一、目前國內燃煤電廠(chǎng)脫硫現狀、政策要求及脫硫技術(shù)特點(diǎn)
2005年我國二氧化硫排放總量達到2549萬(wàn)噸，其中燃煤電廠(chǎng)二氧化硫排放量1300萬(wàn)噸，超過(guò)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(guān)部委制定了《燃煤電廠(chǎng)二氧化硫排放“十一五”規劃》明確提出燃煤電廠(chǎng)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(wàn)噸下降到502萬(wàn)噸，下降61.4％。
為了確保實(shí)現二氧化硫的減排任務(wù)，國家發(fā)改委和環(huán)?？偩致?lián)合出臺《燃煤發(fā)電機組脫硫電價(jià)及脫硫設施運行
管理辦法（試行）》，加強對電廠(chǎng)脫硫設施投運情況的在線(xiàn)監控。
目前國內電廠(chǎng)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(yè)難以承受，到2006年仍有1.37億千瓦共計221個(gè)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(chǎn)生腐蝕嚴重，影響設備的使用壽命，且脫硫副產(chǎn)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(shí)，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(shù)存在的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)一種投資省、運行費用低、脫硫效率高、能夠延長(cháng)脫硫設施使用壽命、脫硫副產(chǎn)品利用價(jià)值高的綜合性脫硫技術(shù)，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(lái)的一項綜合脫硫技術(shù)。兩步脫硫不但具有較高的脫硫率，而且同時(shí)對煤粉灰渣進(jìn)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(chǎn)建材產(chǎn)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(cháng)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(shù)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(shí)，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(guò)程，固結脫硫產(chǎn)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(huì )發(fā)生脫硫逆反應，經(jīng)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(jīng)脫去大部分硫，爐后脫硫的壓力減輕，爐后只需上簡(jiǎn)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(lái)的煙氣，經(jīng)反應器底部進(jìn)入反應器，和均勻混合在增濕循環(huán)灰中的吸收劑發(fā)生反應，此時(shí)吸收劑表面水分被蒸發(fā)，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(jìn)入電除塵器，經(jīng)過(guò)反應、干燥的循環(huán)灰被除塵器從煙氣中分離出來(lái)，由輸送設備再輸送給增濕活化器，同時(shí)也向增濕活化器加入生石灰，經(jīng)過(guò)增濕活化后進(jìn)行再次循環(huán)。潔凈后的煙氣在露點(diǎn)溫度15℃以上，無(wú)須再熱，經(jīng)過(guò)引風(fēng)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(shù)采用的是含水量?jì)H為百分之幾的吸收劑粉末，且吸收劑的循環(huán)量比傳統的半干法FGD工藝要高得多，由于用于水分蒸發(fā)的表面積很大，干燥時(shí)間大大縮短，因此反應器體積可大大縮?。s為傳統的半干法或煙氣循環(huán)流化床反應器的10%-20%），并與除塵器入口煙道構成一個(gè)整體。雖然煙氣在此部分的停留時(shí)間較短，但由于循環(huán)灰的蒸發(fā)表面很大及在反應段具有高的實(shí)際鈣硫比，所以具有比其它半干法更優(yōu)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(yōu)點(diǎn)
燃煤鍋爐兩步脫硫，綜合了爐內脫硫和半干法脫硫的優(yōu)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(diǎn)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
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(diǎn)。
由于爐內已經(jīng)脫去大部分硫，減輕了爐后脫硫的壓力，爐后只需上簡(jiǎn)易的脫硫裝置就能達到SO2排放控制的要求。
由于爐內已經(jīng)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(cháng)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(yè)脫硫設施資金投入和脫硫運行費用。
脫硫產(chǎn)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(chǎn)品或制品的生產(chǎn)。
四、燃煤鍋爐兩步脫硫改性灰渣的特點(diǎn)
燃煤鍋爐實(shí)施兩步脫硫并經(jīng)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(tài)CaO和SO3含量較高、脫硫改性灰活性較好等特點(diǎn)。由于反應物顆粒在爐內一般只經(jīng)歷2～5秒鐘，煅燒時(shí)間較短，因此脫硫改性灰中非結合態(tài)的CaO具有一定活性，經(jīng)細磨或蒸養后能夠快速水化，不會(huì )對水泥等建材產(chǎn)（制）品的安定性產(chǎn)生影響，反而對火山灰性混合材起到堿性激發(fā)劑的作用。
燃煤鍋爐實(shí)施兩步脫硫，摻燒劑和煤灰的化合反應產(chǎn)物在高溫下形成少量液態(tài)，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(shí)質(zhì)上為粉煤灰，但性能優(yōu)于傳統粉煤灰。因此傳統粉煤灰可以使用的領(lǐng)域，兩步脫硫改性灰均可以使用。
一些建材產(chǎn)（制）品，如粉煤灰加氣混凝土、粉煤灰砌塊(磚)等，生產(chǎn)時(shí)需要摻加水泥、石灰和石膏等。此時(shí)的水泥和（或）石灰作為鈣質(zhì)材料，兩者水化時(shí)均產(chǎn)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(chǎn)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(jìn)一步凝結硬化。同時(shí)石灰提高了料漿的堿度，促使發(fā)泡劑（鋁粉）進(jìn)行發(fā)氣反應。石膏主要起調節水泥凝結時(shí)間和延長(cháng)石灰消化時(shí)間、降低石灰消化溫度的作用，同時(shí)還參與發(fā)泡劑（鋁粉）的放氣反應。
兩步脫硫改性灰渣中含有大量鈣質(zhì)水硬性膠凝礦物和具有一定活性的非結合態(tài)CaO，它們可以替代水泥和石灰作為鈣質(zhì)材料，脫硫產(chǎn)物可以替代部分石膏，因此用兩步脫硫改性灰渣生產(chǎn)建材產(chǎn)（制）品，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下可以節省所用高價(jià)值材料的種類(lèi)和數量，簡(jiǎn)化生產(chǎn)環(huán)節，大大降低生產(chǎn)成本。
六、生產(chǎn)線(xiàn)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(gè)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(chǎn)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(chǎn)物的收集及儲運系統可利用電廠(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)等，充分體現改性產(chǎn)品的附加值。
本技術(shù)適用于各種規格的燃煤鍋爐，脫硫改性灰渣的產(chǎn)量主要由鍋爐規格、煤質(zhì)等因素決定。當煤灰分含量為30%時(shí)，一般燃燒一噸煤約聯(lián)產(chǎn)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(shí)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(jiàn)表1：
表1
發(fā)電機組(MW) 鍋爐蒸發(fā)量（t/h） 兩步脫硫設施投資(萬(wàn)元) 兩步脫硫成本(元/kg) 濕法脫硫成本(元/kg) 兩步脫硫比濕法脫硫成本少(元/kg)
300 1000 2760 0.637～1.133 1.369～2.567 0.732～1.434
200 670 2375 0.643～1.144 1.365～2.560 0.723～1.416
135 480 1698 0.653～1.163 1.558～2.921 0.905～1.758
100 410 1150 0.652～1.161 1.241～2.326 0.589～1.165
50 220 855 0.689～1.232 1.187～2.226 0.498～0.994
25 130 558 0.743～1.331 1.089～2.042 0.347～0.711
12 75 380 0.768～1.379 0.936～1.754 0.168～0.375
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(wàn)元，而實(shí)施兩步脫硫的建設投資約為855萬(wàn)元，比其節省約705萬(wàn)元。當電廠(chǎng)擁有多臺鍋爐時(shí)，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(chǎn)粉煤灰加氣混凝土和粉煤灰砌塊(磚),聯(lián)產(chǎn)規?？沙醪絽⒁?jiàn)表2：
表2
鍋爐蒸發(fā)量（t/h） 小時(shí)耗煤量（t/h） 年耗煤量（萬(wàn)噸） 改性灰年產(chǎn)量 聯(lián)產(chǎn)能力 噸改性灰渣消耗原存灰渣水平(噸)
（萬(wàn)噸） 加氣混凝土 (萬(wàn)方) 標準磚
(萬(wàn)塊)
1000 162.3 113.6 44.6 51 32000 0.72
670 108.5 76 29.8 38.3 20000 0.73
480 64.2 44.9 17.6 22.1 12000 0.73
410 59.7 41.8 16.4 18 12000 0.71
220 31.2 21.8 8.6 16.3 4000 0.79
130 17 11.9 4.7 15.5 0 0.94
75 9.5 6.7 2.6 8.6 0 0.93
八、技術(shù)實(shí)施給企業(yè)帶來(lái)的直接經(jīng)濟效益
實(shí)施兩步脫硫，是企業(yè)實(shí)現環(huán)保減排、降低脫硫建設投資和運行費用、延長(cháng)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(yè)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(yè)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(yè)SO2排污費的支出。
由于爐內已經(jīng)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(cháng)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(chǎng)節省粉煤灰渣堆存、維護費用，以及粉煤灰排放運營(yíng)的水、電、人工、車(chē)輛折舊、油耗等費用。
可確保享受每千瓦時(shí)加價(jià)1.5分錢(qián)的脫硫加價(jià)政策。
九、技術(shù)實(shí)施給企業(yè)帶來(lái)的遞延經(jīng)濟效益
由于相關(guān)費用均已全部算到脫硫成本中，所以脫硫改性灰不再發(fā)生任何生產(chǎn)成本。脫硫改性灰由于自身具備一定強度，生產(chǎn)建材制品時(shí)可不摻（或少摻）水泥和石灰，并且可以和原有存放的粉煤灰渣搭配使用，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下節省所用高價(jià)值材料的種類(lèi)和數量，簡(jiǎn)化生產(chǎn)環(huán)節，大大降低生產(chǎn)成本。例如在生產(chǎn)加氣混凝土時(shí)，使用脫硫改性灰渣替代水泥和石灰，搭配47%原有存放的粉煤灰渣，加氣混凝土的立方利潤可以提高約26元（視區域材料價(jià)格不同而異）。
用脫硫改性灰渣生產(chǎn)建材制品，還可享受?chē)颐庹?年所得稅和增值稅減半的優(yōu)惠政策。
十、投資回收期
一般情況下，實(shí)施兩步脫硫正式投產(chǎn)后兩年內可收回全部投資。
