主流烟气脱硫技术的特点及应用条件浅析（一）

一  日益严峻的形势

2014年4月24日，十二届全国人大常委会第八次会议表决通过了《环保法修订案》，这是环保法自 1989年12月26日生效后，25年来的首次修订。因为环保法牵涉面甚广、争议较多，这次修法破例进行了第四次审议才得以通过。由此，我们可以说，这是一部凝结了中国环保治理智慧，吸取了之前经验教训、能对症下药的成熟立法。修订后的《中华人民共和国环境保护法》被业内专家称为“史上最严的环保法”。现在，以及以后，达标排放已经成为国家对所有企业的最基本的要求。

新《环境保护法》，提供了一系列足以改变现状、有针对性的执法利器——

（一）是新增“按日计罚”的制度，即对持续性的环境违法行为进行按日、连续的罚款。这意味着，非法偷排、超标排放、逃避检测等行为，违反的时间越久，罚款越多。之前法律规定的针对环境违法的罚款，是一个定数，数额并不大，导致违法成本较低，不少企业因而怠于治污。新法施行“按日计罚”之后，罚款数额上不封顶，将倒逼违法企业迅速纠正污染行为。

（二）是新的《环境保护法》作为一部行政法律，罕见地规定了行政拘留的处罚措施，对污染违法者将动用最严厉的行政处罚手段。新法规定：对情节严重的环境违法行为适用行政拘留；对有弄虚作假行为的环境监测机构以及环境监测设备和防治污染设施维护、运营机构，规定承担连带责任。

（三）是个别地方企业的污染行为之所以肆无忌惮，背后是当地官员基于畸形政绩观的默许纵容，对此新《环境保护法》将拿“保护伞”开刀。其具体规定是：领导干部虚报、谎报、瞒报污染情况，将会引咎辞职；面对重大的环境违法事件，地方政府分管领导、环保部门等监管部门主要负责人将“引咎辞职”。

对于煤化工、陶瓷、玻璃、水泥和钢铁等行业来说，粉尘、二氧化硫和氮氧化物等三大污染物能否达标排放，直接关系到企业的生死存亡。这三大污染物的治理措施，即除尘、脱硫和脱硝，脱硫费用最高，操作最复杂，相对来说除尘和脱硝的费用较低，操作也比较简单。因此，脱硫是目前大部分企业要首选关注的问题。

二  丰富的脱硫方法

1927年英国为了保护伦敦高层建筑的需要，在泰吾士河岸的巴特富安和班支赛德两个电厂（共120MW），建设了两个石灰石烟气脱硫装置，这是世界上第一次对烟气中的SO2进行工业化处理。

据统计，目前SO2控制工艺已经超过200种。主要可分为四类：

（1）燃烧前控制—原煤净化

（2）燃烧中控制——流化床燃烧和炉内喷吸收剂

（3）燃烧后控制—烟气脱硫（FGD）

（4）新工艺（如煤气化/联合循环系统、液态排渣燃烧器）

目前，国外90%以上的企业采用燃烧后烟气脱硫工艺，即FGD；而国内则有95%以上的企业采用FGD工艺。

按吸收剂及脱硫产物在脱硫过程中的干湿状态可将烟气脱硫技术分为湿法、干法和半干（半湿）法。

湿法FGD技术是用含有吸收剂的溶液或浆液在湿状态下脱硫和处理脱硫产物，该法具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点，但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染等问题。

干法FGD技术的脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行，该法具有无污水废酸排出、设备腐蚀程度较轻，烟气在净化过程中无明显降温、净化后烟温高、利于烟囱排气扩散、二次污染少等优点，但存在脱硫效率低，反应速度较慢、设备庞大等问题。

半干法FGD技术是指脱硫剂在干燥状态下脱硫、在湿状态下再生（如水洗活性炭再生流程以及活性焦技术），或者在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物（如喷雾干燥法）的烟气脱硫技术。特别是在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物的半干法，以其既有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点，又有干法无污水废酸排出、脱硫后产物易于处理的优势而受到人们广泛的关注。

由于各行业的生产特点各不相同，烟气的温度、成分等参数千差万别，希望通过使用一种脱硫工艺来解决所有企业的问题是不现实的。因此，对于烟气排放企业来讲，最重要的是选择一种最适合自己企业情况的脱硫工艺，而不是一味地追求最先进的工艺。应该说，工艺的先进性是相对的，这种先进性只能在同一类工艺中进行评价。

三  主流脱硫工艺的特点

笔者在进行脱硫设计过程中收集了部分烟气脱硫方面的资料，下面将结合工程实践，对现在国内外使用比较多的湿法和半干法烟气脱硫技术（干法脱硫使用的很少，不做介绍）的特点进行分析，供参会企业参考。在国外，很多企业会委托第三方专业机构帮助选择合适的技术和装置；国内，企业还是习惯于依靠自己的判断来决策。当然，这也与国内缺乏相关的专业机构有关。

（一）湿法FGD工艺

依采用的脱硫剂不同，常用的主要有石灰（石）法、氧化镁法、双碱法、氨法等几类。这种工艺已有80年的历史，经过不断地改进和完善后，技术比较成熟，而且具有脱硫效率高（90%～98%），机组容量大，烟气适应性强，运行费用较低等优点。据美国环保局（EPA）的统计资料，全美火电厂采用湿式脱硫装置中，湿式石灰法占39.6%，石灰石法占47.4%，两法共占87%；双碱法占4.1%，碳酸钠法占3.1%。在中国的火电厂、钢厂，90%以上采用湿式石灰/石灰石-石膏法烟气脱硫工艺流程。但是在中国台湾、日本等脱硫处理较早的国家和地区，基本采用镁法脱硫，占到95%以上。这种对脱硫剂选择的差别主要是由当地的自然资源的分布情况决定的。

在湿法工艺中，烟气的再热问题直接影响整个FGD工艺的投资。因为经过湿法工艺脱硫后的烟气一般温度较低（45℃），大都在露点以下，若不经过再加热而直接排入烟囱，则容易形成酸雾，腐蚀烟囱，也不利于烟气的扩散。所以湿法FGD装置一般都配有烟气再热系统。目前，应用较多的是技术上成熟的回转式烟气热交换器（GGH）。GGH价格较贵，占整个FGD工艺投资的比例较高。

1、石灰（石）/石膏湿法脱硫工艺　　

石灰（石）/石膏湿法脱硫工艺是采用石灰石（CaCO3）或石灰（CaO）作脱硫吸收剂原料，经消化处理后加水搅拌制成氢氧化钙（Ca（OH）2）作为脱硫吸收剂。吸收剂浆液喷入吸收塔，吸附其中的SO2气体，产生亚硫酸钙，进而氧化为硫酸钙（石膏）副产品。　

石灰（石）/石膏湿法脱硫工艺是世界上最早开始应用的烟气脱硫技术，国外自上世纪30年代起就进行了大量的湿式石灰石/石膏法研究开发，60年代末已有装置投入商业运行。ABB公司的第一套实用规模的湿法烟气脱硫系统于1968年在美国投入使用。1977年比晓夫公司制造了欧洲第一台石灰/石灰石石膏法示范装置。IHI公司的首台大型脱硫装置1976年在矶子火电厂1、2号机组应用。三菱重工于1964年完成了第一套设备，并根据其运转实绩，开始进行烟气脱硫装置的开发。由于该工艺的使用时间最长，因此其在国内外的市场占有率都是最高的。

　该工艺的优点主要是：　

　  （1）脱硫效率高，在Ca/S比小于1.1的时候，脱硫效率可高达90％以上；　

（2）吸收剂利用率高，可达到90％；　　

（3）吸收剂资源广泛，价格低廉；　　

（4）适用于高硫燃料，尤其适用于大容量电站锅炉的烟气处理；　　

（5）副产品为石膏，高品位石膏可用于建筑材料。　　

该工艺的缺点是：　　

（1）系统复杂，占地面积大；　　

（2）造价高，一次性投资大；（重庆珞璜电厂一期烟气脱硫工程2×360MW脱硫装置占电厂总投资的11.15%，太原第一热电厂高速平流简易湿式300MW机组的600000m3/h脱硫装置的单位造价约RMB650元/kW，杭州半山电厂2×125MW和北京第一热电厂 2×410t/h锅炉脱硫装置单位造价更高达 RMB 1600/KW）；　

（3）运行问题较多——由于副产品CaSO4易沉积和粘结，所以，容易造成系统积垢，堵塞和磨损；（相比而言，双碱法的产物是NaSO3，不会造成堵塞和积垢）　　

（4）运行费用高，高液/气比所带来的电、水循环和耗量非常大；　

（5）副产品处理问题——目前，世界上对该副产品处理，主要采用抛弃和再利用两种方法：西欧和日本因缺乏石膏资源，所以用此副产品做建筑用石膏板，与此同时，当地建筑规范也为该产品的推广使用提供了方便。但对副产品石膏的成分要求严格（CaSO4>96%）。在美国，因天然石膏资源丰富，空地较多，过去一般采用抛弃处理。在中国，天然石膏资源丰富，而石灰石的成分却很难保证，因此脱硫石膏的成分不稳定，建筑行业很难采用；对于建在城市近郊或工业区的需要脱硫的电厂，又很难容纳大量石膏渣液的抛弃，即使有空闲场地抛弃，从长远来讲，仍然可能造成固体废弃物的二次污染。因而副产物处理存在问题。　　

（6）由于该工艺技术成熟，运用广泛，目前国家有相应技术规范，但国家环保总局在脱硫技术指导文件中明确指出该种方法适用于大型电站锅炉的脱硫，中小锅炉运用存在规模不经济等问题。　　

（7）为适应国内中小型锅炉的烟气脱硫，一些环保公司对该工艺进行了改造运用，主要是通过简化流程来降低投资费用。在整个脱硫系统中，吸收塔（反应器）系统是核心，SO2的脱除，中间产物的氧化，以及副产物石膏浆的结晶全部在吸收塔（反应器）中完成，其它系统则是为吸收塔（反应器）系统提供服务，而且根据要求不同，其它系统或可以简化，或可以取消，如果取消石膏脱水系统，则变为石膏抛弃法，这时废水处理系统也相应取消，烟气系统的简化主要在于烟气再热器的取舍，而吸收剂制备系统的简化则是取消石灰石磨制设备（球磨机），直接购买石灰石粉进行配制浆液。

根据笔者的经验来看，在某些地区减少脱硫剂制备和石膏生成系统还可以接受；但如果精简掉了烟气再热系统，就会带来诸多问题，因此要谨慎选择。　　　　

2、双碱法脱硫工艺　　

双碱法脱硫工艺是为了克服石灰／石灰石法烟气脱硫容易结垢、需要循环水量大、能耗高的缺点而发展起来的。钠钙双碱法（Na2CO3-Ca（OH）2）或NaOH-Ca（OH）2）用纯碱启动、钠碱吸收SO2、石灰再生，再生后吸收液循环使用。

对于双碱法脱硫，可分为浓碱法和稀碱法。烟气含硫高，可以采用浓碱法。烟气含硫低，可以采用稀碱法.“双碱法”运用钠基高效脱硫，消耗的却是廉价的石灰石（石灰），该工艺综合石灰法与钠碱法的特点，解决了石灰法的效率低、易结垢问题，又具备钠碱法吸收效率高的优点。

与石灰石法相比，双碱法脱硫有以下优点：

（1）钠碱吸收剂反应活性高、吸收速度快，在液气比一定的情况下，脱硫达到较高的脱硫效率；

（2）塔内和循环管道内的液相为钠基清液，吸收剂、吸收产物的溶解度大，再生和沉淀分离在塔外，可大大降低塔内和管道内的结垢机会；

（3） 吸收速度快，可降低液气比（液气比不超过2L/m3），从而降低运行费用；

（4）石灰作再生剂（实际消耗物），安全可靠，来源广泛，价格低。

双碱法的缺点是：脱硫和再生反应比较复杂，流程长，操作有一定的工艺难度，目前正在逐步实践和成熟中，适用于中小型锅炉脱硫使用。 　　

3、氨法脱硫工艺

该脱硫工艺以氨水为吸收剂，副产品为硫酸铵。氨法脱硫可以分为简单氨法和深度氨法两种，在国内外都做过不少研究，但均停留在试验和小规模运用阶段。目前主要运用于氨来源丰富方便和硫酸铵便于处理的企业。

氨法脱硫的优点：

（1）适用范围广，不受含硫量、锅炉容量的限制。

由于吸收剂氨比石灰石或石灰活性大，并且在设计时也考虑留有一定的裕度，因而氨法脱硫装置对煤质变化、锅炉负荷变化的适应性强。这在我国能源供应紧张、来什么煤烧什么煤的情况下，更显现出它的优势。氨法脱硫的特点之一是含硫越高，硫酸铵的产量就越大。

（2）脱硫效率很高，很容易达到95%以上。脱硫后的烟气不但二氧化硫浓度很低，而且烟气含尘量也大大减少。

（3）吸收剂易采购，可有三种形式：液氨、氨水、碳铵。

（4）氨法脱硫装置对机组负荷变化有较强的适应性，能适应快速启动、冷态启动、温态启动、热态启动等方式；

（5）国内外有成功运行的实例，运行可靠性好，无结垢问题发生。

氨法脱硫的缺点：

（1） 简单氨法脱硫实际上是一种喷水回收法，会造成大量的亚硫酸铵的泄漏和氨的泄漏，而亚硫酸铵易于分解（受热60-70℃即开始分解）出SO2，实际上等于没处理，而且氨的泄漏本身又增加了污染。

（2）由德国比晓夫公司拥有专利技术的深度氨法脱硫工艺，虽然用专利技术解决了亚硫酸铵和氨气气溶胶泄露的问题，但仍无法避免亚硫酸铵分解的问题。而且其系统之复杂、投资之大要远远超过简易氨法脱硫。

（3）氨法脱硫的副产物亚硫酸铵/硫酸铵的去向是氨法脱硫的另一个大问题：

（a）如果不回收，排向水体，会对环境水体造成巨大污染，引发富营养化等问题。国家环保法有明确规定，环境水体绝不容许排放亚硫酸铵/硫酸铵。同时，如果副产物不回收，则运行成本太高，企业无法承受；

（b）如果将副产物制成氨肥，则投资成本大大增加，而且氨肥的销售受到市场的严重制约；并且，氨法脱硫产生的氨肥的品质与普通市面上售氨肥有一定的差别，硫酸铵是一种低质氮肥，国内产量过剩，长期使用会使土壤板结。

（4）氨法脱硫的脱硫剂氨的运输、贮存、防泄漏均有一定要求对于靠近城镇区域内而言，易造成居民的抗议。

总之，简易氨法脱硫已经淘汰，深度氨法脱硫的选择要特别慎重。对于脱硫剂取得十分容易，废液又有去向或者硫酸铵有销售渠道的企业采用氨法脱硫技术是一个很好的选择。 　　

4、氧化镁脱硫法 　　

氧化镁吸收SO2的湿法脱硫方式是目前适合于中、小型锅炉烟气脱硫技术最为成熟的脱硫方式之一。氧化镁脱硫法具有以下三个优点:

（1）氧化镁原料取得容易

目前包括在日本、首尔、东南亚地区、台湾地区等均有普遍使用的工程实例和经验，而所使用的的氧化镁大部分均来自大陆地区。我国拥有丰富的氧化镁资源，储量约为160亿吨，占全世界的80%左右，环渤海湾的山东、辽宁地区以及山西都有丰富的产量。由于广泛地运用，使该技术相对于其他脱硫技术更加成熟。 　　

（2）循环液呈溶液状，不易结垢，不会堵塞

氧化镁湿法的脱硫产物硫酸镁是一种溶解度很大的物质，因此在吸收塔脱硫的反应过程中，不似石灰石（石灰）/石膏法会产生结垢或堵塞的问题。 　　

（3）脱硫效率高。脱硫剂为高浓度、高吸收活性的亚硫酸镁溶液，其脱硫效率高于95%，能将烟气中（SO2）降低至50 mg /m3 以下。

镁法脱硫主要的问题是吸收剂单价较高，副产品设备复杂。目前在国内应用的较少，虽然理论上硫酸镁溶液不易对环境造成污染，但需要首选了解当地是否允许硫酸镁溶液的排放。

下面是目前在国内比较典型的几套湿法脱硫装置的运行数据：

（二）半干法脱硫工艺

半干法烟气脱硫是湿法与干法相结合优化的方法;包括循环流化床脱硫、半干半湿法脱硫、粉末-颗粒喷动床脱硫、烟道喷射脱硫、喷雾干燥法脱硫等。

1、循环流化床脱硫

循环流化床（CFB）烟气脱硫技术是国外20世纪80年代后期开发的一种新型半干法技术。该工艺以循环流化床原理为基础，是一种基于流态化的脱硫工艺。最早由鲁奇（LURGI）公司开发，这种工艺的创新之处在于，它以循环流化床原理为基础，使吸收剂在反应器内多次再循环，延长了吸收剂与烟气的接触时间，从而大大提高了吸收剂的利用率，在钙硫比很低（Ca／S=1.1--1.2）的情况下脱硫效率可达90％左右。这种脱硫技术在国内应用很少，缺少相关数据。

　　2、半干半湿法脱硫

　　半干半湿法脱硫技术是中国环境科学研究院自主开发的新一代适合中国国情的脱硫工艺，目前已在中小机组上运用畴，在Ca/S物质的量比<2时，脱硫率可达80%以上。但此种技术极易发生“湿壁现象”。导致的原因有：

　　（1）塔的结构造成烟气的不良流动是主要原因;

　　（2）喷水的雾化粒度过大而来不及蒸发尽。

　　3、粉末-颗粒喷动床半干法烟气脱硫

　　粉末-颗粒喷动床（PPSB）半干法烟气脱硫是近年来日本的研究人员开发的一种新型半干法脱硫技术。

　　含二氧化硫的烟气经过 预热器进入粉粒喷动床，脱硫剂制成粉末状预先与水混合，以浆料形式从喷动床的顶部连续喷入床内，与喷动粒子充分混合，借助于和热烟气的接触，脱硫与干燥同时进行。脱硫反应后的产物以干态粉末形式从分离器中吹出。

　　这种脱硫技术应用石灰石或消石灰做脱硫剂，具有很高的脱硫率及脱硫剂利用率，而且对环境的影响很小。但进气温度、床内相对湿度、反应温度之间有严格的要求，在浆料的含湿量和反应温度控制不当时，会有脱硫剂粘壁现象发生。

　　4、烟道喷射半干法烟气脱硫

　　烟道喷射半干法烟气脱硫是针对工业锅炉不适于技术成本高、不易管理、运动中问题较多而提出的一种简单有效的方法。

　　该方法利用锅炉与除尘器之间的烟道作为反应器进行脱硫，不需要另外加吸收容器，使工艺投资大大降低，操作简单，需场地较小，适合于在我国开发应用。

　　半干法烟道喷射烟气脱硫即往烟道中喷入吸收剂浆液，浆滴边蒸发边反应，反应产物以干态粉末出烟道。该技术已被美国能源部列为洁净煤技术示范项目，目前国内开发研究较少。

5、旋转喷雾干燥法脱硫

旋转喷雾干燥法脱硫诞生于美国，20世纪80年代初至中期在工业上推广使用。在美国的各种烟气脱硫技术中，湿法FGD技术始终占据着绝对优势地位。特别是在上个世纪的70—80年代，美国所有的FGD装置中，90%以上采用湿法FGD技术，而湿法石灰石/石灰法占湿法FGD装置的90%以上。80年代后期，为了降低基建投资和运行费用，积极研究及开发了旋转喷雾干燥烟气脱硫。

旋转喷雾干燥法是目前市场份额仅次于湿式钙法的烟气脱硫技术，其设备和操作简单，可使用碳钢作为结构材料，不存在由微量金属元素污染的废水。喷雾干燥器出口烟气的温度控制在较低，但又在露点温度以上的安全温度，减少了重新加热系统。干的固定废物减少了废物体积。另外，脱硫系统的烟气压力降适中，吸收剂输送量小，因此，系统能耗量较低，只是湿法工艺所需能耗的1/2-1/3。目前喷雾干燥吸收法主要用于低二氧化硫含量的烟气脱硫，用于高二氧化硫含量的系统只进行了示范研究。

这种脱硫方法是利用喷雾干燥的原理，将吸收剂浆液以雾状形式喷入吸收塔内，吸收剂与烟气中的SO2发生反应，并不断吸收烟气中的热量使物料中的水分蒸发干燥，最后完成脱硫后的废渣以干态灰渣形式排出。直接使用石灰做脱硫剂时，该法脱硫效率达80%～85%，投资及运行费用较低、腐蚀小、系统简单、运行可靠性高、脱硫产物呈干粉状、无废水排放。

近十年来，国内喷雾干燥脱硫技术主要致力于提高吸收剂利用率和提高脱硫效率的研究。方法是采用灰渣再循环、利用添加剂、研制高效吸收剂等。目前，通过以上措施，国内喷雾干燥脱硫技术在使用石灰做脱硫剂时，脱硫效率可以达到85%-90%。

旋转喷雾干燥脱硫技术的优点：

（1）工艺简单，投资低，维修容易，占地面积小；

（2）技术成熟，设备运行可靠性高（超过97％）；

（3）启、停快捷容易，具有良好的负载承担能力，操作温度稳定；

（4）对废气量和热度变化反应灵敏，可间歇操作；

（5）干态脱硫产物易于处理，无废水产生，无二次污染；

（6）排放烟气温度高，不需要再热。

旋转喷雾干燥脱硫技术的缺点：

（1）脱硫效率稍低，烟气中二氧化硫含量较高时，需要使用多级脱硫；

（2）旋转喷雾干燥脱硫技术关键设备是高速旋转喷雾器，通过它将吸收剂浆液雾化成细小雾滴与烟气进行传质传热反应，转速与雾化效果及脱硫效率成正比。通常情况下旋转喷雾器的转速高达15000-20000r/min，对于变速系统要求比较高，目前主要依靠进口，价格昂贵。

（3）脱硫过程中有干燥的粉末产生，因此在喷雾干燥之后需要设置除尘器，现在普遍采用的布袋、电或电袋除尘方式，维护量大，容易造成二次污染。