燃煤電廠氨法脫硫?qū)Χ趸蚺c二氧化碳協(xié)同減排效應(yīng)的初探

于洪海

（華電電力科學(xué)研究院東北分院遼寧沈陽110179）

燃煤電廠氨法脫硫?qū)Χ趸蚺c二氧化碳協(xié)同減排效應(yīng)的初探

于洪海

（華電電力科學(xué)研究院東北分院遼寧沈陽110179）

目前，由溫室氣體導(dǎo)致的氣候變化影響正在被全世界所關(guān)注，而燃煤電廠又是CO2排放大戶，燃煤電廠正面臨著污染物減排和溫室氣體減排的雙重壓力。通過對氨法脫硫的特點分析其對SO2與CO2協(xié)同減排效應(yīng)，為燃煤電廠在污染物減排和溫室氣體減排協(xié)同減排方面提供參考。

氨法脫硫；CO2；協(xié)同效應(yīng)

氣候是人類生存自然環(huán)境要素之一，氣候變化對人類和自然系統(tǒng)有著重要的影響，現(xiàn)今已經(jīng)成為國際社會普遍關(guān)注的全球性問題。2015年12月12日，在巴黎氣候變化大會上《聯(lián)合國氣候變化框架公約》（以下簡稱《公約》）近200個締約方一致同意通過了《巴黎協(xié)定》?！栋屠鑵f(xié)定》指出，各方將加強對氣候變化威脅的全球應(yīng)對，把全球平均氣溫較工業(yè)化前水平升高控制在2攝氏度之內(nèi)，并為把升溫控制在1.5℃之內(nèi)而努力。全球?qū)⒈M快實現(xiàn)溫室氣體排放達峰，本世紀下半葉實現(xiàn)溫室氣體凈零排放。據(jù)CDIAC（Carbon Di oxi deInf orm at i on Anal ysi sCent er）的相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示目前我國是溫室氣體全球第一排放大國，占全球溫室氣體排放的29%，并且全球每年新增排放的溫室氣體約60%來自我國，因此，中國未來的排放水平和減排行動對其可持續(xù)發(fā)展和全球溫室氣體控制具有舉足輕重的影響［1］。IPCC第五次評估報告（AR5）認為，以使用化石能源為主的人類活動引起的溫室氣體排放增加，對近百年來的氣候變化發(fā)揮著主要作用，在我國電力行業(yè)目前主要以化石能源為主要燃料，其中煤炭又占有極大的比重，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國電力行業(yè)消費了全國大約50%的煤炭，在煤炭消耗的過程中，產(chǎn)生了大量的SO2、NOX、煙塵和H g等污染物的同時，又產(chǎn)生了大量的CO2，隨著公眾環(huán)保意識的不斷提高以及政府的持續(xù)重視，CO2大有成為繼SO2、NOX、煙塵三大常規(guī)大氣污染之后第四大污染物之勢，目前我國出臺了《國家應(yīng)對氣候變化規(guī)劃（2014-2020年）》《工業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算和報告通則》等一系列政策標準以及建立碳排放權(quán)交易制度等行政措施開展CO2減排工作并逐漸加大力度。

燃煤電廠既向環(huán)境中排放SO2等大氣污染物又向環(huán)境中排放了大量的CO2，在《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）修訂實施后，為了滿足更加嚴格的大氣污染物排放標準，燃煤電廠紛紛加設(shè)脫硫脫硝設(shè)施或是對原有的環(huán)保設(shè)施進行提標改造，減少SO2等大氣污染物的排放?！吨袊l(fā)電企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南（試行）》中指出，發(fā)電企業(yè)的全部排放包括化石燃料燃燒的CO2排放、燃煤發(fā)電企業(yè)脫硫過程的CO2排放，企業(yè)凈購入使用電力的CO2排放。由此可知，脫硫過程是燃煤電廠CO2產(chǎn)生的主要部分之一。燃煤電廠在實施環(huán)保改造后，可能出現(xiàn)污染物降低，但CO2未隨SO2等污染物發(fā)生同趨勢變化的情況。如何減少SO2等大氣污染物排放，改善環(huán)境空氣質(zhì)量的同時，降低CO2排放，減緩溫室效應(yīng)，將是未來一段時期內(nèi)我國燃煤電廠乃至電力行業(yè)面臨的急需解決的問題，IPCC第三次評估報告（AR）中正式提出了協(xié)同效應(yīng)的概念。綜上，本文以氨法脫硫為主，對其減排SO2和CO2之間的協(xié)同效應(yīng)進行初步分析。

1　氨法脫硫技術(shù)

氨法煙氣脫硫是以氨基物質(zhì)作吸收劑，脫出煙氣中的SO2并回收副產(chǎn)物（如硫酸銨等）的濕式煙氣脫硫工藝，簡稱氨法。氨法是一種高效、低耗能的濕法脫硫技術(shù)，反應(yīng)速率快，吸收劑利用率高，脫硫效率可達95%～99%。氨法具有豐富的原料作為吸收劑，一般以液氨、氨水和碳銨為主。氨法的最大特點是SO2的可資源化，可將污染物SO2回收成為高附加值的商品化產(chǎn)品。副產(chǎn)品硫銨是一種性能優(yōu)良的氮肥，在我國具有很好的市場前景。

1.1氨法脫硫現(xiàn)狀

隨著《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）自2012年起逐步實施，燃煤電廠的SO2排放有了更嚴格的要求，我國大多數(shù)火電機組的脫硫設(shè)施均不同程度的進行升級改造，氨法脫硫也取得了快速的發(fā)展，目前已有接近百家企業(yè)采用了該技術(shù)。其中，已經(jīng)投運規(guī)模最大的是江南環(huán)保公司承建的廣西田東電廠2× 135M W機組的氨法脫硫裝置。該裝置采用二爐一塔配置，單塔的煙氣處理量為110×104m3/h。另外，2012年6月，環(huán)保部將華能淮陰第二發(fā)電有限公司4×330MW機組氨法脫硫工程列為國家示范項目工程，這標志著氨法脫硫由中小機組向大型機組發(fā)展。

1.2氨法脫硫過程

以氨水（20%）為吸收劑，將吸收液在噴淋塔中自塔頂噴淋，與煙氣逆流接觸，主要發(fā)生如下反應(yīng)：

上述反應(yīng)中，起主要吸收作用的是（NH4）2SO3，隨著反應(yīng)的進行，其濃度會逐漸下降，為了保持溶液的吸收能力，可以向系統(tǒng)中添加氨水，NH4HSO3與氨水發(fā)生反應(yīng)重新生成（NH4）2SO3，從而維持了吸收液的吸收能力。

而亞硫酸銨被氧化風(fēng)機鼓入的空氣強制氧化，最終生成硫酸銨：

2　氨水與二氧化碳反應(yīng)機理

氨水與CO2的反應(yīng)主要是發(fā)生在在氣液界面的液膜中，其主要的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

在氨水與CO2的反應(yīng)過程中，迅速生成NH2COONH4且不可逆，反應(yīng)初期，控制CO2吸收速率，若增加汽液接觸面積和傳質(zhì)系數(shù)將有利于CO2吸收。在氨水脫碳過程中，隨著碳化度（即氨水中CO2的濃度與氨的濃度之比）增大，CO2吸收速率逐漸由此水解速率控制。

3　氨法脫硫?qū)Χ趸蚺c二氧化碳協(xié)同減排效應(yīng)

由于迫于污染物減排與降低CO2排放減緩氣候變化影響的雙重壓力，如果在SO2等大氣污染物減排的同時降低CO2的排放將對燃煤電廠綠色低碳發(fā)展起到促進作用。早在2001年，何伯述等人便進行了使用胺洗滌液協(xié)同脫除CO2、SO2和NOX等氣體的研究［2］，同年IPCC第三次評估報告中首次提出協(xié)同效應(yīng)的概念。

目前采用氨法脫硫技術(shù)電廠所使用的氨水濃度較低，普遍在20%以下。Jam esW ei f u Lee［3］等人采用氨水噴淋煙氣吸收CO2，其結(jié)果表明用28%的氨水可以吸收98%的CO2，而用10%的氨水可以吸收80%的CO2。由此可知，低濃度氨水在適當(dāng)?shù)臈l件可以與煙氣中的CO2反應(yīng)。

另外，通過氨法脫硫的脫硫劑分子式（NH3·H2O）可以看出，不同于采用碳酸鹽類脫硫劑的鈣法脫硫技術(shù)，氨法脫硫的脫硫劑自身不含碳，反應(yīng)過程中不會產(chǎn)生CO2。吳兌［4］等人在對目前常見的脫硫技術(shù)存在的溫室氣體排放隱患研究中指出，氨法脫硫工藝不排放CO2，即控制了大氣污染，又減排了溫室氣體；湯燁［5］通過對大氣污染物與溫室氣體協(xié)同減排效應(yīng)核算進行研究表明，氨法脫硫，因為使用氨水作為脫硫劑，在溶解SO2的過程中，也能因溶解CO2而產(chǎn)生CO2削減量。

通過上述氨水與SO2和CO2的反應(yīng)機理的介紹以及多為專家學(xué)者的研究表明，氨法脫硫技術(shù)在SO2與CO2協(xié)同減排方面具備正效應(yīng)，在去除SO2同時可降低CO2排放。

4　結(jié)論與展望

根據(jù)前文敘述以及氨法脫硫技術(shù)的特點可知，在不考慮脫硫系統(tǒng)運行過程中消耗的電力產(chǎn)生的CO2時，氨法脫硫技術(shù)對SO2和CO2協(xié)同減排方面具備正效應(yīng)，可以同時為燃煤電廠污染物減排和溫室氣體減排做出貢獻。但目前氨法脫硫相比石灰石-石膏法脫硫技術(shù)來說，應(yīng)用范圍沒有其廣泛，并且氨法脫硫應(yīng)用于300MW及以上機組也不是很多，同時氨法脫硫具體減排CO2量也有待具體分析計算。盡管如此，氨法脫硫以其設(shè)備占地少、投資小、操作簡單，整個過程不產(chǎn)生任何廢水、廢液和廢渣，回收的SO2全部轉(zhuǎn)化為硫酸銨化肥等特點，在燃煤電廠SO2與CO2協(xié)同減排方面具有良好的應(yīng)用前景。

［1］Friedlingste in，P.，R.M.Andrew，J.Rogelj，et al.Persistent growth of CO2 em issions and implications for reaching climate targets［J］.Nature Geoscience，2014.7（10）：709-715.

［2］何伯述，鄭顯玉，王淑娟，等.NH3脫除煙氣中氣態(tài)污染物的應(yīng)用前景［C］.中國工程熱物理學(xué)會第十屆年會，2001.

［3］James Weifu Lee.Integration of fossil energy systems with CO2sequestration through NH4CO3production［J］.Energy Conversion and Management，2003，44：1535-1546.

［4］吳兌，吳晟，譚浩波.現(xiàn)行脫硫技術(shù)存在排放溫室氣體的隱患［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2008.31（7）：74-79.

［5］湯燁.火電廠大氣污染物與溫室氣體協(xié)同減排效應(yīng)核算及負荷優(yōu)化控制研究［D］.北京：華北電力大學(xué)，2014.

于洪海（1982—），男，沈陽人，碩士，工程師，目前主要從事電廠環(huán)境技術(shù)監(jiān)督和污染治理研究工作。