摘要：随着国家环保要求脱硫取消旁路和大力倡导循环经济，可以直接利用循环流化床锅炉灰中富含的大量CaO作为吸收剂的炉后烟气循环流化床干法脱硫工艺得到了重视和推广。
关键词：干法烟气脱硫；湿法烟气脱硫
引言
循环流化床锅炉通过喷入一定的石灰石，在炉内高温煅烧生成CaO，与烟气中的SO2进行反应，生成CaSO4，实现了一定效率的炉内干法烟气脱硫。由于循环流化床锅炉的燃烧特点，一般循环流化床锅炉的炉内脱硫效率一般在 60％～90％之间（取决于Ca/S和锅炉结构）。
一般循环流化床锅炉炉内脱硫效率为80%，根据国家的环保标准和当地的SO2排放总量要求，除了循环流化床锅炉炉内脱硫外，炉后还需要进行二次脱硫提效。按照目前环保要求，炉后每台炉的脱硫效率必须大于91%。根据目前的烟气脱硫技术，循环流化床锅炉炉后二次烟气脱硫提效可以有两种工艺路线：
a、“先除尘后脱硫”的布袋除尘器或电袋除尘器+石灰石石膏湿法脱硫工艺；
b、“先脱硫后除尘”的烟气循环流化床干法脱硫+布袋除尘器的工艺。
1 方案比较
下面就从脱硫效率、运转率、投资和运行成本等角度比较两种工艺路线的优缺点：
1.1 先除尘后脱硫工艺
1.1.1优点
1）布袋除尘器或电袋除尘器本身均是成熟的工艺。
2）石灰石石膏湿法脱硫效率可以高达97%以上。
1.1.2缺点
1）由于取消旁路，采用串联布袋或电袋除尘+湿法脱硫装置的工艺方案，对锅炉主机的运转率带来严峻考验
由于我国2010年出台的相关规定，要求新建机组的烟气脱硫装置不得再设旁路，已建机组已经设置了旁路的脱硫装置，必须将旁路加装铅封。
湿法脱硫工艺装置的防腐层的耐温低于90℃。取消旁路，意味锅炉机组烟气系统串接一个复杂的，对防腐和温度要求很高的化工系统，机组的运转率直接受制于脱硫装置的运转率。
2）布袋除尘器或电袋除尘器直接接在空气预热器后，滤袋的破损风险高
先除尘后脱硫，意味布袋除尘器直接接在空气预热器之后，直接承受的高温烟气。当空预器出现故障，烟温过高将对布袋除尘器的滤袋产生较大的损害，影响布袋的使用寿命。湿法脱硫工艺对进入脱硫塔的烟气含尘浓度较敏感，任何一个滤袋损坏，都将影响湿法脱硫装置的正常运行，导致湿法脱硫装置的故障率高。而湿法脱硫装置故障率高又直接影响机组的运转率。
3）锅炉排出烟尘中的未完全反应的CaO无法得到综合利用，造成资源浪费和运行成本的提高
由于循环流化床锅炉炉内脱硫的Ca/S一般大于 2，甚至2.5，这样经循环流化床锅炉排出的烟尘中含有约 40％以上未进行脱硫反应的 CaO，采用湿法脱硫工艺，布袋除尘器配套在脱硫塔之前，烟尘中的游离CaO 被布袋除尘器几乎完全脱除，无法作为脱硫吸收剂加以充分的利用，同时游离CaO还严重影响了循环流化床锅炉灰的综合利用效果，造成较大的处置困难。
4）湿法脱硫的烟囱需要特别防腐，一旦烟囱防腐出现问题，所有连到这个烟囱的锅炉都要停机
5）国家将出台严格的Hg排放限制要求。湿法脱硫工艺后减排Hg成本非常高
国家即将修订出台的大气法，明确强调将增加Hg的严格排放限制指标。湿法脱硫塔的洗涤效果，对于从布袋除尘器排出的细微颗粒的洗涤脱除效果不超过30%。由于湿法脱硫后的除雾器的除雾效果有限，排出的烟气含有浆液水汽中，夹带有大约15mg/m3的浆液颗粒，加上布袋除尘器排出约30mg/m3烟尘中，经湿法洗涤后剩余的约21mg/m3。这两部合计约30 mg/m3的固体颗粒物，主要为细微颗粒，其中富含重金属Hg。在西方国家，为了降低湿法脱硫后烟气中的重金属Hg，目前只有一种技术可以采用，就是采用价格昂贵的湿式电除雾器。
6）湿法脱硫的废水处理成本很高
湿法脱硫将产生一定的废水。湿法脱硫废水成分复杂，含有一定的重金属，必须单独进行处理，需增加相应的脱硫投资成本。由于湿法脱硫废水成分较复杂，废水处理系统维护量大，故障率高，容易引起环境的二次污染。
7）脱硫石膏污染
我国具有丰富的天然石膏，水泥企业一般都不愿意采用脱硫石膏。全国脱硫石膏产量目前达到4500万吨，大部分是抛弃为主。因为脱硫石膏含有10%的水分，用于水泥，必须进行烘干、造粒，需要消耗大量的蒸汽等能源，成本远高于外购天然石膏，并不划算。
8）湿法脱硫烟囱排出的“石膏雨”，严重影响周边环境质量
没有GGH的湿法脱硫从烟囱排出的烟气已处于饱和状态，凝结水汽会形成白色的烟羽，烟囱冒浓浓的“白烟”，产生较严重的视觉污染，会给企业的形象带来一定的不利影响。没有GGH的湿法脱硫排烟温度通常在50℃左右，排烟水汽量大，抬升高度低，烟囱排放的湿烟气的凝结水在烟囱周围地区形成“烟囱雨”，当风力大于烟囱上升速度的2倍，烟气将呈抛物线直接落入地面，称为“烟雨触地”。当湿法脱硫的除雾器结垢，除雾效果下降，大量的石膏浆液将被烟气带出，形成“石膏雨”将严重影响烟囱附近的环境质量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
1.2 先脱硫后除尘工艺
1.2.1优点
1）利用锅炉排出烟尘中含有的大量未完全反应的CaO作为吸收剂，大幅度降低了运行成本，符合循环经济的要求
循环流化床锅炉炉内脱硫的Ca/S一般为2~2.5。因此，锅炉排出的烟气中排出的灰中含有约50%未反应完的CaO。烟气中的CaO随烟气进入流化床塔内，在脱硫工艺注水的作用下，利用烟气流化床所特有的高密度和激烈湍动的颗粒床层所形成的高传质传热速率，迅速消化生成 Ca（OH）2，与烟气进行高效脱硫反应。
2）先脱硫后除尘，烟温降低、烟气化学侵害能力大幅度减弱，滤袋寿命大幅度延长。另外，利用滤饼层还帮助提高了脱硫效率
循环流化床脱硫塔置于布袋除尘器前，加上烟气经过循环流化床塔脱硫后，烟气温度降低，有利于提高布袋除尘器的滤袋寿命（滤袋寿命与烟气温度成反比），大大降低了布袋除尘器的维护成本。特别是循环流化床塔内具有巨大的颗粒浓度，对锅炉烟气工况波动具有较好的缓冲作用，可避免布袋除尘器发生超温烧毁的事故。布袋除尘器置于循环流化床塔之后，滤袋表面的粉饼层含有未反应完的Ca（OH）2，可以进一步脱硫，提高脱硫效率。循环流化床锅炉配套烟气循环流化床干法脱硫＋布袋除尘器，综合脱硫效率很容易达到95％以上。
另外，由于循环流化床反应塔，具有SO2、SO3、HCL、HF等多组份污染物净化能力。因此，经流化床塔净化后的烟气，大大降低了对布袋除尘器滤料的化学侵害，提高了滤袋的使用寿命。
这种“先脱硫后除尘”的方案，是一种1+1＞2的工艺方案。
3）烟气循环流化床干法脱硫的烟囱不要防腐，大大降低投资和风险
循环流化床干法脱硫塔内激烈湍动的高密度的颗粒床层所形成的巨大吸附表面积，100%脱除SO3、HCL、HF等所有酸性气体。因此，整个脱硫系统及后续的烟囱无需任何防腐。不但大大节约烟囱防腐的投资，还避免了因烟囱实施防腐出现问题而导致的锅炉机组停运的损失。
4）烟气循环流化床脱硫除尘一体化工艺的典型工艺布置本身就没有旁路。取消脱硫旁路的要求，对干法脱硫的设计没有任何影响
循环流化床脱硫反应塔，排空塔内的物料后，可以看成是布置在布袋除尘器前的一根立起来的“烟道”。因此，干法脱硫工艺方案本身就不需要设旁路。对于125MW机组，流化床塔内的物料只有不到十吨，干法脱硫的启停简便快捷。
5）烟气循环流化床通过外加吸收剂可以达到95%以上二级脱硫效率，可以调节循环流化床锅炉的脱硫效率，不影响整体的脱硫效率
烟气循环流化床干法脱硫除尘一体化工艺，通过外加CaO吸收剂，很容易达到95%以上的脱硫效率。这样，当锅炉为了优化燃烧效率和解决炉内磨损原因，需要降低炉内脱硫效率时，只要简单地外加少量的吸收剂，提高二级脱硫效率，就可以做到不影响整体的脱硫效率。
6）包含细微颗粒物、重金属Hg等在内的多组份污染物的协同去除，满足今后更严格的环保要求
SO3、HCl、HF等酸性气体在流化床内，先于SO2得到几乎100%的高效脱除。由于SO3占SO2比例的1~2%。因此，今后如果考核SOx脱效率，烟气循环流化床干法的这一优势将突显。
同时，细微颗粒物，特别是小于PM2.5 的细微颗粒，在流化床塔内激烈湍动的高密度颗粒床层的作用下，凝并成大颗粒，被脱硫后的布袋除尘器加以捕集。烟气循环流化床干法脱硫后的烟气，经过布袋除尘器净化后的粉尘排放容易控制在30mg/m3以下。
锅炉燃烧后产生的重金属Hg，主要有两种存在形式，一种为Hg2+价态汞、一种为元素Hg0。Hg2+价态汞极易溶于水，随SO2得到高效去除。
危害更大的Hg0一部分存在于细微颗粒表面，随着细微颗粒在流化床塔内凝并成大颗粒后，被布袋除尘器加以脱除。不添加吸附剂，仅通过流化床内的高密度颗粒吸附作用，脱汞率为60%左右。如果添加少量的活性炭粉，总脱汞率可以达到98%以上。
另外，循环流化床脱硫后的烟温比湿法脱硫高约25~30℃，抬升高度高，烟囱出口呈透明状，感官效果好。
7）节水、节能
对于燃煤电厂，烟气循环流化床脱硫工艺的操作温度高于湿法脱硫工艺25℃以上，可较湿法脱硫节水35%左右。特别是，当烟气中含水量高时，节水更加明显。另外，通过添加少量的节水剂，进一步激活烟气中的水含量，可延长吸收剂Ca（OH）2表面的液膜存续时间，大幅度提高脱硫效率，实现高度节水。这一节水技术的开发对我国富煤缺水地区，特别是缺水地区建设大型煤电一体化基地意义重大。
8）不产生废水，副产物综合利用范围优于湿法脱硫
烟气循环流化床干法脱硫工艺不产生废水。
脱硫后的烟囱排放的烟气为几乎纯净的气体。不存在湿法脱硫所存在的因为SO3和细微颗粒物脱除率低，加上烟温降低所造成的落地浓度提高而引起的二次污染问题。
产生的副产物为干态，可综合应用于筑路、制砖、作为垃圾填埋场的防渗层、矿区回填和酸性土壤植被修复，以及低标号的混凝土掺和料。
1.2.2缺点
对于燃用高硫煤的煤粉炉，由于无法利用锅炉灰作为吸收剂，全部的吸收剂需要采用外购的CaO，运行成本高于湿法脱硫。但由于循环流化床锅炉灰中富含CaO，可“以废治废”直接作为烟气循环流化床干法脱硫的吸收剂。因此，运行成本高于湿法脱硫的问题不存在。
2 结论
综上所述，对于循环流化床锅炉的二次烟气脱硫提效，由于可“以废治废”直接利用锅炉灰中富含CaO，加上国家出台取消脱硫旁路的规定对脱硫装置的运转率提出了极为苛刻的要求，以及即将出台的严格限制重金属Hg排放的最新标准，采用“先脱硫后除尘”的“空预器后烟气循环流化床干法脱硫装置+布袋除尘器”的工艺，远优于传统的“先除尘后脱硫”的“空预器后布袋除尘器+石灰石/石膏脱硫装置”的工艺。
参考文献：
[1]王小明.火电厂烟气脱硫工艺的选择[J].电力设备，2005，5（6）.
作者简介：杨青山（1971-），男，高级工程师，注册公用设备师，从事火电厂热机专业设计工作。
论文作者:杨青山,高源,黄荣华
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/6
标签：流化床论文; 烟气论文; 湿法论文; 锅炉论文; 烟囱论文; 工艺论文; 旁路论文; 《电力设备》2018年第22期论文;