淺析火電廠脫硝技術(shù)的應(yīng)用以及脫硫脫硝一體化發(fā)展趨勢(shì)

常濤

浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司 ，浙江杭州，310000

淺析火電廠脫硝技術(shù)的應(yīng)用以及脫硫脫硝一體化發(fā)展趨勢(shì)

常濤

浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司 ，浙江杭州，310000

利用煤炭能源發(fā)電過(guò)程中，會(huì)排放許多有害物質(zhì)，特別是氮氧化物、二氧化硫等，對(duì)環(huán)境造成極為嚴(yán)重的空氣污染。如何能夠經(jīng)濟(jì)有效的去除和減少這些有害物質(zhì)，是我國(guó)急需解決的問題。本文主要介紹了火電廠脫硝技術(shù)以及脫硫脫銷一體化的發(fā)展趨勢(shì)。

火電廠；脫硝；脫硫；超低排放；一體化

隨著全球環(huán)境問題愈演愈烈，人們迫切去尋求清潔能源去替代燃燒性燃料來(lái)進(jìn)行發(fā)電工作，經(jīng)過(guò)多年的研究和實(shí)踐，目前風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)均已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用和發(fā)展。但我國(guó)地域遼闊，加上人們生活對(duì)于電能的需求越來(lái)越大，清潔能源發(fā)電的成本極高，其發(fā)電過(guò)程受到外界條件的局限，并不能夠成為普遍形式的發(fā)電形式?，F(xiàn)階段，我國(guó)的發(fā)電技術(shù)仍大范圍內(nèi)的使用煤炭能源的火力發(fā)電形式進(jìn)行發(fā)電。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，火電廠使用燃煤發(fā)電量占全國(guó)發(fā)電量的七成左右，而清潔能源發(fā)電所占比例尚不足一成。在利用煤炭能源發(fā)電過(guò)程中，會(huì)排放許多有害物質(zhì)，特別是氮氧化物、二氧化硫等，對(duì)環(huán)境造成極為嚴(yán)重的空氣污染。如何能夠經(jīng)濟(jì)有效的去除和減少這些有害物質(zhì)，是我國(guó)急需解決的問題，同時(shí)，電廠超低排放的實(shí)施，都是現(xiàn)有電廠亟待解決的問題。本文主要介紹了火電廠脫硝技術(shù)以及脫硫脫銷一體化的發(fā)展趨勢(shì)。

1 脫硝技術(shù)以及使用

1.1 脫硝技術(shù)的種類

從技術(shù)層面來(lái)說(shuō)，降低火電廠發(fā)電產(chǎn)生的氮氧化物的排放量的主要途徑包含有爐內(nèi)脫硝工藝（SNCR）和煙氣脫硝工藝（SCR）。但從目前實(shí)踐應(yīng)用結(jié)果來(lái)看，煙氣脫硝技術(shù)在使用時(shí)具有更高的效果，但由于活力發(fā)電的鍋爐型號(hào)已經(jīng)確定，導(dǎo)致在進(jìn)行具體的脫硝工藝操作時(shí)需要更大的技術(shù)成本，降低火力發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效果。氮氧化合物可以在燃燒之前、燃燒中、燃燒后三個(gè)階段進(jìn)行脫氮。現(xiàn)如今使用最廣泛的就是在燃燒過(guò)程中以及燃燒之后采用脫氮技術(shù)。為達(dá)到新的環(huán)保要求，現(xiàn)有的脫硝技術(shù)可以分為以下兩個(gè)類別：

其一，對(duì)于傳統(tǒng)的脫硫脫硝工藝，其在生產(chǎn)時(shí)的溫度存在著不同，且內(nèi)部會(huì)發(fā)生一些化學(xué)反應(yīng)，對(duì)于SNCR工藝，其在生產(chǎn)的過(guò)程中會(huì)在通過(guò)高溫對(duì)顱內(nèi)的NO和噴入的含氮藥劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水和氮?dú)?。而?duì)于SCR工藝，其主要是通過(guò)煙氣的高溫使煙氣中包含的氮氧化物和還原劑發(fā)生反應(yīng)，形成無(wú)毒的氮?dú)夂退?，通過(guò)對(duì)這兩種脫硫脫硝工藝進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)，在對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫脫硝處理時(shí)需要采用對(duì)應(yīng)的脫硝設(shè)備，這種方法導(dǎo)致脫硫脫硝工藝生產(chǎn)過(guò)程中的成本大大提高，且操作難度也會(huì)發(fā)生較大的變化。其二，高效低碳燃燒技術(shù)和SNCR脫硝技術(shù)的聯(lián)合使二次合理低氮分級(jí)和低一次風(fēng)率方式技術(shù)的有效融合，既能保證脫硫脫硝工藝的效果，降低其對(duì)空氣的危害，同時(shí)又能夠保證火力發(fā)電廠的生產(chǎn)效率。

1.2 國(guó)內(nèi)外脫硝工藝發(fā)展

在能源發(fā)展以及清潔能源的技術(shù)研發(fā)上，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的研究已經(jīng)十分深入，研究時(shí)間也遠(yuǎn)比我國(guó)時(shí)間長(zhǎng)，所取得的成果也極為豐碩。例如美國(guó)也大量采用火力發(fā)電，其火力發(fā)電廠分布極為廣泛，所使用的能源主要包括燃煤和天然氣，其氮氧化物的排放量也較低，其主要的脫硝技術(shù)主要把有三段燃燒技術(shù)、使用低公害燃燒器等。又例如德國(guó)相對(duì)成熟的脫氮方法則是二及脫氮技術(shù)，大多數(shù)利用選擇性非催化還原的脫銷工藝。而實(shí)際上目前世界脫銷技術(shù)中發(fā)展的最為成熟并且效率最高的脫銷工藝為選擇性催化還原法脫硝工藝。但由于該項(xiàng)工藝在生產(chǎn)過(guò)程中難以控制催化劑的活性實(shí)踐，并且其工藝應(yīng)用成本極高，所生產(chǎn)電能的造價(jià)高，如此種種難以在人口密集、用電需求量大的地區(qū)和國(guó)家進(jìn)行普及應(yīng)用。

相比之下，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力相比之下較為匱乏，完成脫硝技術(shù)的使用存在先天的不足。但是在嚴(yán)峻的環(huán)境挑戰(zhàn)面前，許多科研單位以及環(huán)保企業(yè)都加大了對(duì)脫硝工藝的深入研究中，并且大多數(shù)火電廠都預(yù)留出了煙氣脫硝的安裝空間，其所擬采用的煙氣脫硝工藝為選擇性催化還原工藝。

2 脫硫脫硝一體化技術(shù)使用以及發(fā)展趨勢(shì)

談到火電廠的排放控制，就不能夠排除掉對(duì)二氧化硫的排放控制，對(duì)于火電廠而言，脫硝與脫硫是兩個(gè)重要的控制工藝。上文簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外脫硝工藝發(fā)展，以及脫硝工藝的簡(jiǎn)單分類。我國(guó)火電廠中常用的脫硫方式也可以大致分為濕法脫硫和半干法脫硫。這兩種脫硫方式各有利弊：其中半干法脫硫主要利用到噴霧干燥原理，脫硫工作主要在吸收塔內(nèi)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)塔內(nèi)分離，或者是在吸收塔內(nèi)讓二氧化硫與相關(guān)的吸附材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)物質(zhì)后，進(jìn)行排放，而濕法脫硫所選用的脫硫物質(zhì)通常為石灰石漿液劑，其脫硫原理是對(duì)煙道末端對(duì)排放出的煙氣進(jìn)行洗滌，在漿液劑環(huán)境下，所有的化學(xué)反應(yīng)都在溶液中，脫硫效率較高，脫硫產(chǎn)物多為液態(tài)。相比之下，半干式脫硫工藝投資較低，且脫硫效果較差，而濕法脫硫效率十分低，濕法脫硫，其生產(chǎn)工藝投入過(guò)高，但其脫硫效率高，產(chǎn)生的廢物石膏，可以作為石膏板等建筑材料的原材料，得以二次利用。因此，石灰石石膏法脫硫方法得以廣泛推廣。

鍋爐燃燒燃料需要同時(shí)調(diào)控二氧化硫以及氮氧化合物的排放量，假如同時(shí)安置兩套設(shè)備，不僅會(huì)占據(jù)很大的占地面積，還會(huì)使得投資的成本大大增加。脫硫脫硝一體化技術(shù)的研發(fā)不僅僅能夠削減空間的利用，還能夠減少投資方的投資成本，增加脫硫脫硝的效率，脫硫脫硝一體化技術(shù)主要包括聯(lián)合脫硫脫硝工藝和同時(shí)脫硫脫硝工藝兩方面。

2.1 聯(lián)合脫硫脫硝工藝方式以及利用

聯(lián)合脫硫脫硝的工藝方式就是把脫硫、脫硝兩種工藝結(jié)合在一起的技術(shù)手段。根據(jù)以往的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，聯(lián)合脫硫脫硝的技術(shù)方法大約有六十多種，以下簡(jiǎn)要介紹幾種常見的聯(lián)合脫硫脫硝工藝

2.1.1 SSNNOOXX技術(shù)方法

SNOX技術(shù)方法理論研究以及實(shí)踐應(yīng)用均已趨于成熟，由于該工藝在生產(chǎn)過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生并不會(huì)受到鍋爐型號(hào)、尺寸等因素的影響，對(duì)于一般性的鍋爐均有一定的適用性。該技術(shù)方法最核心的化學(xué)試劑為氨氣，原料簡(jiǎn)單易得，并且技術(shù)和工藝較為簡(jiǎn)單可行，維修成本低，但其反應(yīng)所需要的條件存在耗能大的特點(diǎn)，脫硫脫硝效果可達(dá)95%以上，但投入-產(chǎn)出比較低，僅僅適合在排放標(biāo)準(zhǔn)較高或者是經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的地區(qū)使用。

2.1.2 煙氣脫硫脫硝一體化工藝

通過(guò)使用氨氣把氮氧化合物經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成氮?dú)夂退?，煙氣通過(guò)脫硫，和石灰的化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成石膏，經(jīng)由分離處理提取的粉煤灰能夠進(jìn)行二次使用，這種方法的效率最高，極大程度上解決的二次污染的問題。

2.1.3 干式一體化氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）技術(shù)

這種技術(shù)排放控制系統(tǒng)包括4項(xiàng)控制技術(shù)，分別是低氮氧化物（NOx）燃燒器、燃盡風(fēng)、選擇性非催化還原、干吸附劑噴射。這種技術(shù)對(duì)燃煤機(jī)組非常適用，優(yōu)勢(shì)在于把所有的排放控制在爐內(nèi)和煙道內(nèi)，脫硫、脫硝的效果分別可以達(dá)到70%和80%.

2.2 同時(shí)脫硫脫硝方式以及利用

同時(shí)脫硫脫硝方式，實(shí)際上就是利用一個(gè)過(guò)程同時(shí)脫硝脫硫，進(jìn)一步提升火電廠氣體排放物的有害物質(zhì)處理時(shí)間和效率。目前主要應(yīng)用的同時(shí)脫硫脫硝方式包含有干式和濕式兩種。相對(duì)而言，干式同時(shí)脫硫脫硝更加普遍使用，而濕式的效率更高，將會(huì)是未來(lái)火電廠脫硫脫硝一體化的發(fā)展趨勢(shì)。

2.2.1 干式同時(shí)脫硫脫硝方式

目前應(yīng)用較廣的干法同時(shí)脫硫脫硝方式為活性炭脫硫脫氮和電子束照射發(fā)，前者是由日本研發(fā)，在一定的工作環(huán)境中有極高的轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)硫元素可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)回收利用，后者在我國(guó)普遍的推廣途徑為噴霧干燥，保持工作時(shí)候的高效率，不會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的化學(xué)產(chǎn)物，同時(shí)能夠得到可以二次利用的化肥產(chǎn)品，操作相對(duì)簡(jiǎn)便。

2.2.2 濕法同時(shí)脫硫脫硝方式

目前濕法同時(shí)脫硫脫硝的研究進(jìn)展主要集中在兩個(gè)方面，其一是氯酸氧化方法技術(shù)的研究，它的應(yīng)用原理就是利用氮氧化物與氯酸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過(guò)多部反映生成硝酸、鹽酸以及二氧化氮，氯酸還可以與二氧化硫產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，將硫元素轉(zhuǎn)換成更高價(jià)位，以硫酸形式排除。其轉(zhuǎn)換效率極高，效率高達(dá)95%以上，但其終產(chǎn)物產(chǎn)生的酸性廢液的運(yùn)輸和處理過(guò)程十分復(fù)雜，同時(shí)對(duì)設(shè)備的防腐性能要求很高。其二則是濕法配合吸收方法。通過(guò)使用濕法洗滌體系的聯(lián)合脫硫方法，能夠達(dá)到清除超過(guò)60%的氮氧化合物以及超過(guò)90%的二氧化硫。這種方法現(xiàn)在也處在研究開發(fā)和不斷優(yōu)化的階段，相關(guān)化合物的損失和再生是相關(guān)研究的瓶頸。

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[3]付玲.聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)在燃煤集中供熱項(xiàng)目上的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2014(02):93-95.

常濤/1981年生/男/陜西渭南人/本科/高級(jí)工程師/研究方向?yàn)闊崮芘c動(dòng)力工程