烟气脱硫工艺

我国烟气脱硫工艺技术发展展望燕中凯一我国十二五烟气脱硫的政策背景二氧化硫减排是我国十二五主要污染物减排最重要的任务之一年月国务院发布的十二五规划纲要将二氧化硫作为主要污染物减排总量控制的约束性指标要达到减少的目标年月国家十二五环境保护规划已经公布为达到减排的目标二氧化硫排放量由年的万吨要进一步降低到年万吨与此同时我国的煤炭消费量预计将由年的亿吨增长到年的亿吨左右因此二氧化硫减排任务十分艰巨年月国务院发布了国务院关于加强环境保护重点工作的意见国发号提出对电力行业实行二氧化硫排放总量控制继续加强燃煤电厂脱硫新建燃煤机组应同步建设脱硫脱硝设施对钢铁行业实行二氧化硫排放总量控制强化水泥石化煤化工行业二氧化硫和氮氧化物治理火电厂是我国二氧化硫的主要排放源也是我国二氧化硫减排的主战场经修订的火电厂大气污染物排放标准已于年月颁布从年开始执行其中规定新建燃煤电厂二氧化硫的排放限值为高硫煤地区为现有电厂改造执行高硫煤地区执行重点地区的燃煤电厂执行以上排放限值的严厉程度与欧美相当这也是我国二氧化硫排放基数太大而环境容量有限的必然选择不同燃煤硫含量不同排放要求时所需要的估算脱硫效率如下表所示表不同煤种硫含量对应的脱硫效率排放标准硫含量注一般煤含硫对应烟气二氧化硫浓度为上表以计对燃煤硫分在以上的高硫煤机组来说新机组脱硫效率必须达到左右老机组的脱硫效率也必须达到以上对燃煤硫分在的中硫煤机组来说大部分地区新建机组必须选择以上脱硫效率的工艺而老机组可选择左右的工艺对燃煤硫分在的低硫煤机组来说新建机组脱硫效率必须达到以上老机组可在左右对于重点地区脱硫效率必须达到才能满足的排放要求烟气脱硫的环保政策和新的排放标准的实施将对烟气脱硫市场及工艺技术发展方向产生重要引领作用目前我国火电厂脱硫领域的主流工艺是湿式石灰石石膏法占市场份额的以上钢铁行业烧结机脱硫则是以石灰石石膏法氨法循环硫化床法为主多种工艺都有应用化工行业氨法则占据了较大市场份额国内外已经成熟的脱硫工艺技术有很多种但随着我国大气污染排放标准的日趋严格及发展循环经济的需要我国烟气脱硫工艺技术路线现有格局将逐步发生微妙变化将呈现由石灰石石膏法占据绝对主导地位向多种烟气脱硫工艺技术路线共同发展的趋势满足更严格排放标准具有更稳定高效的脱硫效率脱硫副产物可资源化的烟气脱硫工艺技术将代表未来发展方向并将得到更多工程应用二烟气脱硫相关技术政策及规范国家环保部年环发号文燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策修订征求意见稿推荐的脱硫主导技术路线为石灰石石灰石膏法海水法氨法和循环流化床法并提出了不同的鼓励应用范围国家环保部年环发号文公布燃煤电厂污染防治最佳可行技术指南试行推荐石灰石石灰石膏法回收型氨法烟气循环流化床法三种脱硫工艺为二氧化硫污染防治最佳可行技术烟气脱硫工艺设计应遵循的工程技术规范有火电厂烟气脱硫工程技术规范石灰石石灰石膏法适用于及以上锅炉脱硫效率不低于火电厂烟气脱硫工程技术规范烟气循环流化床法适用于锅炉脱硫效率不低于火电厂烟气脱硫工程技术规范氨法适用于及以上机组脱硫效率不低于氨逃逸浓度低于氨回收率不小于以及工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范国家环保部年第号公告公示了国家先进污染防治示范技术名录和国家鼓励发展的环境保护技术目录其中氨法脱硫技术被列为燃煤电厂烟气脱硫的示范技术石灰石石灰石膏法烟气循环流化床干法废碱渣液烟气脱硫被列为鼓励发展的脱硫技术年月国家环保部发布了十二五主要污染物总量减排核算细则其中对国内较广泛应用的各种脱硫工艺的综合脱硫效率取值规定如下石灰石石灰石膏法海水法和氨法脱硫的综合脱硫效率最高可达到循环流化床等半干法脱硫工艺镁法和双碱法脱硫工艺综合脱硫效率原则上不超过以上原则实际也是对目前我国脱硫工艺脱硫效率和实际运行情况的一个经验总结根据以上国家烟气脱硫相关技术政策石灰石石灰石膏法脱硫工艺和氨法脱硫工艺属于湿法脱硫脱硫效率高减排效果显著是国家重点鼓励支持发展的工艺技术路线三影响烟气脱硫工艺技术路线选择的主要因素烟气脱硫工艺技术路线选择涉及技术经济总量减排法律法规等多方面因素应重点参考以下几个方面排放标准要求满足排放标准是基本要求不论是新修订的火电厂排放标准还是现行或即将修订的钢铁水泥行业排放标准都是国家强制性标准烟气脱硫工艺必须满足达标排放的要求技术政策要求应满足国家相关烟气脱硫技术政策工程技术规范等要求以便在项目立项可研环评设计各阶段顺利通过环境保护审批总量控制和按排污量收费要求企业扩大规模各地招商引资发展经济的热情不减但项目建设的前提之一是有环境容量指标而指标有富余的地方或企业已很少总量指标只有靠进一步的减排来获得根据排污权可转让的原则减少二氧化硫排放也可获得明显的经济收益因此最大可能的提高脱硫效率也是工艺选择的重要考虑因素我国目前的排污收费原则是排污即收费每吨二氧化硫的排污费已经上涨到元吨一个中型火电厂年产生二氧化硫以万吨计算脱硫效率每增加可减少排放量吨减少排污收费万元因此脱硫效率的提高对改善企业的运行效益也有明显的影响可靠性要求国家环保部环办号文明确要求火电企业铅封或取消烟气旁路作为提高二氧化硫减排效果的主要措施并将在十二五期间得到进一步的贯彻执行这对脱硫装置的运行可靠性提出了更高的要求没有大型工程化的业绩没有连续稳定运行可靠数据的脱硫工艺也难以得到市场认可循环经济要求发展循环经济将是我国今后长期的经济发展之路脱硫工艺的选择应在去除二氧化硫的同时尽量避免或少产生二次污染实现副产物综合利用将是对脱硫工艺的更高要求传统的大量产生固废的脱硫工艺不符合循环经济的要求其发展也将在十二五期间受到一定制约总之脱硫效率高运行可靠符合循环经济的要求的脱硫工艺技术才能满足十二五新形势的要求四我国主要脱硫工艺技术应用现状我国上世纪年代中期就开始了控制二氧化硫排放的工艺技术研究通过三十多年的自主研发与引进国内已经投入工业运行的脱硫工艺技术多达几十种脱硫工艺根据脱硫剂形态分为干法半干法及湿法干法和半干法具有投资省能耗低的特点在中小型燃煤锅炉领域占据一定的市场份额但其脱硫效率通常不高于因此针对国家日趋严格的排放要求其市场空间受到限制只适用于较低的燃煤硫含量的条件湿法脱硫可以达到以上的脱硫效率将是今后我国脱硫工艺技术发展的主要方向根据脱硫剂的性质湿法可分为石灰石石膏法海水法氨法双碱法镁法有机胺法等石灰石石膏法石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺最早从国外引进因工艺成熟脱硫剂便宜易得等因素成为我国的主流脱硫工艺在全国已投运的烟气脱硫机组中占以上的市场份额石灰石石膏法每年产生的石膏量达到万吨左右综合利用率只有左右其它只能作为固废堆存由此产生环境二次污染问题同时安全隐患加大根据国家工信部发布的大宗工业固体废物综合利用十二五规划石膏固废是我国第一大固废年产生量达到亿吨而综合利用量只有万吨左右年国家将控制石膏的固废产生量在亿吨以下综合利用量目标亿吨任务非常艰巨此外由于该工艺以石灰石浆作为脱硫剂受反应活性料浆吸收能力等因素的限制要实现的脱硫效率比较困难海水法海水烟气脱硫技术作为一项成熟可靠的技术在国际上已有近年的成功应用业绩我国上世纪年代末福建后石电厂机组深圳妈湾电厂机组引进海水烟气脱硫技术并投入运行后鉴于其系统简单维护方便不需添加脱硫剂等优点而越来越受到滨海电厂的青睐目前我国已有十多个电厂海水脱硫装置投入运行或在建海水烟气脱硫技术适宜于我国东南部沿海地区及脱硫后海水排放海域扩散条件良好燃用含硫量小于的煤种及及以上新建燃煤发电锅炉建设烟气脱硫设施时选用但该工艺最大争议是烟气脱硫后可能产生的重金属沉积和对海洋环境的影响需要长时间的观察才能得出结论因此在环境质量比较敏感和环保要求较高的区域要慎重考虑氨法氨法是以液氨或氨水为脱硫剂与烟气中的二氧化硫起反应并通过空气氧化最终产物为硫酸铵的脱硫工艺氨为化学合成的纯度较高的化学品其水溶液呈碱性具有脱硫效率高的特点可达到以上脱硫副产物硫酸铵可销售作为化肥使用因此具有循环经济的特点近年来受到国内众多企业的青睐国外氨法脱硫先后有近十套装置投运但受液氨供应不便等因素的限制没有大范围的推广我国目前已有四十多家企业投运了近百套氨法脱硫装置分布于热电联产机组电厂钢铁等行业还有多家企业的氨法脱硫装置在建设中其它脱硫工艺双碱法工艺是为了克服石灰石石膏易结垢的缺点而发展起来的该工艺理论上也可达到以上的脱硫效率但该工艺流程较长石膏中残留部分烧碱或纯碱造成难以综合利用目前国内有部分中小工业企业的自备电站采用了该工艺镁法脱硫也可达到以上的脱硫效率日本和我国的台湾建设有多套镁法脱硫装置但大都采取的是抛弃法即脱硫副产物亚硫酸镁抛弃到海里造成运行成本较高我国硫酸镁的市场空间较小年消费量不足万吨而工业硫酸镁的产量高达万吨回收型镁法脱硫需要解决脱硫副产物市场去向的问题有机胺法是在化工行业脱除硫化氢的工艺上发展起来的也可达到以上的脱硫效率目前我国第一套工业化有机胺脱硫工程正在贵州福泉电厂级机组建设中预计年内投产总投资近亿元该工艺流程长需配套下游硫酸装置一次投资较大其经济性和运行可靠性有待工程投产后的检验如果技术取得成功比较适合高硫煤及电厂附近有较大硫酸需求的场合生物脱硫是利用烟气中的通过水膜除尘器或吸收塔溶解于水并转化为亚硫酸盐硫酸盐在厌氧环境及有外加碳源的条件下硫酸盐还原菌将亚硫酸盐硫酸盐还原成硫化物然后再在好氧条件下通过好氧微生物的作用将硫化物转化为单质硫从而将硫从系统中去除生物脱硫在我国已有成功工程应用案例且技术发展很具有潜力需要关注的问题是要合理解决烟气温度较高和生物法脱硫常温操作二者之间的矛盾培育更适于烟气脱硫的耐高温的脱硫菌五氨法脱硫工艺特点及应用情况氨法脱硫的工艺特点脱硫效率高燃煤硫份波动适应性强吸收剂氨为碱性强纯度高的化学品吸收烟气中的是气液两相反应因此氨法反应速率快反应完全吸收剂利用率高对二氧化硫的吸收能力高于其他工艺工程实例证明即使对于中高硫煤氨法脱硫也可以达到的脱硫效率氨完全溶于水在不改变液气比的情况下很容易增加吸收剂的吸收能力满足硫份波动时的脱硫要求这对燃煤来源较多煤质不稳定的电厂有一定的吸引力符合循环经济的要求氨法脱硫脱硫副产物为硫酸铵化肥系统不产生废水废渣氨法脱硫还可采用废氨水作为脱硫剂在治理二氧化硫和废氨污染的同时又能变废为宝真正实现了循环经济运行成本低并可与脱硝实现协同控制氨法脱硫系统阻力低液气比小因此氨法脱硫装置的小时电耗比石灰石石膏法低以上吨氨可脱除约吨二氧化硫生产约吨硫酸铵硫酸铵作为一种农用化肥有较高的经济价值能够显著降低装置的运行费用煤的含硫量越高副产品硫酸铵产量越大脱除单位的运行费用越低同时煤炭采购费用也将降低环保效益经济效益一举两得氨法脱硫的同时具有左右的脱硝效果还可与等脱硝工艺公用一套液氨供应系统减少占地和投资氨法脱硫与脱硝可实现协同控制氨法更容易实现长周期稳定运行氨法的脱硫剂中间副产物及最终产物均属易溶于水对设备的磨损以及引起的堵塞风险都明显降低且氨法脱硫没有制粉制浆废水处理等工序流程更为简洁因此更容易实现长周期稳定运行氨法脱硫符合我国国情液氨是我国最大宗的煤化工产品年的产能超过万吨产量接近万吨我国仍有近家合成氨企业广泛分布于全国各地目前在建的合成氨装置产能仍有数百万吨因此我国的氨源供应条件优越完全可以满足脱硫脱硝等行业对工业氨的需求硫酸铵是含有硫养分的氮肥深受我国缺硫地区以及复混肥生产企业的喜爱中国化工信息中心的研究表明中国的硫酸铵市场需求潜力在万吨以上而目前的产量只有万吨左右因此硫酸铵在我国的市场潜力广阔氨法脱硫的应用推广情况我国对氨法脱硫技术的探索始于上世纪九十年代年氨法脱硫技术被列为国家科技重点攻关项目并列入十五项目年国家发改委中国电力企业联合会氨法脱硫技术考察团赴美国进行考察后建议中国建设氨法烟气脱硫示范工程此后随着氨法脱硫工艺自身的不断完善和改进氨法脱硫已进入工业化应用阶段年中国电力联合会受国家发改委和环保部委托召开的氨法脱硫技术现场评议会对氨法脱硫的技术成熟性给予了充分的肯定年为了促进氨法脱硫技术规范化发展国家环境部组织编制并公布了火电厂烟气脱硫工程技术规范氨法目前国内已有四十多家企业投运了近百套氨法脱硫装置典型的工程业绩包括电力行业的广西田东电厂机组华能山东众泰电厂机组等化工行业的中石化扬子热电锅炉中石化湖北化肥厂锅炉中石化齐鲁石化热电厂锅炉浙江巨化热电厂等钢铁行业的山东潍坊钢铁山东富伦钢铁等在建的大型装置有大唐内蒙克旗煤制天然气项目锅炉烟气氨法脱硫项目大唐阜新煤制天然气项目锅炉烟气氨法脱硫项目等目前氨法脱硫技术已成功应用于不同规模的电力企业化工企业和钢铁企业包括万千瓦以上机组的电力企业多项工程实际运行案例表明氨法完全可适用于电力企业大型机组的脱硫需求我国合成氨生产企业数量多分布面广合成氨产量位居世界第一氨源丰沛同时我国又是世界氮肥第一大国土壤严重缺硫硫铵能够产生良好的经济效益具有较大的市场潜力面对十二五二氧化硫减排的严峻形势面对更严厉的排放标准和总量控制要求对火电厂钢铁行业水泥石化煤化工等行业带来巨大环境保护压力但对环保产业而言则呈现出巨大的市场需求烟气脱硫企业既面临工艺技术发展的挑战又充满难得的历史发展机遇氨法脱硫作为适合我国国情的高效绿色脱硫技术将得到大力推广应用