燃煤脱硫工业技术概述

燃煤脱硫工业技术发展概况

摘要：本文从燃煤脱硫工艺出发，对各种烟气脱硫技术的特点进行了介绍和比较，希望能给烟气脱硫用户选择符合自己的实际

情况的脱硫方法提供参考。

关键词：燃煤脱硫酸雨二氧化硫

煤炭是我国主要的一次能源，近年来占一次能源消耗的70％左右，预计到2050年约占50％以上。由于煤炭利用主要以燃烧(发电和供热)为主，导致煤中多种污染物随烟气排出，造成大气污染。因此，燃煤污染排放控制一直是全球能源和环保领域的重点，也是我国科学可持续发展中非常重要的问题。据预测[1],2020年我国煤炭需求总量将达到29亿吨，燃煤发电机组将增加到6.6亿千瓦，全国燃煤产生的二氧化硫将达到4350多万吨，进入空气的二氧化硫，一部分与氧气反应生产三氧化硫，不论是三氧化硫还是剩余的二氧化硫都能形成酸雨，这对环境造成了巨大危害。

酸雨对水资源生态系统、农业生态系统、森林生态系统、建筑物和材料以及人体健康都会产生严重的危害[2]。主要表现在：酸雨能使湖泊、河流等水体的pH值减小，改变了水生生物的生存环境；酸雨能使土壤酸化，加速土壤的贫瘠化，并使其自净能力减弱；酸雨对森林的危害也很明显：一是直接伤害植物的叶子，二是使森林土壤酸化；酸雨还能腐蚀建筑材料及文物古迹等，加速其风化过程；酸雨对人体健康具有潜在和直接影响：在酸化水体和酸化土壤中生长的农作物，都含有较高浓度的重金属，如果酸雨进入自来水网管，就能腐蚀给水

设施，使金属溶出而进入饮水，这些对人体健康都有潜在的威胁；酸雨的直接影响可以诱发人类肺气肿的发病概率。

因此如何经济有效的控制二氧化硫的排放己成为环境科学研究的重要课题。加强S02、SO3污染治理，从源头上控制二氧化硫的排放量，研究并开发适合我国国情的烟气脱硫技术对解决我国的S02污染问题具有十分重要的意义。自20世纪50年代起，世界各国对燃煤脱硫技术的研究加大了开发力度。尽管目前，燃煤脱硫技术已经达200多百种，但真正可以工业化应用的不超过20种，对于可以工业应用的技术主要归为三类：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃煤烟气脱硫。

一、燃烧前脱硫技术

煤燃烧前脱硫即“煤脱硫”，是通过各种方法对煤进行净化，去除原煤中所含的硫分、灰分等杂质。选煤技术有物理法、化学法和微生物法三种，目前我国广泛采用的是物理选煤方法，物理选煤主要是利用清洁煤、灰分、黄铁矿的比例不同，去除部分灰分和黄铁矿，我国物理选煤技术能达到45％～55％硫脱除率和60％～80％硫铁矿脱除率，但不能脱除煤中的有机硫。而曾经引起广泛关注的生物脱硫技术由于占地面积大，耗时长，无法实现大批量机械化连续生产，因而当前工业实用价值不高，生物脱硫技术如果想得到广泛应用需要进一步完善技术[3]。

二、燃烧中脱硫技术

燃烧中脱硫主要是指煤在炉内燃烧的同时，向炉内适当位置喷入脱硫剂(常用的有石灰石、白云石、也有熟石灰和生石灰)，石灰石和

白云石等脱硫剂在炉内分解生成CaO和MgO等，与煤燃烧过程中产生的S02和S03发生反应，生成亚硫酸盐和硫酸盐，最后以灰渣的形式排出炉内，以此达到脱硫的目的。燃烧中脱硫主要包括型煤固硫、循环流化床添加石灰石等方法。

2.1、型煤固硫脱硫技术

型煤固硫是将不同的原料经筛分后按一定的比例配煤，煤粉碎后同经过预处理的黏结剂和固硫剂混合，经机械设备挤压成型及干燥，即可得到具有一定强度和形状的成品工业固硫型煤。型煤用的固硫剂主要有石灰石和大理石。主要的原理是：型煤高温燃烧时，其中的固硫剂碳酸钙高温分解生成氧化钙和二氧化碳，生成的氧化钙与二氧化硫反应生成亚硫酸钙，由于反应是在有氧条件下进行的，产物中同样会存在硫酸钙。多年来，我国工业燃料型煤的应用一直停留在工业示范阶段，今后型煤的推广应用要注重利用现有基础技术设施，并进一步发挥自身的优势，即要与动力配煤相衔接，侧重于末煤或碎煤的成型[4]。

2.2、循环流化床燃烧脱硫技术

循环流化床燃烧脱硫技术是指在循环流化床锅炉(CFBC)中将石灰石等廉价的原料与煤粉碎成同样的细度，与煤在炉中同时燃烧，在800-900℃时，石灰石受热分解放出C02，形成多孔的CaO，CaO与S02反应生成含硫盐，达到脱硫的目的。流化床添加石灰石脱硫技术本身具有良好的脱硫效果、煤种适应性宽、能实现均匀稳定的燃烧、燃烧效率高、燃料制备和给煤系统简单、操作灵活等特点。同时，因为燃

烧温度较低，大大减少了NO的生成量。国外近年来发展很快，已经有了深入的研究和显著的业绩，并已实现工业应用[5]。

三、燃烧后烟气脱硫技术

煤燃烧后烟气脱硫(Flue Gas Desulfurization，缩写FGD)是目前世界上惟一大规模商业化应用的脱硫技术。根据脱硫过程是否加入液体和脱硫产物的干湿形态可将烟气脱硫方法划分为干法 (脱硫剂和脱硫产物均为干态)、半干法 (脱硫剂为湿态，脱硫产物为干态)和湿法(脱硫剂和脱硫产物均为湿态)三类。湿法脱硫技术成熟，脱硫效率高，Ca/S比低，运行可靠，操作简单，但脱硫产物的处理比较麻烦，烟温降低不利于扩散，湿法的工艺较复杂，占地面积和投资较大；干法、半干法的脱硫产物为干粉状，处理容易，工艺较简单，投资一般低于湿法，但Ca/S比高，脱硫效率和脱硫剂的利用率低。

3.1、湿法烟气脱硫技术

湿法烟气脱硫(WFGD)技术的特点是整个脱硫系统位于燃煤锅炉除尘系统之后，脱硫过程在溶液中进行，脱硫剂和脱硫生成物均为液相，脱硫过程的反应温度低，所以脱硫以后的烟气一般需再加热才能从烟囱排出。湿法烟气脱硫过程是气液两相反应，其脱硫反应速度快，脱硫效率高，钙利用率高，在Ca/S比等于1时，可达到90％以上的脱硫效率，适合于大型燃煤电厂锅炉的烟气脱硫。

目前已开发的湿法烟气脱硫技术主要有：石灰石(石灰)／石膏洗涤法、氧化镁法、双碱法、钠碱法、氨吸收法、海水脱硫法和磷铵肥法等

3.1.1、石灰石-石膏脱硫工艺

石灰石/石膏法脱硫法是目前技术最为成熟，运行最为可靠，应用最为广泛的烟气脱硫方法，在世界脱硫市场上占有的份额超过80％。该工艺的原理是利用石灰石浆液作为吸收剂，经过吸收、氧化和除雾等处理过程，形成副产物石膏。石灰石法脱硫装置由石灰石制备系统、吸收和氧化系统、烟气再热系统、脱硫风机、石膏脱水系统、石膏存储系统和废水处理系统组成。从该技术的实际应用可知：该法脱硫效率高，吸收剂利用率高，可靠性高、技术成熟；吸收剂来源广泛、价格低廉，设备运转率高、能耗低，适用于大型的燃煤电站锅炉的烟气脱硫。但同时该技术的缺点也很明显：投资大，运行费用高，设备磨损、堵赛严重，副产物综合利用率低。其中，每处理1吨SO2产生2.7 吨脱硫石膏，且脱硫石膏质地松散，无法与矿物石膏相比，若不采取积极有效的措施，极易造成二次污染[6-8]。

3.1.2、氧化镁脱硫工艺

除了一些碱性溶液对SO2有吸收能力外，一些金属氧化物对SO2也具有良好的吸收能力，采用氧化镁做吸收剂的脱硫技术中，以由美国基础公司开发的氧化镁浆洗-再生发发展较快，工业应用性最好。该工艺的基本原理是：采用氧化镁浆液吸收烟气中的SO2，可生产含结晶水的亚硫酸镁和少量的硫酸镁，然后通过干燥、煅烧分解将此反应物从吸收液中分离出来。再生的氧化镁可循环使用，在浆液再生的同时，可生成浓度为10～16%的SO2气体。该工艺采用再生技术，除脱硫率高、不易结垢等优点，终产物MgO可循环利用，即节约了吸收剂，