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[摘要]随着工业的发展，SO2的排放量日益加剧，其主要来源于燃煤电厂，因此燃煤电厂烟气脱硫是目前我国控制二氧化硫排放的迫切手段。本文主要介绍了燃煤电厂烟气脱硫技术的分类、国内外研究现状，以及主要方法及其原理。
[关键词]烟气脱硫；氨法；脱硫效率
随着国民经济的发展，电能使用量逐年增长，作为工业和民生的重要能源，一直是国民经济的发展基础，我国受经济、自然条件等因素影响，煤炭发电仍然是主要发电方式，一直是煤炭消费大国，电力工业消耗煤炭更是占比超全年消耗一半以上，但是大量的煤炭燃烧会产生的二氧化硫(SO2)，它是公认的最严重的大气污染物之一，是造成酸雨的元凶，严重破坏环境，危害人类健康[1-4]。随着现代文明的发展，人们对环境的要求越来越高，世界各国都投入巨资对二氧化硫进行治理，我国也注重风能、水能、核能等新能源开发和使用比重，兼顾环境和经济，合理布局国家能源结构。在燃煤电力行业，国家不断升级和规范电厂排放标准，制定了燃煤电厂烟气脱硫的综合治理规范，电厂也积极投资脱硫技术改造和更换工艺设备，以实现可持续发展。本文主要介绍燃煤电厂烟气脱硫技术分类、石灰/石灰石烟气脱硫法等主要烟气脱硫技术、国内外烟气脱硫技术应用现状。
1燃煤电厂烟气脱硫技术
燃煤电厂仍然是我国现阶段最主要的电力供应，为达到环保要求，降低燃煤电厂排放污染物浓度，提高排放标准，行业需要积极投入人力财力来升级脱硫工艺和设施。煤炭脱硫方法有很多，根据不同的燃烧阶段和标准要求可以分为很多种类，比如根据阶段可以分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫[5-6]。煤炭燃烧前除去原煤中的部分硫分，从而减低二氧化碳的生成量，这种方法具有经济、高效的优点，既可以提高煤炭燃烧效率，又可以减小煤炭污染。燃烧前脱硫根据原理可以分为物理脱硫、化学脱硫和生物脱硫等方法。物理脱硫是利用煤炭中有机质和硫铁矿的密度差异来进行物理选煤的过程，主要有跳汰选煤、重介质选煤、空气重介质流化床干法选煤、风力选煤、斜槽和摇床选煤、电磁选煤等重力选煤方法；原煤化学脱硫分为纯化学法和物理化学法，化学脱硫法有碱法脱硫、热解氢化脱硫、氧化法脱硫和气体脱硫等，物理化学脱硫法一般指浮选，有泡沫浮选、浮选柱、表层浮选和选择性絮凝等方法。燃烧中脱硫是指煤炭再燃烧过程中进行燃烧前脱硫的技术，主要是流化床燃烧技术和炉内喷钙技术。流化床燃烧燃烧过程中脱硫，利用石灰石和白云石作为脱硫剂，燃烧过程中脱硫剂分解成CaO，与SO2及氧气反应生成硫酸钙，该方法具有易控制、燃料适应性好、燃烧热强度大、腐蚀性小等优点，一般受Ca/S比、压力和温度等影响；炉内喷钙脱硫技术工艺，以石灰石和消石灰作为吸收剂，燃烧过程中第一阶段CaCO3分解生成CaO，固定SO2生成硫酸钙，第二阶段未反应的CaO与水结合生成Ca(OH)2，氧化性环境下固定SO2生成硫酸钙，该方法费用低，但脱硫率不高。燃烧后脱硫通常称为的烟气脱硫，利用脱硫剂与燃烧烟气产生化学反应，除去烟气中SO2。烟气脱硫，作为煤炭燃烧脱硫的后工艺，是应用最广泛的脱硫工艺，目前工业应用的烟气脱硫成熟的方法很多，各种方法也在实践中不断创新和优化。烟气脱硫主要分为湿法脱硫和干法脱硫，具体方法有石灰/石灰石烟气脱硫法、氨法烟气脱硫法、海水烟气脱硫、旋转喷雾干燥烟气脱硫法、循环流化床干法烟气脱硫法、电子束法烟气脱硫法等。
2主要烟气脱硫技术
2.1石灰/石灰石烟气脱硫法
湿式石灰/石灰石法是指石灰-石膏发和石灰石-石膏法，其技术原理和设备系统是类似的，石灰和石灰石作为脱硫剂，该方法主要反应机理是利用碳酸钙将二氧化硫反应生成硫酸钙的过程，整个原理过程分为吸收、溶解、结晶及氧化、结晶，其具体技术工艺过程为：将研磨细的石灰/石灰石粉末，与水混合成一定浓度的石灰/石灰石浆液，将循环浆液喷入吸收塔，煤炭燃烧的烟气通过增压风机进入吸收塔，浆液与烟气中的SO2反应，在重力作用下回落至吸收塔浆液池中，通过搅拌被空气氧化成石膏浆液，最后脱水结晶变成石膏，沉积在浆液池底部，脱硫后的烟气排入大气。影响脱硫效率的因素很多：入口烟气温度、含尘量、SO2浓度、气流速率等烟气参数是脱硫率的重要影响因素；液气比的大小直接反应出接触面积的大小，一般液气在8~25L/m3之间；浆液pH值是设备整体运行效果和使用寿命的关键因素；吸收塔内钙硫比应处于合理状态，碳酸钙需要持续补充，使钙硫比处于最佳比例，达到设计吸收率；浆液循环量及浆液在塔内的停留时间越长，越有利于二氧化硫的反应；吸收塔喷淋层下增设托盘，可以提高烟气与浆液的接触面积，提高烟气在塔内的停留时间；原料的纯度越高系统控制越稳定，越细的原料利用率越高，吸收越有效。湿式石灰/石灰石法脱硫效率高达90%以上，技术成熟稳定、系统运行可靠，适用于各种硫含量的原煤，是目前应用最广泛的脱硫方法，且原料价格低廉，资源易获取，副产品可作建筑材料等使用，但是工艺过程水耗量大，产生的废水多，运行维护工作量大。
2.2氨法烟气脱硫法
湿式氨法烟气脱硫是利用一定浓度的氨水作为吸收剂，在吸收塔中洗涤烟气除去SO2，该方法反应速度快、吸收利用率高，能够有效达到烟气净化除硫的目的。反应的主要原理吸收和中和结晶，具体过程为：烟气中的SO2被氨水吸收，产生亚硫酸氨和硫酸氢氨，在反应器中与氨起中和反应，最后冷却亚硫酸氨结晶析出。氨法烟气脱硫技术过程要始终维持氨水的浓度，才能保证脱硫的效率，此外还要喷淋技术回收挥发分解的氨气，既能保证浓度又防止氨气排入大气中污染环境。目前湿式氨法烟气脱硫装置还存在诸多不足：进入系统的烟气含尘量较高，尽可能减少进入脱硫系统烟气的含尘量，达到合格甚至更低的标准，才能保证出烟口排放达到要求；喷淋系统堵塞严重，烟气在系统内粉尘的积累和析出的硫酸铵晶体是导致堵塞的主要原因；系统运行会出现大量的屋滴，夹杂着超细粉尘随烟气一起排放到大气中，形成浓度较高的白色烟羽的拖尾现场，导致排烟口二氧化硫含量增加甚至超标；系统运行的副产品硫酸铵的结晶度下降，使产品品质下降，降低了产品的市场竞争力，从而推高的设备运行的综合费用，不利于系统的长期稳定运行。相对其他脱硫方法，湿式氨法烟气脱硫技术具有脱硫率高、无二次污染、设备体积小、投资费用低等优势，近些年，新的湿式氨法出现了Walther氨法、氨-硫酸氨法、新氨法脱硫技术等方法。
2.3海水烟气脱硫法
海水法脱硫技术是利用天然海水的碱度中和燃煤烟气中的SO2，也可以辅以添加剂脱硫。一般将海水脱硫工艺分为两类，一类以Flakt-Hydro工艺为代表的直接利用纯海水，另一类以Bechtel公司的工艺为代表在海水中添加石灰调节吸收液的碱度。其基本工艺原理是利用二氧化氯与水反应生成H+，再与海水中的碳酸盐发生反应生成硫酸盐。该工艺脱硫率高达95%，且产物硫酸盐是海水中的成分，可直接排放到海域。
2.4旋转喷雾干燥烟气脱硫法
旋转喷雾干燥烟气脱硫法采用石灰乳作为吸收剂，其基本原理过程为：生石灰制样→SO2被液滴吸收→CaSO3饱和析出→部分CaSO3生成难容的CaSO4析出固体。该方法主要优点投资成本较少，流程简单且设备没有腐蚀、结垢等危害，过程中没有污水排放，但脱硫率不好，吸收剂利用率中等。
2.5循环流化床干法烟气脱硫法
循环流化床是一种高速气流与悬浮颗粒充分接触的技术，循环流化床脱硫法以循环流化床为基础，多采用石灰(CaO)作为脱硫剂，通过烟气与脱硫剂的多次循环，提高脱硫剂的使用效率，反应最终亚硫酸钙部分氧化生成硫酸钙。该方法脱硫剂消耗小，利用率高，设备简单，投资少，运行费用低，缺点在于生成物中亚硫酸钙较多，需进一步处理才能变为稳定的硫酸钙。
2.6电子束法烟气脱硫法
电子束法烟气脱硫技术是一种新兴的脱硫技术，该方法能同时脱硫脱硝，脱硫率高达90%以上，过程中无废水废渣生产，是面向未来环保烟气净化技术。其基本原理为：采用高能电子束照射烟气，使烟气中发生辐射反应，生产大量离子、自由基、电子、原子和各类激发态的原子和分子等活性物质，它们将SO2氧化层SO3，再利用水和氨吸收反应生成硫酸铵。该方法的劣势在于设备制造难度大，能耗高，设备稳定性较差。此外，双碱法烟气脱硫技术是利用碱金属盐类的水溶液吸收SO2，再用石灰/石灰石对吸收液进行再生，生成亚硫酸钙和石膏，碱金属盐类水溶液可循环使用；磷按肥法烟气脱硫技术是利用天然的磷矿石和氨，在脱硫系统中直接生成得到副产品磷铵复合肥料的技术；荷电干式吸收剂喷射脱硫技术是高压静电使吸收剂带静电荷，被喷淋到烟气中的吸收剂颗粒由于同种电荷相互排斥的作用，形成悬浮状态，增大了与SO2反应接触的机会，从而提高脱硫效率；干式催化氧化法是利用催化剂将SO2氧化成SO3，设备系统受温度、压力、空速、产物浓度等影响，目前该方法技术还不成熟；粉煤灰干式烟气脱硫技术以粉煤灰、石灰和石膏为脱硫剂原料，吸收烟气中的SO2，反应生成石膏。
3国内外烟气脱硫技术应用现状
3.1国外烟气脱硫技术应用
当前，世界各国都日益重视燃煤电厂烟气中的烟尘、SO2和NOx对环境造成的危害，尤其是一些发达工业国家，更是制定了法律、法规和技术保障措施，减少气体排放并控制烟气污染物生成[7-10]。日本、美国、德国等发达国家主要以湿法脱硫为主，湿法石灰石/石灰烟气脱硫工艺技术经过多年实践和技术改进，优点更为突出；喷雾干燥烟气脱硫技术属于半干法脱硫技术，技术成熟、设备投资低，在德国、奥地利、丹麦、瑞典等国家应用较多；吸收剂再生烟气脱硫工艺主要有氧化镁法、双碱法、WELLMENLORD法，设备投资大，运行成本高，适合特定的条件，应用不多；炉内喷吸收剂/增湿活化烟气脱硫是兼顾经济和脱硫效率的工艺，目前已在德国、法国、芬兰等以后运行装置；海水烟气脱硫技术适用于硫含量不高的燃煤烟气，该方法已有挪威、西班牙、瑞典、印度尼西亚、英国等已投运或建设。
3.2国内烟气脱硫技术应用
煤炭是我国的主要能源，烟气脱硫成为环境保护十分重要艰巨的任务之一。我国出台了大量监督和鼓励的政策，包括：加强监测、处罚措施、设备补贴等。长期以来我国依赖引进国外先进技术，关键设备需进口，虽然设备先进但其投资及运行维护费用高，很难进行大范围的推广。近年从我国的国情出发，在政策大力支持，吸收、二次研发国外先进的技术，设备逐步加强国产化，降低脱硫工艺运行成本，提高烟气脱硫的综合治理能力。燃煤烟气脱硫技术研发投入成果显著[11-15]，王珲等借助撞击器对300MW电厂湿法脱硫系统研究细颗粒物得出粒径的双峰分布结论；赵琴霞等论述了湿式电除尘器的工作原理、在燃煤电厂脱硫技术中应用的优缺点；汪洪涛等研究得出减少带水量可以减轻低温腐蚀、提高脱硫率；徐有宁等分析了几种应用普遍的脱硫技术的特点和适用场景，根据国家排放标准要求给出技术工艺选区的准则和建议；崔亚兵等将模糊综合评价方法引入脱硫评价系统，用以得到最优脱硫技术。各种研究成果，从工艺种类原理介绍、脱硫效率、投资成本，到脱硫技术工艺的优缺点、应用范围，都做了详细的研究和介绍。
4结语
燃煤电厂产生的二氧化硫排放量巨大，造成了严重的污染隐患，影响国民经济的可持续发展，威胁着人民的生命健康。我国脱硫技术起步晚，加大燃煤电厂烟气脱硫技术的投入和发展是当务之急，引进、消化吸收国外先进技术，加大脱硫技术研发和应用实践，结合自身经济和技术实际，对燃煤电厂烟气的进行净化。未来燃煤电厂烟气脱硫向着效率高、设备制造运行费用低的趋势发展，要因地制宜结合我国国情选择最佳的烟气脱硫技术。
作者：郭立杰 张金奎 单位：唐山万浦热电有限公司