新疆电力技术
２０１０年第３期 总第１０６期
火电厂烟气脱硫技术的原理及其应用
陈 新
新疆华电红雁池发电有限公司（乌鲁木齐８３００４７)
摘要：简要介绍了当前国内外主要烟气脱硫技术的原
理及其各自的特点，结合华电红电４×２００ＭＷ机组烟气脱硫改造工程，着重分析了石灰石－石膏湿法的工艺、原理以及试运投产过程中存在的问题及解决方案，为其它发电厂除尘脱硫的改造工作奠定一个良好的理论基础。
关键词：石灰石－石膏湿法脱硫；环保；问题；解决方案０ 前言
我国是以燃煤为主的国家，据统计，１９９５年煤炭消耗量为１２．８亿吨，且呈逐年递增趋势，二氧化硫的排放量达２３７０万吨，超过美国２１００万吨的排放量，成为世界二氧化硫排放第一大国。二氧化硫是酸性的，它过量排放到大气中，会形成“酸沉降”，遇水可形成酸雨和酸雾；不遇上水也会以“干沉降”的形式富集在植物和土壤，与土壤中的水会合后，能形成浓度更大的硫酸。“酸沉降”导致土壤、河流酸化，腐蚀金属，损害土地健康，破坏动植物的生长，严重伤害生态环境。
我国目前燃煤ＳＯ２ ＳＯ２ ９０排放量占排放总量的％以上，而火力发电厂又是最主要的烟气排放源，因此控制ＳＯ２的污染势在必行。
１ 当前烟气脱硫技术的发展状况
目前，工业应用的烟气脱硫（ＦＧＤ即ＦｌｕｅＧａｓＤｅｓｕｌｆｕｒａｔｉｏｎ)技术可分为干法（含半干法） 脱硫和湿法脱硫。干法脱硫是使用固体吸收剂、吸附剂或催化剂除去废气中的ＳＯ２ ,常用的方法有活性炭吸附法、分子筛吸附法、氧化法和金属氧化物吸收法等。干法脱硫的最大优点是治理中无废水、废酸的排出，减少了二次污染；缺点是脱硫效率低，设备庞大。湿法脱硫采用液体吸收剂洗涤烟气以除去ＳＯ２,常用的方法有石灰石－石膏法、钠碱吸收法、氨吸收法、铝法、催化氧化和催化还原法等。湿法脱硫所用设备比较简单，操作容易，脱硫效率高，但脱硫后烟气温度较低，不利于烟气的扩散。下面简要介绍目前在市场上应用比较广泛的烟气脱硫方法。１．１ 石灰石－石膏湿法脱硫
石灰石－石膏湿法烟气脱硫工艺是目前世界上应用最广泛、技术最成熟的ＳＯ２ ＦＧＤ脱除技术，约占已安装机组容量的７０％。该工艺具有脱硫效率高、运行可靠性高、吸收剂利用率高、能适应大容量机组和高浓度ＳＯ２烟气条件、对煤种适应性强、吸收剂廉价、钙硫比低（一般小于１．０５） 以及副产品具有综合利用的商业价值等特点。其主要缺点是基建投资费用高、占地面积大、耗水量大及脱硫副产品为湿态，因此难以处理，而且脱硫产生的废水需要经过处理才能排放。
１．２ 海水烟气脱硫
海水烟气脱硫是目前惟一一种不需要添加任何化学药剂的工艺，也不产生固体废弃物，脱硫效率大于９２％，运行稳定，系统可用率高达１００％；用海水冷却水脱硫，经济性好，运行及维护费用较低；压力损失小，一般在０．９８ｋＰａ～２．１６ｋＰａ;结构简单，操作简便，易于实现自动化。
海水烟气脱硫工艺受地域限制，仅适用于有丰富海水资源的工程，特别适用于海水作循环冷却水的火电厂；用于脱硫的海水碱度、ｐＨ 和盐度等水质指标要求比较高；只适用于燃用中低硫煤的电厂，对燃用高硫煤的电厂其脱硫除尘器成本显著增加；需要采取专门的防腐设计，妥善解决吸收塔内部、吸收塔排水管沟及其后部烟道、烟囱、曝气池和曝气装置的防腐问题。１．３ 喷雾干燥工艺
喷雾干燥工艺（ＳＤＡ） 是一种半干法烟气脱硫技术，其市场占有率仅次于湿法。该法是将吸收剂浆液Ｃａ（ＯＨ）２在反应塔内喷雾，雾滴在吸收烟气中ＳＯ２的同时被热烟气蒸发，生成固体并由电除尘器捕集。ＳＤＡ 法较适于中、低硫煤地区，当钙硫比为１．３～１．６ 时，脱硫效率可达８０％～９０％。其主要缺点是利用消石灰乳作为吸收剂，系统易结垢和堵塞，而且需要专门设备进行吸收剂的制备，因而投资费用偏大；脱硫效率和吸收剂利用率也不如石灰石－石膏法高。１．４ 烟气循环流化床脱硫工艺
烟气循环流化床脱硫工艺（ＣＦＢ２ＦＧＤ） 常采用消石灰作为吸收剂，其脱硫原理与喷雾干燥法类似。来自空气预热器的烟气通过循环流化床反应器的底部，向上与塔内的石灰反应，大量的反应产物与飞灰由烟气携带进入反应塔后部的预除尘器和ＥＳＰ ，大部分固体物料返回流化床，最终的产物为干态的粉末状钙基混合物。与传统的石灰石－石膏法脱硫装置相比，ＣＦＢ２ＦＧＤ 具有系统简单，工程投资、维修和运行费用低，占地面积小等特点。烟气循环流化床工艺存在的不足是：由于固体物料浓度较高，增大了除尘器负荷，系统阻力相对较大；运行费用与普通喷雾干燥法差不多；脱硫副产品的利用问题尚需作进一步的开发研究。１．５ 电子束脱硫工艺
电子束辐射技术脱硫的工艺是一种干法脱硫技术，其流程是燃煤锅炉排出的烟气经除尘后进入冷却塔，在塔中由喷雾水冷却到６５℃～７０℃，在烟气进入反应器之前，注入接近化学计量比的氨气，然后在反应器中接受高能电子束照射，使烟气中的Ｎ２ 、Ｏ２ 和水蒸气等发生辐射反应，生成大量的自由基、原子、电子和各种激发态的原子、分子等活性物质，它们将烟气中的ＳＯ２氧化为ＳＯ３ 。这些高价的硫氧化物与水蒸气反应生成雾状的硫酸，这些酸再与事先注入反应器的氨反应，生成硫铵，净化后的烟气经烟囱排放。
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２ 石灰石——石膏湿法的工艺及原理
石灰石——石膏湿法的原理是把从电除尘器出来的烟气通过增压风机ＢＵＦ进入换热器ＧＧＨ,烟气被冷却后进入吸收塔Ａｂｓ,并与石灰石浆液相混合。浆液中的部分水份蒸发掉，烟气进一步冷却。烟气经循环石灰石稀浆的洗涤，可将烟气中９５％以上的硫脱除。同时还能将烟气中近１００％的氯化氢除去。在吸收器的顶部，烟道气穿过除雾器Ｍｅ,除去悬浮水滴。
离开吸收塔以后，在进入烟囱之前，烟气再次穿过换热器，进行升温。吸收塔出口温度一般为５０～７０℃，这主要取决于燃烧的燃料类型。烟囱的最低气体温度常常按国家排放标准规定下来。在我国，有ＧＧＨ的脱硫，烟囱的最低气温一般是８０℃，无ＧＧＨ的脱硫，其温度在５０℃左右。大部分脱硫烟道都配备有旁路挡板（正常情况下处于关闭状态）。在紧急情况下或启动时，旁路挡板打开，以使烟道气绕过二氧化硫脱除装置，直接排入烟囱。
石灰石－石膏稀浆从吸收塔沉淀槽中泵入安装在塔顶部的喷嘴集管中。在石灰石－石膏稀浆沿喷雾塔下落过程中它与上升的烟气接触。烟气中的ＳＯ２溶入水溶液中，并被其中的碱性物质中和，从而使烟气中的硫脱除。石灰石中的碳酸钙与二氧化硫和氧（空气中的氧）发生反应，并最终生成石膏，这些石膏在沉淀槽中从溶液中析出。石膏稀浆由吸收塔沉淀槽中抽出，经浓缩、脱水和洗涤后先储存起来，然后再从当地运走。
３ 华电红电脱硫系统简介
华电红电４×２００ＭＷ机组烟气脱硫工程，采用石灰石－石膏湿法烟气脱硫装置。整个脱硫系统采用二炉一塔的系统，共有两套脱硫／吸收系统。即１、２号机组与３、４号机组分别各有一套脱硫／吸收系统。四台机组共用一座２１０米高的双管集束烟囱，采用石灰石－石膏湿法脱硫工艺，进行全烟气脱硫，副产物为二水石膏。石膏脱水系统、工艺水系统、事故浆液箱、控制室等为四台机组公用，不设ＧＧＨ,在满负荷工况条件下，系统脱硫效率不低于９５％，系统设计寿
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命为３０年。每套脱硫装置处理烟气量为２１７１８９１ｍ／ｈ，处理
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后净烟气含硫量小于５０ｍｇ／Ｎｍ。在设计工况下（设计煤种、ＢＭＣＲ工况）整套脱硫装置脱硫效率≥９５％，当ＦＧＤ入口二氧化硫浓度增加３０％时，脱硫效率不低于９２％；当ＦＧＤ入口二氧化硫浓度增加５０％时， 脱硫装置能安全运行。
经锅炉排出的烟气，先通过双室三电场电除尘后，再由引风机排出，烟气系统将未脱硫的烟气引入脱硫装置，将脱硫后的洁净烟气送入烟囱。进入脱硫装置的烟气通过ＦＧＤ入口的增压风机实现流量控制，经吸收塔进行ＳＯ２吸收后从烟囱排放。烟气系统的压降通过脱硫装置增压风机克服，经增压风机提升压力后通过烟道进入脱硫塔。在塔内与石灰石浆液逆向流动，通过雾化后的吸收浆液与烟气充分接触，发生传质和吸收反应，烟气中的二氧化硫、三氧化硫及氯化氢、氟化氢等化合物被吸收。吸收产物的氧化和中和反应在吸收塔底部的氧化区完成并最终形成石膏。
在脱硫系统的引入和引出烟道上均设有双百叶窗式挡板门（ＦＧＤ进、出口挡板门），脱硫装置投运时，ＦＧＤ进、出口挡板门打开，烟气通过脱硫装置。在脱硫装置发生故障或检修时，烟气可通过旁路烟道进入烟囱，从而不会影响到锅炉和发电机组的运行，在旁路烟道上设快开双百叶窗电动挡板门。保证机组在脱硫设备出现故障时，主机系统正常运行。
２０１０年第３期 总第１０６期
本脱硫装置配套的系统主要包括工艺系统、控制系统（ＤＣＳ)和电气系统。
４ 石灰石－石膏湿法烟气脱硫存在的问题及解决方案４．１ 结垢、堵塞问题。
利用湿法同时脱除烟尘和二氧化硫不可避免地同时存在结垢、堵塞问题，特别是磨损与腐蚀相互促进，使解决问题的难度加大。结垢会造成通道阻塞，破坏气液的正常流动工况，恶化净化效果，使阻力增加，风机带水。必须对结垢问题给予足够的重视。４．１．１ 结垢、堵塞机理
（１）石膏终产物浓度超过了浆液的吸收极限，石膏就会以晶体的形式开始沉积，当相对饱和浓度达到一定值时，石膏晶体将在悬浮液中已有的石膏晶体表面进行生长，当饱和度达到更高值时，就会形成晶核，同时晶体也会在其它各种物体表面上生长，导致吸收塔内壁结垢。
（２）在系统的氧化程度低下，甚至无氧化发生的条件下，可生成一种反应物为Ｃａ（ＳＯ３）０．８（ＳＯ４）０．２１／２Ｈ２Ｏ，称为ＣＳＳ－软垢，使系统发生结垢，甚至堵塞。
（３）吸收液ｐＨ值的剧烈变化，低ｐＨ值时，亚硫酸盐溶解度急剧上升，硫酸盐溶解度略有下降，会有石膏在很短时间内大量产生并析出，产生硬垢。而高ｐＨ值亚硫酸盐溶解度降低，会引起亚硫酸盐析出，产生软垢。在碱性ｐＨ值运行会产生碳酸钙硬垢。４．１．２ 解决方案
（１）采用强制氧化工艺，使氧化反应趋于完全，控制亚硫酸钙的氧化率在９５％以上，保持浆液中有足够密度的石膏晶种。
（２）严格除尘，严防喷嘴堵塞。
（３）控制吸收液中水份蒸发速度和蒸发量，运行中控制溶液中石膏过饱和度最大不超过１３０％。
（４）控制溶液的ｐＨ值，尤其避免运行中ｐＨ值的急剧变化。（５）吸收液中加入二水硫酸钙或亚硫酸钙晶种。（６）向吸收液中加入添加剂如：镁离子、乙二酸。 （７）适当的增大液气比也是系统结垢、堵塞的重要技术措施。４．２ 硫系统的腐蚀与防腐４．２．１ 腐蚀机理
（１）烟气中的ＳＯ２、ＨＣｌ、ＨＦ等酸性气体在与液体接触时，生成相应的酸液，其ＳＯ３、Ｃｌ、ＳＯ４对金属有很强的腐蚀性，对防腐内衬亦有很强的扩散渗透破坏作用。
（２）金属表面与水及电解质形成电化学腐蚀，在焊缝处比较明显。
（３）结晶腐蚀，溶液中的硫酸盐和亚硫酸盐随溶液渗入防腐内衬及其毛细孔内，当系统停运后，吸收塔内逐渐变干，溶液中的硫酸盐和亚硫酸盐析出并结晶，随后体积发生膨胀，使防腐内衬产生应力，产生剥离损坏。
（４）环境温度的影响。由于ＧＧＨ(蓄热式换热器）故障或循环液系统故障，导致塔内烟温升高，其防腐材料的许用应力随温度升高而急剧降低。
（５）浆液中由于含有固态物，落下时对塔内物质有一定的冲刷作用。４．２．２ 防腐方案
（１）合理控制浆液的ｐＨ值。
（２）选择合理的ＦＧＤ（脱硫设备）烟气入口温度，并选择与之相配套的防腐内衬，选择与入口烟温，塔内设计温度不相匹配的内衬材料是致命的错误。
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２０１０年第３期 总第１０６期
浅谈电石渣脱硫工艺
李 伟
新疆中泰化学股份有限公司（阜康８３１５００)
摘要：介绍了新疆中泰化学自备电厂（２×１３．５ＭＷ)在配套建设脱硫装置过程中为提高效率同时节约成本而在方案确定、工艺设计等方面实际运作经验。针对电石渣脱硫工艺进行了分析，论证了电石渣应用于烟气脱硫的可行性。
关键词：脱硫；电石渣；湿法脱硫；石灰石；ＳＯ２
；经济性；火电厂
目前，传统的脱硫方式，脱硫效率低，设备成本高，运营费用大，节能减排效果不理想。新疆中泰化学因地制宜，最终决定利用公司盐化工的生产废电石渣作脱硫剂，以废治废来达到烟气脱硫的目的。 １ 工艺参数
表１ 主要工艺参数（单台）
２ 吸收剂的供应
电石渣作为新疆中泰化学电石－乙炔法制ＰＶＣ生产过程中产生的废渣，在很长的一段时间内是作为废料直接丢弃的。随着国家环保、节能减排要求的不断提高，电石渣资源逐渐也被重视起来：电石渣法脱硫、电石渣法制碱、电石渣制水泥，越来越多的以电石渣为原料的工艺生产路线被开发出来。
电石渣（石灰）－石膏法，与石灰石－石膏法两者仅差一个字但是两者的平衡体系是完全不相同的。在电石渣（石灰）－石膏法体系中塔外氧化对工艺更有利，更经济。
本次ＦＧＤ系统脱硫剂采用电石渣，具体资料见表２:
表２ 电石渣成分参数
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（３）严把防腐内衬的施工质量。
（４）吸收塔现场制作过程中保证焊口满焊，焊缝光滑平整无缺陷，内支撑件及框架不能用角钢、槽钢、工字钢，应用圆钢、方钢为主，外接管不能用焊接，要用法兰连接。
（５）选择合理的防腐材料。４．３ 污液处理问题。
４．３．１ 湿法脱硫除尘必然存在污液处理问题。
为做到没有二次污染，节约用水，洗涤液必须循环使用。要在洗涤液循环系统的合适位置加入适量的脱硫、固硫剂，才能真正做到脱硫。如不及时加入脱硫剂，必然使循环洗涤液的酸度逐渐上升，最后达到和烟气中二氧化硫的含量平衡的状态，使脱硫效率大大下降，同时设备腐蚀加剧。４．３．２ 对污液处理问题的解决方案
（１）合理选择脱硫剂的加入量和加入地点。条件许可可采用脱硫剂连续加入办法。脱硫剂加入地点最好在沉淀池的入口，辅助吸收剂的加入地点最好在净化器洗涤液的入口。
（２）根据洗涤液各处的ｐＨ值，选择污水泵或耐酸耐磨污水泵及管路，鉴于现状，最好选耐酸耐磨污水泵作为循环水泵，管路也选耐腐管路。
（３）合理设计沉淀池的大小和洗涤液的流程，运行时及时清除沉淀污泥。５ 结束语
新疆华电红雁池发电有限公司烟气脱硫工程总投资１６８５０万元，采用石灰石－石膏湿法烟气脱硫工艺，系统脱硫效率≥９５％，工程建成投产后，全年可减排二氧化硫２１７１０吨（机组年利用小时数按４８８５小时计算）。该工程自２００８年９月３日开工以来，目前＃１、２机组烟气脱硫装置已于８月３１日顺利通过１６８小时试运行，＃３、４机组烟气脱硫装置已于１０月１６日顺利通过１６８小时试运行，脱硫系统全面移交生产，进入试生产阶段。９月１４日自治区环境监测总站对新疆华电红雁池电厂＃１、２机组烟气脱硫装置进行了环境检测验收，经实测，华电红电＃１、２机组烟气脱硫装置年减排量可达９１００吨，并对ＣＥＭＳ在线监测系统进行了验收比对，通过自治区环境监测站检测，各项数据符合环境保护要求。该项目成为目前乌鲁木齐投资最多、减排量最大的脱硫项目，进一步推动了乌鲁木齐市“蓝天工程”的步伐。
参考文献
［１］ 环境工程．成都科技大学出版社［２］ 工业脱硫技术．化学工业出版社
［３］ 燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例．环境科学与工 程出版社