[摘要]我國是世界上最大的能源消費國，燃煤在我國的能源結構占70%左右。而火力發電廠是煤炭消費的主要用戶。燃煤燃燒產后的SO2是酸雨形成的主要原因。介紹了我國主流濕法煙氣脫硫的技術工藝發展現狀，并結合新法律法規要求下高脫硫效率的技術難點和存在的問題，為進一步研究和生產提供了參考。


[關鍵詞]濕法煙氣脫硫，高脫硫效率

1煙氣脫硫技術概述

SO2控制技術的研究，據美國環保署（EPA）1984年統計，世界各國開發、研制、控制技術已達184種，而目前的數量已超過200種。使用的SO2減排手段分為三大類：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫及燃燒后脫硫。

1.1燃燒前脫硫技術

燃燒前脫硫技術的主要內容是采用物理、化學或生物方式對鍋爐使用的原煤進行清洗，將煤中的硫部分除掉，使煤得以凈化，其中煤的物理凈化技術是目前世界上應用最廣泛的燃燒前脫硫技術，該法可以從原煤中除去泥土，頁巖和黃鐵礦硫。

通過煤的粉碎，使非化學鍵結合的不純物質與煤脫離，繼而利用構成煤的有機物質（煤的基本微觀結構）與密度較大的礦物不純物之間比重的不同，或利用二者表面潤濕性，磁性，導電性的不同將它們分離。主要方法有：重力法、浮選法、重液體富集法、磁性分離法、靜電分離法、凝聚法、細煤粒重介質旋風分離法等。物理方法工藝簡單，投資少，操作成本低，但不能脫除煤中有機硫，對黃鐵礦硫的脫除率也只有50%左右。

化學法脫硫多數針對煤中有機硫，主要利用不同的化學反應，包括生物化學反應，將煤中的硫轉變為不同形態的硫而使之分離。目前主要的化學凈化方法有：BHC法（堿水液法）、LOL氧化法（O2/空氣氧化法）、KVB（NO2選擇氧化）、氯解法（C12分解）、Meyers（Fe2（SO4）3氧化法）、微波法、超臨界醇抽提法等。

微生物脫硫技術雖然從本質上講也是一種化學法，但由于其自身的特殊性，可把它單獨歸為一類。它是把煤粉懸浮在含細菌的氣泡液中，細菌產生的酶能促進硫氧化成硫酸鹽，從而達到脫硫目的。

1.2燃燒中脫硫技術

燃燒中脫硫技術主要是指當煤在爐內燃燒的同時，向爐內噴入脫硫劑（常用的有石灰石，白云石等），脫硫劑一般利用爐內較高溫度進行自身鍛燒，鍛燒產物（主要有CaO，MgO等）與煤燃燒過程中產生的SO2、SO3反應，生成硫酸鹽和亞硫酸鹽，以灰的形式排出爐外，減少SO2、SO3向大氣的排放，達到脫硫的目的。燃燒過程中脫硫反應溫度較高，一般在800-1250℃的范圍內。

煤燃燒中脫硫技術主要有以下幾種：

1、煤粉爐直接噴鈣脫硫技術，在煤粉爐中，脫硫劑選擇溫度較低區域（爐膛上方）噴入進行脫硫。單純的爐內直接噴鈣脫硫效率只能達到30-40%左右，再與尾部活化器增濕或在脫硫中添加催化劑等技術相結合，其脫硫效率可達70%以上，這一方法所具有的投資省，裝置簡單，但脫硫效率較低。

2、流化床燃燒脫硫技術包括常壓鼓泡流化床燃燒技術、常壓循環流化床、增壓鼓泡流化床燃燒技術與增壓循環流化床燃燒技術。其中前三類已得到工業應用，增壓循環流化床燃燒技術尚在工業示范階段。穩定運行時的循環流化床燃燒脫硫效率可達90%以上。該技術現已在國外得到廣泛地應用。

存在問題是：循環流化床受容量限制。增壓循環流化床燃燒技術效率在38-42%左右，脫硫效率在90%以上，同時還具有較強的脫硝能力，因此它也引起了人們的極大興趣。

3、型煤指在煤中摻加脫硫劑，做成一定形狀的煤制品。脫硫劑在燃燒過程中起到控制SO2的作用。型煤燃燒技術對于占工業鍋爐總量70%以上層燃式鍋爐及工業窯爐的有害物質排放能起到一定的治理作用，是實現工業爐窯高效，清潔燃燒的一個大有希望的方向，但這一技術不能用于懸浮燃燒的鍋爐（如電站煤粉爐），而且由于爐溫較高，脫硫率較低。

4、水煤漿技術是70年代國際上發展起來的一種以煤代油的新型燃料。由于水煤漿燃燒時火焰中心溫度比燒煤和燒油低，故NOX、生成量較小，同時能夠降低燃燒時產生的SO2和煙塵。目前我國在水煤漿制備和燃燒的研究開發以及工程示范方面取得了很大進展，已具備了商業化應用條件。

1.3燃燒后脫硫（煙氣脫硫）技術

煙氣脫硫技術主要是利用吸收劑或吸附劑去除煙氣中的SO2，并使其轉化為穩定的硫化合物或硫。最早的煙氣脫硫技術在本世紀初就己經出現。近幾十年來，國外對煙氣的脫硫、脫硝進行了大量的研究。在工業發達國家，工業脫硫裝置的應用發展很快。我國近十多年來也開展了煙氣脫硫技術的研究。至今，煙氣脫硫技術的種類非常多，按脫硫的方式和產物的處理形式一般可分為干法，半干法和濕法三大類。

1.濕法煙氣脫硫技術（WFGD技術）

含有吸收劑的溶液或漿液在濕狀態下脫硫和處理脫硫產物。該法具有脫硫反應速度快、設備簡單、脫硫效率高等優點，但普遍存在腐蝕嚴重、運行維護費用高及易造成二次污染等問題。

濕法煙氣脫硫可分為石灰石-石膏法，石灰石膏法，海水法，氨法，氧化鎂法等。目前應用最廣泛的為石灰石-石膏法。

2.干法煙氣脫硫技術（DFGD技術）

脫硫吸收和產物處理均在干狀態下進行。該法具有無污水廢酸排出、設備腐蝕小，煙氣在凈化過程中無明顯溫降、凈化后煙溫高、利于煙囪排氣擴散等優點，但存在脫硫效率低，反應速度較慢、設備龐大等問題。干法煙氣脫硫技術由于能較好地回避濕法煙氣脫硫技術存在的腐蝕和二次污染等問題，近年來得到了迅速的發展和應用。

3.半干法煙氣脫硫技術（SDFGD技術）

半干法兼有干法與濕法的一些特點，是脫硫劑在干燥狀態下脫硫在濕狀態下再生（如水洗活性炭再生流程）或者在濕狀態下脫硫在干狀態下處理脫硫產物（如噴霧干燥法）的煙氣脫硫技術。特別是在濕狀態下脫硫在干狀態下處理脫硫產物的半干法，以其既有濕法脫硫反應速度快、脫硫效率高的優點，又有干法無污水廢酸排出、脫硫后產物易于處理的好處而受到人們廣泛的關注。

2高脫硫效率濕法煙氣脫硫

根據目前電力行業的出口污染物排放標準，一般地區新建燃煤機組SO2出口排放濃度為100mg/Nm3，重點地區新建燃煤機組SO2出口排放濃度為50mg/Nm3，而在一些污染情況較嚴重的特大型城市及周邊，地方政府為了滿足國家環境保護“十二五”規劃的要求，制定了相應的地方排放標準，如天津、河北等省市要求燃煤機組SO2出口排放濃度為35mg/Nm3，這就要求火力發電廠脫硫系統具備更高的脫硫效率，根據燃煤含硫量的情況，通常機組的脫硫效率需達98%甚至99%以上。目前有實施業績或在技術研發階段能達到高脫硫效率的脫硫技術有以下幾種：

（1）低液氣比旋匯耦合脫硫技術

石灰石-石膏濕法旋匯耦合脫硫技術（下述簡稱為旋匯耦合技術）為國電清新公司脫硫專利技術，該技術基于多相紊流摻混的強傳質機理，利用氣體動力學原理，通過特制的旋匯耦合裝置產生氣液旋轉翻覆湍流空間，加強氣液固接觸、完成高效傳質過程，從而達到氣體凈化的目的。

該技術通過進行了各種脫硫技術參數的試驗，對全面了解和深入研究脫硫技術的特點，掌握脫硫工藝中各種技術參數的相互聯系，推動脫硫工藝技術進步發揮了積極作用。

旋匯耦合脫硫技術的關鍵部件為旋匯耦合器，旋匯耦合器安裝在吸收塔內，噴淋層的下方、吸收塔煙氣入口的上方，通過旋匯耦合器安裝位置湍流空間內氣液固三相充分接觸，增強氣液膜傳質、提高傳質速率，進而提高脫硫接觸反應效率。其工作示意圖如下圖1：


旋匯耦合專利技術是將進塔煙氣由層流變成湍流狀態，大大增加了氣體的漩流速度，與同類脫硫技術相比，具有以下幾大技術特點：

a）均氣效果好

吸收塔內氣體分布不均勻，是造成脫硫效率低和運行成本高的重要原因，安裝旋匯耦合器的的脫硫塔，均氣效果比一般空塔提高15%-30%，脫硫裝置能在比較經濟、穩定的狀態下運行。

b）傳質效率高

煙氣脫硫的工作機理，是SO2從氣相傳遞到液相的相間傳質過程，傳質速率是決定脫硫效率的關鍵指標。

c）降溫速度快

煙氣通過旋流和匯流的耦合，旋轉、翻覆形成湍流都很大的氣液傳質體系，煙氣溫度迅速下降，有利于塔內氣液充分反應，各種運行參數趨于最佳狀態。

d）適應范圍寬和系統能耗低

此技術適用于不同工藝、不同煤種和工況，以及原料不同的石灰石粒徑。由于脫硫效率高，液氣比小，比同類技術能節約電能消耗。

（2）單塔雙循環技術/雙塔雙循環技術

雙循環技術是德國諾爾公司的一種濕法脫硫技術，基本原理如下圖2所示：


本技術實際上是采用兩級吸收塔串聯使用，兩級循環分別設有獨立的循環漿池，噴淋層，根據不同的功能，每個循環具有不同的運行參數：

煙氣首先經過一級循環（圖中QuenchZone），此級循環的脫硫效率根據入口煙氣SO2濃度可控制在30～90%，循環漿液PH控制在4.6～5.0，漿液停留時間在4～6分鐘，此級循環的主要功能是保證優異的亞硫酸鈣氧化效果和充足的石膏結晶時間，根據資料顯示，在酸性環境下PH=4.5時，氧化效率是最高的，同時可以大大提高石膏品質，提高石膏脫水率，據國外資料顯示，采用雙循環系統后石膏含水率可以從10%降低到6%。

經過一級循環的煙氣直接進入二級循環（圖中AbsorberZone），此級循環實現主要的脫硫洗滌過程，PH可以控制在非常高的水平，達到5.8～6.4，這樣可以大大降低循環漿液量。

（3）低液氣比B&W濕法脫硫技術

該技術利用氣體動力學原理，通過在吸收塔中設置專利的合金帶孔托盤裝置使吸收塔內氣體流速較好的均布，避免局部煙速高，對脫硫效率的影響;另外，合金托盤可保持一定高度液膜，增加煙氣在吸收塔內停留時間，加強氣液固接觸、完成高效傳質過程，有效降低液氣比，提高吸收劑利用率，從而達到氣體凈化的目的。增設托盤裝置需增加吸收塔高度。B&W濕法脫硫技術示意圖如下：

B&W濕法脫硫技術具有

a）均氣效果好;

b）系統能耗低;

c）檢修維護方便等特點;

但系統阻力較大，由于漿液通過托盤，如開孔直徑不合適，容易造成堵塞等問題。

（4）中液氣比輔助噴淋脫硫技術

輔助噴淋脫硫技術為上海某項目采用的脫硫增效技術。在原噴淋層間增加專利設計的輔助噴淋層，增加輔助噴淋泵，在一定程度上增加液氣比，改善噴淋效果，并增加漿液池容積，改善氧化效果，以達到提高SO2吸收效率的目的。

此技術較適用于對原有系統進行改造，而工期較緊張不宜增加吸收塔高度時有一定優勢。

（5）高液氣比脫硫技術

在吸收塔內原有噴淋層基礎上，通過增加噴淋層及循環漿液泵等設備，增加液氣比，并增加漿液池容積，改善氧化效果，提高脫硫效率。

此技術需增加塔高度，同時，由于液氣比較大，吸收塔漿池高度對比其他技術較高，故而氧化系統的壓頭較高，系統運行電耗較大，初期投資也相應較高。

（6）活性焦干法脫硫技術

活性焦脫硫在國內外得到了廣泛的研究，日本、德國以及中國等國家已經有了成功的商業應用。國內一些公司也引進國外的先進技術。

活性焦干法脫硫工藝可分為吸附、解析和硫回收三個部分。吸附過程主要利用活性焦的微孔和其突出的表面積，將SO2、NOX、O2、H2O及煙氣中的汞等雜質吸附在活性焦的表面活性位上，轉變為吸附態分子后進入解析裝置進行解析，解析后的SO2可制成硫磺、硫酸等產品。

活性焦干法技術有較突出的優點為：

a）脫硫效率高，由于活性焦的吸附能力強，脫硫效率能達到99%及以上，脫硝效率能過80%以上，同時有吸附其他污染物的功能。

b）副產物利用條件較好，變廢氣為應用較廣的化工產品，減少其他技術帶來的二次污染問題。

c）節約水資源和吸附劑，由于吸收過程中不需要使用水，吸附劑可以通過解析再生，適用于缺水的北方地區。

但由于初期投資較高，需要蒸汽進行解析等原因，國內的應用相對較少。

（7）有機胺濕法脫硫技術

有機胺濕法煙氣脫硫技術利用有機胺吸收煙氣中的SO2，然后通過解析得到高純度的SO2，同時吸收劑再生循環利用，可解決石灰石-石膏濕法脫硫的副產物污染問題，同時脫硫效率能過98-99%，效率較高。

作為一種新興的環保脫硫技術，有經濟合理性和技術可行性，主要特點有以下幾方面：

a）對初始煙氣中SO2含量適應性較好，脫硫率高，一般能達到98%以上;

b）脫硫系統在弱酸性氣液相環境下運行，不存在固體廢棄物的二次污染，不會發生結塘、磨損和堵塞等問題;

c）設備占地面積為石灰石-石膏法的1/5，投資成本較低，可用于老的火電廠脫硫改造，優勢明顯;

d）副產品SO2商業價值高，為企業帶來了顯著的經濟效益;

由于初期投資較高，吸收劑成本較高，需要蒸汽進行解析等原因，國內的應用也相對較少。

3討論與展望

在環境污染形勢日趨嚴峻，污染物排放總量和排放濃度要求嚴格的環境下，追求更高的脫硫效率勢在必行，目前我國火力發電廠煙氣脫硫面臨較大的壓力，同時存在一些問題，如高脫硫效率造成系統廠用電率上升嚴重;對原有系統進行改造受場地限制;燃煤含硫量太高導致脫硫系統設計復雜，運行成本較大;受系統停機時間限制導致工程質量無法保證等問題，期望國內外有先進和高效的脫硫技術，能妥善地解決此類問題。