电厂脱硫脱硝除尘一体化的创新之路
一.前言
我国是一个以煤炭为主要能源的发展中国家，随着社会经济的发展，每年直接用于燃烧的煤炭达12亿吨以上，煤炭燃烧后排放出大量的污染物，已在局部地区造成了酸雨，严重的危害着生态环境。1992年在2省9市试行了SO2排放收费管理，1998年2月国务院召开“二氧化碳排放控制区和酸雨控制区发布会”，明确宣布酸雨区范围和治理策略。继1995年修订后，1999年再度修订“大气污染防治法”，对SO2排放做了明确的规定。为了控制污染，还子孙以碧水蓝天，在国家科委和国家环保局领导下，开展了一系列防治SO2污染技术的攻关研究。
目前，国内外应用于工业生产和正在进行中间试验的烟气脱硫方法比较多,总体上可以分为三类：即以吸收剂水溶液洗涤烟气的湿法烟气脱硫；吸收剂浆液吸收硫及干燥的半干法；以及直接喷射钙基吸着剂粉料的干法烟气脱硫；湿法烟气脱硫的脱硫效率比较高，适用范围广，但系统复杂，设备投资和运行费用高，要求的运行管理水平高，即使在发达国家推广应用也存在着一定困难。喷雾干燥半干法烟气脱硫投资及运行费用与湿法比较有所降低，但旋转雾化喷头等关键设备技术要求高，灰浆系统比较复杂，推广应用也不容易。与上述两种脱硫方法相比，还原法脱硫成套技术具有投资低，运行成本低，系统简单，操作容易等优点，在中国被认为有广阔发展前景的脱硫技术。
连续实施了十多年的强化电力脱硫脱硝除尘一体化的创新之路建设政策使我国电力行业得到迅速发展，进入2000年后，电力总装机容量超过了3亿千瓦。从目前的情况看，新增电源的增长速度基本上能够实现与国民经济较高增速之间的动态平衡。与此同时，较多依赖火力发电的电源结构仍未得到有效改善，目前燃煤发电仍占电力总消耗量的75％以上。由其引发的环境污染问题也随之趋于严重，1998年和1999年我国因煤炭燃烧而排放出的二氧化硫总量分别高达2087万吨和1857万吨，居世界第一位，北方地区则接连发生大规模烟尘污染和酸雨现象，火电厂已经成为我国主要的大气污染源之一。除了二氧化硫外，火电生产过程中还会形成一定的污水，构成了电力污染的一个部分，各个省市已纷纷响应，出台各种燃煤电厂脱硫的配套优惠政策，这一系列措施使火电厂安装环保装置的积极性有所加强，尤其是电力脱硫设备，未来两三年电力脱硫装置市场将会达到一个峰值。
根据中国环境科学研究院的研究表明 火电厂是中国排放大气污染物大户，2003 年全国排放二氧化硫约为2150 万吨，火电厂的排放量就达到1100 万吨， 占到了全国二氧化硫排放总量的50%以上，按照目前的排放控制水平，到2020 年，中国火电厂排放的二氧化硫将达到2100 万吨以上。从长远来看，我国二氧化硫的排放量要削减一半，控制在1200 万吨/年，其中电力行业排放的二氧化硫应控制在550 万吨/年以下，这是一项艰巨的工程。
电力污染早已引起政府有关部门的高度关注，国家环保总局、国家经贸委等先后颁布《火电厂大气污染物排放标准》、《火电厂烟气脱硫关键技术与设备国产化规划要点》等行政法规，并采用政策规制和经济杠杆来促使火电企业实施环保措施，以期实现电力产业向环保化发展的政策，同时也提出了电厂脱硫脱硝除尘一体化国产化的目标。
二.电力脱硫脱硝除尘存在问题
1.技术方法成旧装置造价高昂
电力环保装置迟迟未能安装运行主要是由于装置造价高昂，比如，一个装机容量60 万千瓦左右的中型电厂，以250 元/千瓦的造价，脱硫设备投资大约需要1.5 亿元；一年需脱硫1.25 万吨,以1000 元/吨的脱硫运行成本计算，1台30万千瓦机组一年的运行费在1000万左右，60万千瓦机组则需2000万元，所以，有的电厂就算了一笔账，1台30万千瓦机组一年罚款1000万，十年不过1个亿，而光装脱硫设备就得上亿，加上运行费用，上不起也用不起，即是罚款千万还是比较划算，于是甘愿认罚。发电企业面对高昂的脱硫成本，并且发电成本的提高又不能在电价上同步，国家提出每度电加价0.02元的脱硫费用，更不适应国家提倡循环经济的发展方针。
电力脱硫设备市场容量主要来自于两个方面，一是增量市场新建电厂上脱硫项目，二是存量市场---已建电厂的脱硫改建。2004 年新建成的机组一半左右没有脱硫装置，这是因为电站项目建设的周期大约在三四年，而这些机组大都是2002 年以前立项的，当时还未要求新建机组全面脱硫。而从2003 年开始，国家环保总局要求新建的燃煤机组必须上脱硫装置，所以，今后新投产机组中脱硫机组所占比例将逐年增大。“十一五”中后期投产的新机组基本都要配套脱硫装置。老机组的脱硫改造目前仍存在一定问题，比如资金、电价、预留场地等，由于电力紧张，机组停不下来也是个问题。
表一
电力环保设备行业一方面受新增装机容量的增加， 另一方面受环保产业政策趋紧的影响，行业面临巨大发展机会。但目前这个市场存在着技术性的问题，一些环保公司只考虑石灰石—石膏法，采用喷淋塔技术不尖端相互竞争激烈打价格战，厂商利润率逐步降低。如果再这样决策下去负责主管也难得其咎。
2. 电力环保石灰石—石膏法可靠性值得研究
现在从事电力环保设备生产的公司主要有以下三类公司：1、发电集团和电力公司下属的脱硫公司，如国电龙源环保，中电投的远达环保，大唐电力的大唐环境科技工程有限公司，华电的博奇科技环保，苏源电力的苏源环保等等，这类企业与客户同属一个集团，具有十分明显的客户资源优势。2、火电发电设备公司，如东方锅炉哈动力和华光股份等企业也介入了新建电厂烟气脱硫工程，这些企业拥有强大的客户资源和完善的销售体系，具有较强的竞争优势。3、没有电力系统股东背景的从事烟气脱硫业务的公司，如凯迪电力，浙大网新，龙源环保，菲达环保，清华同方等，这些企业一般入行较早，技术与人才储备比较丰富。另外，由于烟气脱硫设备的核心技术仍然从国引进的石灰石—石膏法，装置就是喷淋塔，工艺简单造成此行业的进入壁垒较低，从2003 年脱硫市场的爆发性增长开始，市场上就出现了很多家只有很少核心技术人员、仅凭一些社会关系就投标揽活的小公司，这些公司为了挤进市场，竞相杀价，使脱硫行业毛利率水平急剧下降，已经形成恶性竞争，导致工程中标价格不断下降，目前烟气脱硫工程总承包中标价格已经降低到250 元/ 千瓦左右。国内电力环保无序竞争加剧，再加上钢材等原材料涨价，所以不少环保公司目前的订单饱满，而目前国内专门做电力环保的企业已经多数满负荷运作，同时做十几个项目的调试，难度与危险系数都比较大。即使在发达国家推广应用也存在着一定困难石灰石—石膏法，在我国电力环保上成了香饽饽。另外电力环保上市公司武汉凯迪电力环保公司是最早从事脱硫设备生产的厂家之一；浙江菲达环保主营业务收入组成主要是在稳固发展比较成熟的电除尘器、气力输送设备业务的基础上，大力发展新兴烟气脱硫业务，其发展前景取决于烟气脱硫业务的拓展；菲达环保主要产品的原材料绝大部分都是各种不同类型的钢材，钢材占其成本的60% 以上；福建龙源环保主营业务和菲达环保相似，电除尘器占主营业务收入的90% 以上，公司介入脱硫市场较晚，从德国LLB 公司引进干法脱硫技术并进行国产化。而石灰石—石膏法弊端是装置造价高，脱硫运行成本大，脱硫产生大量二氧化碳，形成了二次污染。以上所有这些脱硫公司都采用挂靠外国公司石灰石—石膏法技术，而所谓的核心技术不过是进口喷头。因此，所有这些电力环保公司认为石灰石—石膏法技术性不强，不象航天器和托卡马装置那样尖端，只考虑企业经济效益，不顾国情和技术创新，挂靠中外技术合作，一哄而起。让发电企业对脱硫设运行难和费用高感到头疼。
3.脱硫.除尘各行其事
电场在环保上考虑除尘的多，没有认识烟灰富含多种金属氧化物，它正是好的脱硫剂，由于肃虎造成资源浪费。而且静电除尘设备投资也不小。特别是运转费用更不能忽略不记，烟气含尘量通常情况下为：20000mg/m3。其中有脱硫作用金属氧化物占50%左右。这也是可观资源，而没有有效利用。其次考虑的是脱硫，这是因为脱硫投资大发电企业自己作不了主，所以在电力环保上打擂台赛，先是除尘紧跟其后就是脱硫。对脱硫除尘没有综合考虑，形成了单打一。因此启动火电厂烟气脱硫国产化示范工程，湿法烟气脱硫设备国产化的同时，选择其它若干种烟气脱硫工艺作为国产化的示范工程，编制出国产化实施方案，指定几种自主知识产权的技术装置全面推广是直观重要。
烟灰成分
从上表分析烟灰中32%左右的以氧化铝和氧化钙，氧化镁，氧化钾，氧化钛等碱性氧化与脱硫液亚硫酸中和产生亚硫酸盐，又有9.6%的三价铁与脱硫液中亚硫酸反应产生亚硫酸铁，亚硫酸铁易水解成氢氧化铁，它不仅是硫的吸收剂，也是的还原剂。既有这些资源就为还原法脱硫脱销除尘一体化提供了条件。
4.科技成果转化难极为突出
科学的崛起和繁荣，的确将人类发展的文明史推向了一个崭新的时代。但是，东西方科学发展的差距是历史造成的，实证科学的模式也并不是完美无缺的，更不是科学发展的惟一模式。我们一方面要通过交流、合作、引进、借鉴等多种方式向西方学习，缩小差距，更要悉心制订具有自己特色的科技发展战略，不惟书，不惟外，以重大科技创新为突破口，在自主创新中实现科学技术的新崛起。由于科技体制改革的滞后，我国科技创新活力不足，重大科技创新潜能得不到释放，缺乏自主创新的信心和另辟蹊径的勇气，导致实际工作只能处于跟踪追赶的被动局面，从电力环保企业来讲他们是作势，而没有超越性的新思路；真正作技术创新。他们认为是外来和尚会念经，他们的作法是挂靠外国公司， 虽然部分脱硫公司具备300MW以下机组的脱硫工程的设计、安装、设备成套、调试等总承包能力，但是在工艺方面并不具备自主知识产权。具体项目的技术工作由国外负责，每项200MW脱硫工程需要支付国外公司300万元上的技术使用费。脱硫湿风机、喷头、高性能阀门等关键部件主要靠进口。国内缺乏一条龙服务的公司。就这样能可支付高昂技术费，也不愿意做国内的技术成果示范，甚至对国内的技术发明持歧视态度，这让国内技术发明者满怀激情发展社会科技事业，却给带来的是债台高筑，身心疲惫。国家提出开发自主知识产权的烟气脱硫除尘一体化装置只不过是号召而已。中国加入世贸以来，国外对中国设置了很多贸易障碍，又在知识产权上施加压力，但在高昂的环保代价面前，众火电企业表现迥然：一些电厂以种种理由迟迟不上脱硫装置，甘愿受罚；有的电厂即便上了脱硫装置也不运行；而本应受益匪浅的脱硫公司却不得不将大块利润拱手相让给掌握核心技术及设备的国外脱硫企业。可以说，早在二十年前，国际脱硫技术与设备已很成熟，国内这两年发展迅猛，但脱硫设备还不能国产化，况且脱硫设备是一次性投入，国内几乎没有企业去做脱硫设备研发。不过，真正让有关部门担心的还是国家投巨资扶持火电脱硫项目是否能投入运营。过去无论是设备还是技术，均从国外引进，而且重复现象极其严重。上了脱硫装置不运行的问题，如果环保部门不加强监督，脱硫装置便可能会成为一种摆设，而这种浪费难以想象。而中国的技术发明又何从何为，不得不引起我们深思。
三. 还原法脱硫脱硝除尘一体化技术方法介绍
还原法脱硫脱硝除尘一体化技术主要用于解决治理有色金属冶炼和以劣质煤燃烧的电站锅炉燃烧产生废气。其创新之处在于：从自然现象中找到切入点，率先应用还原法治理烟气污染，运用地质化学原理，按火山口固硫成因原理，在本项目工艺流程中通过两级吸收、两次配气，将烟气均匀注入脱硫塔还源液内，多元化还原反应沉积单质硫，烟气SO2回收率达95%以上，烟尘净率达99%，并且还原液循环使用，无二次污染，本工艺技术装置实现脱硫除尘一体化。采用计算机模拟设计，优化脱硫塔及塔内的烟管喷嘴等的布置，优化还原液浓度、Na/S比、还原液流量等运行指标，可以保证脱硫塔内烟气注射到还原液里均匀，以最小的消耗取得最好的脱硫效果工艺技术先进，造价低廉，容易实施，产业化前景广阔,装置型号为：
WJS-X-1.2.3……型 （小型）适应烟气流量0.5-40万Nm3/h
WJS-D-1.2.3……型（大型）适应烟气流量40-120万Nm3/h
1. 还原法原理
反应式如下：
5SO2+H2O—5H2SO3 （1）
3H2SO3+3NaS→3NaSO3+H2s （2）
Na2S+H2O=NaOH+H2S（氢硫酸）
H2S+SO2→3S↓+H2O （3）
配气反应式：
2H2S+3O2→2H2SO3（O2充足时） （4）
2H2S+O2→2H2O+2S↓（O2适量时） （5）
Na2S+H2O=NaOH+H2S
NO2+ NaOH+O2 =NaNO3+H2O
2.中和反应原理
SO2+H2O=H2SO3
H2SO3+（Na.Ca）OH=（Na.Ca）SO3+H2O
本工业烟气脱硫除尘装置吸取了过去吸收液高压雾化反应不彻底的弊病，以水烟袋的机理，将烟气按流量大小和烟道直径分配于几个排列组合的烟管上，在烟管上排列加装“T”字型小直径烟嘴插入还原液体内，这一方法解决了烟气克服液体密封的阻力，当将高温烟气均匀注入脱硫塔脱硫液中的同一界面中时，烟气与还原液完全接触，已达到充分反应的目的。且采取脱硫塔两级吸收、两次配氧。每级烟气过载面积为60m2—120/ m2，还原液循环过滤利用全过程自动化操作。其流程图如下：
还原塔 烟气排放
烟道气 脱硫塔
旁通烟道 过滤
石灰水、催化剂 烟灰，硫
2. 工艺流程概述
A、如图所示，本装置分三段区：第一段喷淋降尘区，第二段两级还原吸收区，第三段氧化还原除雾区。
第一区段：设计烟气进入后成“U”走向，加上装置上安装10个喷头，高压雾化喷淋，将烟尘沉降在除尘器下部用螺旋出渣机定时卸出，和疏水阀疏水。
第二区段：利用变径增加压强克服液体对气体阻力，烟气通过烟道分别均匀插在吸收液中，两次吸收反应后，烟尘和亚硫酸盐排入固液分离器，吸收液输回重复使用。
第三区段：经过脱硫塔排出的烟气通过氧化冷却除水雾后排放烟
囱，此区段靠鼓风进氧和吸湿材料完成脱水。本装置的工艺创新和科学的思维，适用性强，开发应用转化容易。
项目的创新点
脱硫脱销除尘的核心是装置，目前国内外都采用喷淋塔，而本工艺方法上是一种是在逆向思维的探索中闪现出的孕育新理论、解决大难题的新亮点，将高温烟气两级烟气拄均匀的注射入还原液内充分反应新型装置，反应彻底。工艺装置设计构思新颖，利用压强差将烟气完全、均匀地注射吸收还原液内，使SO2充分反应，得到的硫粉烟尘一并过滤回收吸收液输回重复使用，技术处于国内首创。技术率先应用烟气注射法脱硫治理烟气污染，烟气与还原液接吻面积大，反应时间长的特点。这种气体注射式脱硫塔可广泛应用于气体与液体反应工艺上，它不仅是湿法脱硫除尘装置，而且是化工工艺装置的彻底创新。
在脱硫应用上技术方法有五种：
1.用硫化钠还原法回收硫粉。2.造纸废水（酸性. 碱性）均可。3.化工企业碱性废水中和法。4. 海水脱硫。5.废氨脱硫。
装置优点是：
a. 占地面积小，本装占地面积为150m2。
b. 运行成费用低，按原硫计吨损耗还原剂130元。
c. 自动化程度高。
d. 有效利用烟尘中的金属氧化物吸收二氧化硫。
.e 以废治污，循环利用。
WJS系列脱硫除尘装置规格及技术参数
附注：1、循环水消耗量5%-10%。
2、配套主要设备包括：风机、泵、配电柜、控制柜、管、钢架、污泥分离系统、吸收剂配制系统等
3.工程线路及反应原理：
（1）工艺线路：
烟气锅炉引风机的作用下将烟气鼓入脱硫塔中的烟管，烟管上分别安装烟嘴插入60m2水面的脱硫液中，SO2与脱硫液反应排入沉降，氧化还原除雾塔通过鼓风使H2S配氧还原单质硫，烟气达标排放，烟尘. 硫粉沉淀过滤，（烟尘. 硫粉）含硫20%左右达到工业品位，还原液循环使用。
（2）.主要设备及名称：
因考虑工程投资规模与经济承受能力，体现科技含量高而使用操作简单的人性化。治理工程在现有的基础上减少脱硫投资的总量，采用还原法烟气脱硫除尘一体化技术装置，设备采用电脑CAD辅助设计不锈钢非标制作，辅助设备鼓风机.引风机.水泵.螺旋加料机.螺旋除渣机。
a.脱硫塔
b.氧化还原除雾塔
c.固液分离器（卧式甩干机）
d沉淀池
四. 脱硫脱硝除尘一体化应用前景
根据我们目前了解的国内外行情来看，在电站锅炉脱硫除尘设备上，多采用石灰石法设备，耗资1.5亿多元，设备磨损快，维护检修费用大，运行费大，发电企业难以承受。而还原法烟气脱硫除尘一体化装置预计单位售价为3680万元/台。要实施火电厂烟气脱硫国产化的目标，国家经贸委将会同有关部门建立火电厂烟气脱硫关键技术和设备国产化协调会议制度，在解决国产化工作中的重大问题的同时组织实施烟气脱硫国产化示范工程；积极扶持脱硫设备的生产和供应，培育和扶持有创新实力的脱硫工程公司，研究制定促进火电厂烟气脱硫国产化的配套政策，将脱硫脱销除尘一体化技术装置国产化项目全面推广实施，就要废除喷淋塔和石灰石-石膏法，这将为我国有色金额冶炼及热电厂节约大量的投资治理废气费用，该装置的投资是同类产品投资的30%，运行费用是同类装置的20%；硫资源回收，同时项目的运行减少了我国工业生产造成的和二氧化硫污染，保护环境及生态平衡，是实现我国洁净化工业生产和资源合理利用的有利保障。依据我国国情，电力脱硫脱销除尘一体化技术装置是实现以废治废，废物二次利用，它不仅是投资小，更直观的是运行费用低，三为一体设备建设周期短。
发展科技创新、服务社会，促进我国环保产业建设和社会可持续的发展，坚持以科技创新促进产业，以产业推动社会文明的经营理念，采用科技服务与环保产业化相结合、项目运作与资本运作相结合、科技成果转化与产业化开发相结合的运作新模式，拓展以烟气脱硫除尘一体化技术装置及其配套服务为主，实现我国循环经济长足发展。作为一个国家综合制造能力的集中体现，重大装备制造业在实现从“中国制造”到“中国创造”战略中的位置举足轻重。一项专利技术要转化成一项成熟的产品，有一个相当艰难而漫长的过程，这已经是历史了，这也不符合当今的社会发展速度。众所周知，在经济全球化、市场化日益突出的今天，离开了知识产权，技术创新、核心技术都无从谈起。尤其对于直接关系到国家经济安全和可持续发展的重大装备制造业来讲，知识产权的意义更加不言而喻。装备制造业没有自主知识产权的核心技术，我国的经济发展终究会受制于人，因此，专利转化迫切希望中国节能投资公司和行业内专家和企业老总参与引人高新技术成果产业化资金的支持，给予一个平台，让科技发明展现出来。
环保产业是人们公认的朝阳产业，我国已成为世界上环保产业发展中潜力较大的市场，为国内许多环保生产企业所重视，在中外竞争中，关于国内烟气脱硫除尘装置，如何实现国产化，在市场上立于不败之地，将是一个技术问题。作为一个新兴的高科技产业，环保产业已从单纯技术向产品生产，并逐步发展成为具有资源综合利用和自然资源保护与产品开发、技术服务多功能的产业化体系，显现科技文化发展综合国力，这是历史赋予我们的重任。所以时代呼唤国内环保企业要用高科技手段，将新型脱硫脱硝除尘为一体化的整体系统工程技术装置产业化。实现脱硫除尘一体化国产化，打破常规石灰石—石膏法脱硫技术落后，装置造价高，运行费用大的劣势，创造出自己特色品牌，真正成为引领中国脱硫除尘一体化新朝流。可在我国全面推广的成套装置工程技术，必将是我国脱硫除尘工程技术在高新技术发展中的一个亮点，也是民族工业发展之希望。
