大型火電廠鍋爐脫硫脫硝及煙氣除塵方案探究

黃宇鋒

（南京華澤環(huán)保工程有限公司，江蘇 南京 210000）

目前，火力發(fā)電仍然是電力生產體系當中占比最大的方式之一，但火電廠在煤炭燃燒的過程中產生的氮氧化物、硫氧化物等卻對環(huán)境產生了較大威脅，且這些有害物質極易形成酸雨等災害，因此，必須要對火力發(fā)電燃燒過程進行有效改造。在生產過程中，鍋爐的脫硫脫硝處理主要是依靠反應塔中的對流交換和理化吸附的方式予以處理，但不同的生產結構在選擇處理方式時也會有一定的差異，所以，還需要相關技術人員結合實際需要進行優(yōu)化調整，使鍋爐的整體吸附率能夠達到合格排放的標準。

1 大型火電廠鍋爐環(huán)?；募夹g研究

由于煤炭中含有的硫、氮和灰分，在鍋爐燃燒的過程中會產生SO2、氮氧化物和粉塵，這些有害物質對空氣質量、生態(tài)環(huán)境和人們身體健康造成了嚴重威脅，因此，必須要通過環(huán)保改造的方式予以處理，盡可能的實現(xiàn)潔凈排放要求。

1.1 鍋爐脫硫技術

從化學角度來看，SO2氣體屬于酸性物質，可以選擇石灰、氨水等堿性物質和其進行中和反應，從而達到吸附處理的目的。常見的火電廠脫硫技術主要是WFGD法，是利用石灰漿體和石膏與煙氣進行充分接觸和反應，以此達到有效吸附的目的。在脫硫處理過程中，需要建立反應塔供煙氣和石灰漿體之間發(fā)生化學反應。常見的反應塔形式主要包括噴淋式、液柱式和填料式三種[1]。

噴淋式的反應塔主要是指在塔內安裝石灰漿體的噴射裝置，和煙氣能夠在反應塔內形成接觸互換，從而達到充分吸收的目的。由于煙氣本身的質量大于空氣，會自上而下逐步逸散，而反應塔內的噴射嘴通過調整角度、數(shù)量的方式持續(xù)噴淋吸收。液柱式結構是利用了液壓差的原理使堿性的漿體和煙氣之間形成充分的接觸，液柱在吸收了SO2后下降，液滴則逐漸上升，在二者相互碰撞的過程中又能夠實現(xiàn)對煙氣的二次吸收反應，其整體的脫硫效率也得到了明顯提升。而填料式的脫硫技術是指直接在反應塔內部填充固體狀的堿性材料，使煙氣在溢出的過程中可以形成接觸吸收，但由于氣、固材料本身的接觸面積較為有限，其脫硫的效率較濕法會有一定的下降。同時，在煙氣脫硫處理的過程中，所選用的反應藥品種類較為豐富，常見有的氧化鈣、氨氣、石灰石等，且分別對應著濕法、干法和半干法。而具體的反應藥品選擇在吸收效率、反應塔的構成上會存在一定的差異，還需要技術人員分別從有效性和成本性等方面進行綜合選擇。具體的脫硫處理工藝流程如圖1所示。

圖1 脫硫噴淋反應塔結構

1.2 鍋爐脫硝技術

脫硝處理是指將火電廠鍋爐煙氣中含有的氮氧化物予以吸附處理的過程，在這個反應過程中主要是利用氮氧化物氣體和氧氣、氨氣之間發(fā)生的氧化還原反應，將氮氧化物轉變?yōu)闊o污染的氮氣和水蒸氣后，再實現(xiàn)達標排放，使整個過程更加環(huán)保綠色。這種脫硝處理的方式也被稱為SCR技術，在實際處理的過程中需要向鍋爐的煙道內注入還原劑，使其將氮氧化物還原為氮氣后達標排放[2]。在實現(xiàn)SCR反應的過程中，對于還原劑和催化劑材料的選擇、爐膛溫度的控制等都有較高的要求，一般會選擇尿素和液氨參與反應，且煙道內的溫度需要控制在350 ℃以上才能夠達到90%的脫硝目標。但由于火力發(fā)電具體情況的差異性，所以在應用時還需要技術人員進行計算分析，以確保脫硝反應的完全性。

而SNCR脫銷技術是在鍋爐爐膛內完成的，此處距離燃燒室更近，其溫度可以達到850 ℃，更有利于促進氮氧化物的還原分解。為了達到更高的脫硝效率，一些大型的火電廠也會選擇將兩種反應方式結合在一起應用，但整體造價成本較高、基礎建設占地面積大，需要定期采購、更換爐膛和煙道內部的還原劑，造成火電生產成本上漲的情況[3]。此外，在鍋爐脫銷的反應過程當中，為了更好地促進煙氣和藥品之間的反應，要對使用的催化劑用量進行有效控制。而常見催化劑藥品，如二氧化鈦等需要定期進行更換，以保證其活力和催化效果，必要時還可使用空氣預熱設備對煙道內冷卻的煙氣進行加熱處理，以此確保整個脫硝反應的完全性。具體的脫銷處理工藝流程如圖2所示。

圖2 鍋爐SCR脫硝處理

1.3 鍋爐除塵技術

火電廠鍋爐在燃燒過程中，由于煤炭灰分雜質、燃燒不充分等情況會造成一些煙塵、顆粒物的產生，這就需要采用有效的吸附處理對其進行捕獲，避免直接排放后造成霧霾等污染問題?；痣姀S常見的煙塵處理方式為靜電除塵，是利用了電極之間的電場作用，使煙塵能夠被有效吸附捕獲，從而達到控制煙氣中顆粒物的目的[4]。

在一些大型火電廠中，煙氣排放的流速較大，為更好地實現(xiàn)除塵目的，會選擇將傳統(tǒng)的靜電除塵裝置進行改造升級，將其中的固定電極轉變?yōu)樾D電極，使顆粒物質在進入到煙道之前呈現(xiàn)出帶正電荷，在經過除塵設備時，內部的陰極板會對帶電電荷實現(xiàn)吸附作用。而有一些除塵裝置是利用了擊打陰極板的方式使其發(fā)生振動，其上附著的灰塵顆粒掉落后被收集清理，但由于灰塵掉落過程中可能會出現(xiàn)二次灰塵的情況，會給整體除塵效率帶來一定的影響。還有一些除塵裝置，當陰極板上灰塵積聚到一定厚度后，會利用旋轉清灰刷對其進行掃除清理，使捕捉到的顆粒物質落入到下方的灰袋處，進行統(tǒng)一收集清理，確保所捕獲到的顆粒物質不會再次逸散，其整體的除塵效率可達到70%以上[5]。而經過收集后的煙塵固體物質需要統(tǒng)一進行處理，也可將其轉送至工廠用于制作建筑施工的原材料，以此達到循環(huán)利用的目的。

2 火電廠過濾系統(tǒng)的運行優(yōu)化方案分析

2.1 脫硫工藝優(yōu)化

為了達到節(jié)約成本的目的，在進行火電廠的鍋爐改造過程中，可以考慮利用石灰石參與脫硫處理，可使分解后的氧化鈣再次與SO2發(fā)生化學反應，從而達到一個更加高效的固硫目的。由于石灰石本身的化學性質不穩(wěn)定，很容易出現(xiàn)潮解結塊的現(xiàn)象，會影響和SO2反應的接觸面積，因此，在大量含SO2煙氣流經的過程中，吸附效率會明顯下降，這時需要提前做好規(guī)劃工作。而技術人員在選擇石灰石材料時，要根據(jù)具體的火電生產需求、煤質量和場地布設等進行細化處理，要嚴格控制石灰石的顆粒細度，使其能夠更好地保證反應效率。需要注意的是，在WFGD法的應用過程中，對于石灰漿體和石膏固體的脫硫比例也應該嚴格控制，要分別計算在每個反應過程中的脫硫率，在配合不同的反應塔結構，最終優(yōu)化鍋爐脫硫建設方案。

2.2 脫硝工藝優(yōu)化

在對火電廠的鍋爐進行脫硝處理的過程當中，SCR和SNCR技術在催化劑藥品的選擇上會存在一定差異，即SCR技術需要有二氧化鈦等參與，才能夠更好地促進氮的氧化還原作用。在脫硝的反應過程當中，兩種反應物的比例會影響反應結果，根據(jù)相關技術人員的測算，當氨氣和氮氧化物的比例控制在1～1.5之間時，鍋爐的脫硝率能夠達到76%以上[6]。同時，為了有效調節(jié)在反應過程中的環(huán)境溫度，在脫硝工藝優(yōu)化的過程中，需要嚴格控制氨水噴嘴的設置位置，使其能夠符合350 ℃的煙道溫度、850 ℃的爐膛溫度需求。在實際運行中，經過相關技術人員的核算測試，將噴嘴安裝在通風管道的風嘴位置處能夠較好的滿足這一溫度，因此，在進行設備安裝時要注意做好調節(jié)工作，使溫度監(jiān)測設備能夠動態(tài)反映鍋爐的溫度狀態(tài)，促使反應物能夠達到最佳反應狀態(tài)。此外，在鍋爐系統(tǒng)內用于儲存氨水的裝置容量可優(yōu)化調節(jié)至80 m3，根據(jù)火電廠的發(fā)電生產需求可滿足五天的脫硝應用，而在其消耗后，需要定期進行補充，確?？赏耆幚頍煔庵械牡趸?。

2.3 鍋爐除塵優(yōu)化

火電廠內的鍋爐除塵是控制固體顆粒物排放的重要途徑，不僅可以有效實現(xiàn)小直徑的灰分物質吸收，還能夠促使大直徑的固體顆粒重新進行充分燃燒，以補充火力發(fā)電的熱值，以此進一步實現(xiàn)了鍋爐系統(tǒng)環(huán)保節(jié)能的發(fā)展需求。在一體化的鍋爐除塵裝置中，還存在顆粒污染物的煙氣和濕法脫硫的藥品之間形成了二次接觸，在這個過程當中，一些附著在液體藥品上的微小顆粒物已經能夠達到清除效果，再配合靜電除塵設備進行二次吸附處理，對整個煙氣中顆粒物質的去除效率可達到90%以上，這更有利于控制火電廠在進行脫硫脫硝和煙氣除塵處理過程中的建設成本投入，同時，也節(jié)約了煙氣處理設備的占地面積，達到了更為高效的環(huán)?；幚砟康?。

3 大型火電廠的脫硫、脫硝及除塵案例分析

某火電廠內有功率為600 MW機組，需要進行一體化的脫硫脫硝和煙氣除塵的環(huán)保改造工作，要將鍋爐煙氣排放口處的SO2、氮氧化物含量控制在35 mg/Nm3以下，顆粒物含量控制在5 mg/Nm3以下，以此確保和火電廠的電力生產規(guī)模之間形成更好地適配，以及充分滿足國家的相關排放標準要求。具體的脫硫脫硝和煙氣除塵處理工藝流程如圖3所示。

圖3 大型火電廠的脫硫脫硝、煙氣除塵結構

在改造過程中，在火電廠的吸收塔處需要建立自上而下的頂層噴淋系統(tǒng)，確保含有SO2、氮氧化物的煙氣能夠實現(xiàn)更大面積、更長時間的接觸。因火電廠原有吸收塔的高度較低，實際的吸附處理效果難以達到預期效果，所以，在改造過程中將其抬高，并在內部安裝有專門的旋匯耦合裝置，保證引導經過燃燒后的氣體全部進入到吸收塔內，實現(xiàn)自下而上的吸附貫穿處理，有效避免煙氣的外溢和偏流，精確地實現(xiàn)了氣流的引導和吸附處理，使整體脫硫脫硝的效率更高[7]。而吸收塔內的石灰漿體噴射嘴處還需要安裝監(jiān)測調節(jié)裝置，使其噴射壓力、角度等能夠根據(jù)煙氣的流動進行動態(tài)化調整，以達到更好地脫硫目的。同時，在吸收塔內部有專門的漿液循環(huán)泵設備，會使石灰漿體能不斷循環(huán)直至吸收飽和，而泵機的功率必須要和抬高后的吸收塔、石灰漿體總量之間形成更好地適配，在該火電廠內的改造方案中，經核算選擇了1120 kW功率的電機以滿足循環(huán)泵的使用。為了更好地實現(xiàn)脫硫脫硝的效果，可利用石膏對其進行二次吸附，這更有利于潔凈排放的需求。通過以上兩種煙氣吸收設備更好地優(yōu)化了吸收效率，符合改造的標準要求。

在完成了脫硫脫硝處理后的煙氣中，還會含有大量的顆粒物質需要進行進一步地除塵處理。因此，在改造方案中選擇了吸附效果更好的除塵器，其工作原理主要是利用了煙氣和石灰漿體中的霧滴進行碰撞和捕捉的作用，從而達到除塵除霧的效果。煙氣在經過脫硫脫硝處理后，氣體中的顆粒物會和空氣中的小液滴之間形成劇烈的碰撞混合，并通過高速旋流運動的過程使其不斷聚集后下沉，從而有效實現(xiàn)了除塵的目的[8]。在火電廠的環(huán)保改造過程中，要將除塵器裝在石灰漿體噴淋層的頂端，使其更符合應用原理，且整體除塵吸附效果表現(xiàn)較好。需要注意的是，在應用除塵機時要注意定期對其內部進行清洗處理，避免長時間應用后內部被小液滴、顆粒物堵塞，影響了其作用效果。此外，由于煙氣在上排的過程中會與噴淋系統(tǒng)的液體之間發(fā)生摩擦，會使整體的氣阻有明顯的增加，所以，內部的風機設計也應予以調整，要為風機保留一定的余量，確保其應用過程中的安全。

4 結語

火電廠在生產過程中會產生大量的能源消耗，一些廢氣廢物的排放也會給環(huán)境造成較大影響，但通過科技改造有效保證了排放物的無污染性，促進了火電廠的綠色化與環(huán)?；?。且在對火電廠的鍋爐排放進行改造建設的過程中，采用的一體化建設方案更有利于節(jié)約工程成本和占地面積，同時也可以利用濕法脫硫脫銷反應過程中的液體對煙氣當中的固體顆粒物質進行初步吸附，從而達到更為高效地脫硫脫硝和煙氣除塵目的，也為火電廠的可持續(xù)發(fā)展奠定了良好基礎。