摘要：由于减排技术及污染物排放浓度的限制，实现“超低排放”会造成经济上投入增加较多的现象，但其所带来的环境效益却相对薄弱。费效分析可有效研究技术可行性及不同减排情景下的环境、经济效益，对提高电厂污染物控制效率，改善大气环境质量具有重要意义。本文即从经济和环境效益角度，研究燃煤电厂脱硫设施运行各因素对脱硫成本效益的影响情况，以及超低排放改造后的成本和由此减少的污染物排放量，以“费用最小化、效益最大化”为原则，寻求节能减排新途径。
关键词：燃煤电厂；脱硫技术；超低排放；改造费效
前言
为了实现国家对烟气超低排放的要求，国内大多数燃煤机组均加装了烟气脱硫系统。在诸多脱硫技术中，石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术由于脱硫效率高和适应性强等优点得到了最广泛的应用，据统计全国约有90%以上的燃煤电厂均采用了该技术，其工作原理是通过吸收浆液与烟气的充分接触，将烟气中的二氧化硫吸收转化为石膏。
1、传统处理技术
早期国家对燃煤电厂脱硫废水处理的限制较少，传统的处理工艺较为粗放，主要有煤场喷洒、灰场喷洒与水力冲灰等。煤场喷洒和灰场喷洒是出于安全和抑尘等目的将脱硫废水喷洒入煤场和灰场，在实际应用中存在废水用量小的问题，其次由于工艺未对污染物本身进行任何处理，在其转移过程中容易对周边环境造成一定的污染。水力冲灰是将脱硫废水混入水力除灰系统，能同时对灰分起到输送和中和作用，但该工艺不能用于气力清灰等类型机组，对废水的用量较少，难以消纳每小时数吨甚至十余吨的新生废水，而且由于氯离子含量高，会对相关的金属管道造成一定的腐蚀。
2、影响脱硫效率的因素
2.1锅炉烟气二氧化硫含量影响
根据设计，燃煤含硫率小于1.1%，进入脱硫塔烟气中的SO2浓度≤3104mg/Nm3。在设计范围内，可通过调节浆液循环泵的运行方式，调节石灰石浆液的循环量；调节氧化风机的开度调整氧化风量，达到最佳脱硫效果。如果超过此上限，即使加大浆液循环量喷淋，加强除雾器冲洗，仍有可能排放超标，加大运行参数控制难度和风险。烟气二氧化硫的浓度与燃煤硫份含量成正比，关系如公式（1），与锅炉燃烧工况有一定关系。因此，为了提高脱硫效率，要严控燃煤的硫份含量和锅炉燃烧工况。
C0so2———未脱硫时燃料的烟气理论SO2排放浓度，mg/m3；
2.2锅炉烟气温度的影响
烟气二氧化硫吸收系统是烟气脱硫系统的核心，其作用是将引入的锅炉原烟气在吸收塔内通过吸收塔浆液的喷淋洗涤去除大量的SO2，喷淋洗涤反应生成的洗涤产物产物在吸收塔底部浆液池中被通入的氧化空气强制反应生成硫酸钙，并在浆液池中富集结晶生成石膏。SO2的吸收过程实际是一个放热反应，SO2的吸收受到烟气温度的直接影响，若进入吸收塔的烟气温度超过了设计值，SO2的吸收会受到抑制，并且造成H2SO3的分解。随着温度的升高，SO2的吸收速率会降低。因此，在实际的脱硫塔装置中，为降低吸收塔内的烟气温度，可采取高温原烟气会经过气气换热器（GGH）降温和通过启动一级喷淋装置降温来实现，如此不仅能促进SO2吸收，还有利于脱硫效率提高。
3、改造费用及措施
3.1不同SO2排放限值对成本的影响
近几年，我国正推动燃煤电厂超低排放改造以接近天然气电厂水平，会对解决大气环境问题带来积极的影响。分别针对100，200，300，600，1000MW机组，燃烧相同含硫量1%的煤，分析计算SO2排放达到一般地区排放限值100mg/m3、重点地区排放限值50mg/m3及超低排放限值35mg/m3这3种情景的成本。达到重点地区SO2排放限值的单位发电量运行成本比达到一般地区排放限值的成本高约20%，吨SO2脱除成本高约15%；达到超低排放限值的单位发电量运行成本比达到重点地区排放限值的成本高约10%，吨SO2脱除成本高约8%。
3.2模型机组容量对成本效益的影响
设定含硫量为1%，脱硫效率为95%，机组容量分别为100，200，300，600，1000MW，年运行时间为5000h，分别计算其吨SO2脱除成本、单位发电量运行成本和年减排量。大容量机组有助于降低吨SO2脱除成本及单位发电量运行成本。随着机组容量的增加，吨SO2脱除成本逐渐减小，是因为脱硫设施总运行成本和年SO2减排量都呈增长趋势，但幅度不同，导致吨SO2减排成本降低。在脱硫效率和含硫量一定时，随着机组容量提升，单位发电量运行成本逐渐减少，主要是因为随着机组规模增大，单位容量投资成本逐渐减少；脱硫电耗率降低，导致电耗成本减少；锅炉热效率升高，发电标煤耗降低，使得石灰石耗量减少，成本随之降低；水耗量虽逐渐增大，但单位发电量的成本与规模效应有关，呈减少趋势。总而言之，机组规模越大，脱硫设施单位发电量运行成本越低。大容量机组的污染物年减排量较大，主要是因为发电标煤耗随着容量的增加而减少，使SO2排放量减少。脱硫设施的费用效益比值＜1，且随着机组容量的增大而减小，说明大容量机组的经济效益更为显著，有利于实现环境和经济的双赢。
3.3托盘塔技术改造
托盘塔技术是在吸收塔内增设一层多孔合金托盘，使烟气在托盘截面分布均匀，在烟气从托盘下往上流动过程中，有效吸收SO2。目前，巴布科克－威尔科克斯公司的专利技术托盘应用最为普遍，我国武汉凯迪电力环保有限公司引进了该技术。火力发电机组可在现有脱硫塔的基础上进行改造，工程量小，提高SO2吸收效率的同时，降低脱硫能耗。日前，该技术在长兴电厂、玉环电厂的实际应用结果显示：排放烟气中ρ（SO2）≤20mg/m3，表明该技术在超低排放上取得了突破，实现了燃煤机组“超低排放”。
3.4蒸发结晶
蒸发结晶是指通过浓缩和加热等方法，使脱硫废水浓度不断提高，最终形成过饱和溶液，析出结晶盐并与溶液分离。其典型的技术路线可以概括为“预处理+浓缩+结晶”。预处理的主要目的在于降低废水硬度，缓解或防止溶液在浓缩过程中结垢和堵塞，常用软化方法主要为双碱法，即向废水投加“熟石灰/烧碱+纯碱”，去除废水钙离子和镁离子等。浓缩的目的在于增大废水浓度，提高结晶效率和降低结晶能耗，常用的方法主要有膜浓缩，如反渗透（RO）、电渗析（ED）和膜蒸馏（MD）等以及配套使用的微滤（MF）和纳滤（NF）等。结晶采用的方法主要包括多效蒸发结晶（MED）和机械压缩式蒸发结晶（MVR）。多效蒸发结晶（MED）系统一般由多个蒸发器（即多效）组成，废水和新蒸汽进入一效蒸发器发生换热，产生二次蒸汽和浓缩液均进入第二效蒸发器继续换热蒸发。以此类推，前一效蒸发产生的二次蒸汽作为下一效的蒸发热源，同时前一效产生的浓缩液进入后一效继续浓缩，最终废水中析出结晶盐实现固液分离。该工艺可将蒸汽的热能多次利用，因此能量利用率较高。
4、结语
脱硫设备的运行与控制，物料的采购与使用是一项系统工程。诸多因素都可能会影响最终的脱硫效果，且这些影响因素错综复杂、相互交织。在实际运行期间应结合设备实际运行状况，参考现场具体情况科学确定各项运行参数，同时做到随时观察、及时调整，一旦出现设备运行异常情况，应及时采取修正措施，尽量恢复设备正常运行，确保达标排放。但是对于外排物里面含有的重金属并没有很好的解决，大多数掺杂在建筑原材料里面，很长时间内这些重金属对人体健康都有极大的威胁，随着环保的要求越来越严格，未来会朝着脱硫废水重金属污染处理的方向。
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论文作者:李正强1,姜永奇2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/8/1
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