福建省沿海電廠脫硫技術(shù)的選擇
摘要:相對于鈣法、氨法脫硫技術(shù)，海水脫硫在脫硫、脫氮效果、一次性投入、綜合運行費用和避免二次污染方面有一定優(yōu)勢，在我國沿海電廠具有廣闊的應(yīng)用前景。本文重點介紹了海水脫硫技術(shù)，并對福建省今后SO2減排治理工作提出了建議。
關(guān)鍵詞:沿海電廠,脫硫技術(shù),選擇意見
世界上成熟應(yīng)用于燃煤電廠的煙氣脫硫技術(shù)有鈣法脫硫、海水煙氣脫硫和氨法脫硫等。三種脫硫技術(shù)各有優(yōu)缺點，分別適用于不同的地區(qū)和企業(yè)，相對于鈣法、氨法脫硫技術(shù)，海水煙氣脫硫在脫硫、脫氮效果、一次性投入、綜合運行費用和避免二次污染方面有一定優(yōu)勢，在我國沿海電廠具有廣闊的應(yīng)用前景。本文重點介紹了海水脫硫技術(shù)，對福建省今后SO2減排的治理工作提出了意見和建議。
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福建沿海電廠 |
1 煙氣脫硫技術(shù)
煙氣脫硫技術(shù)在世界不同類型的電廠中都有應(yīng)用，目前全世界燃煤電廠已有近萬臺煙氣脫硫裝置，總裝機容量約1億kW，單機最大容量為100萬kW以上。世界上成熟應(yīng)用于燃煤電廠的煙氣脫硫技術(shù)有鈣法脫硫、海水煙氣脫硫和氨法脫硫等三種。
我國電廠煙氣脫硫技術(shù)起步于20世紀(jì)70年代，相對于發(fā)達國家起步較晚、起點很低。煙氣脫硫技術(shù)變化因素較多、系統(tǒng)要求較高、投資和運行消耗很大，長期以來脫硫市場未形成規(guī)模，至最近幾年，我國電廠脫硫裝置基本上都是引進國外技術(shù)和設(shè)備并以鈣法為主。通過幾十年來積極的探索、攻關(guān)，我國在電廠煙氣脫硫技術(shù)方面取得了快速進展，在某些領(lǐng)域已具有自行研發(fā)能力和獨立知識產(chǎn)權(quán)。
1.1 海水煙氣脫硫
海水煙氣脫硫是近幾十年來發(fā)展成熟的新技術(shù)，與發(fā)電廠通常的鈣法脫硫法相比，海水脫硫有多種優(yōu)點：
（1）以海水作為吸收劑，不用淡水、藥品，不需要處理副產(chǎn)品，所以不需要藥品溶解系統(tǒng)、藥品貯槽和脫水系統(tǒng)等附屬設(shè)備；
（2）被吸收的SO2轉(zhuǎn)化成海水中的硫酸鹽，不存在廢棄物處理等問題；
（3）可以實現(xiàn)脫硫脫氮同步進行，脫硫效率達 95%以上，脫氮效率達60%以上；
（4）不存在設(shè)備結(jié)垢堵塞的問題；
（5）建設(shè)、運行、維護費用較低，運行操作比較簡單。對于采用海水冷卻的發(fā)電廠，可直接將凝汽器循環(huán)水引入脫硫裝置，無須專門建設(shè)取水設(shè)施，建設(shè)投資大大降低？偯摿蛳到y(tǒng)相對簡單，運行操作比較簡單，設(shè)備費、運行費和維護費比較低。
海水脫硫工藝一般適用于靠海邊、擴散條件較好、可用海水作為冷卻水、燃用低硫煤的電廠。在燃用低硫煤的沿海城市具有良好的應(yīng)用前景，比較適合福建省沿海地區(qū)燃煤電廠使用。福建省海岸線較長，沿海地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達，人口稠密，燃煤電廠較多，環(huán)保要求嚴(yán)格，海水脫硫具有明顯優(yōu)勢和良好前景。
1.1.1 海水煙氣脫硫原理與工藝
海水煙氣脫硫?qū)儆跐穹摿，是利用海水的天然弱堿性吸收SO2。海水中含有大量的碳酸鹽類物質(zhì)，呈弱后避免了固體副產(chǎn)物的產(chǎn)生。脫硫后的海水經(jīng)曝氣工序處理后直接排入大海。
鍋爐煙氣經(jīng)由高效靜電除塵器除塵，除塵效率可以達到99%，可以有效去除煙氣中的飛灰和重金屬，脫硫海水中的懸浮顆粒、重金屬含量對海洋生物影響甚微。在脫硫的曝氣過程中，海水被鼓入大量空氣，這將減少海水中的COD含量，增加海水中的溶解氧含量，對海水生態(tài)恢復(fù)是有益的。
每套脫硫機組配備2臺脫硫泵和3臺曝氣泵，單套脫硫裝置年耗電7100kW·h，脫硫成本0.015元/kW·h。脫硫塔每年進行定期檢修，因采用煙氣單煙道進入脫硫塔的設(shè)計，所以維修期間的發(fā)電機組需停機。
（3）海水脫硫環(huán)境影響評價
深圳西部電廠4號機組是我國首套海水煙氣脫硫裝置，是國家環(huán)保總局和國家電力公司的示范項目。在該工程建設(shè)的同時，國家電力公司和國家環(huán)？偩致(lián)合開展的脫硫工藝排水對附近海域水質(zhì)、海洋生物及海底沉積物影響進行跟蹤監(jiān)測與研究。1999年9月 6日由國家環(huán)保總局主持，國家電力公司等單位對西部電廠海水脫硫工程進行驗收。驗收結(jié)論為：各項性能指標(biāo)均達到或優(yōu)于設(shè)計值，滿足國家對該項目的審查要求，符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)；平均脫硫率在95%左右；曝氣過程中沒有明顯的SO2溢出情況，對周圍環(huán)境沒有造成不良影響；工藝排水對海域水質(zhì)和海洋生物的影響很小。在有條件的海邊電廠可以作為一種比選脫硫工藝推廣應(yīng)用。
在環(huán)保指標(biāo)方面，廈門嵩嶼電廠和漳州后石電廠的海水煙氣脫硫項目均由廈大和海洋三所對排放海域進行連續(xù)監(jiān)測。環(huán)境監(jiān)測表明：在整個煙氣吸收系統(tǒng)及海水恢復(fù)系統(tǒng)中，除海水和空氣外，沒有添加其他任何物質(zhì)，海水煙氣脫硫能夠有效處置脫硫副產(chǎn)物，脫硫后海水的pH值為6.8～8.8，經(jīng)過脫硫及海水恢復(fù)的海水排水pH值達到6.8以上，對海水系統(tǒng)來說可以完全掩蓋，脫硫副產(chǎn)物曝氣后排入大海，未發(fā)現(xiàn)周邊海域有異常情況發(fā)生。
1.2 鈣法脫硫工藝
鈣法脫硫以石灰石（石灰）為脫硫劑，分為濕法、干法和半干法，是目前世界上應(yīng)用最廣泛的一種脫硫技術(shù)。鈣法脫硫技術(shù)具有原材料資源豐富、價格便宜、在國外相當(dāng)成熟且公開、獲取容易的特點；該工藝脫硫吸收劑利用率高；吸收漿液可循環(huán)利用；適用于任何含硫煤種的煙氣脫硫，對燃煤電廠規(guī)模適應(yīng)性廣；脫硫效率達到95％以上，采用先進的工藝技術(shù)可以兼具脫氮功能；脫硫副產(chǎn)物可進一步回收利用作為建筑材料。目前應(yīng)用的單機容量已達100萬kW以上。
1.2.1 鈣法脫硫工藝原理
鈣法脫硫工藝采用石灰石或石灰作脫硫吸收劑，石灰石經(jīng)破碎磨細(xì)成粉狀與水混合攪拌制成吸收漿液。當(dāng)采用石灰為吸收劑時，石灰粉經(jīng)消化處理后加水?dāng)嚢柚瞥晌諠{液。在吸收塔內(nèi)，吸收漿液通過循環(huán)泵打入噴淋層，高覆蓋率噴淋可實現(xiàn)與煙氣的充分接觸混合，從而使煙氣中的SO2與漿液中的碳酸鈣以及鼓入的氧化空氣進行化學(xué)反應(yīng)從而被脫除，最終反應(yīng)產(chǎn)物為石膏混合物。脫硫后的煙氣經(jīng)除霧器除去其攜帶的細(xì)小液滴，然后通過GGH換熱升溫后排入煙囪。終產(chǎn)物脫硫石膏漿經(jīng)脫水裝置脫水后回收利用。目前，從美國、日本、德國三國大規(guī)模應(yīng)用的鈣法脫硫工藝裝置來看，濕式鈣法脫硫占主導(dǎo)地位，在美國約占80％、日本約占75％、德國約占90％，應(yīng)用的單機容量已達100萬kW以上。我國燃煤電廠也大部分采用了該種脫硫方法，使用比例約占90%以上。
1.2.2 存在的問題
由于鈣法脫硫具有設(shè)施占地面積較大、初始投資成本較高，設(shè)備易結(jié)垢阻塞、腐蝕及磨損，附產(chǎn)物石膏混合物回收成本高，銷路不暢，會產(chǎn)生二次污染，系統(tǒng)復(fù)雜、運行費用高等問題，因此這項技術(shù)在中國的推廣前景不容樂觀。
1.3 氨法煙氣脫硫
氨法煙氣脫硫技術(shù)工藝成熟，近年來氨法煙氣脫硫技術(shù)倍受業(yè)界眾多企業(yè)、研究單位的關(guān)注。認(rèn)為氨法是回收法，煙氣脫硫利用我國廣泛的氨資源生產(chǎn)硫酸銨化肥，可以獲得一定的經(jīng)濟效益，達到既治理大氣二氧化硫的污染，又變廢為寶的目的；同時可以實現(xiàn)同步脫硫、脫硝，利用一臺設(shè)備可同時清除95%的二氧化硫和 40%的氮氧化物，脫硫副產(chǎn)物可以轉(zhuǎn)化為化肥硫酸銨，避免廢渣的二次污染。對減少溫室氣體起到非常重要的作用，是一項較適應(yīng)我國國情的、完全資源化的、符合循環(huán)經(jīng)濟理念的脫硫技術(shù)。
1.3.1 氨法煙氣脫硫工藝
氨法煙氣脫硫工藝根據(jù)氨與SO2、水反應(yīng)生成脫硫產(chǎn)物的基本機理，主要有濕式氨法、電子束氨法、脈沖電暈氨法、簡易氨法等。電子束氨法與脈沖電暈氨法分別是用電子束和脈沖電暈照射噴入水和氨的已降溫至70℃左右的煙氣，在強電場的作用下，部分煙氣分子電離成為高能電子，高能電子激活、裂解、電離其他煙氣分子，產(chǎn)生OH、O、HO2等多種活性粒子和自由基。在反應(yīng)器里，煙氣中的SO2、NO被活性粒子和自由基氧化為高價氧化物SO3、NO2，與煙氣中的H2O相遇后形成H2SO4和HNO3，在有NH3或其它中和物的情況下生成(NH4)2SO4/NH4NO3的氣溶膠，再由收塵器收集。脈沖電暈放電煙氣脫硫脫硝反應(yīng)器的電場本身同時具有除塵功能。
1.3.2 氨法煙氣脫硫技術(shù)的使用
世界各國都有成功使用氨法煙氣脫硫技術(shù)的燃煤企業(yè)，20世紀(jì)70年代初，日本與意大利等國開始研制氨法脫硫工藝并相繼獲得成功。不同工藝的氨法煙氣脫硫自20世紀(jì)80-90年代開始應(yīng)用，國外研究氨法煙氣脫硫技術(shù)的企業(yè)主要有：美國GE（通用環(huán)境系統(tǒng)公司）、Marsulex、Pircon、Babcock & Wilcox；德國 Lentjes Bischoff、KruppKoppers（克虜伯公司）；日本NKK（日本鋼管公司）、IHI、千代田、住友、三菱、荏原等。裝置規(guī)模從5萬kW至30萬kW。據(jù)統(tǒng)計，全世界目前使用氨法脫硫的機組約為1000萬kW。
目前，氨法煙氣脫硫技術(shù)在我國還沒有l(wèi)0萬kW以上機組的運行業(yè)績，在福建省同類企業(yè)中也尚未得到應(yīng)用。國內(nèi)氨法煙氣脫硫最大的業(yè)績是在天津堿廠建設(shè)的 6萬kW機組氨回收法煙氣脫硫裝置。1995年，國家計委和科技部將氨法煙氣脫硫技術(shù)作為國家重點科技攻關(guān)項目并列入“十五”863項目，經(jīng)過一些科研機構(gòu)和企業(yè)的多年研究和工業(yè)試驗，逐漸形成了適合我國國情的氨回收法脫硫技術(shù)并樹立了工程業(yè)績。
1.3.3 存在的主要問題
氨法煙氣脫硫技術(shù)存在的主要問題是受原料氨的資源和脫硫副產(chǎn)物—化肥使用的制約，工程造價與運行費用較高，對設(shè)備的防腐要求高，維護費用高。脫硫副產(chǎn)品化肥硫酸銨屬于低檔次的化肥，在農(nóng)業(yè)上使用可能導(dǎo)致土壤板結(jié)，使用此方法的副產(chǎn)品應(yīng)與農(nóng)業(yè)部門取得聯(lián)系。同時由于氨法起步較晚、業(yè)績少，也制約了氨法在煙氣脫硫上的推廣。
2 結(jié)論
鈣法脫硫、海水脫硫和氨法脫硫等三種脫硫技術(shù)各有優(yōu)缺點，適用于不同的地區(qū)和企業(yè)。三種脫硫技術(shù)都可以達到國家對脫硫效率的要求，都可以達到同時脫氮的目的。福建省燃煤電廠脫硫技術(shù)的選擇應(yīng)根據(jù)電廠實際情況加以選擇和應(yīng)用。根據(jù)國內(nèi)外調(diào)研情況，對福建省燃煤電廠脫硫技術(shù)的選擇建議如下：
（1）鑒于福建省海岸線長、燃煤電廠集中的特點，建議沿海地區(qū)新建、擴建電廠以及老廠改造脫硫項目，應(yīng)優(yōu)先考慮海水煙氣脫硫技術(shù)。相對于鈣法、氨法煙氣脫硫技術(shù)而言，海水煙氣脫硫在脫硫、脫氮效果、一次性投入、綜合運行費用和避免二次污染方面都有一定優(yōu)勢，在福建省沿海電廠具有廣闊的應(yīng)用前景。但是采用海水煙氣脫硫技術(shù)后可能產(chǎn)生的重金屬沉積和對海洋環(huán)境的影響需要長時間的觀察才能得出結(jié)論，因此在環(huán)境質(zhì)量比較敏感和環(huán)保要求較高的區(qū)域需慎重考慮。
（2）目前對鈣法脫硫技術(shù)的研究和開發(fā)成果比較多，鈣法脫硫技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，對于內(nèi)陸或山區(qū)的燃煤電廠，選用鈣法脫硫比較合適。主要問題是鈣法脫硫副產(chǎn)物的利用問題有待進一步解決。
（3）對于氨法煙氣脫硫工藝，主要要考慮氨的來源受到限制、副產(chǎn)品硫酸銨化肥的使用問題，條件具備的可以考慮采用。
（4）建議燃煤電廠同步實現(xiàn)脫硫脫硝。目前，一些地方政府已經(jīng)在燃煤電廠脫硫的同時，提出脫氮的要求。例如北京、上海、深圳、廈門市政府已經(jīng)在本世紀(jì)初就提出燃煤電廠要降低氮氧化物排放（脫氮）的要求。從發(fā)展趨勢上看，國家對氮氧化物的減排將成為強制要求。我們要立足長遠，未雨綢繆，從現(xiàn)在就開始考慮同步脫硫、脫氮的相關(guān)安排。事實上，福建省也已經(jīng)有這方面的先例，廈門嵩嶼電廠和漳州后石電廠已通過海水脫硫?qū)崿F(xiàn)同步脫硫、脫氮，華能福州電廠三期脫硫設(shè)施已安排投入同步脫氮設(shè)備。建議福建省新上脫硫企業(yè)主動了解關(guān)注脫氮技術(shù)的投入和應(yīng)用，只要條件許可，脫硫、脫氮治理盡可能安排一步到位，以達到提高煙氣排放質(zhì)量，節(jié)省人力、物力、財力的效果。
（5）二氧化硫治理重點是中小企業(yè)工業(yè)窯爐、工業(yè)鍋爐脫硫。目前福建省重點公共燃煤脫硫電廠，除邵武華電（計劃關(guān)停企業(yè)）未進行脫硫改造外，其余的如華能電廠、湄洲灣電廠、龍巖恒發(fā)電廠都已完成或正在進行脫硫改造。華能福州電廠煙氣脫硫機組二期改造工程已按時投產(chǎn)，每年共可減少二氧化硫排放約4.5噸；龍巖恒發(fā)電廠的脫硫項目已經(jīng)完成；莆田湄洲灣電廠正在按計劃實施煙氣脫硫項目。在非電力行業(yè)中，青紙、南紙和三鋼等自備燃煤脫硫電廠的鍋爐煙氣或燒結(jié)機脫硫工程，有的已經(jīng)完成并投入運行，有的正在按計劃實施。
福建省政府公布的2007-2010年重點脫硫項目大部分已完成或按計劃實施。今后脫硫工作的重點在于未列入政府公布名單的企業(yè)脫硫改造，包括大多數(shù)小企業(yè)的工業(yè)窯爐、工業(yè)鍋爐等的脫硫改造，工作難度更大，特別要對新上項目的污染減排方案進行論證選擇，實現(xiàn)新上項目的源頭控制。
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