根據(jù)一個(gè)2×330 MW火電工程模擬設(shè)計(jì)方案和計(jì)算數(shù)據(jù)，對活性焦煙氣脫硫技術(shù)在火電廠的應(yīng)用進(jìn)行了綜述和分析，并提出了幾點(diǎn)建議。

0 引言

火電廠SO2排放指控指標(biāo)日趨嚴(yán)格，煙氣脫硫是控制SO2排放所使用的主要手段，目前國內(nèi)外使用的工藝系統(tǒng)主要有：石灰石-石膏法、海水法、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法、循環(huán)流化床以及活性焦煙氣脫硫工藝。

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝在國內(nèi)已普遍應(yīng)用，一般脫硫效率在95%以上，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。但耗水量相對較高?；钚越篃煔饷摿蚪晔艿綇V泛關(guān)注，脫硫效率在95%以上，尤其在資源回收和節(jié)水方面優(yōu)點(diǎn)突出。符合干旱地區(qū)國家節(jié)水政策，尤其對于中國主要產(chǎn)煤區(qū)缺水嚴(yán)重且運(yùn)力緊張的現(xiàn)狀，火電廠煙氣脫硫的節(jié)水技術(shù)尤其重要。

文中以2臺330 MW機(jī)組模擬設(shè)計(jì)方案為例，對活性焦煙氣脫硫技術(shù)和工程方案進(jìn)行論述。

1 活性焦脫硫工藝

1.1 活性焦的吸附反應(yīng)機(jī)理

當(dāng)煙氣中含有足量水汽和 O2 時(shí)，活性焦煙氣脫硫是一個(gè)化學(xué)吸附和物理吸附同時(shí)存在的過程[1]。首先發(fā)生的是物理吸附，然后焦表面的某些含氧絡(luò)合物基團(tuán)是SO2吸附及催化氧化的活性中心，在有水和氧氣存在的條件下將吸附到活性炭表面的SO2最終催化氧化為 H2SO4?？赡艿姆磻?yīng)路徑為：

SO2+H 2O → H2SO3 ，(1)

O2 +H 2 SO 3 → H 2 SO 4 ，(2)

就吸附過程而言，工業(yè)上應(yīng)用較多的是固定床和移動床。其中研究和應(yīng)用較多的是德國和日本。固定床吸附塔(器)吸附再生工藝存在通量小、不連續(xù)、高壓降、再生切換頻繁等問題，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。

1.2活性焦的解吸(再生)反應(yīng)機(jī)理

活性焦的解吸和吸附相比是一個(gè)相反的過程。硫酸存在于活性焦的微孔中,吸附了SO2的活性焦被加熱到400 ℃～500 ℃,蓄積在活性焦中的硫酸或硫酸鹽分解脫附,產(chǎn)生的主要分解物是SO2、N2、CO2、H2O,其物理形態(tài)為富SO2的氣體,在合適的工藝條件下,SO2體積分率可達(dá)到20%以上?？赡艿姆磻?yīng)路徑為：

2H2SO4+CàCO2 +2SO2 + 2H2O，(3)

活性焦的解析過程相當(dāng)于再生過程，在不斷地吸附與解析循環(huán)中,活性焦受到物理和化學(xué)的再生作用,恢復(fù)活性后重復(fù)使用。

1.3活性焦的工藝系統(tǒng)流程

煙氣通過活性焦吸附脫硫裝置被凈化，吸附飽和的活性焦靠重力流至解吸再生裝置，通過加熱使活性焦再生，釋放出的高濃度SO2混合氣體采用現(xiàn)有成熟的工藝技術(shù)可用于生產(chǎn)商品濃硫酸、液態(tài)SO2、結(jié)晶硫磺、硫酸銨等含硫化工產(chǎn)品，再生后的活性焦經(jīng)篩選后由活性焦輸送系統(tǒng)送入活性焦吸附脫硫裝置循環(huán)使用，篩下的少量小顆?；钚越箍勺鳛?a href='http://www.a4301.cn/sell-list/12.html' target='_blank' >鍋爐等的燃料。

1.4 技術(shù)進(jìn)展和發(fā)展現(xiàn)狀

活性焦煙氣脫硫工藝開發(fā)于20世紀(jì)60年代，并于80年代開始工業(yè)應(yīng)用，屬于干法煙氣脫硫工藝。已有數(shù)種方法在日本、德國、美國等國家得到工業(yè)應(yīng)用，其代表方法有日立法、住友法、魯奇法、BF法及Reidluft法等。目前該工藝在國外已由火電廠擴(kuò)展到石油化工、硫酸和化肥工業(yè)等領(lǐng)域。

中國科研和專業(yè)機(jī)構(gòu)多年來也在不斷進(jìn)行研究，并在活性炭制備與改性方面取得了很多實(shí)驗(yàn)成果。山西新華化工廠、寧煤集團(tuán)活性炭公司等公司開始進(jìn)行脫硫活性焦的生產(chǎn)，他們生產(chǎn)的活性焦已出口用于煙氣凈化。

在國家863計(jì)劃的支持下，在貴州宏福熱電廠試驗(yàn)完成了活性焦煙氣脫硫裝置，處理煙氣量178 000 Nm3/h，回收的SO2全部用于生產(chǎn)硫酸，2004年建成。國電清新聯(lián)合德國WKV公司于2008年中標(biāo)神華勝利2×660 MW活性焦煙氣脫硫工程，工程在設(shè)計(jì)中。

2 模擬工程煙氣脫硫方案

2.1 活性焦煙氣脫硫工藝

本工程煙氣脫硫工藝采用1爐配置1套脫硫裝置，包括：煙氣系統(tǒng)、SO2吸附系統(tǒng)、解析再生系統(tǒng)、活性焦輸送系統(tǒng)、電加熱系統(tǒng)和副產(chǎn)品加工系統(tǒng)。

煙氣自除塵器出口引出，進(jìn)入FGD系統(tǒng)吸附塔，脫硫凈化后的煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)通過煙囪排入大氣。吸附SO2的活性焦通過輸送系統(tǒng)進(jìn)入再生塔，用電將其加熱到400 ℃左右再生。再生塔排出的活性焦經(jīng)篩分后，由斗式提升機(jī)提升回吸附塔，脫硫獲得的高濃度SO2的氣體由高溫離心風(fēng)機(jī)抽出，送入工業(yè)硫酸生產(chǎn)裝置。

2.2 活性焦脫硫工藝布置

2臺機(jī)組的脫硫裝置對稱布置，形成爐后標(biāo)準(zhǔn)長方形脫硫布置區(qū)域。順煙氣流向依次布置增壓風(fēng)機(jī)、吸附塔、解析塔，其間布置輸送系統(tǒng)、熱風(fēng)和冷卻風(fēng)機(jī)，兩側(cè)布置制酸車間。

2.3 副產(chǎn)品加工系統(tǒng)

脫硫系統(tǒng)解析出的高濃度SO2氣體經(jīng)過制酸車間處理，采用成熟的制酸工藝，生產(chǎn)出純度為98%的工業(yè)硫酸，生產(chǎn)的硫酸符合GB534-2002中一等品的指標(biāo)。

2.4 主要技術(shù)數(shù)據(jù)

模擬工程的主要技術(shù)參數(shù)簡要計(jì)算結(jié)果如表1：

3 技術(shù)特點(diǎn)分析

3.1 活性焦吸附作用廣泛

活性焦表面的大量微孔隙和表面官能團(tuán)，使得活性焦可以同時(shí)高效地進(jìn)行脫硫、脫硝、除塵和脫除微量的重金屬及有機(jī)化合物,脫硫率達(dá)95%以上,脫氮率達(dá)80%以上?？捎糜趦艋济?、燃油、垃圾焚燒、重油分解和燒結(jié)機(jī)等煙氣。

有研究表明，活性焦脫硫脫硝性能與活性焦的孔隙結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)特性密切相關(guān)，孔容是決定污染物初期脫除率的主要因素，表面官能團(tuán)則在污染物的化學(xué)吸附上發(fā)揮著重要作用，是吸附、催化的活化中心。SO2較NO優(yōu)先吸附在活性焦上，煙氣中O2或水蒸汽的單獨(dú)存在對脫硫脫硝均不會有明顯的影響，當(dāng)煙氣中同時(shí)存在O2和水蒸汽時(shí)，活性焦的脫硫脫硝效果可明顯改善，氨的存在既可將NO還原為N2，又能增強(qiáng)活性焦脫除SO2的效果。

3.2 設(shè)備腐蝕程度輕

煙氣脫硫反應(yīng)在120 °C~140 °C進(jìn)行，出口煙氣溫度在酸露點(diǎn)以上，對出口煙道和煙囪的腐蝕屬于輕度腐蝕，不需要進(jìn)行重度防腐[3]。

但是在吸附和解析過程，產(chǎn)生亞硫酸、硫酸，吸附塔和解析塔設(shè)備防腐還需要考慮，尤其注意在低溫區(qū)域的酸腐蝕。

3.3 高度節(jié)水

脫硫過程不用水，屬于高度節(jié)水的煙氣脫硫工藝。適用于水資源缺乏地區(qū)，尤其適合中國北方主要產(chǎn)煤區(qū)山西、陜北、新疆等地區(qū)嚴(yán)重缺水的國情。

3.4 原料來源廣泛

活性焦生產(chǎn)以煤為原料，來源廣泛，價(jià)格低廉?；钚越箍裳h(huán)使用直至全部消耗為止，運(yùn)行過程產(chǎn)生的焦粉可作為燃料燃燒，不會對環(huán)境造成二次污染。

煙氣同時(shí)應(yīng)用于脫硫脫硝，不會產(chǎn)生SCR脫硝工藝廢棄的催化劑后處理的二次污染問題。

3.5 資源利用

脫硫副產(chǎn)品轉(zhuǎn)化途徑廣，可根據(jù)用戶和市場需求，采用成熟技術(shù)生產(chǎn)硫酸、硫磺或液體SO2等，做到資源充分利用。

4 結(jié)語

針對北方主要產(chǎn)煤區(qū)資源多，水資源缺乏的國情，尋求節(jié)水、脫硫效率高的煙氣脫硫工藝勢在必行?；钚越狗煔饷摿蚬に嚸摿蜻^程基本不用水，特別適合于水資源缺乏地區(qū)，適合中國貧水國情及建設(shè)節(jié)約型社會發(fā)展政策。

該工藝在國外已應(yīng)用到600 MW機(jī)組，并有多臺火電機(jī)組應(yīng)用業(yè)績，國外運(yùn)行電廠有日本的Isogo電廠和德國的阿茨博格電廠，脫硫效率分別達(dá)到95%和98%，特別是阿茨博格電廠活性焦煙氣脫硫裝置1987年投產(chǎn)，現(xiàn)已運(yùn)行近20年，運(yùn)行情況穩(wěn)定，在大機(jī)組采用活性焦煙氣脫硫工藝是可行的。

該工藝具有工藝系統(tǒng)簡單、工藝設(shè)備要求不高，不產(chǎn)生二次污染，活性焦生產(chǎn)原料易得，副產(chǎn)品用途廣泛等特點(diǎn)。該工藝可以實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝一體化，可以同時(shí)脫除SO2、NOX和重金屬，可以滿足進(jìn)一步嚴(yán)格的環(huán)保要求，值得推廣。

由于國內(nèi)活性焦煙氣脫硫工藝起步較晚，國內(nèi)專業(yè)環(huán)保公司對主要系統(tǒng)和設(shè)備的設(shè)計(jì)能力還有待提高。建議與國外公司合作，引進(jìn)成熟的技術(shù)，推廣活性焦煙氣脫硫工藝技術(shù)。