循環(huán)流化床鍋爐脫硫、脫銷及煙氣除塵技術探討

張玉好++魏兵雷

[摘 要]2020年我國SO2：排放量將達到3500萬噸，NOx排放量將達到2700萬噸之多。其中燃煤二氧化硫排放量占二氧化硫排放總量的90%以上，火電站是我國的主要耗煤大戶，其次是工業(yè)鍋爐和取暖鍋爐。2002年時，我國火電廠裝機容量己達到3，53億千瓦。因此，削減和控制燃煤SO2和NOx污染，是我國能源和環(huán)境保護部門面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。就循環(huán)流化床鍋爐脫硫、脫銷及煙氣除塵技術，本文作了探討。

[關鍵詞]循環(huán)流化床鍋爐 脫硫、脫銷及煙氣除塵 技術

中圖分類號：X773 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）02-0213-01

一、SO2的危害及防治

SO2對人體健康的影響主要是通過呼吸道系統(tǒng)進入人體，與呼吸器官作用，引起或加重呼吸器官的疾病。如鼻炎、咽喉炎、支氣管炎、支氣管哮喘、肺氣腫、肺癌等。大量資料表明，SO2與大氣中其他污染物協(xié)同作用，對人體健康的危害更大。SO2對植物的危害也比較大。植物對SO2特別敏感，主要通過葉面氣孔進入植物體內(nèi)，在細胞或細胞液中生成SO32-或HSO3-和H+。破壞植物的正常生理機能，使光合作用降低，影響體內(nèi)物質(zhì)代謝和酶的活性，從而使葉細胞發(fā)生質(zhì)壁分離、收縮或崩潰，葉綠素分解等?？梢哉f，SO2造成了非常大的社會經(jīng)濟損失。據(jù)資料介紹，美國每排放1t SO2造成社會經(jīng)濟損失為220美元，我國平均每噸SO2造成的社會經(jīng)濟損失為1700元人民幣。照此計算，我國每年因排放SO2造成的社會經(jīng)濟損失約相當于近千億人民幣，而且使人的壽命縮短38天。火電廠SO2排放量已占SO2排放總量近50%，隨著經(jīng)濟發(fā)展和電能需求增加，火電廠排放比重將繼續(xù)增大，火電廠是SO2排放總量控制的重點行業(yè)。

二、循環(huán)流化床鍋爐脫硫、脫銷及煙氣除塵技術背景

我國能源結構是以燃煤為主，煤煙型污染的控制是大氣環(huán)境保護的重點。應因地制宜、結合國情，根據(jù)地區(qū)大氣環(huán)境的特點，開發(fā)應用成熟技術、實用技術。在除塵方面，在滿足環(huán)境質(zhì)量標準和排放標準的前提下，小型電廠鍋爐除塵可選擇單元復合多管式除塵器和陶瓷多管除塵器；對于中大型電廠鍋爐除塵優(yōu)先采用多級靜電除塵器和袋式除塵，以滿足環(huán)境質(zhì)量標準要求。在脫硫脫硝方面，可通過選擇低硫煤（0，7%以下），采用循環(huán)流化床鍋爐，而且在燃燒過程加入石灰石為主的脫硫劑，可以有效的控制SO2的排放。相對較低的燃燒溫度也大大降低了NOx的生成。煙氣脫硫，我國先后引進并建成了包括石灰石/石灰—石膏法、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法、爐內(nèi)噴鈣爐后活化干法、海水洗滌法和電子束法的示范工程，為電廠因地制宜選用不同的煙氣脫硫工藝提供樣板。但濕法脫硫工藝是世界上應用最多最為成熟的技術，也是我國重點發(fā)展的脫硫技術。我國低NOx燃燒技術也發(fā)展很快，通過空氣分級燃燒、尾氣再循環(huán)等改變?nèi)紵龡l件和燃燒方式，控制燃燒溫度，以減少NOx的產(chǎn)生。結合我國國情開發(fā)電子束脫硫脫硝技術等，使其SO2、NOx資源回收利用，將會有廣闊的應用前景。注重選擇引進國外先進、實用技術，通過消化吸收、加速使其國產(chǎn)化、配套化，降低造價。從而可知對于除塵、脫硫、脫硝處理系統(tǒng)的研究對現(xiàn)在的社會發(fā)展和未來有著重大的意義。

三、循環(huán)流化床鍋爐脫硫、脫銷及煙氣除塵技術

當前控制SO2污染的方法主要有三個，分別為燃燒前脫硫、爐內(nèi)脫硫以及煙氣脫硫?？刂芅Ox排放的主要技術大致也可以分為三種：低污染燃燒（低過量空氣燃燒、空氣分級燃燒、燃料分級燃燒等）、爐膛噴射脫硝（噴氨或尿素、噴入水蒸氣、噴入二次燃料等）、煙氣脫硝（干法煙氣脫硝和濕法煙氣脫硝）。煙氣脫硝主要有選擇性催化還原法、非選擇性催化還原法、選擇性非催化還原法、氧化銅法及電子束照射法等，濕法脫硝大多具有同時脫硫的效果。

（一） 脫硫

第一，燃燒前脫硫。

燃燒前脫硫就是在煤燃燒前把煤中的硫分脫除掉，燃燒前脫硫技術主要有物理洗選煤法、化學洗選煤法、煤的氣化和液化等。煤的燃燒前的脫硫技術盡管還存在著種種問題，但其優(yōu)點是能同時除去灰分，減輕運輸量，減輕鍋爐的沾污和磨損，還可回收部分硫資源。

第二，爐內(nèi)脫硫。

爐內(nèi)脫硫是在燃燒過程中，向爐內(nèi)加入固硫劑如CaCO3等，使煤中硫分轉(zhuǎn)化成硫酸鹽，隨爐渣灰排除。典型的技術有LIMB爐內(nèi)噴鈣技術、LIFAC煙氣脫硫工藝，其脫硫效率一般為40%～85%。

爐內(nèi)噴鈣脫硫工藝是將石灰石磨制成30mm左右的微粒，在鍋爐900℃的部位噴入，石灰石受熱分解成氧化鈣和二氧化碳，氧化鈣與二氧化硫反應生成硫酸鈣而達到脫硫的目的。其爐內(nèi)化學反應方程為：CaCO3→CaO+CO2 CaO+SO2+O2→CaSO4 CaO+SO3→CaSO4 CaO+2HCl→CaCl2+H2O CaCO3受熱分解為CaO的反應速度快，而硫化反應相對緩慢。

第三，煙氣脫硫。

目前國內(nèi)外采用的脫硫技術中，主要采用的方法仍然是煙氣脫硫，煙氣脫硫技術（FGD）是當前應用最廣、效率最高的脫硫技術。在煙氣脫硫中又分為濕法、干法和半干法三種工藝，其中濕法脫硫工藝占己安裝PGD機組總?cè)萘康?5%左右，

干法脫硫主要為荷電干式噴射脫硫法、脈沖電暈等離子體法等，干法脫硫工藝簡單、無污水處理、能耗低且腐蝕性小，但脫硫效率一般比濕法低。半干法脫硫主要為旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法、煙道內(nèi)噴入吸收劑法等，其特點是：反應在氣、液、固三相中進行，具有干法脫硫的某些優(yōu)點。濕法脫硫主要為石灰/石灰石法、鈉堿雙堿法、鈉鹽循環(huán)法、堿式硫酸鋁一石膏法等，其優(yōu)點是脫硫率高、操作穩(wěn)定且經(jīng)驗多，但存在著易造成二次污染，脫硫后的煙氣需再加熱，易造成腐蝕和結垢等問題。

濕法FGD工藝占主流，典型的有：石灰石（石灰）-石膏法、海水脫硫法、氧化鎂法、氨法等；典型的干（半干）法煙氣脫硫工藝的有：煙氣循環(huán)流化床法、噴霧干燥法、電子束輻照法等。

（二） 脫硝

在NOx排放控制方面，包括燃燒過程控制和燃燒后煙氣脫硝工藝，燃燒過程控制主要有應用低NOx燃燒器、煙氣再循環(huán)、空氣及燃燒分級燃燒、水和水蒸氣的射入等來實現(xiàn)，這些方法總的來說，脫硝效率低，而且對鍋爐還會產(chǎn)生一些負面影響。燃燒后煙氣脫硝包括濕法和干法，其中干法包括選擇性催化還原、非選擇性催化還原法、選擇性非催化還原法、氧化銅法及電子束照射法等。當前我國對大氣污染物的控制要求也在逐步提高，目前國內(nèi)普遍使用的低NOx燃燒技術已經(jīng)不能滿足要求，尋求新的脫硝方式勢在必行。在排放要求很高的一些發(fā)達國家例如美國、德國和日本普遍使用的是煙氣脫硝。我國國家電力公司在制定的電力科技發(fā)展規(guī)劃中，關于火電廠控制氮氧化物的環(huán)保技術主要是大型火電機組低NOx燃燒、煙氣脫硝技術。

（三） 除塵

除塵方式通常概括為兩類，一是干法除塵，二是濕法除塵。于法主要包括旋風除塵、靜電除塵和袋式除塵。旋風分離裝置已有一百年的歷史，初期多用于生產(chǎn)過程中的物料回收及氣固分離，隨著人們環(huán)保要求的日益提高，旋風分離廣泛地應用于了氣體除塵，并對其提高分離效率、降低壓力損失、提高耐磨性能等方面進行了大量研究。靜電除塵器是利用靜電力將粉塵從氣流中除去的一種裝置，它具有除塵性能好，能耗低，氣流阻力小等優(yōu)點，并且從低溫低壓到高溫高壓均可應用。袋式除塵器是一種高效的煙塵凈化設備，其除塵效率可達99.99%。袋式除塵技術對高濃度的煙塵有較好的適應性，可處理的煙塵濃度達1000g/m3以上，適用于半干法/干法煙氣脫硫和循環(huán)流化床鍋爐的煙氣處理。

參考文獻

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[作者簡介] 張玉好（1986—），男，內(nèi)蒙古人，畢業(yè)于內(nèi)蒙古工業(yè)大學，助理工程師，現(xiàn)從事火力發(fā)電廠運行工作。