国内外烟气脱硫技术发展现状及各种技术的利弊

1、国内外烟气脱硫技术发展现状及各种技术的利弊赫吉明 清华大学环境科学与工程研究院根据控制SO2排放的工艺在燃料燃烧过程中所处的相对位置，可将各种脱硫技术划分为燃烧前、燃烧中和燃烧后脱硫三类。通常所说的烟气脱硫技术（FGD）属燃烧后脱硫，在燃料燃烧SO2污染控制技术中该技术占据了绝对优势的份额。目前，烟气脱硫技术（FGD）有上百种之多，根据脱硫产物的状态可划分为湿法和干法：（1）湿法脱硫技术，约占全世界FGD装置总量的85%左右，其中石灰-石膏法约占36.7%，其它湿法脱硫技术约占48.3%；（2）干法脱硫技术，约占全世界FGD装置总量的15%，其中喷雾干燥脱硫技术占10%。据统计，目前全球燃煤电

2、厂已有数千台烟气脱硫装置，总装机容量超过240GW。由于各种技术都有其各自的应用条件，具体工程项目必须因地制宜进行技术、经济比较，确定适宜的脱硫工艺。下面仅就国内外烟气脱硫技术发展现状及各种技术的利弊进行综合评价。1国外延期脱硫技术发展现状图1给出了世界范围内安装有烟气脱硫系统的发电装机容量的趋势。可以看出，一直以来湿法抛弃工艺都站绝对优势。1998年世界范围内各种烟气脱硫工艺的装机容量见表1.可以看出，无论是在美国还是在其他国家，综合考虑技术成熟度和费用因素，广泛采用的烟气脱硫技术仍然是湿法石灰（石）脱硫工艺。图1 全世界烟气脱硫容量（MWe）的历史表1 不同烟气脱硫工艺的装机容量 MWe（

3、1998年）工艺美国其它国家世界湿法抛弃82092石灰石法56560石灰法14237433818575镁法8464508514碳酸钠法2756-2756海水法7510501125其它-24232423干法抛弃140811065424735喷雾干燥法11315690418219烟道喷钙法240011253525循环流化床法80517597炉内喷钙法28621082394再生法279823945192总计989711.1 日本的主要FGD技术日本是世界上开发脱硫工艺最多的国家，但使用最为广泛的还是湿法和回收法，其中湿法石灰石-石膏法约占总量的一半，其次是亚铵法（约占24%）、双减法（约占16%）。

4、就火力发电所采用的工艺而言，如表2所示，几乎全部采用“石灰-石膏工艺”。近年来许多中小型企业考虑到的综合经济因素，多用氢氧化镁法，因为氢氧化镁价格便宜、吸收性好，其脱硫副产物硫酸镁是可用的产品。表2 日本火力发电站的FGD设备（按方法分类）处理方法设备数量处理烟气总量103Nm3/h（%）石灰-石膏8581124893亚硫酸钠-石膏760066.6镁-石膏214341.6亚硫酸钠-硫酸210001.1稀释硫酸-石膏17500.8亚硫酸钠回收15020.6总计9790816100就FGD设备和技术而言，日本是世界上最先进的国家之一，目前还在开发一些低成本的新技术，电子束照射烟气处理工艺，煤灰干法

5、脱硫技术、活性炭烟气处理技术很有可能在不远的将来成为商业化技术。但从技术角度讲，目前湿法工艺使用的最好，所以在今后一段时间内将会继续保持其主导地位。1.2美国的主要FGD技术 在美国的各种烟气脱硫技术中，湿法FGD技术始终占据着绝对优势地位。特别是在上个世纪的7080年代，美国所有的FGD装置中，90%以上采用湿法FGD技术，而湿法石灰石/石灰法占湿法FGD装置的90%以上。80年代后期，为了降低基建投资和运行费用，积极研究及开发了喷雾干燥烟气脱硫、炉内直接喷射石灰石烟气脱硫和氧化镁、亚硫酸钠法等干法和再生法技术。美国各种FGD工艺应用统计见图2、3.目前，美国正在研究开发的几种新工艺包括E-

6、SOx法脱硫工艺、ADVACAT工艺、荷电干式吸收剂喷射脱硫系统（CDSI）等，并已有相应示范工程。13德国的主要FGD技术德国FGD技术种添加剂法、湿法和干法3种，在电厂中的采用率为最高，达到98%，其它的仅占2%。至1991年原联邦德国共花费了140亿马克在72座电厂（共38GW）安装了159套烟气脱硫设备，电厂SO2排放量由1982年的1.55Mt（占元联邦德国排放总量的54%）下降到1991年的0.2Mt（占SO2排放总量的20%）。目前，德国的Lurgi公司已经完成循环流化床烟气脱硫系统新工艺的工业示范实验。此工艺主要是有一台直立的循环流化床反应器，石灰、水和烟气在其中均匀地配合，加

7、快化学反应的传热和传质过程，对于含SO2450-2000ppm的烟气，脱硫效率可达93%-97%，而且缩短了脱硫设备的高度和占地面积，降低了材料的耐腐蚀要求，从而大大降低了设备造价和运行维护费用。这是一项有发展前途的多项流循环流化床脱硫技术。2 我国烟气脱硫技术发展现状近些年，随着我国经济实力的逐步增加和环保标准渐趋严格，我国治理SO2污染的力度不断加大，先后建成了一批烟气脱硫实验和示范项目。这些项目建成和投运，使我们对各种脱硫技术的技术、经济性能有了第一手的资料，从而为这些技术的国产化和因地制宜的选择奠定了良好的基础。2.1湿法脱硫技术（WFGD）2.1.1石灰石/石灰石膏法石灰石/石灰-石

8、膏湿法脱硫是目前应用最广泛的脱硫技术，图4是石灰石/石灰法烟气脱硫的典型工艺流程图。该工艺的主要优点是:脱硫效率高，在Ca/S比大于1.05时，脱硫效率可高达90-98%；吸收剂利用效率高，可达到95%以上；技术成熟，运行稳定；吸收剂资源广泛，价格低廉；适用于大、中、小各类锅炉和高硫燃料的烟气净化；副产品为石膏，品位较低时可用于水泥生产，高品位石膏可用于建筑材料。该工艺也有一些缺点，如系统复杂，占地面积大；造价高，一次性投资大；运行问题较多由于CaSO2易沉积和粘结。所以，容易造成系统积垢，堵塞和磨损；运行费用高，尤其是高液/气比时耗电量大；副产品处理问题等。作为目前世界上技术最成熟、应用最广

9、泛的一种FGD工艺，我国自上世纪90年代初先后引进几种石灰石/石灰法工艺并建立了相应的示范工程，如华能铬黄电厂一期工程2*360MW机组配套引进日本三菱重工的湿法石灰石-石膏法脱硫系统（脱硫效率95%）,太原第一热电厂300MW机组配套引进日本简易湿法脱硫系统（脱硫效率80%），重庆电厂2*200MW机组配套湿式石灰石脱硫系统，浙江杭州半山电厂2*125MW机组配套的湿式石灰石法脱硫系统等。这些工程目前运行基本正常稳定。2.12简易湿式脱硫技术考虑到系统投资和运行费用，我国自“七五”以来，引进了国外简易湿式脱硫系统，如太原热电厂引进的日本日立高速平流简易脱硫系统。同时，在中小型锅炉烟气脱硫技术

10、研究开发方面，特别是湿式除尘脱硫一体化技术方面也做了大量的工作，如湖南大学研制的文丘里麻石水膜除尘脱硫一体化技术、浙江大学研制开发的旋流板塔除尘脱硫一体化技术等。这些技术多采用石灰、冲渣水、废碱液等碱性浆液作为脱硫液，脱硫效率在40-80%之间。日立的简易湿法对工艺进行了简化，延期不设置换热器，利用一部分旁路烟气与净化后烟气混合以达到排放烟气的升温目的。其优点是投资较传统工艺低，约为60-80%，设备较为紧凑，动力消耗约占电厂发电量的1-1.5%。其脱硫率可达60-80%的中等效率。缺点副产品品质低，难以利用；部分引进技术的水汽循环比大，运行成本较高。其它湿法脱硫技术还有钠法、双减法、镁法、氨

11、法等。其中，钠法运行费用高，双减法和氨法系统复杂，占地面积大，国内采用较少。镁法脱硫虽然在技术、经济两方面都具有优势，但镁资源的缺乏与分布不均，使得该技术在国外的工程应用较少。我国菱镁矿资源丰富、品位高，价格与石灰价格接近，在我国推广镁法脱硫具有得天独厚的资源优势，所以，近几年在我国先后有数个烟气脱硫工程采用镁法工艺，最大者为20MW机组配套脱硫系统。2.2干法脱硫技术（DFGD）干法脱硫技术无废水和废酸排出、脱硫产物易于处理、设备腐蚀小、烟气在净化过程中无明显降温、净化后烟气温度高、利于烟囱排气扩散。但脱硫剂与气相SO2接触吸收能力差，因此脱硫效率不如湿法高。2.3喷雾干燥法喷雾干燥法是目前

12、市场份额仅次于湿式钙法的烟气脱硫技术，其设备和操作简单，可使用碳钢作为结构材料，不存在由微量金属元素污染的废水。喷雾干燥器出口烟气的温度控制在较低，但又在露点温度以上的安全温度，减少了重新加热系统。干的固定废物减少了废物体积。另外，脱硫系统的烟气压力降适中，吸收剂输送量小，因此，系统能耗量较低，只是湿法工艺所需能耗的1/2-1/3。目前喷雾干燥吸收法主要用于低硫煤烟气脱硫，用于高硫煤的系统只进行了示范研究，尚未工业化。我国在七五期间，曾在沈阳黎明发动机制造公司建立了一套50立方米/小时的喷雾干燥烟气脱硫（LSD）装置，对当地低硫煤进行了试验，取得了80%的总脱硫效率。2.22炉内喷钙加尾部增湿

13、活化脱硫工艺炉内喷钙加尾部增湿活化脱硫工艺是在干法喷钙脱硫工艺的基础上，在锅炉尾部增设了增湿活化段，以提高脱硫效率。当钙硫比控制在2.5以上时，系统脱硫率可达到6580%。该工艺在芬兰、美国、加拿大、法国等国家得到应用。该工艺的优点是：系统简单，改造容易；喷钙对炉膛燃烧影响不大，热量损失不超过总燃料量的0.3%；投资约为电厂投资5-8%；脱硫费用较低。缺点是：脱硫率不高，一般在钙硫比为2时，炉膛内的脱硫率为15-30%，系统总效率可达60-75%；由于钙硫比较高，加重了后续除尘器的负荷，除尘效率下降；锅炉对流受热面有时会出现轻微积灰。总的来说，该工艺适用于含硫小1%的低硫煤脱硫，以及小机组锅炉

14、的脱硫改造。2.2.3烟气循环硫化反应床脱硫国外的CFB-FGD技术是上世纪80年代后期由德国Lurgi公司研究开发的。该公司是世界上第一台循环流化床锅炉的开发者，现又把循环流化床技术引入烟气脱硫领域，缺德了良好的效果。目前该技术的200MW干法循环流化床烟气净化系统已投入使用。烟气循环流化床工艺的脱硫剂反映停留时间长、对锅炉负荷变化的适应性强。系统比较简单，造价较低，脱硫效率可达80-90%，易用于改造项目，副产品可利用范围广。主要缺点是脱硫和除尘相互影响，运行控制要求较高；同时，由于流化床及其再循环系统固有限制，处理烟气量不如湿法系统大。3、烟气脱硫技术经济分析对FGD系统的技术经济分析，

15、美国通常采用EPA颁布的煤炭利用环境成本手册的分析方法。它是在理论计算和大量工程实例分析基础上作出的，误差范围小于30%。基本思路是，根据配套的饿发电机组实际情况和相应环保要求进行脱硫系统投资成本预算和运行分析，并用大量工程实例得出偏差系数进行修正，得到校准的投资，运行费用分析数据。目前，我国大型电厂安装烟气脱硫装置的机组较少，这些烟气脱硫装置大多从国外引进技术和关键设备，尚处于示范阶段与国产化的初期，只能在综合考虑现在、通货膨胀等经济因素基础上，通过现有资料和企业通报的投资、运行费用等经济参数作出的初步分析，缺乏代表性和普遍性。通过分析可以看出，由于干法到湿法的投资和运行费用依次提高，最低的是炉内喷钙加尾部增湿活化脱硫工艺，其投资占电厂总投资的比例约为5%，湿式石灰石-石膏法投资最大，最高占电厂总投资的16%，而脱出一吨二氧化硫的运行成本，干法/半干法为7