煙氣脫硫是電廠控制SO2排放的主要技術(shù)手段，目前已達(dá)到工業(yè)應(yīng)用水平的煙氣脫硫技術(shù)有十余種，大致可以分為干法和濕法，但能在200MW以上大容量機(jī)組使用的成熟脫硫工藝并不多。根據(jù)國內(nèi)、外目前的實(shí)際應(yīng)用推廣情況來看，國內(nèi)、外各大脫硫公司已投運(yùn)的200MW級機(jī)組煙氣脫硫裝置85%以上為石灰石/石膏濕法。在煙氣脫硫產(chǎn)業(yè)快速以發(fā)展的同時，經(jīng)過十多年的運(yùn)行也暴露出一些問題，我國治理煙氣中的二氧化硫污染采取的煙氣脫硫技術(shù)，存在兩大誤區(qū)，于是形成了治理原來的污染又產(chǎn)生新的污染，最終還需要繼續(xù)治理。治理了煙氣中的二氧化硫污染，但是沒有想到由此產(chǎn)生的脫硫石膏怎么處理，這樣造成二次污染。這是人們認(rèn)識上的第一大誤區(qū)。
據(jù)調(diào)查，我國目前采用的煙氣脫硫技術(shù)，主要是濕式石灰石石膏法工藝和設(shè)備。這一技術(shù)雖然對減輕煙氣中的二氧化硫污染起到了一定的作用，但是同時又產(chǎn)生了硫化石膏副產(chǎn)品。濕式石灰石石膏法設(shè)備每處理一噸二氧化硫產(chǎn)生脫硫石膏2．7噸。預(yù)計(jì)到2010年，我國堆存的脫硫石膏和其他石膏副產(chǎn)品將超過1億噸。由于脫硫石膏質(zhì)地松散，其優(yōu)點(diǎn)無法與礦石膏相比，所以導(dǎo)致脫硫石膏被拋棄處理，占有了上百萬畝的土地。被拋棄的脫硫石膏長久散發(fā)著余毒：經(jīng)太陽暴曬后，蒸發(fā)出刺鼻的酸味；揮發(fā)后的酸性物質(zhì)又加重了酸雨的危害；雨天堆積的“脫硫石膏山”隨時都會倒塌下來，沖擊道路和村舍；經(jīng)雨水沖刷后的脫硫石膏滲入土地、農(nóng)田，污染地下和地表水，從而進(jìn)入我們的食物鏈。專家認(rèn)為，煙氣脫硫技術(shù)雖然轉(zhuǎn)換了污染的形態(tài)，但是形成了脫硫石膏這種危害嚴(yán)重的污染源，如果不采取積極有效的措施，它釋放的有害物質(zhì)將誘發(fā)對人體造成極大傷害的新病情。
認(rèn)識上的第二大誤區(qū)是治理了煙氣中的二氧化疏污染，但是又新增加了大氣中的二氧化碳排放量，產(chǎn)生了新的污染。
調(diào)查還表明，濕式石灰石石膏法煙氣脫硫技術(shù)，處理1噸二氧化硫要排放0.72噸二氧化碳。以我國現(xiàn)在消耗含硫礦物的總量計(jì)算，采用這種方法除硫，每年要新增加二氧化碳幾千萬噸。遠(yuǎn)超過大自然光合作用和海水吸收淡化的能力。二氧化碳在地如CO2、脫硫石膏、水耗、部分工程質(zhì)量不過關(guān)、脫硫設(shè)施投運(yùn)率低、運(yùn)行效果差、脫硫行業(yè)技術(shù)規(guī)范不完善等問題。本文就現(xiàn)階段脫硫出現(xiàn)部分問題進(jìn)行討論。
1國內(nèi)火電廠脫硫現(xiàn)狀
當(dāng)前國內(nèi)電廠實(shí)用的脫硫技術(shù)主要有三種：濕式石灰石/石膏法(濕法)，噴霧干燥脫硫法(半干法)，循環(huán)流化床法(干法)。石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)是目前世界上技術(shù)最為成熟、應(yīng)用業(yè)績最多的脫硫工藝，應(yīng)用該工藝的機(jī)組容量約占電站脫硫裝機(jī)總?cè)萘康?5％以上，應(yīng)用單機(jī)容量已達(dá)1000MW。其脫硫副產(chǎn)物—石膏一般有拋棄和回收兩種方法，主要取決于市場對脫硫石膏的需求、石膏質(zhì)量以及是否有足夠的堆放場地等因素。國家相關(guān)職能部門在組織國內(nèi)專家充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出指導(dǎo)性意見：在新、擴(kuò)、改300MW機(jī)組FGD上或要求有較高脫硫率時，采用石灰石-石膏濕法技術(shù)。在火電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程中，也作了同樣的規(guī)定。可以說石灰石-石膏法在國內(nèi)脫硫市場上應(yīng)用最廣的脫硫技術(shù)。
2存在的問題
2.1 CO2問題
石灰石-石膏法在脫硫過程中，不僅脫除SO2氣體還排放出CO2氣體，理論上每脫除1噸SO2則排放出0.72噸CO2。我國2006年排放的SO2總量約2680萬噸，假如按脫除80% 的SO2、85%的機(jī)組采用石灰石--石膏法計(jì)算，則2000年僅脫硫一項(xiàng)排放CO2高達(dá)1550萬噸。
CO2是典型的溫室氣體，在所有的溫室氣體中CO2占總體積的50%，由此可見，大氣中CO2的含量直接影響到全球氣候的變化。一百多年來，全球氣候趨于變暖，與大氣中CO2的含量不斷增加呈正相關(guān)，從已有記錄的資料來看：全球中CO2在大氣中的濃度不斷增加，例如1850年前后，當(dāng)時全球大氣中CO2平均濃度約280PPm，到了1970年全球大氣中CO2濃度增加到320PPm，而到了2000年全球大氣中CO2濃度已上升到375PPm，一百多年來大氣中CO2的濃度增加了30%。據(jù)估計(jì)：大氣中CO2濃度年遞增率為：0.4%，與此相對應(yīng)的是全球溫度平均上升了0.6℃。
全球氣候變暖，將是一場全球性的生態(tài)災(zāi)難，它將會導(dǎo)致南、北極冰川融化；海平面上升，氣候帶北移，物種及其種群減少，病蟲害加重，人類未知疾病增加，給社會濟(jì)經(jīng)帶來不可估量的災(zāi)難，是人類社會的一場生態(tài)大劫難，我們切不可等閑視之?！?br />
目前世界上美國CO2排放量最多，約占總量的22%、其次是我國約占12%，按我國目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，超過美國成為世界第一只是時間問題。雖然礦物燃料燃燒是大氣中CO2濃度增加的主要因素，但也不能忽略越來越多石灰石－石膏法脫硫設(shè)施對其排放的貢獻(xiàn)?！?br />
2.2脫硫石膏處置問題
脫硫石膏是燃煤企業(yè)為了去除煙氣中的SO2而產(chǎn)生的另一種工業(yè)副產(chǎn)品，理論上每脫除1噸SO2，生成約2.2噸脫硫石膏，如果按石灰石的純度90%；惰性物4%；碳酸鎂6%，10%含水率，Ca/S=1.05計(jì)；再加上鍋爐飛灰，則約生成約2.7噸的石膏混合物。
脫硫過程的最終產(chǎn)物主要是石膏，其中CaSO4·2H2O含量一般在90%左右，呈灰（黑）色粉未狀，其主要雜質(zhì)為CaCO3、MgCO3、惰性物質(zhì)和粉煤灰等，由于雜質(zhì)含量過高而呈灰（黑）色，故石膏的綜合利用卻存在著多方面的制約，這又是本方法中最不利的因素。
目前脫硫石膏的應(yīng)用主要用于水泥緩沖劑，但水泥生產(chǎn)中僅能摻入約5%，且脫硫石膏中尚含有10%的附著水份，而且沒有烘干石膏中的水份，由于水泥廠以往所采用塊狀天然石膏作緩沖劑，其生產(chǎn)設(shè)備如料倉、輸送設(shè)備及計(jì)量設(shè)備等都是為適應(yīng)塊狀物料物料而設(shè)計(jì)的，當(dāng)使用含10%的脫硫石膏時，會出現(xiàn)棚料、下料不暢等問題，而造成設(shè)備堵塞。據(jù)統(tǒng)計(jì)目前我國脫硫石膏的利用率不超過10%，脫硫石膏越積越多處理已成難題。
石灰石－石膏法雖然對減輕SO2污染起到了一定的作用，但所產(chǎn)生的脫硫石膏這樣的副產(chǎn)品，而這些脫硫石膏含有大量雜質(zhì)，松如豆腐渣。其抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等都無法與天然石膏相比，再利用的價值不大。最終不得不作拋棄處理，堆積如山。占用大量土地，而這些被拋棄的脫硫石膏天長日久、風(fēng)吹日曬后散發(fā)出陣陣硫酸味，揮發(fā)后的酸性物質(zhì)又重新回到大氣中來，回手加重了酸雨的威脅，分解后的脫硫石膏粉未被風(fēng)帶入大氣中懸浮面為氣溶膠，堆積的石膏山那真是晴天一片土，雨天一腳泥。影響動植物的正常生長，而在雨天，堆積的石膏“山”隨時都會坍塌，對附近的建筑物造成嚴(yán)重威脅。且經(jīng)過雨水的沖刷滲入到農(nóng)田、地下，又對地表水及地下水造成污染。經(jīng)生物富集后進(jìn)入人類食物鏈中。因此脫硫石膏本身也成為一種新的污染物。如不采用積極、有效的措施，它將對人類及其生存環(huán)境帶來極大的傷害。
脫硫石膏相對于天然石膏而言不具備競爭的優(yōu)勢，主要原因：1)脫硫石膏不能在運(yùn)輸、儲存等方面與天然石膏進(jìn)行成本競爭；2)墻板生產(chǎn)所需的要求的石膏純度不能保持恒定、尤其是飛灰和氯離子的含量；3)天然石膏已為生產(chǎn)廠家所接受，成為習(xí)慣，也難以改變。
到2000年全國裝機(jī)容量約為22000萬KW，在建脫硫機(jī)組總?cè)萘考s18000萬KW，2010年全國火電機(jī)組脫硫總量約5000萬KW，以85%采用石灰石-石膏法脫硫，年運(yùn)行8000小時，燃煤含硫率按2%，平均脫硫率90%計(jì)，則年產(chǎn)脫硫石膏近千萬噸。因此脫硫石膏的產(chǎn)量是一個十分巨大的，其所需要的堆放場地也是十分巨大的、以目前電廠的占地面積來看也是難以滿足的。
我國是一個石膏礦產(chǎn)資源豐富的國家(已探明的石膏儲藏量大約570億噸，居世界第一位)，且分布均勻(除浙江、福建、黑龍江三省外，其它地區(qū)都有非常豐富的天然石膏資源)，因此其市場價格不高。而脫硫回收的石膏由于燃煤煤質(zhì)不穩(wěn)定，加上電廠操作、管理等，造成回收的石膏質(zhì)量不穩(wěn)定，也很難回收利用?！ ?br />
2.3影響FGD系統(tǒng)用水量主要因素分析
脫硫過程水耗主要是：1)蒸發(fā)和煙氣攜帶水；2)排放的廢水。其中以蒸發(fā)和攜帶水為主要水耗。
根據(jù)大機(jī)組石灰石- 石膏濕法FGD裝置的設(shè)計(jì)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),大機(jī)組燃用不同煤質(zhì)采用石灰石- 石膏濕法FGD裝置耗水量是不同的論點(diǎn),影響其用水量的最主要因素是煙氣量、燃煤硫分以及FGD裝置煙氣進(jìn)出溫差。但實(shí)際上設(shè)計(jì)院對其耗水量研究是依據(jù)石灰石- 石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的主要特點(diǎn)給出的。當(dāng)煙氣量增加時,經(jīng)過吸收塔的煙氣中攜帶汽態(tài)水分的體積流量增加,煙氣攜帶汽態(tài)水的能力增加,則煙氣中的汽態(tài)水(吸收塔內(nèi)蒸發(fā)水)隨煙氣排入大氣。當(dāng)收到基硫分增加時,則S02 質(zhì)量濃度增加,需要的石灰石漿液量增加,參與反應(yīng)的物料增加,整個脫硫系統(tǒng)各用水點(diǎn)的水耗量增加,故整個脫硫工藝系統(tǒng)耗水量增加。表1為不同煙氣參數(shù)機(jī)組FGD裝置耗水量比較表
表1 不同煙氣參數(shù)機(jī)組FGD裝置耗水量比較表
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四川某電廠
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江蘇某電廠
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浙江某電廠
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內(nèi)蒙某電廠
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一期工程
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二期工程
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機(jī)組容量/MW
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2 ×360
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2 ×600
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2 ×600
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2 ×1 000
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2 ×1 000
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煤質(zhì)
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煙煤
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褐煤
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煙煤
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煙煤
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硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%
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2. 37
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0. 5
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0. 8
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0. 9
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0. 9
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煙氣量/ (萬m3 /h、單臺)
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166
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248
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384
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435
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435
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鍋爐排煙溫度/℃
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142
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126
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144
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121
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121
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每臺爐吸收塔內(nèi)蒸發(fā)水量/( t/ h)
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117. 35
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79. 49
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92. 755
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143. 44
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102. 52
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裝置排煙溫度/℃
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92
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49
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88
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49
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88
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排出廢水量/ ( t/h)
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4. 5
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6. 186
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19. 9
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20
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總耗水量/ ( t/ h)
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132
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86.46
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104.95
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160
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116.55
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GGH是一種氣- 氣換熱裝置,即采用高溫鍋爐原煙氣加熱FGD裝置排出低溫凈煙氣。采用這種換熱裝置減小了進(jìn)出FGD裝置煙氣溫差,減少了整個脫硫裝置排入大氣的汽態(tài)水。就內(nèi)蒙古某電廠而言, GGH使排煙溫度達(dá)到88℃以上(無GGH時排煙溫度約為49℃) ,這樣整個FGD裝置進(jìn)出口溫差減小至39℃左右,因此省水35 t/h以上。
圖1是某電廠300MKW機(jī)組脫硫系統(tǒng)水平衡圖，300MKW其蒸發(fā)及煙氣攜帶水量約：112噸/小時，加上生產(chǎn)的廢水，則總水耗近120噸/小時。按年運(yùn)行8000小時計(jì)則年水耗近96萬噸水，對干旱、缺水地區(qū)來說濕法脫硫水耗對該地區(qū)的環(huán)境生態(tài)的影響是很大的。
綜上所述,大機(jī)組煙氣脫硫系統(tǒng)用水量和耗水量水平與鍋爐煙氣量、燃煤硫分以及FGD裝置煙氣進(jìn)出溫差有著密切的關(guān)系。對于大機(jī)組而言, FGD裝置帶有GGH,脫硫塔內(nèi)蒸發(fā)水量約占整套FGD裝置耗水總量的90%; FGD裝置無GGH,脫硫塔內(nèi)蒸發(fā)水量比帶有GGH增加約37%。對于已經(jīng)選定煤質(zhì)的電廠,其煙氣量和硫分就已經(jīng)確定,在這2個因素基礎(chǔ)上考慮節(jié)水的可能性已經(jīng)不大,因此,對于我國缺水地區(qū)建設(shè)(包括改造項(xiàng)目) 燃煤電廠的FGD裝置,應(yīng)該考慮設(shè)置GGH裝置,這是整套FGD裝置節(jié)水唯一有效的途徑。
凈煙氣 －112.5 成品石膏 原煙氣 +71.8 －1.74
石膏漿液 脫硫廢水 －2.22 沖過 洗濾 石灰石漿液 水水 調(diào)漿水 工藝補(bǔ)水
+44.7
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