烟气脱硫在我国的发展现状及研究进展
摘要：介绍国内二氧化硫的污染现状、我国烟气脱硫的现状．评述主要的已经工业应用的脱硫工艺技术，总结烟气脱硫技术的一些最新研究进展情况，最后展望了未来烟气脱硫技术的发展方向及趋势．
关键词：烟气,脱硫,进展
众所周知，煤炭在我国的能源结构占主导地位的状况已持续了几十年，近年来随着石油天然气和水能开发量的增加，煤炭在能源结构中的比例有所减少，但其主导地位仍未改变，其消费量占一次能源总消费量的70％左右，这种局面在今后相当长时问内不会改变，目前燃煤S02排放量占S02 总排放量的90％以上，1995年我困超过美国成为世界SO2 排放第一大国，根据2004年中国环境情况公报，2004年全国S02排放量为2254．9万吨，比2003年增长了4．5％， 2006年8月3号国家环保总局在新闻发布会上透露，2005 年全国S02排放总量高达2549万吨。“十一·五”规划纲要明确提出，到2010年，全国S02排放总量将比“十·五” 期末减少10％，排放总量必须控制在2295万吨。SO2主要来源是金属冶炼工业和能源工业，尤其是燃煤电厂和工业锅炉，故对冶炼厂、火电厂的治理是今后环保工作的重点。
控制S02排放的技术研究与开发从20世纪50年代开始，至今脱硫技术已达200多种。根据脱硫过程所处的不同阶段，可分为燃烧前脱硫(如沈煤，固硫技术等)，燃烧中脱硫(如炉内喷钙技术)和燃烧后脱硫即烟气脱硫，其中烟气脱硫技术是目前控制大气中SO2排放最有效和应用最广的一颈脱硫技术。烟气脱硫按照脱硫方式和产物的处理形式划分，可分为干法、半干法和湿法3类。
l 烟气脱硫的发展现状
1．1湿法烟气脱硫
湿法烟气脱硫是净化烟气中S02的最重要的应用最广泛的方法，约占总处理量的80%。湿法烟气脱硫通常是指用液体或浆液吸收净化烟气中的S02，因此湿法烟气脱硫也被称为吸收法。该法具有技术成熟，效率高等优点，但系统庞大，投资运行成本都很高，脱硫后产物处理困难，易造成二次污染等问题。该法主要适用于大型燃煤电站锅炉的烟气脱硫。
1．1．1石灰石-石膏法
该法是目前世界上技术最成熟、应用最广泛的一种脱硫技术，该工艺主要采用石灰石／石灰作为脱硫剂，经破碎磨细成粉状，与水混合搅拌成吸收浆液。其主要反应为烟气中的S02先溶解于吸收液中，离解成旷和HS03-，HS03-被强制氧化成硫酸根后与石灰石或石灰洗涤剂进行反应，反应产物硫酸钙在洗涤液中沉淀下来，经分离后即可抛弃，也可以石膏形式回收，其总反应化学式如下：
2S02(g)+2CaC03(s)+02(g)+4H20(I)—>2CaS04·2H20(s)+2C02(g)
该法脱硫效率高于95％，吸收剂利用率一般不低于 90％．工作可靠性高，对煤种适应性强。不过，该法投资运行成本高，占地面积大，系统复杂，设备损耗和防腐方面的研究也有待加强。
1．1．2氨水洗涤法
该法属回收法，工艺以氨水为吸收剂，副产物为硫酸铵化肥。含硫烟气经换热器冷却，预洗涤器洗涤除去HCI和 HF，洗涤后烟气经过两级脱硫洗涤器除去其中的SO2，洗涤中产生的浓度约30％的硫酸铵溶液町以送到化肥厂一进一步处理或直接作液体氮肥出售，也可将溶液进一步浓缩蒸发干燥加工成颗粒、晶体或块状化肥出售。从经济方面来看，该法是目前已有回收法烟气脱硫技术中最好的。但是，在烟气脱硫领域，氨法的发展相当缓慢，由于有大量粉尘，脱硫产品经过除尘后，必须经净化后才能达到标准。
I．2半干法烟气脱硫
半干法脱硫剂在干燥状态下脱硫，在湿状态下再生或者在湿状态下脱硫，在于状态下处理脱硫产物的烟气脱硫技术。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，以其既具有湿法脱硫速度快，效率高的优点，又具有干法无污水和废酸排出，脱硫后产物易于处理的优点而受到人们广泛的关注．
1．2．1喷雾干燥法(SDA)
该法是最重要的一种半干法脱硫工艺，由美国JOY公司和丹麦NIRO公司开发，是除石灰石一石膏法外占有率最高的烟气脱硫方法。该法通过高速旋转喷雾头将石灰浆喷入喷雾干燥器，与烟气中S02充分接触并起中和反应，利用烟气中余热使石灰浆液中水分蒸发，脱硫后的烟气经除尘器除尘后排放。为了提高脱硫吸收剂的利用率，一般将部分除尘器收集物加入制浆系统进行循环利用。该工艺有3种不同的雾化形式可供选择：第一类为旋转喷雾轮雾化，利用高速旋转的离心力把液体雾化：第二类是压力式雾化器，通过高压泵，产生2940 kPa以上的压力，达到雾化效果；第三类是气流式雾化器，利用一般的具有压力的气流．把液体吹散成膜，再撕裂成条，直至彻底粉碎，达到雾化目的。一股用空压机提供堆缩气流。该法工艺流程较为简单，占地面积小，投资运行费用不高；脱硫产物为干态易处理，无废水排放。缺点是维护复杂，塔壁及塔底积灰严重，腐蚀问题是技术关键，该法适用于中小机组及含硫量低于2％的中低硫煤。
1．2．2基于循环流态化技术的脱硫工艺
20世纪80年代德国鲁奇公司最早开发应用了循环流化床烟气脱硫工艺(CFB．FGD)，在此基础上发展起来的商业化技术有德国Wulff公司的RCFB工艺，丹麦FLS公司的 GSA工艺，ABB公司的NID工艺。无论从运行机制还是系统流程看，上述几种工艺都很相似：熟烟气从反应器底部进入，在增湿降温的同时与加入的钙基脱硫剂剧烈混合，吸收反应产物及未反应完全的脱硫剂经后续除尘装置收集后循环使用；反应器内维持高浓度的呈流化状态的吸收剂，反应表面人且不断更新：可获得较高的脱硫率和吸收剂利用率。该工艺从机理层面而言具有以下特点：①固体吸收剂颗粒停留时间长；②同体吸收剂与烟气问的传热传质交换强烈；⑨ 固体吸收剂内的传质过程强烈；④固体吸收剂的利用率高； ⑤运行温度可降至露点附近。同时该工艺也存在一些不足：由于固体物料浓度较高，增大了除尘器负荷，系统阻力相对较大；运行费用与普通喷雾干燥差不多：脱硫副产品的利用问题尚需进一步地开发研列。浙江衢州化工厂采用浙江菲达机电公司从ABB公司引进的NID技术，对其一台280 t／h 粉煤锅炉实施脱硫工程，于2001年2月正式投运，设计脱硫效率为85％。由武汉凯迪电力股份有限公司承接的广州恒运电厂210 MW机组烟气脱硫项目，引进了德国 WULFF公司RCFB脱硫技术，由wULFF公司完成基础设计，两公司联合供货完成该项目。该脱硫工程2003年2月通过广州市环保局验收，各项排放指标均达到国家环保要求，钙硫比小于等于1．3时脱硫效率大于90％，粉尘排放控制在100 mg／m3以下。
1．3干法烟气脱硫
干法烟气脱硫是指加入的脱硫剂为干态，脱硫产物仍为干态的脱硫工艺，该法具有无废水废酸排出，设各腐蚀小，烟气在净化过程中无明显温降，净化后烟温高利于烟囱排气等优点，但存在脱硫效率低，反应速度慢，设备庞大等问题。
1．3．1活性炭、活性焦干法脱硫
目前一种￡强犁的脱硫方法称为活性焦干法脱硫，其原理为炯气中的S02、O2和H2O在活性焦的催化作用下生成 H2S04并吸附在活性焦表面，吸附饱和后的活性焦进入再生床进行加热再生，使得H2S04分解为浓度20％～50％的S02 气体，然后通过其它工艺制成硫酸铵化肥。这项技术在日本有工业化应用，效率达95％，是我国煤炭科学研究院863 科技开发项目之一。
1．3．2电子束辐照法
电子束烟气脱硫技术是一种物理方法和化学方法结合的高新技术，在脱硫过程中，同时也会除去烟气中的NO。，电子束的发生装置是由直流高压屯源和电子加速器组成。当烟气通过电子束照射时，烟气中的氮、水、氧等生成OH、 O、H02等反应性非常强的活性物质，这些活性物质与烟气中的硫氧化物和氮氧化物反应后，将其氧化生成硫酸和硝酸，生成的硫酸和硝酸与喷入的氨起中和反应，生成硫酸铵和硝酸铵粉尘，用电除尘器收集后，可作为氮肥加以利用。此法具有净化效梨好，无二次污染，易于操作维护等优点，但同时也存在耗电商(约为电厂耗电的10％)，要求技术含量高等缺点。
2烟气脱硫技术的新进展
目前的烟气脱硫技术研究方向主要有两个：一是对已有技术进行改造，以降低脱硫设备建设、运行及维护成本以提高脱硫效率；二是研究开发新的脱硫方法。如脉冲电晕、等离子技术、生物烟气脱硫等。
2．1粉粒一颗粒喷动床烟气脱硫工艺(PPSB)
该法是目前日本学者研究出的一种新的半干法脱硫方法，又称为射流床烟气脱硫技术，其原理为：底部有小尺寸进气口的圆筒状反应器，内部装有粗颗粒，粗颗粒同时受上升气流和下降浆液的作用，气速高于某一值后，在到达一定高度后下降，形成环状区。整个床层高度上都有从环状区向喷动区的相当剧烈的传质和传热，在整个过程中，浆液首先和粗颗粒碰撞，粘附在其表面上，并从气流和粗颗粒表面吸收热量。之后浆液中的水分蒸发，吸收剂变干并凼和颗粒问的碰撞而脱落。最后，干燥的吸收剂细粉随气流排出反应器。与传统的流化床干燥器相比，该技术的干燥效率明显提高，且达到稳定运行的时间短，因此，PPSB技术在系统结构，废物处理、操作和费用方面比湿法有所提高，同时又比干法和其它半干法的脱硫率和吸收剂利用率高。
2．2炭法吸附进展
一般商用炭基脱硫吸附剂的共同点是有发达的孔隙结构和各种官能团，提供对烟气中S02吸附和催化氧化的活性中心，同时兼顾再生难易、机械强度、原料与售价等因素。通过改善其孔隙结构和表面化学特性，可提高吸附硫容，据此研制d：碘炭、氮炭、渣炭、活性碳纤维、负载金属离子活性炭等吸附剂。国内外学者已对它的吸附机理和吸附动力学作了相关研究和探讨，并取得了一些进展。炭法吸附脱硫回收的典型工艺可以按照不同的方式进行分类，主要是从再生方式和吸附设备上分类：按照再生方式可以分为加热再生，水(酸)洗再生和还原再生，各方式各有其特点和优缺点；按照吸附设备可以分为固定床、移动床、流化床、旋转床和滴流床等，其中研究和应用较多的是固定床和移动床吸附设备。在我国已开发的工艺中，最受瞩目和有发展前景的为2005年工业化的煤炭科学研究总院一国电南自一宏福活性焦法。
2．3荷电干法(CDSI)
CDSI脱硫技术是美国阿兰柯环境资源公司在20世纪 90年代初开发的干法脱硫新技术。1993年传入中国，在德州热电厂和杭钢自备电厂上安装两套装置，已投入运行。系统通过在锅炉炉膛出口喷入干的吸收剂，与烟道气中S02 反应，达到脱硫目的。与普通干法不同，其吸收剂在喷入烟道前，以高速流过高压静电电晕区，从而得到强大的静电。吸收剂颗粒由于带有同种电性电荷，相互排斥，很快在烟气中扩散，呈均匀的悬浮状态，增加了与S02反应的机会，提高了脱硫效率。该法投资少，占地面积小，工艺简单，适用于中小锅炉的脱硫。
2．4脉冲电晕等离子脱硫技术
该法起源于电子束法，它和电子束法实际上都是等离子法，只不过后者采用电子加速器获得高能电子，而它利用脉冲电晕放电获得活化电子而己。其主要化学反应式和电子束法相同，国内外许多研究人员对脉冲电晕法脱硫脱硝进行了大量实验研究工作，目前，该技术已进入大规模工业实验阶段，但要进入工业化应用阶段还有以下几个问题需要解决：①大功率、寿命长的纳秒级高压脉冲电源的研制；②降低能耗，提高能量效率；③线一板式脉冲放电反应器结构优化及化学反应动力学模拟的研究。
2．5生物法烟气脱硫技术
应用微生物脱硫的研究是伴随着利用微生物选矿的研究而开始的。但将其用于烟气脱硫(BFGD)却是一项新的技术，它利用化能自养微生物对S02的代谢过程，将烟气中的硫氧化物脱除。在微生物脱硫过程中，氧化态的污染物如 SO：、硫酸盐、亚硫酸盐及硫代硫酸盐经过微生物的还原作用生成单质硫而被去除。目前研究认为有两种方式：一是同化型硫酸盐还原作用，利用微生物把硫酸盐还原成还原态的硫化物，然后再固定到蛋白质中；另一种是异化型硫酸盐还原作用，是在厌氧条件下将硫酸盐还原成硫化氢的过程。
3结语展望
随着环保力度的不断加大，国家“十一五”方针中对 S02排放的明确限制，作为S02排放大户的燃煤火电厂和工业锅炉的整治势在必行．预计未来10年甚至更长时问，脱硫产业将迎来大发展，而烟气脱硫作为应用最广泛，技术最成熟的脱硫技术仍将处于主导地位，未来的烟气脱硫技术应注重以下方面：
(1)开展新型烟气脱硫的机理、技术和工艺研究，扩大烟气脱硫技术工业应用研究，尽快转化为生产力。
(2)开展脱硫副产物综合利用研究，扩展应用领域，目前我国很多脱硫副产物没有出路，不得不抛弃从而实际抬高了脱硫成本。
(3)发展烟气同时脱硫脱硝技术，采用烟气同时脱硫脱硝技术的费用要比单独进行脱硫、脱硝的费用低，如活性吸附加氨法、电子束、脉冲电晕等离子技术法等。
(4)对已有的烟气脱硫技术，着重研发新的脱硫吸收剂和开发新的设备以降低运行、维护费用，提高脱硫效率，从而提高其经济性能。
在科学技术不断发展和进步的今天，一系列高新、实用性强的脱硫技术不断涌现，相信在国家相关部门的支持和鼓励下，全新的脱硫技术必将取代传统的脱硫技术。
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