1.2　煙氣脫硫技術應用現狀

煙氣脫硫（Flue Gas Desulfurization）是控制酸雨和SO₂污染的最有效的技術手段，也是世界上開展的最大規模商業化應用的脫硫方法。據美國國家環保局統計，各國研究、開發的煙氣脫硫技術已超過200多種，但真正應用到工業化中的僅有20多種。

煙氣脫硫技術有多種分類，如按脫硫工藝分為干法、半干法和濕法，按脫硫產物的處理方法分為回收法和拋棄法；按吸收機理分為化學法和物理法；按脫硫劑分為鈣法、鈉法、氨法、雙堿法和磷酸鹽法等；按吸收劑是否可再生和循環使用情況分為再生法和非再生法。下面對已工業化應用的主要煙氣脫硫方法（按脫硫劑分類）特點進行簡要總結，如表1-2所列。

從表1-2可以看出，各種煙氣脫硫方法都存在一定的優勢和缺點，具體選用什么樣的脫硫方法需要結合市場和當地資源情況來選擇。因而，不同國家或地區，應用的脫硫方法也不盡相同。

1.2.1　國外煙氣脫硫技術

20世紀70年代末，濕式石灰/石灰石-石膏法脫硫技術在美國、日本、德國等發達國家基本成熟，并大規模推向市場，90年代中后期，這些國家的脫硫市場逐漸飽和。近年來，不斷對濕法煙氣脫硫工藝進行了改進和開發，如雙堿法、千代田法、氧化鎂法、氨酸法等煙氣脫硫工藝均進行了工業化應用。2000年，美國、日本、德國等發達工業國家就已經完成200610MW的電廠煙氣脫硫凈化。主要采用的煙氣脫硫技術有：①濕式煙氣脫硫技術，據國際能源機構煤炭研究組織調查表明，占安裝煙氣脫硫機組總容量的85%左右；②噴霧干燥煙氣脫硫技術，約占8.4%；③吸收劑再生煙氣脫硫技術，約占3.4%；④爐內噴射脫硫劑/增溫活化脫硫技術，約占1.9%；⑤海水脫硫技術；⑥煙氣循環流化床脫硫技術等。這些技術及其裝備絕大部分集中在美國、日本以及德國。

（1）日本

日本是世界上最早大規模應用煙氣脫硫的國家，從20世紀60年代開始大規模應用，SO₂污染在70年代中后期就得到了基本控制。80年代以來，日本對美國、德國及發展中國家出口煙氣脫硫技術及設備。

因日本資源匱乏，煙氣脫硫主要采用濕法回收工藝，占整個脫硫工藝的98%左右，其中濕式石灰石-石膏法應用最多（約占50%），且回收副產物石膏，日本建筑所用石膏大都來自脫硫石膏，其投資和運行費用較高，運行操作需要嚴格控制；其次是亞銨法（約占24%），回收副產物肥料硫酸銨；雙堿法（約占16%），可回收副產物石膏。日本掌握煙氣脫硫技術的企業主要有川崎重工、三菱重工、巴威-日立、日立造船、千代田、荏原等公司，先后向我國出口了濕式石灰石-石膏法、噴氣沸騰簡易脫硫法、爐內噴鈣加濕活化法、氣懸浮體吸收法、旋轉噴霧法等多種脫硫工藝及設備。

（2）美國

美國的煙氣脫硫技術研究自20世紀70年代初開始，特別是1978年重新修改了環境法規，否決了高煙囪排放后，煙氣脫硫技術得到了迅速的發展。尤其是在1986～1995年期間，新安裝的燃煤發電機組32815MW，均安裝了煙氣脫硫裝置，使得煙氣脫硫容量占總裝機量從18.77%上升到了27%。

美國的石灰石資源豐富，濕式石灰/石灰石-石膏法占90%以上，副產物石膏基本拋棄；其次是碳酸鈉法和雙堿法。從20世紀80年代以來，為降低投資和運行費用，研發了爐內直接噴射石灰石和噴霧干燥煙氣脫硫技術。目前，美國仍在不斷開發脫硫效率高、占地小、投資省、適合電廠改造的煙氣脫硫技術。

（3）歐洲

歐洲煙氣脫硫技術發展最為迅速的德國，在引進美國、日本等發達國家先進技術的同時，立足于本國技術開發，于20世紀70年代末，開始在電站鍋爐上安裝煙氣脫硫裝置。德國90%以上的煙氣脫硫方法是濕式石灰/石灰石-石膏法，其中大部分采用回收工藝，工業用石膏的75%來自脫硫石膏。目前，德國加裝脫硫、脫硝設備的電廠發電量達10⁶MW·h。

此外，北歐的挪威、丹麥、芬蘭等對煙氣脫硫技術也開展了大規模研究，已開發了半干法脫硫、旋轉噴霧干燥法脫硫、爐內噴鈣+尾部煙道增濕活化法脫硫、雙循環流化床煙氣脫硫、海水脫硫等一些先進脫硫工藝，并在本國和國外進行了推廣應用。

總的來看，濕式石灰/石灰石-石膏脫硫技術是國外煙氣脫硫應用最為普遍的技術，約占40%，包括回收和拋棄兩種工藝；其次是以鈉法、鎂法為代表的煙氣脫硫技術。這些技術的優點是脫硫率可達90%以上，適應性強，脫硫劑來源廣，能適應鍋爐負荷的變化；缺點是操作復雜，易產生堵塞和設備腐蝕，設備占地面積大，投資大（占電廠投資的20%以上），系統電耗大，運行費用高，發電成本增加18%～22%。針對上述缺點進行了某些改進和優化，如通過加入氧化劑，實行強制氧化，以減少吸收塔和附屬設備的體積、降低投資和運行費用；選用耐腐蝕材料，延長設備使用壽命。但這些改進未能從根本上解決問題，仍是以高投入、高消耗、低效益為特征的傳統污染治理模式。

1.2.2　國內煙氣脫硫技術

我國在煙氣脫硫技術方面的研究和實踐開始較晚，從20世紀90年代才開始引進國外技術，在中小型電廠建立煙氣脫硫示范工程，到2002年之后開始在新建火電機組上大規模實施煙氣脫硫。特別是最近十多年來，在環境和國家政策、法規壓力下，國家對環保措施投入增加，很多電廠、熱力公司、冶煉廠都相繼引進或建立煙氣脫硫裝置，其中燃煤機組煙氣脫硫裝置占煤電機組的比例由20世紀初的2%上升到了現在的90%以上，裝設煙氣脫硫裝置的速度超過世界任何國家。期間，國內的脫硫公司快速發展到了200余家，由最初的靠引進先進技術，然后消化吸收再創新，逐漸形成了自己的特點。國內實力較強的煙氣脫硫公司基本都是這種模式發展起來的，如北京博奇引進日本川崎的技術，國電龍源引進德國Steinmüller技術，武漢凱迪引進美國B&W技術，中電投遠達引進奧地利AEE和日本三菱的技術，福建龍凈和上海龍凈等引進德國Bischof技術。

國家環境保護部2013年第24號公告公布了全國已建成投運的燃煤機組脫硫脫硝設施、鋼鐵燒結機及球團脫硫設施企業名單和脫硫方法、數量、規模。其中，全國燃煤脫硫機組共4659臺，總裝機容量7.18×10⁸kW；鋼鐵燒結機脫硫設施389臺，燒結機總面積6.32×10⁴m²；鋼鐵球團脫硫設施44臺，球團年生產能力1461萬噸。對其中列出的全國燃煤脫硫機組數據統計出脫硫方法及其應用比例進行分析，如表1-3所示。

由表1-3可以看出，國內的燃燒機組脫硫方法主要集中在濕法煙氣脫硫，超過整個裝機容量的95%；尤其是濕式石灰石/石灰-石膏法，占整個脫硫裝機容量的82.67%；其次是爐內噴鈣+尾部濕法脫硫、海水脫硫和雙堿法等。通過上述對脫硫方法與技術的分析，不難發現我國應用的煙氣脫硫技術還存在如下問題。

（1）投資成本高

一些發達國家對SO₂治理往往采用高投入、高消耗的模式，然而由于我國煙氣脫硫的研究起步較晚，很多技術和設備都依賴進口，特別是系統復雜，設備體積龐大、占地面積大、導致了極高的投資成本。如我國最早的濕法煙氣脫硫示范項目重慶珞璜電廠引進的“石灰石-石膏法”煙氣脫硫裝置，僅投資就高達4000萬美元，運行費用每年約4000萬元人民幣，脫除1噸SO₂需要約1100元。

（2）運行費用高

目前，主要采用的石灰/石灰石-石膏法煙氣脫硫技術存在系統復雜，工藝長，動力消耗大，尤其是存在設備易積垢、堵塞、腐蝕和磨損等缺點，導致維護以及管理成本居高不下。特別是針對最近提出的超低排放標準，需要增加噴淋層、液氣比和鈣硫比，導致運行費用大大增加，石灰石資源利用率降低和固體廢棄物大量堆積。

（3）脫硫副產物出路難

采用濕式脫硫法處理煙氣將產生大量的脫硫副產物石膏，而我國天然石膏資源豐富，價格低廉。雖然上海等較發達地區出臺了一系列針對脫硫石膏再利用的優惠政策，但更多的脫硫石膏因含水量高、質量差、含氯離子濃度高等，仍舊難以有效利用。目前，絕大部分脫硫石膏還是以堆儲為主，已成為火電廠第二大固體廢物，如重慶珞璜電廠一期工程，每年就有25萬噸固體物排放，不僅占用土地資源和浪費大量的硫資源，而且將來對環境產生不可估量的影響。

（4）脫硫技術完全國產化進程慢

國產化主要包括設備國產化和技術國產化，其目的是降低脫硫成本，其中，尤以技術國產化最為關鍵。我國現有的脫硫技術與設備絕大多數由國外引進，雖然國內已有能力制造大部分設備，但在產品可靠性、耐用性等方面與國外產品相比還具有差距。而國內從事煙氣脫硫領域的公司雖然具備中小型煙氣脫硫工程的設計、施工、成套設備和調試等總承包能力，但仍舊缺乏自主知識產權，特別是大型設備的運轉效果和可靠性難以得到有效保證。

因而，國內煙氣脫硫技術的創新、開發和研究任重而道遠，還需要大量的人力和物力的投入，也為新型脫硫技術的開發應用提供了良好前景。

從世界各國主要煙氣脫硫技術的應用情況來看，應用最多的是濕法煙氣脫硫技術，其中以石灰/石灰石-石膏法為主，超過1/2以上。該方法的吸收劑不可再生，吸收劑消耗大，副產品脫硫石膏含水量高、純度低，對其綜合利用率低，再加工利用成本比較高，根據各個國家或地區的資源情況不同，有的直接拋棄或填埋，如美國，因石膏資源相對比較豐富；有的采用回收法處理，如日本等國家，主要因為人口密度大、資源相對匱乏。

總的來看，現已工業化應用的濕法脫硫工藝絕大多數采用堿性漿液或溶液作為吸收劑，具有脫硫效率高（能夠達到90%以上，但很難經濟地達到目前新的排放標準）、吸收劑利用效率高、反應速度快等優點，但也普遍存在投資和運行維護費用高、腐蝕嚴重、特別是石灰/石灰石-石膏法還易造成堵塞、二次污染等問題。相比之下，濕式再生煙氣脫硫技術比拋棄法更經濟、環保，尤其是把煙氣中SO₂轉化為高濃度SO₂、硫磺黃、濃硫酸等副產品更符合發展循環經濟，促進可持續發展戰略的需要，并且避免了二次污染，實現了變廢為寶的回收法治理，此類方法將會成為未來發展的趨勢。所以近年來國內外學者結合濕法煙氣脫硫的優勢，一直致力于濕式再生煙氣脫硫、回收治理工藝的研究與開發。