我国SO₂ 控制技术的研究、开发及应用

SO₂控制技术的研究从20世纪初至今已有90多年的历史。自20世纪60年代起，一些工业化国家相继制定了严格的法规和标准，限制煤炭燃烧过程中SO₂等污染物的排放，这一措施极大地促进了SO₂控制技术的发展。进入70年代以后，SO₂ 控制技术逐渐由实验室阶段转向应用性阶段。据洛阳合合工贸的相关人员介绍美国环保署（EPA）1984 年统计，世界各国开发、研制、使用的SO₂控制技术已达184种，而目前的数量已超过200种。这些技术概括起来可分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫及燃烧后脱硫（烟气脱硫FGD）3大类。

一、燃烧前脱硫

燃烧前脱硫技术主要包括煤炭的洗选、煤炭转化（煤气化、液化）、水煤浆技术。

洗选煤是采用物理、化学或生物方式对锅炉使用的原煤进行清洗，将煤中的硫部分脱除使煤得以净化而生产出不同质量、规格的产品。其中煤的物理净化技术是目前世界上应用最广泛的燃烧前脱硫技术，该法可以从原煤中除去泥土、页岩和黄铁矿硫。通过煤的粉碎，使非化学键结合的不纯物质与煤脱离，继而利用构成煤的有机物质（煤的基本微观结构）与密度较大的矿物之间相对密度的不同，或利用两者表面润湿性、磁性、导电性的不同将它们分离。其主要方法有重力法、浮选法、重液体高集法、磁性分离法、静电分离法、凝聚法、旋风分离法等，生产中应用最广泛的是前两种。物理方法工艺简单，投资少、操作成本低，但不能脱除煤中有机硫，对黄铁矿硫的脱除率在50%左右。

煤炭的化学脱硫方法可分为物理化学脱硫方法和纯化学脱硫方法。物理化学脱硫即浮选，化学脱硫方法又包括碱法脱硫、气体脱硫、热解与氢化法脱硫等。碱法脱硫是在煤中加人KOH、NaOH成Ca（OH）;和苛性碱，在一定的反应温度下使煤中的硫生成含硫化合物。气体脱硫是在高温下，用能与煤中黄铁矿或有机硫反应的气体处理媒，生成挥发性含硫气体，从而脱去煤中的硫。热解和氢化脱硫是采用炭化、酸浸和氢化脱硫3个步骤将硫转化为碳化钙，进而转化为可溶的硫氢化钙，分离后达到脱硫目的。

微生物脱硫技术虽然从本质上讲也是 种化学法，但由于其自身的特殊性，可把它单独归为一类。它是把煤粉悬浮在含细菌的气泡液中，细菌产生的酶能促进硫氧化成硫酸盐从而达到脱硫的目的。该类技术具有以下3项突出的优点：

（1）反应能在常温、常压下进行，耗能少，运转费用低。

（2）不会降低煤的发热量。

（3）能脱除煤中有机硫和无机硫，脱硫工艺投资成本低。

目前常用的脱硫细菌有氧化亚铁硫杆菌、氧化硫杆菌、古细菌、热硫化叶菌等。

通过自行研究开发和引进，目前中国的选煤技术已取得了长足的进步，自行研制的选煤设备已能满足年处理能力400万I以下的新厂建设和老厂改造需要。到1997年，全国已有选煤厂和车间（30kl/a 以上）1500 多座，生产能力480ML以上。但目前我国原煤洗选比例还是很低的，仅为30%左右，在主要产煤国中是最低的，这为煤炭行业的洗选煤加工技术及水平带来了较大的发展空间。在国务院批准的《中国洁净煤技术九五计划和2010年发展规划》中，选煤和型煤被列为洁净煤技术的首选项目。

煤的气化，是指用水蒸气、氧气或空气作为氧化剂，在高温下与煤发生化学反应，生成H2、CO、CH. 等可燃混合气体（称作煤气）的过程。煤炭气化不仅能显著地提高煤炭利用效率，而且能极大地碱少污染物的排放，使煤中的硫化物、氮化物等杂质基本上被脱除（脱硫率为90%~99%）。与直接燃煤相比，民用煤气可节煤20%~30%，工业燃料气可节煤15%。

我国煤气化技术的研究开发工作始于1956年，主要分为工业和民用两大类，目前已成功掌握了年产8万i合成氨的德士古炉设计、制造及运行技术，引进的鲁奇气化炉技术也已成功完成了产气量为160万m/h的依兰煤气工程和54万m/h的兰州煤气工程。目前正在消化吸收这类技术，尚未扩大应用。使用更多的气化技术是常压固定床和二段空气气化炉，与世界先进水平相比，还有很大差距。此外，我国进行了直接在地下煤矿使煤气化的研究，并取得了较大的进展。与煤气化相关的洁净煤技术还有整体煤气化联合循环（IGCC）、第二代增压流化床燃烧联合循环发电（PFBC-CC） 和燃料电池（FC） 等，它们皆以煤炭部分或全部气化为基本组成部分，通过燃烧或转化煤气来发电。

煤炭液化是将煤转化为清洁的液体燃料（汽油、柴油、航空煤油等）或化工原料的一种先进的洁净煤技术。煤炭液化分直接和间接液化两大类，在国外技术上已成熟，南非的商业化间接液化厂一直在生产，直接液化中新开发的两种新工艺，即两段催化加氢液化和某油共炼，改善了煤液化的经济性。煤炭液化技术的商业化取决于常规石油的竞争力，据国内外专家分析，可望在2010年前后实现。

我国的石油资源短缺，到2000年，全国石油需求量超过2亿t,目前国内供应已出现缺口，今后石油缺口有可能继续增大。我国煤炭资源十分丰富，发展煤的液化以补充石油产量的不足，是一条重要的带有战略意义的技术途径、

关于煤的直接液化，我国已建立了具有世界先进水平的试验研究室，并优选10种液化性能好的中国煤种，可在此基础上加快液化技术开发。“九五” 计划期间与德国进行技术合作。在云南富煤鋏油地区建立一个年处理170万吨褐煤，年产60万L汽油、柴油的直接液化示范厂，并将投人生产，2010 年后实现商业化生产。煤的间接液化在我国已具备了一定的技术基础，新开发的MET工艺已在山西进行了2000L/u 的中试，“九五”计划期间建立一个间接液化的示范厂，为实现间接液化工业化生产做好技术准备，据预测煤炭液化技术的运用到2020年、2050年会有一定的发展。

燃烧过程中脱硫主要是指当煤在炉内燃烧的同时，向炉内喷入脱硫剂（常用的有石灰、白云石等），脱硫剂一般利用炉内较高温度进行自身煆烧，煅烧产物（主要有CaO、MgO等）与煤燃烧过程中产生的SO2、SO3反应，生成硫酸盐和亚硫酸盐，以灰的形式排出炉外，减少SO2、SO3向大气的排放，达到脱硫的目的。燃烧过程中脱硫反应温度较高，一般在800~125摄氏度的范围内，在这温度下，其反应过程可用以下两段化学反应式来表示。

煤燃烧中，脱硫技术主要有型煤固硫技术、煤粉炉直接喷钙脱硫技术、流化床燃烧脱硫技术3种技术。

（1）型煤固硫技术。

型煤固硫是用沥青、石灰、电石渣、无硫纸浆黑液等做黏结剂，将粉煤经机械加工成一定形状和体积的煤制品。 将粉煤加工成型煤，比燃烧散煤节约能源24%~27%，减少烟尘排放量74%~90%，加入适量的固硫剂，燃烧时SO2的排放比燃烧散煤时减少一半以上。型煤燃烧技术对于占工业锅炉总量70%以上层燃式锅炉及工业窑炉的有害物质排放能起到一定的治理作用，是实现工业炉窑高效、清洁燃烧的一个大有希望的方向。在我国，民用型煤(蜂窝煤、煤球)加工已有成熟技术，但工业型煤技术的发展比较缓慢，其技术开发仍处于分散的低水平状态，对于其推广缺乏有效的组织管理。

近年来，我国相继在重庆、洛阳、贵阳、北京、太原等地建设了工业型煤厂，在集中成型基础上开发的集中配煤、炉前成型技术已在兰州、北京、大泽等地部分推广。目前，我国工业型煤的总生产能力已达550万，较多地用于中小型锅炉上。在国务院批准的《中国洁净煤技术九五计划和2010年发展规划》中，型煤被列为洁净煤技术的首选项目。

（2）煤粉炉直接喷钙脱硫技术。

煤粉炉直接喷钙脱硫技术是在煤粉炉中，脱硫剂选择温度1000C左右的区域（炉膛上方）喷人。由于煤粉炉内直接喷钙脱硫技术的脱硫效率没有湿法烟气脱硫高，因此它曾在较长一段时间内没有得到工业应用，目前一些国家，特别是发展中国家的有关环保法令只要求对燃煤排放的SO2有中等程度的排除，这项技术所具有的投资省、装置简单、便于改造、能满足一般环保要求的特点越来越受到人们的关注。单纯的炉内直接喷钙脱硫效率只能达到30%~ 40%，若再与尾部活化器增湿或在脱硫中添加催化剂等技术相结合，如LI-FAC技术，其脱硫效率可达70%以上，因此具有广阔的发展前景。

（3）流化床燃烧脱硫技术。

流化床燃烧脱硫技术包括常压鼓泡流化床（BFB）、常压循环流化床（CFB）、 增压鼓泡流化床与增压循环流化床（PCFB）燃烧技术。其中前三类已得到工业应用，PCFB燃烧技术尚在工业示范阶段。

CFB燃烧技术是最近发展起来的一种有效的燃烧方式，它具有和煤粉炉相当的燃烧效率，并且由于其燃烧温度低（850~ 950C），正处于炉内脱硫的最佳温度段，因而在不需增加设备和较低的运行费用下就能清洁地利用高硫煤。特别是烟气分离再循环技术的应用相当于提高了脱硫剂在床内的停留时间，也提高了床内脱硫剂浓度，同时床料间，床料与床壁间的磨损、撞击使脱硫剂表面产物层变薄或使脱硫剂分裂，有效地增加了脱硫剂的反应比表面积，使脱硫剂的利用率得到相应的提高。稳定运行时的CFB炉燃烧脱硫效率可达90%以上。该技术现已在国内外得到广泛的应用，大型化是当前CFB锅炉的主要发展方向。

PCFB燃烧技术的出现主要是为了使其能与燃气轮机配套，组成联合循环机组（PF-BC-CC），以提高整个热力循环的效率。一般而言，PFBC 机组效率在38%~42%，脱硫效率在90%以上，同时还具有较强的脱硝能力，因此它也引起了人们的极大兴趣。

20世纪60年代初，我国开始研究和开发CFB燃烧锅炉，至今已经历了4个阶段。第1阶段， 研究开发中小型 流化床工业锅炉，目前全国在用量达3000多台。第2阶段，研究开发电厂用CFB锅炉，目前125MW机组的CFB锅炉国产化技术已完全成熟。2002 年10月19日。保定热电厂450/h国产CFB炉并网发电一次成功，河南新乡、开封电厂的440/h国产CFB机组已于2003年2月并网发电。目前在建成即将建设的125MW等级机组的CFB锅炉已超过30台，国产技术的200MW CFB锅炉示范工程正在进行中，四川白马电厂300MW引进的CFB锅炉机组已于2003年8月28日正式开工建设。第3阶段研制煤气与蒸汽联产锅炉，1994 年投人运行了1台351/h的示范锅炉。第4阶段，研制以流化床气化和燃烧为基础的PFPC联合循环发电技术，目前已在一些电厂进行示范。

烟气脱硫技术主要是利用脱硫剂或吸附剂除去烟气中的SO₂，并使其转化为稳定的硫化合物或硫。

最早的烟气脱硫技术在本世纪就已经出现，近几年来国外对烟气的脱硫，脱硝进行了大量的研究。在工业发达国家，工业脱硫装置的应用发展很快，我国近十多年来也开展了烟气脱硫技术的研究。至今，烟气脱硫的种类非常多，按脱硫的方式和产物的处理形式般可分为干法、半干法和湿法3类。

（1）湿法烟气脱硫技术（WFGD技术）。其主要原理是含有吸收剂的溶液或浆液在湿状态下脱硫和进行脱离产物处理。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。

（2）干法烟气脱硫技术（DFGD技术）。其脱硫吸收及产物处理均在干态下进行，该法具有无污水度酸排出、设备腐蚀小、烟气在净化过程中无明显温降、净化后烟气温高、利于烟气排气扩散等优点，但存在脱硫效率低、反应速度慢、设备庞大等问题，干法烟气脱硫技术由于能较好地回避湿法烟气脱硫技术存在的腐蚀和二次污染等问题，近年来得到迅速发展和应用。

（3）半干法烟气脱硫技术（SDFGD技术）。 半干法间有干法和湿法的- .些特点，是脱硫剂在干状态下脱硫在湿状态下再生（如水洗活性碳再生流程）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具有湿法脱硫速度快、脱硫效率高的优点。又有干法无废水废酸排出、脱硫后产物易于处理的好处而受到广泛的关注。

其实烟气脱硫的这三种方法，之前我们也有给大家详细介绍过，希望通过我们的持续性介绍，大家对于脱硫技术能有更全面的认识。