電廠鍋爐新型脫硫脫硝及煙氣除塵技術

宋文卓

摘要：煤、天然氣和石油等化石燃料一直用于工業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)和住宅用電。由于其成本相對較低，且世界范圍內(nèi)儲量豐富，因此煤炭在能源生產(chǎn)中一直扮演著重要的角色。使用煤炭發(fā)電的缺點也很明顯如產(chǎn)生大量的空氣污染物顆粒物、硫氧化物和氮氧化物等。

關鍵詞：電廠;鍋爐;脫硫脫硝;除塵技術

前言：對于燃煤而言，主要的空氣污染物是顆粒物（PM）、二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOX），這些污染物來自煤中的灰，硫和氮等元素。顆粒物會降低空氣能見度，形成區(qū)域霧霾，“粗”顆粒（直徑2.5～10μm，PM10）和“細”顆粒（直徑小于2.5μm，PM2.5）會積聚在呼吸系統(tǒng)，加劇健康問題，例如哮喘或?qū)е潞粑腊Y狀和疾病增加。硫和氮氧化物的排放會與大氣中的水發(fā)生反應，從而沉積在湖泊和土壤中，從而導致酸化。

1 新型煙氣除塵工藝

近年來，中國東部地區(qū)和北京地區(qū)經(jīng)歷了長期的大面積霧霾現(xiàn)象，引起了社會和政府的高度關注。先進的集塵器，例如靜電除塵器和織物過濾器，已廣泛應用于電站中以減輕顆粒物的排放。旋風除塵器利用離心力分離煙氣中的顆粒物，對細顆粒的分離效率低，通常僅用作工業(yè)應用中的預除塵設備。相比之下，利用慣性碰撞和攔截來分離煙道氣中的顆粒的過濾器式集塵器，對粗顆粒和細顆粒的分離效率很高。但由于運行阻力大且過濾材料性能不穩(wěn)定，因此在中國的電力和冶金行業(yè)中較少使用。為此潘鐵一等人設計了切向旋風除塵器，以促進干氣灰中鐵和碳的回收;王偉文等人研究了一種新型的低壓旋風分離效率高的循環(huán)旋風除塵器;徐義書等人提出了一種爐內(nèi)PM還原技術，該技術應通過在爐內(nèi)添加添加劑來減少煤燃燒過程中超細PM的形成，并研究了爐內(nèi)高嶺土添加對1 000 MW配備靜電除塵器（ESP）的燃煤電站鍋爐PM2.5的形成和排放特性的影響。

濕式靜電除塵器利用電場將帶電粒子驅(qū)動到集塵板中，覆蓋集塵電極表面的透明水膜有效地捕獲了帶電粒子，從而避免了粒子再次逃逸到氣流中。因此，實現(xiàn)了更高的集塵器效率。

有研究表明，濕式靜電除塵器的去除小于2μm的PM表現(xiàn)出良好性能，去除效率可以達到79.71%～90.23%。在靜電除塵器中，顆粒物主要被電場捕獲，除塵效率受粒子的帶電特性影響。因此張潘等人將旋風分離器離心除塵與濕式電除塵機理相結合，開發(fā)出了旋風濕式靜電除塵器，利用離心力和電場在濕式除塵環(huán)境中去除顆粒物，結果表明除塵器內(nèi)部具有出色的電場性能，帶有L1000D130和L750D80電暈極的集塵器上進行除塵效率測試，除塵效率分別達到98.04%和97.59%，在不同的風速下，不同粒徑的細顆粒的除塵率可達到90%以上。

2 煙氣脫硫脫硝技術

2.1 新型煙氣脫硫技術

煙氣脫硫技術分為三類：干法脫硫技術（活性炭法）、半干法脫硫技術（密流吸收塔法、噴霧干燥吸附法、MEROS法、循環(huán)流化床法）和濕法脫硫（石灰石-石膏法，雙堿法，氨法，鎂法）。與其他兩種脫硫技術相比，半干式脫硫技術由于具有多污染物協(xié)同控制，節(jié)水，設備投資少等優(yōu)點而得到了越來越多的應用。

目前最有效的脫硫技術是石灰石-石膏濕法煙氣脫硫（WFGD）。但由于環(huán)境污染的加劇，必須進一步提高WFGD的效率。崔林等人為實現(xiàn)超低SO2排放，提高WFGD的效率并降低其能耗，為了實現(xiàn)這些目標，提出了一種利用冷凝熱交換器（CHE）將WFGD與冷凝脫硫結合的技術。在濕式煙氣冷凝過程中向煙氣中注入Ca（OH）2，可以在煙氣中形成Ca（OH）2的分散性異質(zhì)核心，從而增強SO2的傳質(zhì)，大大提升脫硫效率。研究結果表明，濕法煙氣冷凝過程中，WFGD后殘留的SO2進一步被CHE表面的水膜吸收，這可以顯著降低WFGD的總L/G，實現(xiàn)SO2的超低排放量。但該方法會增加熱交換器管結垢的風險，故將該技術應用到工業(yè)中之前，需要解決此問題。

2.2 新型煙氣脫硝技術

煙氣的反硝化技術主要可分為選擇性催化還原（SCR），活性炭技術和臭氧氧化吸收。近來，已經(jīng)致力于開發(fā)SCR催化劑。其中，過渡金屬或稀土金屬氧化物因其豐富的價態(tài)，出色的氧化還原能力和強大的儲氧能力而變得越來越重要，其中包括CeO2、Fe2O3、CuO、MnOx等。

通過一步浸漬法制備了一系列Ce/Mo摻雜改性的VW/Ti型催化劑，以期在選擇性催化還原反應區(qū)中實現(xiàn)NO和揮發(fā)性有機化合物（VOCs）的協(xié)同去除。以750 mL/min的煙氣模擬燃煤煙氣的反硝化區(qū)，CeO2的不同加載量（0～17 wt%）或MoO3（3～7.5 wt%）和催化劑制備過程進行了研究，結果表明在500℃下煅燒的VW/Ti催化劑上負載10.75 wt%的CeO2和4.5wt%MoO3表示同時去除NO的最佳效果。該研究將成為燃煤電廠的污染物減排提供了一種有效的方法。

通過向模擬煙氣管道中注入O3和乙醇混合物，開發(fā)了一種新的選擇性反硝化工藝，稱為O3-乙醇氧化法。通過O3氧化乙醇產(chǎn)生的有機自由基，可以將NO氧化成NO2，最后變成重要的工業(yè)原料，即硝酸鹽有機物或硝酸鹽水溶液。選擇性實驗探究表明煙氣中的CO32-、HCO3-和SO2對NOx的去除幾乎沒有任何影響。與傳統(tǒng)的O3氧化方法相比，顯著更高了NO選擇性氧化，更高的NOx去除率和更少的O3消耗，電廠可以實現(xiàn)更低的初始投資和運行成本。

探究了微波激活H2O2/PS氧化系統(tǒng)去除NO的幾個基本問題：優(yōu)化技術參數(shù)、確定自由基和產(chǎn)物、揭示NO去除機制并進行了一系列實驗和表征。在開發(fā)的微波激活H2O2/PS氧化系統(tǒng)中，SO4-，-OH，HO2-，H2O2和PS被認為是去除NO的活性物質(zhì)，其中-OH起著主導作用。

結語：綜上所述，國內(nèi)的煙氣除塵、脫硫脫硝技術已相對成熟，但進入“十四五”時期，煙氣除塵、脫硫脫硝的任務會更加艱巨，開發(fā)研究新型的煙氣除塵、脫硫脫硝技術勢在必行。對企業(yè)來說煙氣同時脫硫脫硝工藝與傳統(tǒng)工藝相比較在技術和經(jīng)濟上均具有優(yōu)勢，則大力發(fā)展同時脫硫脫硝技術具有重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻

[1]張健.電廠鍋爐脫硫脫硝及煙氣除塵的技術研究探討[J].化工管理，2017（23）：167-168.