 世界上烟气脱硫技术的种类达数百种之多 而按脱硫的方式 产物 的处理形式来划分 电厂烟气脱硫技术总体上可分为干法 半干法和湿法三大类 所谓干法烟气脱硫技术 就是脱硫吸收和产物处理均在干的状态下进行 具有流程短 无污水废酸排出 净化后烟气温度高利于烟囱排气扩散 设备腐 蚀小等优点 但存在脱硫效率低 设备庞大等问题 半干法烟气脱硫技术是结合了湿法和干法脱硫的部分特点 吸收剂在湿的 状态下脱硫 在干燥状态下处理脱硫产物 也有在干状态下脱硫 在湿状态下 处理脱硫产物的 湿法脱硫是采用液体吸收剂洗涤 SO2烟气以脱除 SO2 常用方法为石灰石 石膏吸收法 钠碱法 铝法 催化氧化还原法等 湿法烟气脱硫技术以其脱硫 效率高 适应范围广 钙硫比低 技术成熟 副产物石膏可做商品出售等优点 成为世界上占统治地位的烟气脱硫方法 但由于湿法烟气脱硫技术具有投资大 动力消耗大 占地面积大 设备复杂 运行费用和技术要求高 易造成二次污 染等缺点 火电厂烟气脱硫工艺选择应遵循经济有效 安全可靠 资源节约 综合利 用的总原则 因地制宜选取最优工艺 我国目前大型火电厂烟气脱硫主要采用 国外应用较成熟 业绩较多的湿法 石灰石 石膏法 脱硫工艺 这是一种成熟的 烟气脱硫技术 它的工作原理是 将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂 泵入 吸收塔与烟气充分接触混合 烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下 部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙 硫酸钙达到一定饱和度后 结晶形成 二水石膏 经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩 脱水 使其含水量小于 10 然 后用输送机送至石膏贮仓堆放 脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴 再经过换 热器加热升温后 由烟囱排入大气 由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复 循环与烟气接触 吸收剂利用率很高 钙硫比较低 脱硫效率可大于 95 5 国内外脱硫技术的应用情况国内外脱硫技术的应用情况 随着环境问题在全球范围内越来越突出 各国也纷纷加大了环境治理的力 度 在工业发达国家 工业烟气脱硫装置的应用发展很快 目前世界上采用烟 气脱硫系统最多的国家为美国 日本和德国 在国际上较为成熟的烟气脱硫技 术包括石灰石 石膏法 海水脱硫法 喷雾干燥法 喷钙增湿法和电子束法等 5 种 分别为瑞典 ABB 日本三菱重工 日本日立 德国 WULF 等公司所掌握 日本 1970 年安装各类烟气脱硫装置不到 100 套 但到了 1987 年就达到了 500 多套 1990 年更是达到 1800 套 处理烟气量能力为 1 7 亿 m3 h 其中火力 发电厂脱硫设备 83 套 烟气处理 7000 万 m3 h 占全部的 41 每套平均处理 能力为 84 万 m3 h 28 万 kW 其它工业锅炉烟气脱硫设备 640 套 每套平均 能力约为 8 万 m3 h 包括电厂锅炉脱硫在内占全部的 89 1800 套烟气脱硫设 备中重油燃料占 1600 套 烧煤发电锅炉烟气脱硫占 38 套 其它工业锅炉脱硫 设备 10 套 另外为金属冶炼 硫酸制造等 另外城市垃圾焚烧炉小规模烟气脱 硫装置还有 1000 套 美国是世界上采用脱硫系统最多的国家 美国早期建造的大约 1100 个燃煤 发电厂是没有脱硫设备的 SO2任其排放 只有少数燃油火电厂装有脱硫设备 自 1970 年美国大气清洁法实施以来 为减少大气污染物排放的总投资达 2250 亿美元 其中多数是用于火力发电厂污染控制 1975 年至 1986 年减少发电厂 SO2排放的费用为 620 亿美元 其中烟气脱硫 170 亿美元 煤炭精制 110 亿美 元 发电用煤的 35 是经过精制的 高硫煤转化到低硫煤 340 亿美元 火力发 电使用煤的含硫平均值从 1975 年的 2 2 减到 1985 年 1 4 到 1998 年止 美 国投产了相当于装机容量 150 GW 的电厂烟气脱硫装置 德国至 1988 年 7 月已运行的电厂 FGD 系统共 135 套 装机容量为 41000MW 我国对烟气脱硫技术的研究与开发 始于 70 年代 国内各科研单位和高等 院校都在积极研究与探索 开发高效 低投资的符合我国国情的工艺技术 到 90 年代 已进行了四种烟气脱硫的试验研究 活性炭磷铵肥法 旋转喷雾干燥 法 简易石灰喷雾法和石灰石三相硫化床法的中试规模 国内 七 五 期间开 发的旋转喷雾干燥 磷铵肥法 PAFP 等脱硫工艺已完成了中试研究 碱式硫 酸铝法 湿式除尘脱硫一体化等技术也已开始进行工业性应用 近年来我国也加大烟气脱硫国产化的力度 并已取得了突破性进展 2006 年 建成电厂脱硫能力 1 04 亿千瓦 超过了前 10 年电厂脱硫能力建设 4600 多 万千瓦的总和 首次实现当年新增脱硫装机容量超过新增发电装机容量 2007 年底 我国火电厂烟气脱硫装机容量超过 2 7 亿千瓦 约占火电装机总容量的 50 当年投运 100MW 及以上火电机组脱硫装置 1 16 亿千瓦 比 2006 年增长 14 2007 年排名前 20 的脱硫公司合同容量占全国总量的 90 投运容量占 全国总量的 75 当年投运容量占全国总量的 81 与 2006 年相比 前 10 名 的脱硫公司变化不大 清华同方环境有限责任公司 中国大唐集团科技工程有 限公司进入前 10 名 截至 2005 年底 全国针对火电厂烟气脱硫的工程公司有 100 多家 其中 拥有 10 万千瓦及以上烟气脱硫工程总承包业绩的公司将近 50 家 合同容量超过 200 万千瓦的有 17 家 超过 1000 万千瓦的有 7 家 目前国内烟气脱硫技术的引进 开发及实施状况 1 北京国电龙源环保公司引进了德国斯坦米勒公司的全套脱硫技术 并 和该公司承担了北京第一热电厂 杭州半山电厂和重庆电厂三个脱硫示范项目 的实施 这些项目是脱硫工程全过程技术引进 涉及到基本设计 详细设计 设备采购 组件制作 设备监造 土建和安装 调试和验收 通过消化吸收 总结经验 公司建立了 FGD 冷态试验基地 自主开发 开展针对性的研究 具 备一年内承接多个火电厂脱硫项目的能力 2 浙江菲达公司是电除尘器领域的骨干企业 引进瑞典 ABB 公司的 NID 脱硫工艺 完成了浙江巨州化学工业公司自备电厂 70 MW 机组 中型机组 的脱硫项目 设备投入运行后 工作状况一直相当稳定 由于公司在烟气脱硫 领域多年 经验丰富 综合竞争力较强 电力设备电除尘器综合市场占有率为 25 其中 300MW 机组配套的电除尘器市场占有率为 33 65 600MW 1000MW 等大型机组配套的电除尘器市场占有率保持在 75 以上 3 福建龙净环保公司是我国环境保护产业的重点骨干企业 位居电除尘 器行业前 10 强 在烟气处理 除尘 方面经验丰富 2001 年引进了德国鲁 奇 能捷斯 比晓夫公司脱硫工艺 现公司主要从事脱硫 除尘设备的设计制造 咨询服务及工程承包业务 承担着 1999 年国债专项资金建设的燃煤电站烟气除 尘脱硫装置国产化项目 4 武汉凯迪电力公司从德国 WULF 公司引进 RCFB FGD 干法烟气脱 硫技术 生产与单机容量为 300 MW 以下的电站锅炉相配套的脱硫装置 并拥 有国内第一台具有全部自主知识产权的旋转喷雾干燥法烟气脱硫试验装置 2000 年 7 月 19 日 凯迪电力等 6 家单位联合组成的武汉市烟气脱硫环保产业 基地正式挂牌成立 该公司现已引进湿法脱硫技术 扩大承接烟气脱硫领域的 范围 5 九龙电力公司主营电力生产及电力技术服务 该公司控股的重庆远达 环保公司进入烟气脱硫行业 采用的是日本三菱重