煙氣脫硫技術(shù)及脫硫脫硝除塵與環(huán)保策略研究

郝 正

（中國(guó)華電科工集團(tuán)有限公司 北京 100160）

1 引言

主要從火電廠煙氣聯(lián)合脫硫脫硝一體化技術(shù)角度出發(fā)，詳細(xì)論述了3種相關(guān)技術(shù)，同時(shí)闡述了火電廠煙氣同時(shí)脫硫脫硝一體化技術(shù)，并從兩個(gè)角度進(jìn)行了探析，從而為火電廠煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)探析提供參考。近年來(lái)，隨著氮氧化物、硫化物排放污染的日趨嚴(yán)重，國(guó)家環(huán)保部門對(duì)工業(yè)煙氣排放的環(huán)保要求越來(lái)越高。國(guó)家《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：2015年1月1日起，普通地區(qū)現(xiàn)有企業(yè)和新建企業(yè)執(zhí)行焦?fàn)t煙道氣中的NOx≤500mg/m3、SO2≤50mg/m3。重點(diǎn)控制區(qū)的鋼鐵等六大行業(yè)以及燃煤焦?fàn)t項(xiàng)目執(zhí)行大氣污染物特別排放限值，即要求焦?fàn)t煙道廢氣中的NOx≤150mg/m3、SO2≤30mg/m3。本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有主要脫硫脫硝工藝技術(shù)路線及其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，為相關(guān)焦化企業(yè)選取適宜的脫硫脫硝工藝技術(shù)與工業(yè)裝置提供幫助和借鑒。

2 目前焦化行業(yè)常見的幾種脫硫脫硝一體化技術(shù)

焦?fàn)t煙氣相比電廠、垃圾處理廠等工廠企業(yè)，具有焦?fàn)t煙氣溫度相對(duì)較低（一般在200℃～300℃）、焦?fàn)t煙氣成分復(fù)雜（除含有 H2O、CO2、N2、O2、SO2、NOX、粉塵顆粒物等組分外，還含有一定濃度的 H2S、NH3、CH4、H2、CO、苯系物、焦油、游離碳等組分、含硫不高（200mg/Nm3～500mg/Nm3）等特點(diǎn)，同時(shí)，焦?fàn)t原煙囪必須始終處于熱備狀態(tài)，形成煙囪吸力，以保證焦?fàn)t燃燒系統(tǒng)空氣、廢氣的流通。目前，國(guó)內(nèi)已有的焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)主要有以下幾種。

2.1 升溫+SCR脫硝+（余熱回收+）濕法脫硫+濕式電除塵+加熱空氣熱備

此類技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，脫硫脫硝工程造價(jià)低。缺點(diǎn)要是能耗高、副產(chǎn)物價(jià)值低、有二次污染。造成能耗高的原因是煙氣本身的熱能在濕法脫硫過(guò)程中被大量浪費(fèi)，進(jìn)煙囪前還需加熱回來(lái)，所以能耗很高。脫硝選用中溫SCR技術(shù)，雖然一次性投資較低，但是由于是在適用范圍的下限運(yùn)行，如果NOx本身較高，又需要按特別排放限值控制，脫硝效率很難達(dá)到。而濕法脫硫的脫硫產(chǎn)物可能形成二次污染，脫硫后煙氣排放也有形成白煙污染的風(fēng)險(xiǎn)。此類技術(shù)是目前應(yīng)用較多的技術(shù)之一，由于技術(shù)成熟，用戶使用起來(lái)操作風(fēng)險(xiǎn)較低。此類技術(shù)雖然一次性投資較低，但綜合運(yùn)行成本偏高，長(zhǎng)期運(yùn)行對(duì)企業(yè)成本控制十分不利。其中僅煙氣加熱和加熱空氣熱備的能源消耗成本就十分高昂，以本項(xiàng)目為例，先升溫的溫差約80℃，加熱空氣（所需氣量一般不少于5～6萬(wàn)標(biāo)方）用來(lái)熱備煙囪溫差約160℃，僅加熱升溫一項(xiàng)噸焦運(yùn)行成本預(yù)計(jì)增加6元～10元。雖然脫硝后可以進(jìn)行一部分余熱回收，但總體還是有溫差的，而且換熱損失也會(huì)讓溫差的數(shù)據(jù)進(jìn)一步加大。綜合起來(lái)考慮，預(yù)計(jì)此類技術(shù)的投資成本不低于噸焦30元，運(yùn)行成本噸焦12元～15元，且如果不進(jìn)行余熱利用會(huì)更高。此外，采用加熱空氣的方式采用煙囪熱備，一旦出現(xiàn)停電的特殊情況，短時(shí)間（15s）內(nèi)實(shí)現(xiàn)煙氣的切換不保險(xiǎn)。

2.2 SCR脫硝+半干法脫硫+布袋除塵（+升溫?zé)醾洌?/h3>

相比第一種方案，半干法脫硫技術(shù)對(duì)煙氣本身的熱能浪費(fèi)要少了許多，可以基本滿足煙囪熱備要求。但是需要新增高溫除塵設(shè)備，以滿足顆粒物的排放要求。同理，先脫硝的工藝存在催化劑中毒的問(wèn)題。此類技術(shù)的一次性投資要高于第一類技術(shù)，但綜合運(yùn)行成本會(huì)比第一類技術(shù)有較大降幅。綜合評(píng)估，預(yù)計(jì)投資成本噸焦＞35元，運(yùn)行成本噸焦10元～12元。

2.3 半干法脫硫+布袋除塵+升溫+低溫SCR脫硝

這是目前較為先進(jìn)的技術(shù)之一，相對(duì)來(lái)說(shuō)對(duì)煙氣中的能源利用最高，最終排放溫度也很高，滿足煙囪熱備的要求。綜合預(yù)估投資成本噸焦35元～50元，運(yùn)行成本噸焦10元～12元。

3 火電廠煙氣聯(lián)合脫硫脫硝一體化技術(shù)探析

3.1 聯(lián)合脫硫脫硝一體化技術(shù)中的煙氣凈化技術(shù)

在應(yīng)用煙氣凈化工藝過(guò)程中，利用脈沖噴射式布袋除塵室將除塵、脫硝、脫硫有效的結(jié)合在一起?；痣姀S的煙氣中含有SO2，首先在布袋除塵器中注入鈉基脫硫劑和鈣劑，再通過(guò)布袋外表的過(guò)濾層將SO2脫除掉，對(duì)于火電廠煙氣中含有的NOX主要通過(guò)氨氣來(lái)進(jìn)行消除，首先將氨氣噴入煙道中，再利用布袋中的SCR來(lái)完成下一步工作。同時(shí)要完成煙氣的除塵工作，在該流程中主要利用布袋自身具有的功能來(lái)實(shí)施。該工藝主要有以下特點(diǎn)：第一，在正常情況下，利用煙氣凈化工藝能夠?qū)煔獾?5%去除；第二，由于該工藝將3種污染物的脫出功能綜合為一體，有效地降低了占地面積和技術(shù)應(yīng)用成本；第三，應(yīng)用煙氣凈化工藝時(shí)，在選擇性催化劑脫硝之前就已經(jīng)將顆粒物和SO2去除，有效地降低了硫酸銨在催化劑層中的中毒、磨損以及堵塞。

3.2 聯(lián)合脫硫脫硝一體化技術(shù)中的活性炭技術(shù)

在應(yīng)用活性炭技術(shù)過(guò)程中，具體的工作原理如下：第一，在脫硫塔中設(shè)置有活性炭，活性炭會(huì)將通過(guò)脫硫塔的煙氣中的SO2吸附掉，再經(jīng)過(guò)催化、氧化后將SO2轉(zhuǎn)化為吸附態(tài)的硫酸，并隨著活性炭轉(zhuǎn)送到分離塔中。第二，當(dāng)煙氣中的SO2被吸附掉后，剩余的煙氣會(huì)輸送到二級(jí)脫硝塔中，通過(guò)活性炭的進(jìn)一步催化，使煙氣中的NH3和NO2產(chǎn)生反應(yīng)進(jìn)一步生成N2。第三，在分離塔中利用活性炭吸附硫酸，在350℃的環(huán)境下進(jìn)行熱解和再生，從而將高濃度的SO2釋放出來(lái)。在應(yīng)用活性炭技術(shù)實(shí)施脫硫脫氨主要注意以下幾點(diǎn)：第一，當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到100～200℃時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)90%的SO2脫出率、70%的NOX脫出率；第二，為了保障活性炭的性能，要注意活性炭的制備流程和質(zhì)量，其中包括原料性質(zhì)、炭化以及活化等特征；第三，要高度關(guān)注活性炭應(yīng)用過(guò)程中的液NH3、煙氣流量、入口煙溫以及滯留時(shí)間等，從而保障活性炭技術(shù)發(fā)揮有效的脫硫脫硝效能。

4 火電廠煙氣脫硝技術(shù)的應(yīng)用

4.1 SCR脫硝技術(shù)

SCR脫硝技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用最廣的煙氣脫硝技術(shù)，其脫硝率可以達(dá)到90%。該技術(shù)主要利用還原劑和NOx在一定溫度和SCR選擇催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生無(wú)污染的N2和H2O，具有操作簡(jiǎn)單、技術(shù)完善的優(yōu)勢(shì)，缺點(diǎn)就是應(yīng)用成本較高。目前火電廠中廣泛應(yīng)用的SCR反應(yīng)器通常都安裝在鍋爐省煤器和預(yù)留器中間，這一方面便于實(shí)現(xiàn)SCR脫硝處理，另一方面還可以將氨噴射于省煤器和SCR之間的煙道位置，讓其與煙氣混合后與NOx發(fā)生反應(yīng)，從而進(jìn)一步提升脫硝質(zhì)效。

4.2 SNCR脫硝技術(shù)

SNCR脫硝技術(shù)是指催化劑的作用下，含有NHx的還原劑會(huì)被噴入高溫的爐膛內(nèi)，從而迅速熱分解成NH3，并進(jìn)一步和煙氣中的NOx發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)N2和H2O。顯而易見，這種技術(shù)需要利用爐膛的高溫區(qū)域來(lái)進(jìn)行反應(yīng)，所以需要對(duì)鍋爐進(jìn)行一定的改造，具有應(yīng)用成本低的優(yōu)點(diǎn)。但其脫硝率明顯低于SCR技術(shù)，只能運(yùn)用在一些對(duì)脫硝效果要求不高的機(jī)組。目前，通過(guò)將SCR和SNCR技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合使用，可以發(fā)揮這兩種技術(shù)的各自優(yōu)勢(shì)，在保障脫硝率不受影響的條件下，還能節(jié)省技術(shù)的投資和應(yīng)用成本，是火電廠大氣污染物煙氣脫硝技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)之一。

5 火電廠煙氣同時(shí)脫硫脫硝一體化技術(shù)探析

5.1 干式同時(shí)脫硫脫硝一體化技術(shù)分析

以高能輻射法為例，高能輻射法主要分為兩種，一種是PPCT，另外一種是EBA，其中EBA是電子束照射法的縮寫，主要是通過(guò)電子加速器產(chǎn)生的高能等離子體對(duì)煙氣中的污染物實(shí)施氧化，通過(guò)強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)來(lái)消除NOX和SO2，同時(shí)利用水蒸氣進(jìn)一步的反應(yīng)，最終生成硫酸和硝酸，同時(shí)和提前注入的氨進(jìn)行反應(yīng)，最終獲得硝酸銨和硫酸銨，而干凈的煙氣會(huì)被排放出去。PPCT是脈沖電暈等離子體法的縮寫，該方法通過(guò)高壓脈沖電源發(fā)電來(lái)將加速器電子束進(jìn)行替代，整體的應(yīng)用原理和電子束照射法相同。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，電子束法已經(jīng)得到了有效的應(yīng)用，整體的脫硫效果可以達(dá)到90%，脫硝率略低，整體達(dá)到了18%，但是其具有明顯的優(yōu)勢(shì)，例如脫硫脫硝過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生廢渣、廢水，同時(shí)不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染，生成的副產(chǎn)物經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的加工生成肥料，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。但是其缺點(diǎn)也非常明顯，消耗的成本比較高，脫硫脫硝過(guò)程會(huì)對(duì)產(chǎn)生的X射線進(jìn)行防護(hù)，但是在工程中可能出現(xiàn)污染的轉(zhuǎn)嫁。

5.2 濕法煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)分析

以氯酸氧化法為例，通過(guò)氯酸的強(qiáng)氧化能力來(lái)吸收煙氣中的一氧化氮和二氧化硫，該方法的特點(diǎn)是能夠利用一套設(shè)備完成整個(gè)流程，通過(guò)堿式吸收法和氧化吸收法來(lái)實(shí)施，有效地提升了脫出二氧化硫和一氧化氮的效果，同時(shí)可以將煙氣中的有毒微量金屬元素進(jìn)行脫出，該技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于不會(huì)產(chǎn)生催化劑失活和中毒等現(xiàn)象，適應(yīng)性比較強(qiáng)，同時(shí)對(duì)煙氣的限制范圍比較窄，在正常的環(huán)境下就可以進(jìn)行氧化吸收，但缺點(diǎn)也比較明顯，氯酸吸收劑不容易制取，對(duì)反應(yīng)設(shè)備的腐蝕性比較強(qiáng)，產(chǎn)物中的廢酸會(huì)造成二次污染等情況

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，火電廠煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)得到了有效的發(fā)展，同時(shí)也成為當(dāng)下煙氣污染治理的重要措施之一，但是部分技術(shù)由于水平較低，成本消耗過(guò)高，導(dǎo)致很多技術(shù)得不到有效的應(yīng)用，所以，要加大對(duì)相關(guān)技術(shù)的探究力度，解決技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，為環(huán)境治理貢獻(xiàn)力量。

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