煙氣脫硫脫硝技術(shù)研究及節(jié)能環(huán)保

鄭黎明 柴慧建 彭豹先

摘要：相對(duì)于非化石能源發(fā)電，傳統(tǒng)的燃煤火力發(fā)電憑借著優(yōu)異的調(diào)峰性能、低廉的成本和成熟的技術(shù)等優(yōu)勢(shì)，占有70%的市場(chǎng)份額，但同時(shí)煤炭燃燒后產(chǎn)生的大量二氧化硫以及氮氧化物也造成了嚴(yán)重的大氣污染。近年來隨著國家對(duì)大氣污染防治力度增大，創(chuàng)新和加強(qiáng)煙氣脫硫脫硝技術(shù)和節(jié)能環(huán)保技術(shù)也顯得更為重要。本文主要針對(duì)火力發(fā)電廠煙氣脫硫脫硝技術(shù)的應(yīng)用與節(jié)能環(huán)保進(jìn)行簡要的概述。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠;脫硫;脫硝;節(jié)能環(huán)保

中圖分類號(hào)：X773文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

煤炭在燃燒過程中會(huì)釋放大量的二氧化硫、氮氧化物，這將會(huì)對(duì)大氣造成一定程度的污染，比如酸雨、光化學(xué)污染，對(duì)人類的生活環(huán)境造成影響，威脅人們的健康。雖然火力發(fā)電廠所排放的二氧化硫和氮氧化物的濃度并不高，但是其排放總量很大。因此，開發(fā)并提升脫硫脫硝技術(shù)，并且對(duì)其進(jìn)行合理應(yīng)用，可以有效的降低大氣污染，提高能源利用率。

1 煙氣脫硫技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)

石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)是將石灰石粉加水制成漿液作為吸收劑進(jìn)入吸收塔與煙氣充分接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及從塔下部鼓入的空氣進(jìn)行氧化反應(yīng)生成硫酸鈣，硫酸鈣達(dá)到一定飽和度后，結(jié)晶形成二水石膏。經(jīng)吸收塔排出的石膏漿液經(jīng)濃縮、脫水，使其含水量小于10%，然后用輸送機(jī)送至石膏貯倉堆放。由于吸收塔內(nèi)吸收劑漿液通過循環(huán)泵反復(fù)循環(huán)與煙氣接觸，吸收劑利用率很高，脫硫效率可大于95%。此技術(shù)在調(diào)試運(yùn)行過程中也出現(xiàn)了許多問題，如設(shè)備堵塞閉塞、結(jié)垢、腐蝕和石膏脫水率低等。

1.2 活性炭脫硫脫硝技術(shù)

活性炭脫硫脫硝技術(shù)是利用活性炭的表面積大和豐富的孔結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，以及其具有良好的負(fù)載性能和還原性能，SO2在活性炭表面被氧化吸收形成硫酸。吸收塔加入氨后同時(shí)副產(chǎn)物NH4HSO4和（NH4）2SO4，與硫酸一起積存于活性炭表面的微孔中，利用體外加熱再生或體外洗滌再生的方法將活性炭重復(fù)利用。加熱再生的方法是將活性炭從吸收塔轉(zhuǎn)移至解析塔，利用400℃的高溫空氣加熱活性炭，其微孔中的硫酸與炭反應(yīng)生成富含SO2的氣體，可利用此氣體生產(chǎn)液態(tài)SO2或生產(chǎn)硫酸或生產(chǎn)單質(zhì)硫。洗滌再生的方法是將活性炭從吸收塔轉(zhuǎn)移至洗滌塔，利用水洗的方式將活性炭表面的反應(yīng)產(chǎn)物洗滌出來。

活性炭脫硫脫硝技術(shù)主要存在以下缺點(diǎn)：活性炭市場(chǎng)價(jià)格較高，強(qiáng)度低，吸附-再生反復(fù)的工序中磨損及損耗較大，其脫硝效率及低，水洗再生時(shí)耗水量較大會(huì)產(chǎn)生二次污染，加熱再生時(shí)會(huì)對(duì)活性炭造成損耗。

1.3 循環(huán)硫化床爐內(nèi)脫硫技術(shù)

循環(huán)硫化床爐內(nèi)脫硫技術(shù)是一種半干法脫硫技術(shù)，利用循環(huán)流化床沸騰燃燒的優(yōu)勢(shì)，往爐膛內(nèi)投加石灰石粉末，在溫度800-900℃的煅燒下生成的CaO與煙氣中的SO2反應(yīng)生成CaSO4隨爐渣排出。研究表明床溫對(duì)SO2的析出影響最大，SO2濃度隨著床溫的升高而單調(diào)增大，但是脫硫效率隨著床溫的升高會(huì)迅速下降。當(dāng)床溫低于800℃時(shí)，脫硫劑孔隙數(shù)少孔徑小反應(yīng)速度低，而且SO2析出速度慢脫硫效果差。當(dāng)床溫高于950℃時(shí)CaO內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生部分燒結(jié)而減少降低，CaO與SO2的反應(yīng)速度導(dǎo)致脫硫效率降低，另外床溫過高時(shí)已經(jīng)生成的CaSO4會(huì)重新分解而釋放出SO2。

1.4 海水脫硫技術(shù)

海水脫硫技術(shù)是利用海水中的天然堿成分吸收煙氣中的SO2生成不穩(wěn)定的H2SO3，極易分別成H+和HSO3-，HSO3-發(fā)生二次分解為H+和SO32-，最后經(jīng)曝氣處理后SO32-與水中的氧氣反應(yīng)生成SO42-，從而實(shí)現(xiàn)SO2轉(zhuǎn)換成SO42-向海水中轉(zhuǎn)移。吸收SO2后的海水因H+濃度增加而酸性增強(qiáng)，與新鮮的堿性海水中和，H+與海水中的HCO3-反應(yīng)生成CO2，加上曝氣作用下的機(jī)械除CO2作用，恢復(fù)海水水質(zhì)。

從自然界硫元素循環(huán)的角度來分析，海水脫硫技術(shù)實(shí)際上是截?cái)嗔藷煔馀盼鄞髿庠斐伤嵊晡廴?，?jīng)河流匯入大海的過程。研究表明海水脫硫后，海水增加的SO42-濃度類似于海水漲潮落潮時(shí)的SO42-濃度波動(dòng)值，屬于正常范圍。

1.5氨法脫硫技術(shù)

氨法脫硫技術(shù)是利用氣氨或氨水作為吸收劑，在脫硫吸收塔內(nèi)部與煙氣進(jìn)行逆流接觸，從而脫除SO2的作用，生成硫酸銨。初期加入的氨水與SO2反應(yīng)生成NH4HSO3和（NH4）2SO3，但隨著后續(xù)的反應(yīng)NH4HSO3不斷增加，吸收液的吸收能力下降，需要補(bǔ)充NH3控制吸收液中（NH4）2SO3組分比，吸收后的漿液利用空氣進(jìn)行強(qiáng)制氧化反應(yīng)和氨化反應(yīng)。反應(yīng)生成的硫酸銨經(jīng)過塔內(nèi)結(jié)晶技術(shù)，即利用熱煙氣將漿液的水份蒸發(fā)，硫酸銨漿液在塔內(nèi)濃縮結(jié)晶經(jīng)固液分離形成固態(tài)硫酸銨，此副產(chǎn)品為重要的農(nóng)用化肥原料。

此工藝長期運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)大量粉塵進(jìn)入漿液造成硫酸銨結(jié)晶顆粒變小直至和泥;氧化效果不好產(chǎn)生硫酸銨結(jié)晶顆粒過小，分離不出固體物料。運(yùn)行過程中吸收塔出口容易出現(xiàn)氨逃逸、氣溶膠及氣拖尾現(xiàn)象。

2 煙氣脫硝技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 低氮燃燒技術(shù)

低氮燃燒技術(shù)是采用各種方法來控制煤燃燒過程N(yùn)OX的生成，其主要包括設(shè)置分離燃盡風(fēng)、煙氣再循環(huán)燃燒、燃料空間分級(jí)燃燒、設(shè)置濃淡燃燒器以及超細(xì)煤粉再燃區(qū)等，經(jīng)研究表明低氮燃燒技術(shù)可達(dá)到50%的脫硝效率。實(shí)際應(yīng)用期間，控制爐膛低氧濃度來降低過量空氣系數(shù)，將部分超細(xì)煤粉和空氣從鍋爐上部投入，控制燃燒火焰中心區(qū)域助燃空氣的數(shù)量，縮短燃燒產(chǎn)物在高溫火焰區(qū)的停留時(shí)間，避免了高溫和高氧濃度的同時(shí)存在，減少燃料生成氮氧化物的幾率。

2.2 SCR 脫硝技術(shù)

SCR 脫硝技術(shù)是一種較為常用的脫硝技術(shù)，主要是利用催化劑作用是將煙氣中的NOx反應(yīng)，使其生成不會(huì)危害人體的N2和水。催化劑是影響 NOX脫除效率的重要因素，在催化及的作用下，溫度在320-400℃范圍內(nèi)，SCR具有較高的脫硝率和氨逃逸率。但實(shí)際應(yīng)用中也存在水抑制和硫中毒的問題，煙氣中的SO2會(huì)被催化生成SO3進(jìn)而與NH3反應(yīng)生成硫酸氫銨附著于催化劑的表面，影響催化反應(yīng)，因而催化劑定期吹灰顯得格外重要。

2.3 SNCR非選擇性催化還原法脫硝技術(shù)

SNCR是向煙氣中噴入液氨或尿素等含氨基的還原劑，在高溫（900℃-1000℃）下，還原劑會(huì)快速熱解成NH3與NOx反應(yīng)生成 N2和 H2O。煙氣溫度和高溫下停留時(shí)間等因素均影響脫硝效率，僅能達(dá)到30%～50%，若反應(yīng)溫度過高則氨會(huì)被氧化生成額外的 NOX，若溫度過低則會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速率較慢，造成氨逃逸率升高，存在二次污染，對(duì)設(shè)備腐蝕較大，仍需進(jìn)一步改進(jìn)。

3 脫硫脫硝節(jié)能環(huán)保策略

在火電廠煙氣脫硫脫硝處理的過程中，加強(qiáng)對(duì)脫硫和脫硝副產(chǎn)品的應(yīng)用和控制其處理過程中的二次污染，在實(shí)現(xiàn)資源最大化的同時(shí)，做到節(jié)能降耗。如干法脫硫產(chǎn)生的石膏用于建筑行業(yè)，氨法脫硫產(chǎn)生的硫酸銨結(jié)晶用于化肥行業(yè)，爐內(nèi)脫脫硝產(chǎn)生的灰渣用于水泥行業(yè)及制造加氣磚行業(yè)。SCR和SNCR脫硝過程中嚴(yán)格控制氨逃逸含量，在節(jié)約藥品成本的同時(shí)，又降低了煙道及空預(yù)器硫酸銨侵蝕及阻塞的風(fēng)險(xiǎn)。低氮燃燒改造及設(shè)置微油燃燒器等措施均能有效降低氮氧化物的產(chǎn)生。近年來煙氣脫硫脫銷一體化技術(shù)研究不斷加強(qiáng)，如次氯酸鈉濕法脫硫脫硝技術(shù)及亞氯酸鈉與次氯酸鈉復(fù)合濕法脫硫技術(shù)，據(jù)文獻(xiàn)表明此脫硫效率可達(dá)到100%，脫硝效率達(dá)到53%。

4 結(jié)束語

綜上所述，通過對(duì)煙氣脫硫脫硝技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)部分工藝在實(shí)際應(yīng)用過程中仍然存在許多問題，仍需進(jìn)一步的深入研究及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，找出最佳的運(yùn)行方式及解決辦法。此外脫硫脫硝技術(shù)的選擇也應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境及企業(yè)的實(shí)際情況而定，脫硫脫硝副產(chǎn)品的合理利用以及如何降低和規(guī)避運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)亟待解決，從而提升資源的利用效率，有效的節(jié)省了成本的投入和能源的消耗。

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