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一、目前國內燃煤火電廠脫硫現狀、政策要求及脫硫技術特點
2005年我國二氧化硫排放總量達到2549萬噸，其中燃煤電廠二氧化硫排放量1300萬噸，超過了二氧化硫排放總量的一半。
根據目前的二氧化硫排放嚴峻形勢和減排迫切要求，有關部委制定了《燃煤電廠二氧化硫排放“十一五”規劃》明確提出燃煤電廠二氧化硫減排的目標：“十一五”末期二氧化硫排放總量由2005年的1300萬噸下降到502萬噸，下降61.4%。
為了確保實現二氧化硫的減排任務，國家發改委和環保總局聯合出臺《燃煤發電機組脫硫電價及脫硫設施運行管理辦法(試行)》，加強對電廠脫硫設施投運情況的在線監控。
目前國內電廠脫硫主要采用濕法脫硫。但濕法脫硫建設投資大、運行費用高，企業難以承受，到2006年仍有1.37億千瓦共計221個項目未安裝脫硫設施。
濕法脫硫由于煙氣中二氧化硫濃度高，對煙氣管道及脫硫設施本身金屬部件產生腐蝕嚴重，影響設備的使用壽命，且脫硫副產品易造成污染處置費用高。
干法和半干法脫硫率低，燃用高硫煤時，單用干法或半干法很難使SO2排放濃度一步達標。
二、燃煤鍋爐兩步脫硫原理
基于目前各種脫硫技術存在的問題，開發一種投資省、運行費用低、脫硫效率高、能夠延長脫硫設施使用壽命、脫硫副產品利用價值高的綜合性脫硫技術，具有十分重要的意義。
燃煤鍋爐兩步脫硫是把“爐內固結脫硫”和“爐后煙氣脫硫”結合起來的一項綜合脫硫技術。兩步脫硫不但具有較高的脫硫率，而且同時對煤粉灰渣進行改性，所得改性灰渣具有較好的水硬膠凝性能，可以大摻量用于生產建材產品或制品。由于爐內固結脫硫的作用，煙氣中SO2濃度大大減少，從而減輕SO2等酸性氣體對煙氣管道及脫硫設施本身金屬部件的腐蝕，延長了設備的使用壽命。
第一步“爐內固結脫硫”
按照“一爐兩用”技術在燃煤鍋爐燃料中添加并共同粉磨的摻燒劑，既具有爐內固結脫硫功能，又具有爐內灰渣改性功能。在煤粉燃燒的同時，具有脫硫和改性雙重功能的多元摻燒劑與煤中的硫及其它組分，迅速完成固結脫硫和灰渣改性的煅燒反應過程，固結脫硫產物賦存于改性灰渣中并形成早強礦物。爐內固結脫硫率可以達到80%。
但由于燃煤鍋爐內燃(煅)溫度比較高，會發生脫硫逆反應，經固結脫硫后的出爐煙氣中SO2濃度仍然較高。
第二步“爐后煙氣脫硫”
由于爐內已經脫去大部分硫，爐后脫硫的壓力減輕，爐后只需上簡易的半干法脫硫裝置就能達到SO2排放控制的要求。
從鍋爐的空氣預熱器出來的煙氣，經反應器底部進入反應器，和均勻混合在增濕循環灰中的吸收劑發生反應，此時吸收劑表面水分被蒸發，煙氣得到冷卻，濕度增加，在降溫和增濕的條件下，煙氣中的SO2與堿性吸收劑反應生成亞硫酸鈣。反應后的煙氣攜帶大量的干燥固體顆粒進入電除塵器，經過反應、干燥的循環灰被除塵器從煙氣中分離出來，由輸送設備再輸送給增濕活化器，同時也向增濕活化器加入生石灰，經過增濕活化后進行再次循環。潔凈后的煙氣在露點溫度15℃以上，無須再熱，經過引風機排入煙囪。
在傳統的噴霧干燥FGD工藝中，石灰是以漿狀霧化噴入吸收塔的。而本技術采用的是含水量僅為百分之幾的吸收劑粉末，且吸收劑的循環量比傳統的半干法FGD工藝要高得多，由于用于水分蒸發的表面積很大，干燥時間大大縮短，因此反應器體積可大大縮小(約為傳統的半干法或煙氣循環流化床反應器的10%-20%)，并與除塵器入口煙道構成一個整體。雖然煙氣在此部分的停留時間較短，但由于循環灰的蒸發表面很大及在反應段具有高的實際鈣硫比，所以具有比其它半干法更優的對煙氣的冷卻效果和脫硫效率。
應用半干法完成第二步脫硫之后，兩步脫硫的綜合脫硫效率可以達到95%以上。
三、燃煤鍋爐兩步脫硫的優點
燃煤鍋爐兩步脫硫，綜合了爐內脫硫和半干法脫硫的優勢，并克服了爐內噴鈣脫硫、濕法脫硫、半干法和干法脫硫的缺點，具有以下優點：
綜合脫硫率達到95%以上，達到濕法脫硫水平，克服了干法和半干法脫硫率低的缺點。
由于爐內已經脫去大部分硫，減輕了爐后脫硫的壓力，爐后只需上簡易的脫硫裝置就能達到SO2排放控制的要求。
由于爐內已經脫去大部分硫，煙氣中SO2、SO3濃度降低四分之三以上，從而大大減輕SO2和SO3對煙氣管道及脫硫設施本身金屬部件的腐蝕，延長了設備的使用壽命。
同比濕法脫硫中常用的石灰石-石膏法，脫硫設施投資節省約45%(以220T/H鍋爐為例)，脫硫成本平均節省0.5～1.1元/kg，大大減少企業脫硫設施資金投入和脫硫運行費用。
脫硫產物賦存于改性灰渣中并形成早強礦物，提高了灰渣的活性，改性灰渣可大摻量應用于建材產品或制品的生產。
四、燃煤鍋爐兩步脫硫改性灰渣的特點
燃煤鍋爐實施兩步脫硫并經改性后的粉煤灰屬于自硬性粉煤灰，具有水硬膠凝性能好、自硬性強度高、非結合態CaO和SO3含量較高、脫硫改性灰活性較好等特點。由于反應物顆粒在爐內一般只經歷2～5秒鐘，煅燒時間較短，因此脫硫改性灰中非結合態的CaO具有一定活性，經細磨或蒸養后能夠快速水化，不會對水泥等建材產(制)品的安定性產生影響，反而對火山灰性混合材起到堿性激發劑的作用。
燃煤鍋爐實施兩步脫硫，摻燒劑和煤灰的化合反應產物在高溫下形成少量液態，成粒狀渣排出，所以爐渣也得到改性。
五、燃煤鍋爐兩步脫硫改性灰渣的利用
燃煤鍋爐兩步脫硫改性灰實質上為粉煤灰，但性能優于傳統粉煤灰。因此傳統粉煤灰可以使用的領域，兩步脫硫改性灰均可以使用。
一些建材產(制)品，如粉煤灰加氣混凝土、粉煤灰砌塊(磚)等，生產時需要摻加水泥、石灰和石膏等。此時的水泥和(或)石灰作為鈣質材料，兩者水化時均產生Ca(OH)2，Ca(OH)2與粉煤灰中的活性氧化物反應，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，使制品獲得強度。水泥水化產生大量CSH凝膠，能夠使制品坯體凝固和硬化。石灰水化放出大量的熱量，可促使膠凝材料進一步凝結硬化。同時石灰提高了料漿的堿度，促使發泡劑(鋁粉)進行發氣反應。石膏主要起調節水泥凝結時間和延長石灰消化時間、降低石灰消化溫度的作用，同時還參與發泡劑(鋁粉)的放氣反應。
兩步脫硫改性灰渣中含有大量鈣質水硬性膠凝礦物和具有一定活性的非結合態CaO，它們可以替代水泥和石灰作為鈣質材料，脫硫產物可以替代部分石膏，因此用兩步脫硫改性灰渣生產建材產(制)品，在保證產品質量的前提下可以節省所用高價值材料的種類和數量，簡化生產環節，大大降低生產成本。
六、生產線建設內容
燃煤鍋爐兩步脫硫工藝涉及“爐內固結脫硫”和“爐后半干法脫硫”兩個部分。“爐內固結脫硫”工藝主要包括爐前的“AMC”摻燒劑制備、儲存及配料系統。“爐后半干法脫硫”工藝主要包括脫硫劑增濕活化系統、脫硫反應器、脫硫產物的收集及儲運系統。其中可利用原有鍋爐與收塵器之間的鋼制煙道改造成脫硫反應器，脫硫產物的收集及儲運系統可利用電廠原有設施。
因此，燃煤鍋爐兩步脫硫的投資主要在“爐內固結脫硫”的爐前工藝系統和“爐后半干法脫硫”的煙道改造及脫硫劑的增濕活化系統。在此基礎上，電廠亦可以根據當地情況，考慮自建水泥粉磨站、混凝土攪拌站或建材制品廠等，充分體現改性產品的附加值。
本技術適用于各種規格的燃煤鍋爐，脫硫改性灰渣的產量主要由鍋爐規格、煤質等因素決定。當煤灰分含量為30%時，一般燃燒一噸煤約聯產0.35～0.45噸水硬性膠凝材料(改性煤粉灰渣)。
七、投資及運行費用估算
燃煤鍋爐實施兩步脫硫，單臺鍋爐的脫硫設施建設投資及脫硫運行成本可初步參見表1：
表1
以220噸鍋爐為例，單臺鍋爐完備石灰石-石膏法脫硫建設投資約需1560萬元，而實施兩步脫硫的建設投資約為855萬元，比其節省約705萬元。當電廠擁有多臺鍋爐時，如濕法脫硫則需按臺配套建設脫硫設施，而兩步脫硫的爐前脫設施可集中建設。因此兩步脫硫可以大幅度減少脫硫設施的建設投資。
燃煤鍋爐兩步脫硫的改性灰渣用于生產粉煤灰加氣混凝土和粉煤灰砌塊(磚),聯產規模可初步參見表2：
表2
八、技術實施給企業帶來的直接經濟效益
實施兩步脫硫，是企業實現環保減排、降低脫硫建設投資和運行費用、延長設備使用周期、灰渣綜合利用的有效措施和最佳途徑，主要體現在如下方面：
脫硫建設投資低，可減輕企業的資金負擔。以220T/H鍋爐為例，同比石灰石-石膏法節省脫硫建設投資約45%。
脫硫成本平均在0.6～1.2元/kg,比濕法脫硫節省0.5～1.1元/kg,大大減少企業的脫硫運行費用。
綜合脫硫率達到95%以上，脫硫效果明顯，可減少企業SO2排污費的支出。
由于爐內已經脫去大部分硫，煙氣中SO2、SO3濃度降低四分之三以上，從而大大減輕了SO2和SO3對煙氣管道及脫硫設施本身金屬部件的腐蝕，延長了設備的使用壽命。
粉煤灰渣得到全部的處理利用，可以使電廠節省粉煤灰渣堆存 |