柏 源，周啟宏，李啟良，薛建明，李忠華

(1.國電科學技術研究院，江蘇南京 210031;2.南京龍源環(huán)保有限公司，江蘇南京 210012)

“十一五”期間，電力行業(yè)加大了SO2治理和節(jié)能減排管理力度，提前完成了“十一五”節(jié)能減排規(guī)劃目標，為全國節(jié)能減排目標的實現(xiàn)作出了重要貢獻。但是，我國以煤炭為主的一次能源結構導致SO2排放量依然很大，仍高于環(huán)境的承載能力。隨著國家環(huán)境保護“十二五”規(guī)劃出臺和《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223－2011)正式實施，控制燃煤電廠SO2排放仍然是電力行業(yè)環(huán)境保護工作的重點之一。

1 “十二五”SO2控制政策和排放標準

國家環(huán)境保護“十二五”規(guī)劃明確指出，到2015年，SO2排放總量由2010年的2267.8萬t降低至2086.4萬t，2015年比2010年降低8%。規(guī)劃要求持續(xù)推進電力行業(yè)污染減排，新建燃煤機組要同步建設脫硫脫硝設施，未安裝脫硫設施的現(xiàn)役燃煤機組要加快淘汰或建設脫硫設施，煙氣脫硫設施要按照規(guī)定取消煙氣旁路。

《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223－2011)已經于2012年1月1日起正式實施［1］。新標準規(guī)定，自2014年7月1日起，現(xiàn)有燃煤火力發(fā)電鍋爐SO2排放限值為200mg/m3，位于廣西壯族自治區(qū)、重慶市、四川省和貴州省的燃煤火力發(fā)電鍋爐執(zhí)行400mg/m3限值。2012年1月1日起，新建燃煤火力發(fā)電鍋爐SO2排放限值為100mg/m3，位于廣西壯族自治區(qū)、重慶市、四川省和貴州省的燃煤發(fā)電鍋爐執(zhí)行200mg/m3限值。

2 控制技術現(xiàn)狀及存在問題

據(jù)統(tǒng)計［2］，截至2010年底，全國已投運煙氣脫硫機組超過5.6億kW，約占全國燃煤機組容量的86%，比美國2009年高36個百分點。在全國已投運的煙氣脫硫機組中，30萬kW及以上煙氣脫硫機組約占86%。石灰石—石膏濕法脫硫仍是主要脫硫方法，占92%;其余脫硫方法中，海水法占3%，煙氣循環(huán)流化床法占2%，氨法占2%，其他占1%。

3 脫硫提效策略

由于燃煤市場供需關系的影響，電廠實際燃煤硫分、灰分和熱值偏離設計值，直接造成脫硫設施入口煙氣量、SO2濃度、粉塵濃度、煙氣溫度等超出設計范圍，脫硫設施無法長期穩(wěn)定、可靠運行。再者，新《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223－2011)對SO2排放標準提出了更嚴格的要求。應對上述兩個方面的壓力，實現(xiàn)SO2濃度達標排放，需提出切實可行的脫硫設施提效策略。提升石灰石品質、應用脫硫添加劑以及對脫硫設施增容改造是濕法脫硫系統(tǒng)提效的重要研究方向。

3.1 提升石灰石品質

石灰石品質直接影響脫硫系統(tǒng)的設計和可靠運行，提升石灰石品質有助于提高脫硫效率。對于石灰石品質要求總體上包括純度、細度、硬度、活性方面的要求［3］。

通常，石灰石純度的要求為CaCO3的質量百分含量應高于90%，含量太低則會由于雜質較多給運行帶來問題，造成吸收劑耗量和運輸費用增加、石膏純度下降，對拋棄工藝還將增加固體物廢氣費用。

石灰石顆粒越細，脫硫效率及石灰石的利用率就高，同時副產品脫硫石膏中的石灰石含量也較低，有利于提高石膏品質。但是石灰石磨細的能耗較大，綜合考慮粒徑對溶解的影響和磨制能耗問題，一般要求石灰石粉細度90%通過325目(44μm)篩。當石灰石中雜質含量較高時，石灰石粉要磨制的更細一些。石灰石硬度越高，磨成相同細度所需能耗越大，也即硬度越低的石灰石越容易磨成細粒徑的石灰石粉末，這對于脫硫系統(tǒng)是十分有益的。

石灰石活性越高，脫硫反應速率越快，脫硫效率越高，吸收劑利用率也越高，而多數(shù)電廠在選擇脫硫吸收劑時往往忽略該因素，部分電廠盡管運行時Ca/S高，但是脫硫效率卻不理想。

3.2 脫硫添加劑

SO2吸收過程的主要阻力來自于液膜擴散。當SO2吸收過程處于“液膜限制”時，在吸收漿液中加入脫硫添加劑，可以提高脫硫效率，提高脫硫系統(tǒng)對燃煤硫分波動的適應性。目前，用于石灰石—石膏法的脫硫添加劑主要分為無機添加劑、有機添加劑和復合添加劑三大類。

3.2.1 無機添加劑

無機添加劑如鎂添加劑、鈉添加劑等，此類添加劑可強化吸收過程，提高濕法脫硫系統(tǒng)的脫硫效率。國內外對濕法脫硫無機添加劑的研究不如有機添加劑多。無機添加劑以鎂鹽為例，研究表明，向石灰石漿液添加硫酸鎂可有效提高脫硫效率。其作用解釋如下:在石灰石FGD系統(tǒng)中，SO2轉化為和，當存在可溶性鈣時的溶解能力較低，但在工藝流程中補充足夠的能與石灰石起關聯(lián)反應的可溶性鎂以后，形成了可溶性的MgSO3，從而提高漿液中的亞硫酸根堿度。

3.2.2 有機添加劑

相對于無機添加劑，有機添加劑研究較多，如二元羧基酸和一元羧酸。此類添加劑以有機羧酸為主，利用了有機羧酸的緩沖作用，一方面，使得脫硫的傳質過程發(fā)生了改變從而提高脫硫效率;另一方面，可以緩沖脫硫劑漿液的pH值，強化SO2溶解過程;同時低的pH值還能加速脫硫劑溶解。

二元羧基酸通式HOOC－(CH2)n－COOH。己二酸(n=4)是最先被驗證可以提高脫硫效率的有機酸，隨后DBA(Dibasic Acid，丁二酸、戊二酸和己二酸三種二元羧基酸的混合物)也被證實。二元羧酸能夠提高脫硫效率主要基于兩點:一是其本身的強堿性提高了液相堿度;二是pH值緩沖作用，減輕pH值的波動，控制氣液界面上因SO2溶解而導致pH值的降低。吳忠標等［4］在旋流板塔上研究了己二酸強化石灰石漿液脫硫工藝過程。高曉燕等［5］研究了有機酸鹽添加劑對石灰石脫硫效果的影響。董芃等［6］分別以 CaO、CaCO3和 MgO 為吸收劑，研究了苯甲酸和草酸作為有機添加劑對濕法煙氣脫硫的影響，并討論了其機理。

甲酸是一種比碳酸更強的一元羧酸，可用來提高石灰石FGD系統(tǒng)的性能。粉狀甲酸鈉代替甲酸，優(yōu)點是使用更為安全、可靠。在一些實際運行的石灰石FGD裝置中的試驗表明，盡管理論分析甲酸的中和能力強于DBA，但在相同質量濃度情況下，DBA對FGD系統(tǒng)性能的提高稍好于甲酸。在實際選擇時，更多地考慮這兩種添加劑的相對費用。

3.2.3 復合添加劑

由兩種或者多種添加劑組合構成復合添加劑，其對脫硫效率的影響機理比單一添加劑更復雜。關于復合添加劑的研究主要集中在無機、有機添加劑混合使用效果。智建平［7］在濕法脫硫系統(tǒng)中加入了脫硫添加劑，促進了漿液中石灰石的溶解和SO2的吸收，提高系統(tǒng)脫硫效率。張巖等［8］在浙江北侖電廠脫硫系統(tǒng)中考察了有機復合添加劑對脫硫了效率的影響及可能帶來的經濟效益。

3.3 脫硫提效改造

當燃用煤種與設計煤種差別很大時，其實際燃煤的硫分遠遠超過設計值，僅僅通過提升石灰石吸收劑品質或添加脫硫添加劑都無法解決SO2達標排放的問題，則需要對已有脫硫系統(tǒng)進行提效改造。

3.3.1 吸收塔改造

本著“充分利舊”的原則，在原有吸收塔的基礎上進行改造，增高或者拓寬吸收塔的直徑。由于吸收塔附近場地的限制，多為對吸收塔高度進行調整。即增加1層噴淋層和吸收塔漿液池的容積，增加1臺循環(huán)泵，增加氧化空氣系統(tǒng)處理，擴大石膏脫水能力，改造石灰石漿液供給系統(tǒng)、事故漿液排放系統(tǒng)以及增壓風機和相關煙道的改造。該方案充分利用了原有設施，投資小;設備占地面積小，推脫硫效率提升較大。中、低硫煤濕法煙氣脫硫裝置增容改造優(yōu)先推薦采用該方案。

3.3.2 凹凸環(huán)技術［9］

以氣液分配提效技術為核心的濕式高性能脫硫技術采用多孔環(huán)板的設計方式，使塔壁附近的可能逃逸的煙氣重新回到脫硫區(qū)域，從而既改善了塔內煙氣分布的均勻性，又大大減少了逃逸煙氣。同時該裝置具有漿液會聚功能，使掛壁的吸收漿液會聚并進行再分配，從而既提高了吸收漿液分配的均勻性，又提高了真正參與脫硫的液氣比，改善了塔壁區(qū)域的傳質狀況。在液氣比等邊界條件保持不變的條件下，脫硫效率隨著凹凸面多孔板環(huán)層數(shù)的增加而增加。當僅在底層噴淋層設置凹凸面多孔板環(huán)時，脫硫效率可提高5% ～10%，而此時吸收塔系統(tǒng)的壓力降幾乎沒有變化;在低負荷條件下，凹凸面多孔板環(huán)的提效作用可減少循環(huán)泵的運行臺數(shù)，降低能耗，實現(xiàn)低負荷運行狀態(tài)下的節(jié)能效果。

3.3.3 雙塔雙循環(huán)

雙塔雙循環(huán)技術采用了兩塔串聯(lián)運行的思路。改造工程盡量利用原有脫硫設備設施。原有煙氣系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、石膏一級脫水系統(tǒng)、氧化空氣系統(tǒng)等采用單元制配置，原有吸收塔保留不動。新增一座吸收塔，采用逆流噴淋空塔設計方案，增設循環(huán)泵和噴淋層，并預留有1層噴淋層的安裝位置;新增一套強制氧化空氣系統(tǒng)，石膏脫水、石灰石粉儲存制漿系統(tǒng)等系統(tǒng)相應進行升級改造。雙塔雙循環(huán)技術可以較大提高SO2脫除能力，但對兩個吸收塔控制要求較高，適用于場地充裕，含硫量增加幅度中的中、高硫煤增容改造項目。廣西合山發(fā)電廠1、2號機組2×330MW機組脫硫裝置，永福電廠4號320MW機組脫硫裝置增容改造都采用了該技術方案，脫硫效率提高顯著。

3.3.4 并聯(lián)塔技術

并聯(lián)塔技術是基于采用雙塔并聯(lián)運行的方式，在原有吸收塔系統(tǒng)旁邊新建一個新塔，從原吸收塔入口抽取部分煙氣進入新塔，脫硫后的凈煙氣再匯合至煙囪排放。該技術煙氣系統(tǒng)復雜，對煙氣分流控制要求較高，機組負荷變化時調節(jié)困難，適用于煙氣流量變化大的增容改造項目。

3.3.5 新建吸收塔

將原有吸收塔拆除，按照新的設計條件，在原地重建或者異地新建一個吸收塔。吸收塔噴淋系統(tǒng)、漿液循環(huán)系統(tǒng)和氧化空氣分布系統(tǒng)需要按照新的條件重新設計和優(yōu)化。該技術具有煙氣系統(tǒng)重新設計、阻力小，電耗低，改造后系統(tǒng)操作簡單，安全性高，能夠保證SO2脫除效率等優(yōu)點。但是新建吸收塔方案不符合“充分利舊”的原則，存在著投資大，項目施工周期長，停爐造成損失大等缺點。

4 結語

為應對日趨嚴格的環(huán)保政策和排放標準，對煙氣濕法脫硫提效技術進行了比較和綜述。在選擇提效技術時，應充分考慮電廠的實際情況、改造工期、投資等因素，經綜合比較和論證后，選擇適合于電廠自身的脫硫提效技術，提高脫硫效率，使得SO2達標排放，實現(xiàn)經濟效益和社會效益雙贏。

［1］GB 13223－2011，火電廠大氣污染物排放標準［S］.

［2］中國電力企業(yè)聯(lián)合會.中國電力行業(yè)年度發(fā)展報告2011［M］.北京:中國市場出版社，2011.

［3］薛建明，王小明，劉建民，等.濕法煙氣脫硫設計及設備選型手冊［M］.北京:中國電力出版社，2011.

［4］吳忠標，余世清，莫建松.己二酸強化石灰石漿液脫硫工藝過程研究［J］.高?；瘜W工程學報，2003，17(5):540 －544.

［5］高曉燕，張惠娟.有機酸鹽添加劑對石灰石硫酸溶解速率的影響［J］.環(huán)境工程，2009，(27):245 －249.

［6］董 芃，曹宏偉，別如山，等.有機酸添加劑對濕法脫硫影響的實驗研究［J］.哈爾濱工業(yè)大學學報，2004，36(3):334 －337.

［7］智建平，龔 峻.添加劑在630MW機組濕法脫硫系統(tǒng)上的應用［J］.電力科技與環(huán)保，2011，27(4):40 －42.

［8］張 巖，顧建軍，邵 煒.添加劑在大型石灰石－石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中的工程應用實驗［J］.環(huán)境工程學報，2011，5(8):1841－1846.

［9］王 飛，李忠華，薛建明，等.濕法脫硫技術關鍵問題研究［J］.電力科技與環(huán)保，2011，27(6):14－17.