我国燃煤工业锅炉烟气脱硫的发展趋势.docx

中国燃煤工业锅炉烟气脱硫的现状及发展趋势

张慧明

[内容摘要] 本文对我国燃煤工业锅炉烟气脱硫技术进行了回顾与展望。90年代我国成功地研究与开发出多种燃媒工业锅炉烟气脱硫技术及设备，在防腐、耐磨、防结垢、防堵塞等方面取得了突破性的进展。我国研究及开发的烟气脱硫技术具有脱硫效率较高，价格低廉，能耗低的特点。近年来，各种烟气脱硫技术已陆续进入市场。未来，我国燃煤工业锅炉烟气脱硫技术的发展趋势是：一种在现有的基础上完善和提高、大型化，自动化，简单化，适应性强，设计及制造规范化的烟气脱硫设备将成为燃煤工业锅炉一种不可缺少的辅机装置。
[关 键 词] 燃煤工业锅炉，煤炭，烟气，二氧化硫，烟气脱硫。

1. 引言
自80年代初以来，随着我国经济迅速持续地发展，我国大气被SO2严重污染。目前，我国煤炭年消耗量为12亿t，SO2的年排放量为2000多万吨。在SO2污染作用下，我国酸雨污染日益严重，生态环境受到严重破坏。削减SO2的排放量，防治大气SO2污染，已成为当今我国普遍关注的社会热点问题。
我国大气中的SO2，94%来自煤炭燃烧，其中，燃煤工业锅炉SO2的排放量为750万吨，占煤炭燃烧SO2排放量的36.5%。统计表明，燃煤工业锅炉是我国大气SO2污染最大的污染源。显然，控制燃煤工业锅炉大气SO2污染，对控制我国大气污染具有极其重要的意义。
燃煤工业锅炉，是我国量大面广的热能动力设备。目前，我国燃煤工业锅炉拥有60多万台，其特点如下：燃煤消耗量多，SO2排放量大；以燃煤为主，煤炭多为高灰分高硫煤；锅炉容量小，热效率低；烟筒低矮，含硫烟气低空排放；布局分散，遍及全国各地；管理水平低下，机械化及自动化程度低。燃煤工业锅炉排放的含硫烟气，温度高，压力低，组成复杂，含有酸性气体，腐蚀性强，回收的产物目前价值不大，净化操作不经济。可见，控制燃煤工业锅炉大气SO2污染的净化操作十分苛刻，要比控制燃煤发电厂锅炉SO2污染困难得多。
近20多年来，我国对燃煤工业锅炉烟尘污染治理，进行了大量而有效的工作，其烟尘污染基本上得到有效的控制。然而，对燃煤工业锅炉SO2污染综合治理，才刚刚起步，研究与开发燃煤工业锅炉烟气脱硫技术的时间还不到10年。
燃煤工业锅炉S02污染防治的方法颇多，如采用天然气及轻柴油等清洁燃料做燃料，燃用低灰分低硫优质煤及工业固硫型煤等。但是，对于控制燃煤工业锅炉大气S02污染，烟气脱硫也不失为一种好方法，而且是一种最普遍最适用的脱硫技术，它符合我国能源结构以煤为主的特点及煤炭品质不高的国情。尤其在缺乏清洁燃料和优质煤而燃用含硫量>1%以上的煤炭时，烟气脱硫技术是控制燃煤工业锅炉的主要途径。

2. 我国燃煤工业锅炉烟气脱硫研究与开发的现状
我国燃煤工业锅炉烟气脱硫起步较早，但发展缓慢。早在50年代初，我国南京永利宁化工厂就在工业锅炉内喷撒石灰，以防治烟气中SO3对锅炉护管及设备的腐蚀，其效果较好。在80年代之前，我国燃煤工业锅炉烟气脱硫的研究及开发，基本上处于停滞阶段。到了80年代末或90年代初，由于我国大气SO2污染及酸雨污染日趋严重，研究与开发燃煤工业锅炉烟气脱硫技术便应运而生。许多部门着手研究及开发燃煤工业锅炉烟气脱硫技术。1995年8月，我国修改后的《中华人民共和国大气污染防治法》的正式出台，SO2在法规上定义为我国重要的必须治理的大气污染物，SO2污染防治及酸雨污染防治纳入法律条文，以法规形式确保SO2污染防治和酸雨污染防治。随着《中华人民共和国大气污染防治法》的贯彻和执行，在很大程度上促进了燃煤工业锅炉烟气脱硫的研究与开发。我国相当多的高等院校，中国科学院的院所，各部委的科研机构，地区的科研部门，环保局的科研院所，以及民营科研机构等，对燃煤工业锅炉烟气脱硫技术纷纷进行研究与开发。参加研究与开发的单位之广，人数之多，时间之长，在我国历史上实属罕见。燃煤工业锅炉烟气脱硫以其存在问题多，治理难度大，而成为我国当今令人关注的热点。由中国环境科学学会发起和主办的三届务实和卓有成效的“全国燃煤锅炉烟气脱硫技术交流会”，把我国燃煤工业锅炉烟气脱硫技术研究与开发，从引进、学习、消化、模拟阶段推进到独立自行研究与开发阶段，进一步推进到富有独创的研究与开发阶段。三届技术交流会，极大地促进了科研单位之间烟气脱硫技术的交流与学习，沟通了科研单位和用户之间的产销关系，促进了烟气脱硫技术及设备进入燃煤工业锅护的市场。可以说，中国环境科学学会，在促进我国烟气脱硫技术研究与开发方面功不可抹。
在90年代不到10年内，我国研究与开发的烟气脱硫技术多达50种以上。时间短，种类多，技术广，在人类烟气脱硫研究与开发历史上也不多见。在研究与开发的50多种燃煤工业锅炉烟气脱硫技术中，包括炉内直接喷石灰/石灰石、沸腾床石灰石和喷雾干燥法等干法烟气脱硫，钙碱法、氨碱法、钠碱法及镁碱法等湿法烟气脱硫。湿法烟气脱硫占95%左右，干法烟气脱硫占5%左右。目前，干法烟气脱硫除个别方法外，仍处于研究及中试阶段，尚未工业化，近期内很难推广应用。湿法烟气脱硫趋于成熟，正处于工业化应用，是当前可行的脱硫技术。湿法又分为除尘脱硫组合—体化设备，和除尘与脱硫分体组合式设备。在研究与开发的50多种烟气脱硫技术中，运行稳定、安全可靠的烟气脱硫技术大约有10种左右，其脱硫效率均能达到国家允许的排放标准。其性能为脱硫效率较高(70～90%)，无二次污染，气水及灰水分离良好，防腐、耐磨，无结垢、无堵塞、运转效率高(>90%)，使用寿命长(10年以上)，能耗低，价格低廉，工艺过程及设备结构简单，操作方便，占地面积小。不到10年内，在烟气脱硫研究及开发中，一向被人们认为难以解决的腐蚀、磨损、结垢及堵塞等棘手的问题，取得突破性的解决，脱硫设备的使用寿命在10年以上，运转效率在90%以上。相当—部分关键技术，如防腐、耐磨、防结垢、防堵塞、灰水分离、气水分离等，达到或接近国际的先进技术。

3. 我国典型燃煤工业锅炉烟气脱硫技术
在90年代里，我国用不到10年的时间，成功地研究及开发出多种燃煤工业锅炉烟气脱硫技术。我国燃煤工业锅炉部分烟气脱硫技术的特性列于表1。

4. 我国燃煤工业锅炉烟气脱硫技术的特点
我国研究开发的比较理想的燃煤工业锅炉烟气脱硫技术与设备，有其共同的优点，也各有独到的长处。
4.1 脱硫效率较高
我国研究开发的燃煤工业锅护烟气脱硫技术及设备，脱硫效率较高，一般可达到60～80%，高的可达到90%以上。净化后烟气中SO2的含量，均符合《锅炉污染物排放标准的要求》，均能达标排放。
4.2 价格低廉
我国研究及开发的烟气脱硫技术及设备，工艺过程及设备结构简单，耗钢量小，成本低，占地面积小，操作费用低，脱硫除尘一体化。每蒸t总投资为0.7～1.5万元；t煤脱硫费用：干法为3～5元，湿法为5～7元。80年代初，我国在天津安装一台从美国引进的5t/h燃煤工业锅炉烟气脱硫样机，总投资100万元，年操作费用10万元。可见，我国研究开发的烟气脱硫设备，投资及操作费用远比国外低得多，符合国情，用户能够承受。
4.3 防腐耐磨，使用寿命长
烟气中酸性物质的腐蚀及烟气和洗涤液的冲刷作用，使设备受到严重的腐蚀和磨损，这是多年来难以解决的棘手问题之一。近年来，我国在烟气脱硫技术中，防腐和耐磨取得了突破性的进展。一些设备内衬特制的耐高温防腐耐磨材料和涂料，其中以铸石居多；也有的采用陶瓷、不锈钢、玻璃钢等，都具有较好的效果。从而，烟气脱硫设备的使用寿命长达10年以上。
4.4 气水分离技术良好，防止引风机和管道腐蚀
净化后离开脱硫设备的气体，常常夹带洗涤液。脱硫后的洗涤液一般呈酸性。气体带水会造成引风机和管道的严重腐蚀。目前，许多脱硫设备都安装了脱水除雾的装置，其效果良好，脱水效率可达90～99%。脱水除雾以旋流板最佳，不锈钢节流网次之。为此，大大延长了引风机和管道的使用寿命，不会降低脱硫效率，也不会造成二次污染。
4.5 灰水分离技术良好，不造成二次污染
洗涤液吸收SO2之后的富液，常常含有烟尘，亚硫酸盐和硫酸盐。合理处理富液，也即灰水分离，往往是烟气脱硫技术成败的关键因素之一。灰水分离，既不浪费资源，又不造成二次污染。目前，我国烟气脱硫灰水分离方法较多，有的是在设备内设有刮板式出灰器；有的是在设备内装有转鼓车水式灰水分离器；有的是在设备外借助沉淀池进行灰水分离；也有的借助龙门挖灰机、循环水泵等设施进行灰水分离。灰水进行分离，而不是将灰水未经处理排放掉，既不造成灰水二次污染，废水又可循环应用，分离后的灰渣又可做为建筑材料、填土等。
4.6 废物资源化，用做吸收剂
目前，我国燃煤工业锅炉烟气脱硫，主要以石灰作脱硫剂，占吸收剂总用量的85%以上，其次也有以碳酸钠、氢氧化纳等作脱硫剂，不到5%。此外，有的应用废碱液、废氨水、废碱渣、锅炉飞灰和冲渣水等作为脱硫剂，大约为10%左右。以废治废，废物资源化，大大降低了烟气脱硫操作费用。如天津—家碱厂以碱渣作基料，添加催化剂制成粉状的吸收剂，净化1000Nm3含硫烟气的费用仅为0.1～0.12元。
4.7 吸收液循环使用
我国研究与开发的燃煤工业锅炉湿法烟气脱硫技术及设备，基本上都采用了吸收液循环使用的工艺过程，耗水量较少，仅仅是高温下水的蒸发量，其值约为20～28kg/Nm3。有的采用自动补水，以防系统无水运行。

表1 我国部粉燃煤工业锅炉烟气脱硫主要特点及使用范围
名称
脱硫机理
脱硫效率
%
除尘效率
（%）
脱硫剂
液气比
（%）
钙硫比
运转效率（%）
特点
使用范围
使用寿命
阻力
Pa
硫化床
脱硫除
尘 器
双硫法硫化 床
80～90
>95
CaO，NaOH
Na2CO3
2.5～3
1～1.2
>90
无结垢 ，无堵塞，高效优质，脱硫效率高
1.0～400t/h
燃煤锅炉
>10年
1200～1500

测喷离心
脱硫器
采用旋流器、截荡器、雾化侧喷和膨胀节强化气液传质

70～80

CaO

0.3～3

1.2

>90
强化传质，反应充分，脱硫效率较高，无结垢，堵塞，运转率高

0.5t～220t/h

10～20年

<260

旋流板塔
脱 硫 除
尘 器
应用旋流板及双碱法除尘剂脱 硫

80

98

CaO，NaOH
或Na2CO3

1.5～3

1.2

>90
高效气液传质，反应充分，脱硫效率高，负荷高，价格低廉，无结垢，无腐蚀，无堵塞

6t/h～130t/h

>10年

<1200

旋涡式脱硫除尘器
集惯性除尘、离心除尘和湿式除尘为一体，湿式净化SO2

>88

97
锅炉冲渣水，加入适量的Ca(OH)2溶液

90
体积小，能耗低，运行费用低，净化效率高，性能稳定可靠，无结垢，无堵塞，创造性地解决了整套设备腐蚀问题

1t/h～75t/h

>10年

600～900

名称
脱硫机理
脱硫效率
%
除尘效率
（%）
脱硫剂
液气比
（%）
钙硫比
运转效率（%）
特点
使用范围
使用寿命
阻力
Pa

冲击式脱硫除尘器
采用湿法冲击式原理除尘及脱硫

>88

>97
锅炉冲渣水和适量
Ca(OH)2溶液

>90
体积小能耗低，运行费用低，价格低廉，脱硫效率高，性能稳定可靠，无结垢，无堵塞，创造性地解决了整套设备的腐蚀问题

2～410t/h
（污染重的锅炉）

>10年

600～900

干湿法脱硫除尘器
脱硫除尘器是由旋流、液膜和筛板塔组成，强化气液传质，脱硫效率高

80

92～98

CaO

0.3～0.5

1.1～1.2

>90

强化气液传质，脱硫效率高，气水分离良好，防腐耐磨，无结垢，无堵塞，闭路循环，无二次污染

1～10t/h

>10年

1200

复式烟气脱硫除尘
器
脱硫器直接加装在多管式旋风除尘器之后

>80

>97

CaO

0.3～0.5

1.1～1.2

>90
强化气液传质，脱硫除尘效率高，防腐，耐磨，无结垢，无堵塞，无二次污染

1～10t/h

>10

1200

名称
脱硫机理
脱硫效率
%
除尘效率
（%）
脱硫剂
液气比
（%）
钙硫比
运转效率（%）
特点
使用范围
使用寿命
阻力
Pa
高传质旋流塔板脱硫除尘器
利用旋流塔板并强化气液传质，高效脱除SO2及烟尘

>75

>99
Ca(OH)2、冲渣水、灰水作脱硫剂

0.3～0.4

1-1.5

>90
创造性地提高了旋流塔板的雾化效果和防结垢能力，设备及管道，无结垢、无堵塞、气水分离效果良好

2～670t/h

>6年

1200
干法锅炉脱硫除尘器
利用喷雾干燥技术脱除烟气中的SO2

>95

75～96

含碱废水
废氨水

>90
没有污水排放等二次污染问题，副产品可做农用化肥，设备阻力小，战地面积小，操作使用方便，投资少，操作费用低

1～35t/h

>10年

100
冲击式脱硫除尘器
采用冲击式原理脱硫及除尘

70

>95

CaO

>90
灰水分离及气水分离好，对引风机及管道无腐蚀，解决了高温下磨损和腐蚀问题，无二次污染，易操作，自动化程度高

0.5t/h～20t/h

>10年

>1200

4.8 自动化程度较高，保证正常运行
有的设备配置了流量监控器，保证液气比按给定参数运行；有的在设备上安装了喷嘴监控仪表，可及时发现喷嘴结垢堵塞后及时排除，确保喷嘴正常工作；有的设备安装了PH报警器，当PH值小于8时，发出音光报警，以防吸收液在酸性下无效脱硫操作；有的设备设置了自动添加脱硫剂的装置，按给定的PH值自动将料斗内的脱硫剂加入供液系统，脱硫反应操作始终在恒定的PH值下进行操作，这不仅使脱硫效率稳定，便于管理，还确保设备正常运行。

5. 我国燃煤工业锅炉烟气脱硫存在的问题
目前，我国燃煤工业锅炉烟气脱硫技术及设备的应用尚属起步阶段，从使用情况看还存在一些以下的问题。
5.1 运转效率低
我国现有已进入市场的烟气脱硫设备，总体上运转效率差。设备安装后，未经使用当摆设的，约占15%，设备运行不正常或带病运行的约占40%；设备效果差或无效果的约占35%；设备稳定运行约占10%。因此，要为燃煤工业锅炉选择烟气脱硫技术与设备时，一定要谨慎。
5.2 粗制滥造，技术水平低下
有的设备粗制滥造，达不到设计技术要求；防腐及耐磨衬里和涂料性能差，达不到高温下防腐耐磨要求；设备涂饰、衬里技术差，前处理不严格，造成涂料及衬里从脱硫器内壁上剥落；除雾脱水差，造成引风机严重腐蚀；运行参数（如液气比，PH值等）不能有效地控制，使设备达不到技术指标的要求；设备运行无人管理或管理不善，设备常常是无效运行，或应付“检查”。

6. 我国燃煤工业锅炉烟气脱硫的发展趋势
未来，我国燃煤工业锅炉烟气脱硫技术的发展趋势如下：
6.1 优化组合，改善和提高
根据我国近十年来燃煤工业锅炉烟气脱硫技术研究与开发的状况，有突破性的进展，但良莠不齐，有喜有忧。对现有的比较理想的脱硫技术，应认真筛选，优化组合，从高起点出发，进—步改善和提高，争取在较短的时间内研究及开发出优质高效、经济配套、性能可靠、不造成二次污染、适合国情的全新的烟气脱硫技术，并尽快推广应用到SO2污染治理实践中。
6.2 设备规模大型化
由于诸多原因，我国近十年来研究及开发的烟气脱硫设备，大多数为1～10t/h燃煤工业锅炉配套研究开发的。随着燃煤工业锅炉的大型化，20t/h～40t/h的燃煤工业锅炉的比例有所提高，现有的烟气脱硫设备的容量，远远不能满足目前燃煤工业锅炉大容量的需要，为此烟气脱硫设备的容量应大型化，以满足20t/h～40t/h燃煤工业锅炉烟气脱硫的需要。目前，用于20t/h燃煤工业锅炉的配套烟气脱硫设备，多数是由两个10t/h锅炉配套的烟气脱硫设备并联组成的。这样，占地面积大，投资显著增加，操作不便，配管技术也较麻烦。
6.3 操作自动化
目前，我国燃煤工业锅炉烟气脱硫操作基本上是手工操作，脱硫设备不能按设计给定的参数操作运行。因此脱硫效率不高。为此，脱硫设备要提高脱硫效率，降低能耗，操作应自动化进行。如安装流量监控仪、喷嘴监控仪、PH报警器、液气比监控仪等。
6.4 工艺过程及设备结构简单化
烟气脱硫设备仅是燃煤工业锅炉的辅属设备，它不是一个“化工厂”，也不同于燃煤发电厂大型烟气脱硫成套装置。为了经济和便于管理及操作起见，燃煤工业锅炉烟气脱硫工艺过程及设备结构应尽可能地简单化。例如，采用优质粉状石灰，石灰直接加入脱硫设备内，去除配制石灰浆液池，沉淀池，去除输送石灰浆液泵。所有的脱硫工艺过程，在一个结构简单的设备内完成。这样的脱硫技术及设备，成本低，操作费用低，便于管理及操作，深受用户的青睐。又如，去除脱湿塔，而在脱硫器的上部增加雾水分离器。
6.5 适应不同的煤种
目前，烟气脱硫设备多适用于燃煤含硫量2～2.5%以下的煤种；对于含硫量高于2.5%的煤种，脱硫效果较差。为此，要提高脱硫设备对硫含量不同煤种的适应能力，既适用于中低硫煤烟气脱硫，又适用于高硫煤（硫含量为2.5%～5%）的烟气脱硫，大大拓宽烟气脱硫的适应范围。
6.6 设计及制造规范化
目前，相当一部分的烟气脱硫设备设计及制造技术很不规范，属于粗放型的设计和生产。造成外观不漂亮，技术低下，脱硫效率低等。为此，烟气脱硫设备设计及制造技术，要规范化，设计要遵守设计标准及规范，切不可随心所欲地设计，外观设计也应求美。生产及制造要严格遵守规章制度进行操作，技术到位，操作到位，程序到位，管理到位。切不可应用粗放型的方式，生产及制造脱硫设备。设计生产制造的脱硫设备，应是优质高效、性能可靠、外观漂亮的设备，并经国家有关部门认可后方能生产销售。

7. 结语
7.1 自80年代初以来，随着我国经济迅速、持续地发展，煤炭年消耗量及SO2的年排放量逐年增加，我国大气SO2污染相当严重，成为世界上SO2严重污染的少数国家之一。
7.2 统计表明，燃煤工业锅炉是我国大气SO2污染最大的污染源，煤炭消耗量多，SO2排放量大。控制燃煤工业锅炉大气SO2污染，对控制我国大气污染具有极其重要的意义。
7.3 烟气脱硫技术是控制燃煤工业锅炉大气SO2污染的最普遍及最适用的技术，它符合我国能源结构以煤为主的格局和煤炭品质不高的国情。尤其是在缺乏清洁燃料和低灰分低硫优质煤而燃用含硫量1%以上的煤炭时，烟气脱硫技术是控制燃煤工业锅炉大气SO2污染的主要途径。
7.4 90年代，我国研究开发的燃煤工业锅炉烟气脱硫技术多达50多种，但稳定运行、安全可靠的大约有10种左右。其性能为：脱硫效率较高，工艺过程及设备结构简单，占地面积小，运行及操作简便，无二次污染，运转效率高，价格低廉，能耗低，并已进入市场，深受用户的青睐。
7.5 90年代，我国在烟气脱硫技术及设备研究及开发中取得了突破性的进展，一向困扰和难以解决的棘手问题，如腐蚀、磨损、结垢、堵塞等问题，得到解决。从而，烟气脱硫设备的运转率可达90%以上，设备的使用寿命可长达10年以上。
7.6 在90年代不到10年里，我国成功地研究及开发出的多种燃煤工业锅炉烟气脱硫技术，为我国大气SO2污染防治，适时地提供了有效的控制手段。这些烟气脱硫技术，不仅可用于燃煤工业锅炉，也可用于燃煤工业窑炉。可以预料，我国大气SO2污染有望得到控制。
7.7 未来我国燃煤工业锅护烟气脱硫技术，发展趋势如下：对现有的烟气脱硫技术继续完善和提高，容量大型化，操作自动化，工艺过程及设备结构简单化，对煤种适应性强，设计及制造规范化，烟气脱硫设备将会成为我国燃煤工业锅炉一种不可缺少的辅机装置。
7.8 在人类研究及开发烟气脱硫技术及设备中，美国、日本及德国在研究及开火力发电厂大型燃煤燃油锅炉烟气脱硫技术及设备．做出了卓越的贡献；而我国在中小型燃煤锅炉烟气脱硫研究及开发，特别是在燃煤工业锅炉烟气脱硫研究与开发，也做出了卓越的贡献。我国研究及开发的中小型燃煤工业锅炉烟气脱硫技术，对发展中国家及中小型锅炉以燃煤为主的国家，具有极其重要的意义。

作者简介：张慧明
中国环境科学学会大气环境委员会会员
《全国烟气脱硫技术网络领导小组》成员
大气污染控制工程和烟气脱硫工程硕士研究生导师
亚洲酸雨和减排专家
中国管理科学研究院特约研究员
通讯地址：青岛市抚顺路11号203号信箱
邮政编码：266033
联系电话：[phone]

参考文献
1. 张慧明，中国能源与大气环境，《中国经济文库》（14），722～723，中央编译出版社，北京，1995。
2. 张慧明，中国大气二氧化硫污染及其防治，脱硫技术，28～35，中国环境科学出版杜，北京，1995。
3．张慧明，中国燃煤锅炉烟气脱硫概论，环境科学进展，1995；5(增刊)：98～103。
4. 张慧明，中国燃煤工业锅炉大气二氧化硫污染及应用工业固硫型煤控制，环境科学进展，1999；7(1)：54～61。
5. 张慧明和范迪，中国燃煤工业锅炉大气二氧化硫污染及其防治（待发表）。
6. 张慧明和范迪，中国燃煤工业锅炉烟气脱硫技术（待发表）。
7. 丁强等，国内工业锅炉烟气脱硫技术评述，烟煤烟气脱硫技术，青岛，1998。