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一、前言
煙氣脫硫（FlueGasDesulfurization,FGD）是世界上唯一大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫方法，是控制酸雨和二氧化硫污染的最為有效的和主要的技術(shù)手段。
目前，世界上各國(guó)對(duì)煙氣脫硫都非常重視，已開(kāi)發(fā)了數(shù)十種行之有效的脫硫技術(shù)，但是，其基本原理都是以一種堿性物質(zhì)作為SO2的吸收劑，即脫硫劑。按脫硫劑的種類劃分，煙氣脫硫技術(shù)可分為如下幾種方法。
1.以CaCO3（石灰石）為基礎(chǔ)的鈣法；
2.以MgO為基礎(chǔ)的鎂法；
3.以Na2SO3為基礎(chǔ)的鈣法；
4.以NH3為基礎(chǔ)的氨法；
5.以有機(jī)堿為基礎(chǔ)的有機(jī)堿法。
世界上普遍使用的商業(yè)化技術(shù)是鈣法，所占比例在90以上。 煙氣脫硫裝置相對(duì)占有率最大的國(guó)家是日本。日本的燃煤和燃油鍋爐基本上都裝有煙氣脫硫裝置。眾所周知，日本的煤資源和石油資源都很缺乏，也沒(méi)有石膏資源，而其石灰石資源卻極為豐富。因此，F(xiàn)GD的石膏產(chǎn)品在日本得到廣泛的應(yīng)用。這便是鈣法在日本得到廣泛應(yīng)用的原因。因此，其他發(fā)達(dá)國(guó)家的火電廠鍋爐煙氣脫硫裝置多數(shù)是由日本技術(shù)商提供的。
二、脫硫工藝的選擇
在環(huán)境約束條件下,如何結(jié)合火電廠的內(nèi)外部資源條件,科學(xué)合理地選擇切合實(shí)際的脫硫工藝顯得十分重要,它直接關(guān)系到脫硫系統(tǒng)乃至機(jī)組的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
1.脫硫條件
1.1機(jī)組條件
新機(jī)組或老機(jī)組、機(jī)組容量、剩余壽命、燃煤硫分、漏風(fēng)率和含塵量等參數(shù)必須設(shè)計(jì)準(zhǔn)確。若設(shè)計(jì)參數(shù)不正確,將會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題:(1)機(jī)組漏風(fēng),煙氣量大,脫硫投資增加;(2)實(shí)際燃煤含硫量遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)值,不能達(dá)到100%煙氣脫硫;(3)煙氣含塵量過(guò)高,導(dǎo)致石膏品質(zhì)不合格。
1.2資源條件
脫硫吸收劑的來(lái)源直接影響到脫硫工藝的選擇。另外,脫硫用水的水源水質(zhì)作為脫硫吸收劑的載體也起著重要作用。因此,吸收劑及脫硫用水的來(lái)源也直接影響到脫硫工藝的選擇。
1.3建設(shè)條件
包括場(chǎng)地和施工條件、施工周期等。脫硫裝置的布置空間是脫硫工藝選擇的一個(gè)重要條件,不同的脫硫工藝布置空間要求不同,只有充分滿足其最小布置空間,該脫硫工藝才具備成立的條件。
2.技術(shù)比較
2.1脫硫效率
選擇煙氣脫硫工藝時(shí),首先考慮的因素是SO2排放的控制水平,即環(huán)保法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)等對(duì)脫硫項(xiàng)目削減SO2排放量的具體要求。有了SO2削減量,進(jìn)而計(jì)算脫硫項(xiàng)目最低的脫硫效率。
2.2鈣硫比
鈣硫比是表示達(dá)到一定脫硫效率時(shí)所需鈣基吸收劑的過(guò)量程度,是影響脫硫效率的重要因素。一般來(lái)說(shuō),鈣硫比越高,脫硫效率越高,同時(shí)脫硫工藝費(fèi)用也越高。
2.3對(duì)機(jī)組影響和生產(chǎn)運(yùn)行的適應(yīng)性
2.3.1對(duì)鍋爐和煙氣系統(tǒng)的影響，不同工藝脫硫設(shè)備對(duì)鍋爐和煙氣系統(tǒng)影響各不相同,如濕法工藝安裝在除塵器的下游,對(duì)鍋爐和除塵器影響最小,但對(duì)出口煙道和煙囪會(huì)產(chǎn)生腐蝕。
2.3.2對(duì)機(jī)組運(yùn)行的適應(yīng)性，對(duì)于調(diào)峰機(jī)組,負(fù)荷變動(dòng)較大,選擇脫硫工藝時(shí),脫硫系統(tǒng)必須能適應(yīng)經(jīng)常起停的狀況,能耐受經(jīng)常性的熱沖擊;有良好的負(fù)荷跟蹤特性;脫硫系統(tǒng)停運(yùn)后的維護(hù)工作量要小。
3.經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)
脫硫裝置的投資費(fèi)用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益是影響脫硫工藝選擇的主要因素之一。經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)應(yīng)考慮主要因素:投資費(fèi)用、年運(yùn)行費(fèi)用及經(jīng)濟(jì)效益。在技術(shù)性能相當(dāng)或相差不多的條件下,經(jīng)濟(jì)性好的脫硫工藝為首選。
4.環(huán)境評(píng)估
脫硫工程屬于環(huán)保工程,但作為一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目也同樣存在環(huán)境影響,如考慮不夠周全,則會(huì)導(dǎo)致二次污染。潛在的環(huán)境影響主要有:脫硫吸收劑制備系統(tǒng)產(chǎn)生的揚(yáng)塵和噪聲;脫硫副產(chǎn)品處置,包括副產(chǎn)品拋棄堆存時(shí)對(duì)環(huán)境的影響;脫硫廢水對(duì)水體的影響;脫硫后凈煙氣的抬升影響。
三、石灰石工藝原理
是用石灰或石灰石漿液吸收煙氣的SO2，分為吸收和氧化兩個(gè)階段。先吸收生成亞硫酸鈣，然后將亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣即石膏濕式鈣法，通常有拋棄法、回收法和雙循環(huán)濕式鈣法等，拋棄法和回收法區(qū)別在脫硫產(chǎn)物是否再利用。其中回收法的脫硫產(chǎn)物為二水石膏（CaSO4.2H2O），此法以日本應(yīng)用最多。石膏的主要用途是作為建筑材料，高質(zhì)量石膏作為石膏板材的原料。我國(guó)重慶珞磺電廠引進(jìn)日本三菱公司的技術(shù)就是這種方法。但是，目前再我國(guó)脫硫石膏很難找到大規(guī)模的用途。對(duì)于濕法脫硫產(chǎn)物，值得注意的是，脫硫石膏應(yīng)用途徑可以參考磷肥工業(yè)中的石膏制硫酸過(guò)程。在該過(guò)程中，石膏被C（無(wú)煙煤或焦碳）還原SO2和CaO。SO2（以5左右濃度的空氣混合物形式存在）可進(jìn)一步被轉(zhuǎn)化為硫酸。CaO則循環(huán)到脫硫吸收裝置作為脫硫劑循環(huán)使用。因此，理論上，這個(gè)過(guò)程回收了煙氣中的SO2生產(chǎn)工業(yè)濃硫酸[98（質(zhì)量）]，不消耗脫硫劑。而其還原劑煤在電廠也是十分豐富和方便。這個(gè)過(guò)程對(duì)高硫煤發(fā)電廠具有一定價(jià)值。
四、氨法工藝原理
以水溶液中的SO2和NH3的反應(yīng)為基礎(chǔ)：
1. SO2＋H2O＋xNH3 = (NH4) xH2－XSO3
得到亞硫酸銨中間產(chǎn)品，亞硫酸銨再進(jìn)行氧化：
2.(NH4)XH2-XSO3+1/2O2 +(2-x)NH3=(NH4)2SO4
在美國(guó)，鎂法和鈉法得到了較深入的研究，但實(shí)踐證明，它們都不如鈣法。 在我國(guó)，氨法具有很好的發(fā)展土壤。我國(guó)是一個(gè)糧食大國(guó)，也是化肥大國(guó)。氮肥以合成氨計(jì)，我國(guó)的需求量目前達(dá)到33Mt/a，其中近45是由小型氮肥廠生產(chǎn)的，而且這些小氮肥廠的分布很廣，每個(gè)縣基本上都有氮肥廠。因此，每個(gè)電廠周圍100km內(nèi)，都能找到可以提供合成氨的氮肥廠，SO2吸收劑的供應(yīng)很豐富。更有意義的是，氨法的產(chǎn)品本身就是化肥，就有很好的應(yīng)用價(jià)值。氨法脫硫是回收法，副產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品，可使氨增值，所以氨法脫硫的運(yùn)行費(fèi)用小，煤中含硫量愈高，運(yùn)行費(fèi)用愈低。
五、鎂法脫硫工藝原理
鎂法脫硫是采用鎂礦石(主要成份為碳酸鎂) 經(jīng)過(guò)煅燒生成的氧化鎂作為脫硫吸收劑,將氧化鎂通過(guò)漿液制備系統(tǒng)制成氫氧化鎂過(guò)飽和液,在脫硫吸收塔內(nèi)與煙氣充分接觸,煙氣中的二氧化硫與漿液中的氫氧化鎂進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成亞硫酸鎂,從吸收塔排出的亞硫酸鎂漿液經(jīng)脫水處理后可供綜合利用。由于吸收劑的活性較高,鎂法脫硫采用較小容量的吸收塔和較小容量的漿液循環(huán)泵就可達(dá)到要求的脫硫效率,所以相對(duì)減少了設(shè)備的初期投資和運(yùn)行費(fèi)用。此外,本方法最突出的特點(diǎn)是脫硫劑可以循環(huán)利用,符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)要求。采用脫硫副產(chǎn)品
亞硫酸鎂制硫酸方案,將亞硫酸鎂煅燒生成二氧化硫和氧化鎂,其中二氧化硫可制成重要的工業(yè)原料硫酸,氧化鎂作為脫硫原料可重復(fù)利用,正常時(shí)每一個(gè)循環(huán)只需要補(bǔ)充不超過(guò)10 %的氧化鎂,這樣,可大大降低氧化鎂的消耗量和脫硫成本,也避免了因副產(chǎn)物拋棄造成的環(huán)境污染,實(shí)現(xiàn)了氧化鎂的循環(huán)利用。
目前脫硫方法已有上百種，例如海水脫硫工藝，電子束法脫硫工藝，雙堿法煙氣脫硫等等，原理不過(guò)就是以上的幾種理論， 每一個(gè)項(xiàng)目運(yùn)行前需要加裝脫硫裝置，需要用那一種脫硫劑，都是要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，副產(chǎn)物的利用情況綜合考慮。
