WFGD与ACD脱硫工艺技术经济性比较
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工程应用
胡雍巍，曾毅夫，周益辉，李 虎
（凯天环保科技股份有限公司，长沙 410100）
摘 要:石灰石-石膏湿法脱硫工艺（WFGD）是目前国内外最为成熟并应用最广泛的烟气脱硫技术；活性焦干法脱硫技术（ACD）因其无二次污染、副产品利用价值高、应用范围广等诸多优点也符合我国基本国情。文章结合实例，从原理、技术和经济性能等方面对石灰石-石膏脱硫与与活性焦法脱硫工艺技术进行了分析比较，剖析了二者在技术及经济指标上的优劣，并针对我国电厂脱硫技术的应用提出建议。
关键词:石灰石-石膏湿法（WFGD）;活性焦法脱硫（ACD）;脱硫率;经济性比较
中图分类号:X701.3 文献标志码:A 文章编号:1006-5377（2014）02-0023-04
WFGD与ACD脱硫工艺技术
经济性比较
1 脱硫工艺流程
1.1 石灰石-石膏（FGD）法
石灰石-石膏湿法FGD工艺属于煤燃烧后的脱硫技术[1]，其特点是整个脱硫系统位于空气预热器、除尘器之后，脱硫过程在溶液中进行，脱硫剂和脱硫生成物均为湿态。这一气液脱硫反应过程的反应速度快，脱硫效率和吸收剂利用率高，运行可靠性高。
该法脱硫使用氧化钙（CaO）或碳酸钙（CaCO 3）浆液在湿式洗涤塔中吸收SO 2，在吸收塔内发生的化学反应主要是：
水的解离： H 2O ? H + + OH -SO 2的吸收： SO 2 + H 2O ? H + + HSO 3- HSO 3- ? H + + SO 32-CaCO 3的溶解： CaCO 3 ? Ca 2+ + CO 32-
CO 32- + H + ? HCO 3- HCO 3- + H + ? H 2O + CO 2在有氧气存在时HSO 3- 的氧化：
HSO 3- + 1/2O 2 ? H + + SO 42-
H + + SO 42- ? HSO 4-
CaSO 3和CaSO 4的结晶：
Ca 2+ + SO 32- + 1/2H 2O
? CaSO 3·1/2H 2O Ca 2+ + SO 32- + 2H 2O ? CaSO 3·2H 2O
图1为典型的石灰石-石膏湿法FGD和双循环湿法FGD工艺流程图。
图1 石灰石-石膏湿法FGD和双循环湿法FGD工艺流程
石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统原则上可由下列结构系统构成：1）由石灰石粉料仓和石灰石研磨及测量站构成的石灰石制备系统；2）由洗涤循环、除雾器和氧化工序组成的吸收塔；3）由回转式烟气-烟气换热器、清洁烟气冷却塔排放或湿烟囱排烟构成的烟气再热系统；4）脱硫风机、由水力旋流分离器和过滤皮带组成的石膏脱水装置；5）石膏贮存装置；废水处理系统。
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技术与工程应用
Technology & Engineering Application
1.2 活性焦脱硫法
活性焦脱硫（ACD）工艺也属于煤燃烧后的脱硫技术[2]，是20世纪60年代发展起来的一种以物理化学吸附原理为基础的干法脱硫大气治理技术，这种技术具有节水、净化效率高、可同时除去粉尘和重金属及有毒物、脱硫过程中SO 2被转化为H 2SO 4进而可以转化为元素硫或其它产品、不产生二次污染等优点。
活性焦具有很大的比表面和复杂的孔隙结构，其兼有物理吸附和化学吸附作用，它既是良好的吸附剂，又可直接用作催化剂（见图2）。
120℃～160℃的烟气通过增压风机加压进入脱硫岛，烟气以一定流速进入吸附塔后均匀地穿过活性焦吸附层，在吸附层内，二氧化硫、汞、砷等重金属及HF、HCl和二
英等大分子氧化物被脱除，脱除后的净
烟气汇集后通过烟囱排放。吸附SO 2达到饱和的活性焦从吸附塔底部排出，通过输送系统运至解析塔进行加热再生；再生的活性焦经筛分后会同补充的新鲜活性焦再送入吸附系统进行循环吸附使用。经筛分的破损活性焦
从活性焦循环系统分离出来可以进入锅炉燃烧或再加工成其他产品。再生回收的高浓度SO 2混合气体送入硫回收系统作为生产浓硫酸的原料[3]。
2 脱硫效率
2.1 石灰石-石膏（FGD）法[4、5]
图2 活性焦扫描电镜图
图3 活性焦干法脱硫工艺流程图
干法烟气脱硫脱硝技术的工艺系统主要分为：烟气系统、SO 2/NO x 脱除系统、活性焦再生系统、物料循环输送系统、收尘系统、氨供应系统等。活性焦干法脱硫工艺流程见图3，活性焦干法脱硫吸附塔结构见图4。
图4 活性焦干法脱硫吸附塔
石灰石-石膏脱硫工艺技术成熟，95%以上运行稳定，对环保要求的适应性强，当烟气含硫量变化时，易于调整控制，脱硫效率稳定，但在实际应用中需要对具体情况正确处理。影响FGD湿法脱硫效率的因素众多，包括浆液pH值、石灰石特性、液气比、烟气量及SO 2浓度、烟气流速及停留时间等。
在这些影响因素中，浆液pH值的影响尤为突出，提高pH值有利于提高脱硫效率，但过高的pH值会加重结
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技术与工程应用
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表1 WFGD与ACD技术特点比较
脱硫工艺石灰石-石膏湿法脱硫活性焦干法脱硫
Ca/S 1.3—
脱硫效率
（%）
9895
吸收剂石灰石活性焦
副产品石膏硫酸
工艺水量多少
电耗大大
占地面积大小
优点1.技术成熟、运行可靠；
2.脱硫剂石灰石易得，副产
品综合利用好；
3.对锅炉负荷及煤种含硫量
变化有良好的适应性，在不
同烟气负荷及浓度下，脱硫
系统仍可保持较高的脱硫效
率及系统稳定性。
1.用水量少，脱硫效率高，
可同时除去烟尘等污染物；
2.活性焦来源广，循环使用，
失效活性焦可作为燃料使用，
不会对环境造成污染；
3.副产品利用价值高，无二
次污染。
存在问题1.系统流程较为复杂，运
行费用高，烟道及烟囱需
要防腐；
2.有脱硫废水产生。
1.大规模运用受限，国内多
为小型示范工程，应用尚
不成熟，无大型电厂运行
业绩；
2.系统复杂，施工周期长；
3.活性焦价格偏贵，消耗量
大，副产物再利用（制酸）
过程控制难度大。
垢、堵塞现象，因此合理的pH值是脱硫系统稳定高效运行的前提。另外，石灰石的品质及特性是脱硫反应的先决条件，石灰石中的CaO的含量和石灰石浆液中石灰石颗粒的粒径是石灰石品质的重要表征，石灰石的酸溶解反应速率也是其品质的体现。
2.2 活性焦脱硫法
活性焦脱硫（ACD）工艺本质上是一个复杂的吸附、催化反应过程。其吸附、催化性能与活性焦的孔隙
结构和表面化学特性密切相关。孔容是决定污染物初期脱除率的主要因素，其表面官能团则在污染物的化学吸附上发挥着重要作用，是吸附、催化的活化中心。
活性焦通过再生、脱附、再循环使用，脱硫效率能维持在95%以上，但在烟气量大、含硫量高的烟气治理领域，它的使用有一定的局限性。开发适应高浓度条件下的新型活性焦和优化活性焦再生方式是当前活性焦研究的重点。
3 技术特点比较
烟气脱硫技术的选择与烟气量和SO
2
的含量有关，在
选择脱硫方案时，一方面应考虑实际生产过程中烟气SO
2含量等工艺参数，另一方面应考虑脱硫副产物的回收利用，从而为技术路线的正确决策提供依据[6、7]。表1为干湿法脱硫的技术特点比较[8]。
表2 系统设计指标
项 目参数
处理烟气量（Nm3/h）206×104
温度（℃）170
SO
2
浓度（mg/Nm3）5700
脱硫效率（%）98.2
SO
2
排放浓度（mg/Nm3）≤100
年运行时间（h）5500
表3 脱硫系统运行成本分析
方案一
石灰石-石膏法脱硫（平均5500h计）
方案二
活性焦脱硫（平均5500h计）脱硫效率（%）98.2脱硫效率（%）98.2
装置出口SO
2
浓度
（6%O
2
，干）（mg/Nm3）
＜100
装置出口SO
2
浓度
（6%O
2
，干）（mg/Nm3）
＜100装置出口粉尘浓度
（6%O
2
，干）（mg/Nm3）
＜50
装置出口粉尘浓度
（6%O
2
，干）（mg/Nm3）
＜50 Ca/S摩尔比 1.03～1.05—
年SO
2
减排量（t/a）—年SO
2
回收总量（t/a）63,483水价（元/t） 2.0水价（元/t） 2.0
电价（元/t）0.5电价（元/t）0.5石灰石价（元/t）100.0活性焦价格（元/t）5500脱硫石膏价（元/t）30.0硫酸价格（元/t）350
石灰石平均消耗量（t/h）25.38活性焦消耗量（t/h）2
年石灰石消耗量（万t）13.959年活性焦消耗量（万t） 1.1石膏产生量（t/h）39硫酸产生量（t/h）18年石膏产量（万t）21.45年硫酸产量（万t）9.9
—压缩空气费（万元）55
—氮气费（万元）220
—低压蒸汽（万元） 6.6
—天然气（万元）4290水消耗量（t/h）190—
年水总耗量（万t/h）104.5—
每小时电耗（kW?h）7880—
年总耗电量（kW?h） 4.334×107—
电费（万元/a）2167电费（万元/a）550
水费（万元/a）209水费（万元/a）60石灰石费（万元/a）1395.90活性焦费（万元/a）6050
石膏收益费（万元/a）643.5硫酸收益费（万元/a）4950
—焦粉收益费（万元/a）478.5
年运营成本（万元/a）2849.22年运营成本（万元/a）5803.1脱硫成本电价（元/MW?h）9.48脱硫成本电价（元/MW?h）17.59注：1.未计算装置人工运行费用；2.石灰石、活性焦及硫酸价格随市场波动，不同地域及季节价格具有差异。
4 经济技术指标比较[9、10、11、12]
以某电厂一期2×300MW机组烟气脱硫工程为例，方案一采用石灰石-石膏湿法脱硫，方案二采用活性焦干法脱硫，副产品为98%硫酸。二者脱硫效率均为98.2%，脱硫装置的烟气处理能力为相应锅炉BMCR工况时的100%烟气量。系统设计指标见表2，脱硫系统运行成本分析见表3。
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技术与工程应用
Technology & Engineering Application
Technical and Economic Comparison on WFGD and ACD Desulphurization Technology
HU Yong-wei, ZENG Yi-fu, ZHOU Yi-hui, LI Hu
(Kaitian Environmental Technology Co., Ltd, Changsha 410100, China)
Abstract: Limestone-gypsum wet process of desulphurization technology (WFGD) is the most mature and extensive FGD technology at home and abroad; the activated coke dry process of desulphurization technology (ACD) shows non secondary pollution, high value of byproducts and wide application range. In combination with example, the article makes an analysis and comparison on WFGD and ACD from the principle, technical and economic capability; analyzes the advantage and inferior in technical and economic target and puts forward suggestions on the application of desulphurization technology in power plants of China.
Keywords: WFGD; ACD; desulphurization rate; economic comparison
活性焦干法烟气脱硫工艺有关数据说明如下：（1）煤质按设计煤种考虑，年运行时间按5500h计算；
（2）年脱硫总量用含初期准备活性焦和副产品加工厂投资的折算费用，活性焦烟气脱硫投资按技术引进、国产设备考虑；
（3）国内硫酸市场价格按500元/t考虑，活性焦价格按5500元/t，电价按0.6元/kW·h考虑，未考虑脱硫操作人员费用；
（4）SO 2排污收费标准：国家规定为0.63元/kg。
5 结语
（1）目前国内市场，石灰石-石膏法湿法脱硫技术基本占主导地位，其技术成熟，商业运行业绩众多，而活性焦干法脱硫技术的应用案例基本集中在金属冶炼、化工领域，在燃煤电厂的实际应用案例较少。
（2）石灰石-石膏湿法脱硫虽然技术成熟，工程案例多，但其存在石膏利用率低、运行费用偏高、设备要求苛刻等诸多问题。
（3）活性焦干法脱硫技术因活性焦消耗量大、脱硫成本电价高等自身技术原因，使其在大型燃煤电厂的应用受到限制。但随着该技术的推广使用，技术和设备国产化后，它的造价会逐步降低。
（4）综合目前全世界湿法和干法脱硫的应用情况，从宏观、综合和长远看，湿法脱硫具有明显的优势。但
具体到某个项目上，采用湿法还是干法，必须因地制宜。综合比较，活性焦干法脱硫技术的制硫酸环节具有可观的经济效益。在目前的技术背景下，该技术适用于烟气量小且自身有硫酸需求的项目。
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