火力发电厂烟气脱硫技术（FGD）的发展

　　0概述

　　大气中SO2主要是含硫燃料，如煤、燃料油、石油焦碳等燃烧的产物，而以燃烧化石燃料为基础的火力发电厂，是世界上最大的SO2排放源之一。据1994年的统计：火力发电厂燃烧设备的SO2排放已超过全球SO2排放总量的70％。如果不采取合理的控制SO2排放措施，其污染必将对人类的健康及社会生存环境造成严重的危害。如对人的呼吸系统影响、引起或恶化人的心血管疾病；造成湖泊、河流的酸化、农作物的生长及损坏建筑物等。因此，控制火力发电厂设备的SO2排放以保护环境，必将在世界范围内的电力生产发展中得到进一步的重视。

　　在我国煤炭作为一次能源，约占我国能源结构的75％。其中，约84％的煤炭将直接用于燃烧。据2000年的统计，煤电在我国电力生产中占的比重约为78％。因此，在我国燃煤发电厂技术的发展除面临提高其发电效率外，还必将面临如何控制其燃烧发电排放水平的重大问题。自70年代开始，在世界范围内的能源专家们已开始着手研究开发高效、清洁的煤燃烧和发电技术，这主要表现在：

　　（1）基于提高其工作参数的常规煤粉电站＋烟气脱硫处理（PC＋FGD）；

　　（2）循环流化床锅炉（CFB）；

　　（3）增压流化床燃烧联合循环发电技术（PF-BC-CC）；

　　（4）整体煤气化联合循环发电技术（IGCC）。

　　但是，就我国目前火力发电厂生产的实际情况看，在近一段时期内，电厂锅炉燃烧排放控制工作的重点将集中在前者的第一种情况。特别是，自1998年我国政府关于酸雨控制区和二氧化硫污染控制区（简称两控区）的文件颁布以来，随着国家环保政策的进一步落实，电力环保烟气脱硫技术（FGD）必将得到进一步的发展。本文在回顾国外烟气脱硫技术的发展的基础上，分析了我国电力环保烟气脱硫技术的应用状况，并对我国今后烟气脱硫技术的发展和应用前景进行了展望。

　　1脱硫技术及发展现状

　　1.1脱硫技术措施

　　控制燃烧过程中二氧化硫排放的措施主要包括燃烧前、燃烧中和燃烧后（烟气脱硫）。

　　1.1.1燃烧前脱硫技术

　　燃烧前脱硫技术主要是煤炭洗选技术。目前，国内煤炭入选率不到l7％，而美国为42％，英国为94.9％，法国为88.7％，日本为98.2％。我国曾对微波脱硫和高硫煤强磁分离脱硫进行过小型试验研究，总脱硫率达50％左右。但由于所需基建投资和运行费用都较高，脱硫后的煤是水煤浆，使用上受到一定限制。因此，这两项技术没有得到有效推广应用。发达国家正在进行摩擦电选技术脱硫降灰的研究，将煤粉通过摩擦电选机，分离出无机质（主要是黄铁矿硫）；中国矿业大学也进行了该技术的中试研究。

　　1.1.2燃烧中脱硫技术

　　燃烧中脱硫技术是往煤中加入固硫剂，在煤的燃烧过程中，煤中的硫燃烧氧化，再与煤中的碱性物质或固硫剂反应生成硫酸盐而留在渣中，从而减少烟气中的S02浓度。这种方法主要在流化床/循环流化床锅炉（FB/CFB）中实现，目前脱硫效率可达80％～90％（Ca/S≥2）。另外，工业型煤炉前型煤固流成型技术也是解决燃烧中脱硫的有效措施之一。它不但可以解决型煤堆放占用场地和干燥等问题，而且还具有稳定燃烧，降低燃烧烟尘浓度等特点。我国从70年代开始进行型煤固硫的研究工作。目前，美国的型煤固硫率为87％，日本为70％～90％，我国约40％左右。

　　1.1.3燃烧后脱硫技术

　　燃烧后脱硫技术即烟气脱硫技术（FGD），按工艺特点可分为湿法、半干法和干法三大类；按副产物的处置方式又分回收和抛弃2种流程。以湿法烟气脱硫为代表的工艺有：石灰/石灰石——石膏法、双碱法、氨吸收法、海水法等；其特点是：技术工艺成熟、脱硫效率高（90％以上），且脱硫副产品大都可回收利用，但其投资和运行费用较高。半干法脱硫工艺为代表的有：旋转喷雾干燥法（SDA）、炉内喷钙尾部增湿活化（LIFAC）等；干法脱硫工艺为代表的有：荷电干式喷射脱硫法（CDSI）、等离子体法（电子束辐射/脉冲电晕）等。

　　1.2烟气脱硫技术发展现状

　　湿法烟气脱硫技术的早期发展可追溯到20世纪的60年代中期，而干法烟气脱硫技术的早期发展则是20世纪70年代。然而，早期的烟气脱硫技术，不论是湿法，还是干法脱硫技术工艺，由于受到当时技术发展条件上的限制，整个脱硫系统建设投资和运行成本相对较高，而且脱硫效率低、系统复杂、运行可靠性能差，使得该技术在电力市场上的应用受到了一定的限制。经过了30多年的发展，到20世纪90年代，烟气脱硫技术有了长足的进展，特别是湿法烟气脱硫以其工艺的成熟性、运行的高可靠性，以及高的脱硫技术性能等特点，在世界电力市场上得到了广泛的应用。据英国（伦敦）国际能源机构的煤研究中心1998年的统计结果表明：在世界范围内，安装烟气脱硫装置的火电机组装机容量已达229484MW。同时，在已安装的烟气脱硫装置的所有火电机组中，采用湿法脱硫工艺脱硫的机组容量占整个安装烟气脱硫机组容量的86％以上，且其中采用传统的石灰/石灰石的湿法脱硫工艺占据了90％以上的份额。

　　研究的主要内容一般包括：

　　（1）建立具备先进测量手段的湿法脱硫模型实验台。同时，以流体力学现代测量技术理论为基础，配备可靠、先进的测量和控制系统。

　　（2）进行以探索吸收塔内流场流动规律为目的的流体力学的研究。其主要内容包括：

　　·以实验台为物理模型基础，进行理论分析研究，建立吸收塔内有关数学模型，并进行相应数学分析或数值分析计算。

　　·处理并分析整理有关实验数据，验证所建立的吸收塔内有关数值模型，以评价液滴粒子在吸收段的平均滞留时间，以及液滴雾化粒子的动力学特性和气、液两相的质量传递（扩散）规律等，并最终实现优化吸收塔结构的目的。

　　·研究除雾器效率及阻力特性的规律，以确定除雾器的选型和布置。

　　·研究雾化喷嘴的雾化性能、喷淋系统性能及阻力特性，以评价喷嘴的组合和布置。

　　·研究并建立吸收塔内部主要流动参数间的相关关系，并最终形成具有自主知识版权的、具有最佳技术性能组合的湿法脱硫吸收塔系统的设计技术。

　　通过上述技术上的努力，现代的以石灰/石灰石湿法脱硫工艺的初投资建设和运行费用已大大降低，且单吸收塔的烟气处理能力也大幅度提高。如美国佛罗里达州坦帕市电力公司在2000年1月投入运行的湿法脱硫装置的脱硫效率大于95％，单塔容量为890MW，建设成本费用低于100美元/kW。

　　此外，随着技术的进步，其他脱硫技术工艺（半干法、干法）也必将得到进一步发展。特别是80年代发展起来的烟气循环硫化床脱硫技术（FGD-CFB），以其具有高效、适用含硫燃料范围广、更低建设和运行成本、小占地面积等特点，将会得到进一步的重视和发展。目前，该工艺在国外已成功用于200MW机组的烟气脱硫，国内已同丹麦FLS公司合作，并用于云南小龙潭电厂100MW机组脱硫工程示范。

　　3结束语

　　以上分析表明：湿法脱硫技术，特别是传统的石灰/石灰石——石膏湿法脱硫工艺是一种成熟的、目前国内外脱硫市场上仍占据主导地位的烟气脱硫技术。但随着技术的不断进步，其他新型的、更适合市场需求的脱硫工艺必将得到进一步的发展（如FGD-CFB等）。同时，尽管烟气脱硫技术已历经30余年的发展历史，但国内大型火力发电厂的烟气脱硫市场还处于起步阶段。因此，进一步调查研究国外烟气脱硫技术发展的历史和应用的成熟经验，对于开发适合国情的大型燃煤电站烟气脱硫技术，将具有重要指导意义。