钙法烟气脱硫工艺技术问题探讨

钙法烟气脱硫工艺技术问题探讨

Discussiononthetechnicalproblemsofcalcuimfluegasdesulfurizationprocess

江得厚,郝党强,王勤,朱丽娜

(河南电力试验研究院,河南郑州　450052)

摘要:国内大量采用钙法烟气湿法脱硫工艺技术治污的同时又产生新的污染。首先是大量副产品脱硫石膏,目前尚未有合适大量综合利用的好方法;其次是消耗大量石灰石会破坏山林植被;反应过程中增加CO2的排放对大气造成污染等。从绿色环保审视,不宜过于集中采用一种脱硫工艺技术,不然将会产生新的生态平衡破坏问题。关键词:烟气湿法脱硫;工艺技术;新污染问题

Abstract:Thenewproblemshavebeenproducedbymassiveapplicationofcalcuimfluegasdesulfurizationtechnologyonpollutioncontrollinginourcountry.Firstproblemisthattheappropriatecomprechensiveutilizationtechnologyoflargeamountofgypsum,thebyproductofthecalciumdesulfurizationprocess,hasnotbeendiscovered.secondproblemisthemassiveconsumptionoflimestonemaydestroythewoodedmountain.TheadditionalCO2emissionmayincreaseairpollution.Theapplicationofonekindofdesulfuriationtechnoloytoointensiveisnotreasonableinthepointofgreenen2vironmentalprotectionorelsenewecologicalequilibriumbreakingproblemsmaybebrought.Keywords:wetfluegasdesulfurization;technology;newpollution

中图分类号:X701.3　　　　　文献标识码:B　　　　　文章编号:1009-4032(2006)06-026-03

　　2003年以来,全国大部分省市都严重缺电,给

电力工业又一次带来发展的机遇,各大电力公司和地市相关企业都纷纷为适应新的形势到来,在各地抢占电源建设点,新上马的火电厂在全国各地迅猛出现,这种供电紧张的局面将在2007年才会有所缓解,但由于GDP年均增长超过7%,经济持续快速增长,需要充足的电力供应,预计2020年,我国全社会用电量将达到4.8万亿kW・h左右,需装机容量约10亿kW,这意味着未来15年间,年均新装机将超过3300万kW,年均用电增长达到1600亿kW・h。其中火电装机容量约6.5亿kW。

2004年全国发电装机容量已达到44070万kW,其中火电装机为32490万kW,发电及供热消耗原煤10.5亿t,火电SO2排放量高达1300万t。2005年全国电力装机突破5亿kW,达到50841万kW,火电达到38413万kW,SO2排放量接近1600万t。根据2004年中国环境状况公报,全国排放SO22254.9万t,全国工业排放SO21891.4万t,火电SO2排放占全国SO2排放量的53.2%,占工业SO2排放量的63.4%。如果以目前的发展状况,预计“十一五”末SO2排放总量将超过2100万t。到2020年底,电力行业的SO2排放量就相当于目前全国SO2排放总量。26

1995年,中国由SO2造成的酸雨损失超过1100

亿元/a,大气污染造成的损失每年约占我国GDP的2%～3%,每排放1tSO2,平均约造成5000元的损失,世界银行根据目前发展趋势预计,2020年中国由于燃煤污染所导致的疾病需付出的代价为3900亿元,占GDP的13%。因各地区经济发展水平和人口密度及污染排放差异,发电大气污染造成的经济损失不同,2010年火电污染损失为1～8分/(kW・h)不等,经济发达水平较高的地区SO2造成的经济损失较大。因此,火电行业新装机组以及现有机组装设脱硫设施是当务之急。但用哪些脱硫工艺更合适,的确需要深入探讨,下面就当前主流的脱琉工艺的一些问题谈谈看法。

1　钙法烟气脱硫带来新的污染

1.1　石灰石2石膏湿法带来的新问题

湿法脱硫占世界安装烟气脱硫机组总容量的85%,其中石灰石法占36.7%,其他湿法技术约占48.3%。到2004年底,我国已有2400万kW燃煤机

组的烟气脱硫设施投运或建成,占火电机组容量的6.8%,约300多万kW机组的烟气脱硫装置正在施工建设。包括已签合同的工程,烟气脱硫机组容量已达到1.2亿kW左右。现有机组经技术改造的烟

2006年　　　　　　　　　　江得厚等:钙法烟气脱硫工艺技术问题探讨　　　　　　　　　　　第6期

气脱硫装置约850万kW,占35.4%,所有投运和在建脱硫工艺中,石灰石2石膏湿法约占90%以上。该脱硫工艺占的比例如此之高是我国现行政策所决定的,因为200MW及以上机组都要采用石灰石2石膏湿法。这种工艺最为成熟,运行较为可靠,但投资高,运行费用高,工艺中存在结垢、腐蚀、磨损等问题,同时也带来其他新的环境问题。从反应式可知,脱硫过程中释放出CO2,消耗大量的碳酸钙,产生大量的副产品二水石膏,它们会造成新的环境问题。

1SO2+CaCO3+O2+2H2O→CaSO4・2H2O+CO2↑

2

1.2　脱硫用大量石灰石将会造成水土流失

理论上脱除1kg硫需要3.125kg的CaCO3。实际石灰石用量可由计算钙硫比的公式反算求得:

CaCO3%Ca32G=××S100S%B

凝剂、石膏板、石膏砌块、模型衬料、脱凝材料等。但

由于脱硫石膏受烟尘含量及未反应的吸收剂等影响,纯度低于90%时就很难作为建材石膏使用。而烟尘浓度又受除尘器效率的影响,除尘器效率又受到煤质、锅炉燃烧工况,磨煤机性能以及燃料煤杂质中的氯化物超过极限值等因素影响,所以,很难使脱硫石膏的品质保持稳定,使得脱硫石膏综合利用市场很难打开,是目前脱硫石膏堆积的原因之一。

(2)我国有丰富的石膏资源,已探明的蕴藏量为570亿t,且天然石膏基本处于无偿开采状态,形成了与脱硫石膏竞争的局面。另据报道,我国化肥工业每年的磷肥石膏多达2000万t,基本上弃置未用。虽然我国每年需用石膏接近1500万t,但是在天然石膏年产1000多万t以及磷肥石膏废弃料的夹击下,脱硫石膏很难被利用。(3)我国电力行业目前建设的烟气脱硫装置几乎100%采用的是钙法,而石灰石2石膏湿法占90%以上。2005年产生脱硫石膏约4730万t,是每年需要石膏量的3倍左右,到2020年,脱硫石膏将达到6210万t,15年累计共产生82289.2万t,而被利用的脱硫石膏少于20%,仍然有65831.36万t要占地填埋,按深埋12m计算,要占地292.78hm2。脱硫石膏量大,目前尚未有适合大量综合利用的途径,在未来除灰场外,火电厂存放脱硫石膏又成为另一个大麻烦。产煤地区火电基地也是天然石膏富产地,供需矛盾更为凸出,所以,从全国整体来看不容乐观,除非有了更好的综合利用方法。1.4　增加CO2排放量对大气造成污染

从反应式中可算出理论上每脱除1kgSO2就会放出0.6875kg的CO2,考虑到钙硫比一般在1.1～1.27,最佳为1.01～1.02,又有过量的CaCO3,再把烟气中少量的HCl和HF考虑进去,有些资料得出脱除1kgSO2,会放出0.7kg的CO2。

以2005年SO2排放1600万t计算,考虑90%采用石灰石2石膏湿法脱硫工艺,就会放出CO21008万t,到2020年SO2排放达到2100万t,仍然有90%装机容量采用石灰石2石膏湿法脱硫,排放的CO2将达到23万t。从2005年开始逐年平均累计,到2020年15年中将因采用石灰石2石膏湿法脱硫多排放CO2累计达17533.5万t,这是十分惊人的数字。当然,有学者会提出质疑,电厂燃煤排放的CO2

比脱硫排放的CO2多得多,即燃烧100kg的煤(平均

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也可直接从下式计算得出实际所需的石灰石量:

100Ca/S×SO2

64G=CaCO3式中CaCO3%为石灰石中CaCO3的质量分数;S%为煤中硫分;转换率取0.9;G为实际石灰石用量,kg/h;B为实际燃料耗量,kg/h;SO2为年二氧化硫排放量,kg。

脱硫率在90%以上时,钙硫比一般取值为1.1～1.2,最佳状态可达1.01～1.02,本文取1.1。2000年煤炭平均硫分为0.9%,现在煤质越来越差,S%取1%(有些资料取1.08%)。我国大部分地区的石灰石品位较低,CaCO3含量仅为75%左右,计算时取75%,则每脱除1kg硫需消耗4.5t石灰石,那么2005年按90%采用石灰石2石膏工艺计,共用石灰

石3666.6万t,2020年将达到4812.53万t,15年平均累计消耗石灰石高达63778.83万t。为了取得石灰石将毁灭山头,破坏大面积的山林和植被,将会出现新一轮生态环境问题,特别是山西、内蒙,河南等省大量建设火电厂,问题更为突出。1.3　脱硫副产物如何处理

(1)石灰石2石膏湿法脱硫工艺可得到含2个结晶水的脱硫石膏,大约是石灰石的1.5倍。这种脱硫石膏虽经真空机干燥仍含自由水10%左右,利用时还需进一步干燥消耗更多的热量,另因其级配不好还应考虑研磨等问题。这种石膏可以在建材行业经加工后应用,基本上可代替天然石膏,可作水泥缓

2006年12月　　　　　　　　　　　电　力　环　境　保　护　　　　　　　　　　　第22卷　第6期

硫分为1%)排放SO21.8kg,排放CO21.26kg,考虑90%的脱硫率,从脱硫工艺中只排放CO21.134kg。

而每吨燃煤中CO2排放率则为:

λGCO2=B×Q×E×KCO2×CO2

式中B为耗煤量,kg;Q为煤炭的单位热值,MJ/kg;

E为单位热值下潜在碳的排放量,t/TJ;KCO2为燃料

有关部门制定了大力支持和发展钙法烟气脱硫产业

和技术政策,国内几十家大的脱硫公司也纷纷重复引进国外20世纪70、80年代水平的各种钙法工艺,形成目前国内火电厂的脱硫局面,脱硫技术几乎清一色的钙法。这种单一脱硫技术,因为量大面广,把这种方法存在的问题累加起来,就明显显示出给生态环境带来的新问题。提出以上的问题和看法主要目的是希望因地制宜地采用和开发新的脱硫方法,例如氨法和非钙基烟气脱硫技术,其中有负载型CuO脱硫脱硝技术,SRT/ISPRA烟气脱硫辅助脱NOx技术,Na化合物作为脱硫剂的联合化学———生

中碳的氧化率;λCO2为CO2与C的质量摩尔比,约为3.667。

我国煤炭的平均数值:Q为21.2MJ/kg;E为24.74t/TJ;KCO2为0.9,由此求得GCO2=1731kg/t;

燃烧1000kg煤时,排放的CO2为173kg,SO2脱除中释放的CO2只占0.655%,但从脱硫设备后增加的CO2的绝对数和累计数来看,却是相当大的数字,而

物脱硫技术、新型活性碳纤维的脱硫技术,等离子体烟气脱硫脱硝技术、NaClO2烟气脱硫脱硝技术,MgO脱硫工艺等。一定要结合当地情况,进行长远的分析,灵活选用各种脱硫工艺,扬长避短,尽量降低和分散对生态环境的影响,真正起到绿色环保的作用。

且每年新增的CO2远超过大自然光合作用和海水吸收淡化的能力。本来燃煤电厂排放CO2数量已相当大,因脱硫新增的CO2无疑是雪上加霜。当温室气体一旦超出人均4t,我国国际履约的费用每年就达到500亿元,这种损失是相当大的。排放值是以煤含硫1%计算的,而这里尚未考虑今后用煤增加,地下深层煤的含硫量会逐年增加。当然,这个数字可能由于煤耗逐年下降所抵消。

1.5　烟气循环流化床等其他钙法脱硫工艺

2　结语

为缓和工业发展对电力的需求,电力工业得到迅速的发展,其中将近70%是火力发电,都需加装

烟气脱硫装置,带动了广阔的烟气脱硫市场,由于我国目前的政策导向,几乎100%都用钙法,其中石灰石2石膏湿法占90%以上,过于单一而集中的脱硫工艺,将会带来新的环境污染和生态破坏问题,从绿色环境角度审视,是否应因地制宜开发和采用多种脱硫工艺,尽量减少带来新的环境问题是至关重要的。

参考文献:

[1]王志轩,潘荔1现有火电厂二氧化硫治理“十一五”规划的基本

钙法中的烟气循环流化床半干法脱硫工艺有CFB、RCFB、GSA以及NID技术等,脱硫剂使用CaO

或Ca(OH)2,同样产生上述问题,因为所用吸收剂仍是由CaCO3烧制得到,反应过程如下:

CaCO3→CaO+CO2↑

每生产1t石灰大约需要200kg的煤,产生3.6kg的SO2气体和346.2kg的CO2,烧制CaCO3时还放

思路[J].中国电力,2005,38(11)58-61.

[2]朱宝田1我国火电行业污染物排放,火力发电的环境成本,二氧

出CO2785.7kg。消耗1785.7kgCaCO3,即要用石灰石2380kg。所以说烟气循环流化床半干法脱硫要用CaO作脱硫剂,只是提前在上一个环节造成空气

污染,使用大量石灰石同样破坏环境和植被。脱硫后的废弃物CaSO4和CaSO3综合利用也同样很难办,大部分只好堆放在灰场和填埋。1.6　选择烟气脱硫工艺要因地制宜

我国有丰富的石灰石矿产资源,所以钙基吸收剂在烟气脱硫中得到广泛应用。由于我国酸雨和SO2污染十分严重,进入21世纪以来,我国对烟气

化硫污染治理技术汇编[C]1中国环境科学学会,20041

[3]郭东明1硫氮污染防治工程技术及其应用[M].北京:化学工业

出版社,20011

[4]郝吉明,王书肖,陆永琪1燃煤二氧化硫污染控制技术手册[M].

北京:化学工业出版社,2001.

[5]张新生,李长春,李光霞.燃煤烟气脱硫[M]1北京:中国地质大

学出版社,19911

[6]胡木成1可资源化烟气脱硫的新路[N]1科技日报,20062012181[7]田贺忠,郝吉明1燃煤电厂烟气脱硫石膏综合利用途径及潜力

分析[J].中国电力,2006,139(2):64-69.收稿日期:2006208209;修回日期:2006210215

作者简介:江得厚(1935-),男,广西贺县人,高级工程师(教授级),从事火电厂除尘脱硫技术研究工作。E2mial:jdh@hnepri.com

脱硫高度重视,加上电力等能源基础设施建设快速发展,迫切需要相关政策法规和实用的脱硫技术。28