從煙氣脫硫技術現狀談脫硫除塵器的開發

1、二氧化硫的危害及排放現狀
中國是一個燃煤大國，煤炭占一次能源消耗量的75%，據有關資料顯示：我國1980年煤炭消耗量為6億噸，到1995年煤炭消耗量已增至12.8億噸，15年間增長了1倍多，二氧化硫排放量為2370萬噸。預計到2000年我國煤炭消耗量將達到14.5億噸，2000年到2010年是我國經濟持續快速增長的10年，煤炭消耗量估計將增到18億噸，二氧化硫產量可達到3000萬噸。因此隨著國民經濟和社會的發展，能源利用的進一步擴大化，因燃煤造成的二氧化硫危害也越來越嚴重，造成了我國大面積的酸雨區(所謂酸雨：一般地，將PH值小于5.6的降雨稱之為酸雨)。國內、外有關研究表明，降水PH值小于4.9時，將會對森林、農作物和材料產生明顯危害，而我國為此而劃出的二控區的范圍仍在明顯擴大(所謂二控區，指酸雨控制區和二氧化硫污染控制區)，據不完全統計，我國的二控區范圍已由80年代的西南兩廣地區發展到90年代中期的以長江以南、青藏高原以東及四川盆地的廣大地區，并且北起青島、南至廈門，以南京、上海、杭州、福州、廈門為代表的華東沿海地區也成為我國主要酸雨污染區。
酸雨的形成造成糧食、蔬菜減產，甚至整塊菜地絕收，森林的材積量銳減，甚至大片林區死亡；空氣中的二氧化硫污染引起人體呼吸**，造**群死亡率上升。據有關資料顯示：1995年，我國由于酸雨、二氧化硫污染造成的農作物、森林、人體健康等方面的直接、間接經濟損失約1100億元，并且由于我國的二氧化硫污染和酸雨范圍的擴大，也引起了周邊國家的不滿，因此，我國于1995年8月，國內人大常委會通過了新修訂的《中華人民共和國大氣污染防治法》，其中規定：在酸雨控制區和二氧化硫污染控制區內，排放二氧化硫的火電廠和其它大中型企業，屬于新建項目，不能燃用低硫煤的必須配套建設脫硫、除塵裝置或采取其他控制二氧化硫排放、除塵的措施。也就是說，防治二氧化硫污染減少酸雨擴大化，已從法律上作出了明確規定。在我國，電力工業絕大部分是以煤為能源，因此在治理二氧化硫污染方面，理所當然地排在了首位。據不完全統計，電力行業排放的二氧化硫占排放總量的60%左右，而熱電以其規模小、數量大、分布廣，多在市郊或近郊，對城市的大氣環境質量的影響更明顯，因此熱電行業專家早就提出了整治熱電廠鍋爐煙氣二氧化硫污染的課題。
2、當前國內、外脫硫設施的現狀
2.1 國外煙氣治理的大體狀況
據資料顯示，作為鍋爐煙氣脫硫是國外大規模商業化應用的方式，其副產品是否回收，關鍵在于包括運行費用、資源結構等。1992年全世界包括美、日、德等17個國家的燃煤電廠安裝煙氣脫硫裝置，并且隨后的幾年，對煙氣脫硫裝置的使用與改造幾乎成倍增加。目前，國外采用的煙氣脫硫方式主要有：
1、石灰石--石膏法
該法一般采用堿性液體作為吸收劑，其中以石灰石或石灰為吸收劑的占大多數，其原理是：石灰石或石灰液與煙塵中的二氧化硫反應，生成硫酸鈣，經沉淀、分離，再作二次處理。該法工藝技術成熟，處理效果好，但由于配套設施龐大，投資昂貴，因此，一般用于如300mw機組，其脫硫效率可提高到95%。
2、簡易石灰石(石灰)--石膏法
其工藝原理與石灰石--石膏法相同，但通過采取合并預洗、吸收、氧化設備，簡化煙氣熱交換系統以及利用旁路煙氣以解決煙氣抬升問題等措施可降低設備的一次性投資，該工藝脫硫效率可達到75-80%。
3、海水脫硫
因海水含有大量可溶性鹽，主要成分為氯化鈉、氯化鎂和硫酸鹽，呈堿性，挪威ABB公司采用海水脫硫工藝已在挪威和國外建成20多套裝置，脫硫效果比較理想。
4、電子束法
即利用高能電子束照射煙氣使二氧化硫、氮氧化物在輻射生成的大量自由基等活動物質作用下氧化成三氧化硫、二氧化氮，與水蒸汽反應生成硫酸和硝酸，再經后續處理，變成可直接利用的物質。
另外，還有很多處于中試或研制階段，與以上原理大體一致，在此不在贅述。
2.2 國內煙氣治理現狀
在我國目前已投入運行的電廠中燃煤含硫量＞1%的機組約有30000MW，現已投運煙氣脫硫的機組僅為2000MW，據資料顯示：“九五”期間，將新增9300MW容量的煙氣脫硫能力，期末能力將達到12000MW。目前，我國火電主力機組容量為125MW、200MW、300MW。由此看來，“九五”期間，將有50座機組的煙氣脫硫裝置上馬。預計到2010年，建設脫硫裝置將達到40000MW。
作為石灰石--石膏法是世界范圍內運用比較成熟的一種技術，其投資約占燃煤發電廠的12%～18%，運行費用也較高，且水的用量很大，盡管如此，這種脫硫方式仍為大型機組所采用，如重慶珞璜發電廠2×360MW機組上運行的，就是典型的石灰石--石膏法，它是由日本三菱重工承建項目，其脫硫率達到95%，設備利用率大于99%，該套設施包含有石灰石制備，吸收、氧化、煙氣再熱，石膏制備和儲存、電氣及測控，廢水處理六大系統，主要設備有吸收、脫硫風機、攪拌機、氧化空氣鼓風機、脫水機、破碎機、球磨機、提升機、皮帶運輸機及各類耐腐蝕泵等，還有相應的電測、分析儀器表、各種管路。其系統廢大，一次性投資、運行費用高，其副產品的處理等，并不是一般電廠所能接受的。
3、熱電廠對脫硫設施的要求
我國熱電行業爐型一般為拋煤機爐、煤粉爐、鏈條爐以及循環流化床鍋爐，其蒸發量一般在35t/h、75t/h至220t/h、410t/h不等，并且以規模小、數量大、分布廣、地處近郊對城市空氣質量影響大等特點，其煙氣脫硫治理深受人們的關注，但它又不同于大機組。因此，在改造治理起來難度大，若簡單地套用國外或國內電力工業的煙氣脫硫方案，其費用昂貴，投資大，顯然是不可行的。因此，必須尋求一種適合中國熱電行業的實情，達到即能脫硫又能降低一次性投資和運行成本的中國熱電脫硫之路。
據不完全統計，我國有工業鍋爐49.9萬臺，119.8萬蒸噸/時，電站鍋爐4600臺，43.1萬蒸噸/時，大約有90%以上的煙氣需要處理，這無疑又為環保產業提供了新的機遇，其前景是廣闊的。雖因其面廣量大，情況各異，但隨著法律的健全和人們環保意識的增強，其改造前景是遠大的。
4、制造廠正積極研制適合中國國情的脫硫設施，并處于試制階段
經過努力，我們研制開發了用于工業鍋爐6.5t/h～20t/h和適用于熱電行業的35t/h～75t/h的鍋爐煙氣脫硫裝置，設計的指導思想就是：本著借鑒國外成功理論，通過對國內電力工業煙氣治理改造樣板工程的成功經驗，盡量減少一次性投資(比如：采用石灰石脫硫時，需采用破碎機、球磨機；而在吸收液制備過程中，以簡易的混合攪拌裝置來代替攪拌機；至于副產品石膏以及制備石膏所用的專用設備方面，則可省去濾水機、脫水機以及如皮帶傳輸機等)。做到即能達到脫除二氧化硫的目的，又能將一次性投資大大下降，使得熱電廠對煙氣治理這一束手的問題感興趣。這也是我們設計的開發點。對于6.5～20t/h工業鍋爐不僅有脫硫功能，也具有除塵效果，對于35t/h的鍋爐則易在先除塵的前提下，再作脫硫處理。
4.1 用途：用于35～75t/h熱電鍋爐的煙氣脫硫凈化處理(工業鍋爐的在此省略)。
4.2結構：如附圖所示，主要有：煙氣進、出口(a、b)，吸收液入口(c)、沉淀出口(d)，煙氣入口處有導向格柵、噴淋裝置和導向罩；煙氣出口處有水氣分離裝置、阻尼裝置，另外，為增加煙氣與吸收液的進一步接觸，還增設了水幕裝置等。根據內部結構，自然分成了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個煙室。
4.3工作原理：由鍋爐引出的煙氣，經除塵后，在引內機的作用下，由煙氣入口送入脫硫除塵設備中，煙氣經導風格柵和噴淋裝置進入煙室Ⅰ，在Ⅰ室中，煙氣沖擊煙室中的吸收液形成水濺、水花、水霧，使煙氣中剩余塵埃及二氧化硫與吸收液充分、反復接觸，混合；經煙室Ⅱ中水幕裝置形成的水幕，煙氣再次與吸收液水幕接觸，使吸收液與煙氣進一步地擦洗從而進行**次脫硫及除塵，之后煙氣進入煙室Ⅲ，由于擋水帽的存在，使煙氣第三次與吸收液形成的水花、水濺接觸，煙氣中攜帶的塵埃及有害氣體二氧化硫等進一步被吸收液吸收而除去，經過三次凈化后的煙氣由煙囪排出。在煙道出口處，為防止煙氣攜帶水蒸汽及水霧，增加了水氣分離裝置。
4.4 特點：本結構能有效地去除鍋爐煙塵中二氧化硫及剩余塵埃，具有體積小、重量輕、造價低、安裝維修簡便，易于調試。
4.5 性能指標
煙氣林格曼黑度 ＜1級
除塵效率 95%
煙塵排放濃度 ＜150mg/nm3
脫除二氧化硫效率 ＞75%
設備阻力 ＜1200pa
設計使用壽命 10a
5、結論：
對煙氣脫硫設施的治理，其技術設施的配套，必須適合中國國情，制定適合中國熱電行業實際狀況的配套方案。
關于技術國產化有位專家說的好：國產化的目的，是為降低設備造價，而不是單純為國產化而國產化。另外，我們是搞技術國產化而不是設備國產化，這都是研究國產化要明確的問題。專家認為：如果我們不掌握技術，即便設備全部在中國制造，也不能稱為國產化，反之，如果技術是中國的，為了求得低造價、高質量，即便設備在全世界購買也稱之為國產化。因此，我們必須立足現狀，學習世界先進國家的成功經驗，結合國內的成功實例，探索出一條適合中國熱電行業的脫硫之路。朋友們，為了青山碧水，為了地球美好的未來，讓我們攜手共同擔起環保的重任。

明細表
序號 名稱 序號 名稱
1 煙氣進口 8 煙氣出口
2 導風格柵 9 水氣分離裝置
3 噴淋裝置 10 集氣口
4 導向罩 11 阻尼裝置
5 液位控制裝置 12 水幕裝置
6 支架 13 擋水板
7 殼體 14 排污口

參考文獻：
(1)魏俊芝、史敬平 《何時“縛住”二氧化硫--電力工業脫硫技術現狀及 治理前景剖析》
(2)王磊 《火電廠脫硫產業市場分析》
(3)郝吉明、陸永琪《燃燒二氧化碳污染控制技術現狀及技術經濟評價》
(4)劉孜 《中國的酸雨和二氧化硫污染狀況及其控制對策》