低碳經(jīng)濟中的燃煤電廠脫硫脫硝除塵工藝發(fā)展分析

孫華 馮婷 壽冬金

浙江天藍(lán)環(huán)保工程有限公司 浙江 杭州 311202

引言

在工業(yè)經(jīng)濟時代下，煤炭資源屬于我國能源體系的重要組成部分，與國家經(jīng)濟發(fā)展存在密切的關(guān)聯(lián)。其中，火力發(fā)電廠對煤炭的需求量和消耗量巨大，但煤炭燃燒會產(chǎn)生大量的有毒有害物質(zhì)，這些物質(zhì)會在破壞環(huán)境的同時，危害人體的健康。因此，在低碳經(jīng)濟時期，對燃煤電廠脫硫脫硝除塵工藝的發(fā)展進(jìn)行探析，具有十分重要的意義。

1 燃煤電廠脫硫脫硝除塵工藝的作用

脫硫脫硝除塵工藝在燃煤電廠中的作用主要體現(xiàn)在以下方面：

1.1 節(jié)省能源

燃煤電廠的發(fā)電方式為熱能發(fā)電，簡言之，就是利用煤炭燃燒產(chǎn)生的熱能進(jìn)行發(fā)電，因此在發(fā)電過程中需要消耗大量的煤炭資源，而脫硫脫硝除塵工藝的使用，有利于降低煤炭資源消耗量，有利于低碳經(jīng)濟發(fā)展目標(biāo)的實現(xiàn)。

1.2 確保低碳環(huán)保生產(chǎn)目標(biāo)的達(dá)成

燃煤電廠在發(fā)電過程中會向大氣排放二氧化硫、氮氧化物和粉塵，這些排放物會污染和破壞大氣環(huán)境，嚴(yán)重時，甚至?xí)?dǎo)致酸雨問題和光化學(xué)煙霧問題的產(chǎn)生，從而使人們的健康安全受到了嚴(yán)重威脅。而脫硫脫硝除塵工藝的應(yīng)用，能夠使這些問題得到改善，為低碳環(huán)保生產(chǎn)目標(biāo)的達(dá)成提供工藝方面的支持[1]。

1.3 降低生產(chǎn)經(jīng)營成本

在綠色經(jīng)濟發(fā)展的背景下，國家大力提倡發(fā)展綠色經(jīng)濟，燃煤發(fā)電作為高耗能產(chǎn)業(yè)，應(yīng)積極響應(yīng)國家的號召，積極使用先進(jìn)的脫硫脫硝除塵工藝，在控制污染的同時，實現(xiàn)對廢物的回收再利用，以降低生產(chǎn)經(jīng)營成本。

2 低碳經(jīng)濟中的燃煤電廠脫硫脫硝除塵工藝發(fā)展

2.1 脫硫工藝

目前，濕法脫硫和干法脫硫是燃煤電廠常用的脫硫工藝，還有吸附法和半干法等工藝。其中，濕法脫硫工藝的代表性工藝為石灰石/石灰-石膏濕法脫硫。其流程如下：在煙氣進(jìn)入吸收塔后，會接觸吸收劑漿液，并與之生成化學(xué)和物理反應(yīng)，最后會生成固化二氧化硫的石膏副產(chǎn)品。具體流程分為以下部分：第一，氣態(tài)二氧化硫在與吸收漿液混合后，會被逐漸溶解；第二，二氧化硫在反應(yīng)后會生成亞硫根；第三，在氧化后，亞硫根會生成硫酸根；第四，硫酸根會與吸收劑發(fā)生反應(yīng)，然后生成硫酸鹽；第五，硫酸鹽會被分離出去，最終實現(xiàn)脫硫的目的。目前，這種方法已經(jīng)被燃煤電廠廣泛應(yīng)用，且取得了良好的效果。

干法脫硫工藝：與濕法脫硫工藝相比，干法脫硫工藝的環(huán)保性較強。對濕法脫硫工藝中的細(xì)顆粒物濃度變化情況進(jìn)行優(yōu)化處理，是干法脫硫工藝的實質(zhì)。這里以荷電式噴射脫硫法為例，該方法的工作原理如下所述：在吸收劑進(jìn)入高壓靜電電暈區(qū)后，其速度會顯著上升，此時，吸收劑所獲得的靜電荷非常強大，被噴射到煙氣中后，其狀態(tài)會轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻膽覞釥顟B(tài)，吸收劑粒子表面也會因此而暴露，與二氧化硫之間的反應(yīng)機會隨之上升。與此同時，在離子表面電暈的作用下，其活性大幅度增加，反應(yīng)所需的滯留時間被縮短，有利于脫硫效率的提升，該方法的優(yōu)點主要包括投資較少、工藝簡單、效果好和占地面積小，在新建鍋爐中應(yīng)用可以取得良好的效果，同時，還有助于改造鍋爐技術(shù)，不容易產(chǎn)生二次污染。

吸附法主要是指活性炭纖維，活性氧化鋁和活性炭，其中，活性炭的應(yīng)用最為廣泛，其原理如下所述：SO2會被活性炭吸附，并在催化的作用下變?yōu)镾O3，然后與水發(fā)生反應(yīng)，之后會生成H2SO4，飽和后，在水洗和加熱再生后，會生成H2SO4和高濃度的二氧化硫。同時，還會獲得一系列的副產(chǎn)品，如單質(zhì)S、液態(tài)二氧化硫等，這樣可以取得事倍功半的效果，在減少二氧化硫排放量的同時，還能實現(xiàn)對硫資源的回收再利用。這種技術(shù)的優(yōu)點包括脫硫劑消耗量少和運行費用低。

半干煙法脫硫技術(shù)主要包括半干半濕法脫硫、煙道噴射脫硫、粉末-顆粒噴動床脫硫等：

噴霧干燥法。這種方法通過對機械和氣流力量的應(yīng)用，分散吸收劑，使其成為細(xì)小的霧狀液滴，以此來擴大吸收劑與煙氣之間的接觸面積，在氣液相交后，二者會發(fā)生熱量交換、質(zhì)量交換和化學(xué)反應(yīng)。石灰石漿液、堿液屬于常用吸收劑，但就實際情況來看，石灰乳依然是最常用的吸收劑。通常情況下，使用這種方法的脫硫率為85%，其優(yōu)點如下所述：脫硫在氣、液和固三相下完成，對工藝設(shè)備的要求較低，并且生成物容易被處理，不會對設(shè)備正常運行產(chǎn)生過大的影響。

半干半濕法。這種方法介于干法脫硫和濕法脫硫之間，脫硫效率和脫硫劑利用率也同樣如此，在治理中小鍋爐煙氣時使用這種方法可以取得良好的效果。其特點如下：第一，投資較少；第二，運行成本低廉。脫硫率高達(dá)70%，并且在脫硫過程中不會產(chǎn)生過大的腐蝕，占地面積遠(yuǎn)小于其他方法，且工藝成熟。相較于濕法脫硫工藝，這種脫硫工藝還能節(jié)省制漿系統(tǒng)，究其原因，主要是濕法脫硫系統(tǒng)中噴入的CaOH水溶液，會變?yōu)閲娙隒aO粉末。而與干法脫硫相比，這種方法使CaO和SO2反應(yīng)效率低下的問題得到了解決，同時，還能促進(jìn)反應(yīng)效率的提升，脫硫劑利用率也會隨之提升，正因如此，這種脫硫工藝受到了相關(guān)領(lǐng)域的高度重視，有望成為脫硫工藝未來的發(fā)展趨勢。

2.2 脫硝工藝

燃燒法和催化還原法是常用的脫硝工藝。燃燒法：在燃煤燃燒過程中，所產(chǎn)生的溫度和氧氣濃度與氮氧化合物生成量存在密切關(guān)聯(lián)。因此，燃煤電廠需要在確保燃燒溫度的基礎(chǔ)上，控制氧氣濃度，通過二段燃燒方法的應(yīng)用，實現(xiàn)這一目的。催化還原法：SCR是常用的催化還原脫硝方法，其原理如下：首先將氨氣、尿素加入到生產(chǎn)工藝流程之中，促使氨氣在有催化劑條件下，與一氧化氮發(fā)生還原反應(yīng)，生成氮氣和水。碳酰二胺可以與一氧化氮發(fā)生還原反應(yīng)，生成水、二氧化碳和氮氣。相較于其他脫硝工藝，這項工藝的脫硝效果較為顯著，耗能也非常少。

除催化還原法外，脫硝工藝還包括離子化學(xué)處理方式和高能電子束處理技術(shù)等，所謂的離子化學(xué)處理方法，其原理如下：通過對高壓脈沖中電暈粒子閃射電流的利用，促使煙塵中氣體與電子之間碰撞速度進(jìn)一步提升，在這個過程中，一氧化氮會被轉(zhuǎn)化成硝酸，然后結(jié)合氨，生成硝酸銨，脫酸的目的也會因此而實現(xiàn)。并且，這個工藝還可以將二氧化硫轉(zhuǎn)化為硝酸銨，故同時兼具脫硫脫酸的目的。

高能電子束處理技術(shù)：這種技術(shù)作為一種新技術(shù)，雖然已經(jīng)被應(yīng)用于實際生產(chǎn)之中，但理論尚未成熟，故使用成本高昂，實現(xiàn)難度偏高，故筆者對其進(jìn)行簡單介紹。這個技術(shù)可以收集過濾后的氣體，然后以70攝氏度為標(biāo)準(zhǔn)，對溫度進(jìn)行把控，與此同時，還會將氨氣輸入到廢氣之中，輸入量以廢氣體積為依據(jù)，待兩種氣體相互混合后，使用高能電子束照射容器內(nèi)的氣體，其內(nèi)部的各種氣體會生成輻射反應(yīng)，原子、電子等會大量生成，最終達(dá)到脫硝的目的。處理后的廢品，所產(chǎn)生的活性極低，因此對環(huán)境的影響微乎其微。

2.3 除塵工藝

燃煤電廠在生產(chǎn)過程中會排放大量的煙塵，在燃煤電廠中，靜電除塵、顆粒過濾、陶瓷過濾等工藝最為常用，這些工藝的除塵標(biāo)準(zhǔn)如下：

靜電除塵。在有效范圍內(nèi)，對直徑超過6μm的煙塵顆粒進(jìn)行捕捉。與其他除塵工藝相比，這項工藝的成本較高。

顆粒過濾。燃煤電廠應(yīng)用顆粒過濾器，有利于濾除現(xiàn)場10μm左右的煙塵顆粒。在經(jīng)過對比后得知，這項工藝的有效捕獲范圍大于靜電除塵，實際除塵效果也好于靜電除塵，但這種裝置容易在燃煤電廠環(huán)境的影響下被堵塞，一旦出現(xiàn)堵塞問題，設(shè)備除塵效率就會下降。

陶瓷過濾。主要是指陶瓷過濾裝置，其材質(zhì)以陶瓷為主，樣式包括纖維帶式和蜂房式，將其應(yīng)用于燃煤電廠，有利于控制煙塵的排放量。其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在材質(zhì)上，與其他物質(zhì)相比，陶瓷的耐溫性能良好，能夠適應(yīng)燃煤電廠的生產(chǎn)環(huán)境，無需對其進(jìn)行大量的維護(hù)。

2.4 脫硫脫硝工藝

在低碳經(jīng)濟時代下，國家針對燃煤電廠污染物排放量制定了一系列的標(biāo)準(zhǔn)，要求燃煤電廠在排放污染物前對其進(jìn)行處理，在達(dá)標(biāo)后方能排放，在這一背景下，傳統(tǒng)的脫硝脫氮工藝不再適用，各燃煤電廠開始應(yīng)用脫硫脫硝工藝。在調(diào)查后得知，干式脫硫脫硝工藝在燃煤電廠中的應(yīng)用較為普遍，其控制原理如下：將1,3,5-均三嗪醇為原料，通過噴射的方式，使這些原料附著于高溫?zé)煹栏浇?，在溫度的作用下，這些原料會逐漸氣化，生成NHCO。在燃煤電廠周圍煙氣形成的湍流作用下，上述產(chǎn)物會朝著爐膛的方向擴散。在爐膛內(nèi)的高溫條件下，氣體HNCO生成的活性單體數(shù)量較多，這些活性單體會在爐膛內(nèi)與二氧化硫和氮氧化合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終使脫硫和脫硝的目的達(dá)成。相較于其他工藝，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面：

工藝流程不復(fù)雜。燃煤電廠在應(yīng)用這項工藝時，僅需將鍋爐煙氣量、氮氧化合物和二氧化硫濃度作為依據(jù)，對原料用量進(jìn)行明確，并將其噴射到爐膛周邊即可。

產(chǎn)物的處理難度較低。在使用這項工藝后，化學(xué)反應(yīng)所生成的化合物可以與煤灰充分混合，并被輸送到除塵袋之中。并且，產(chǎn)物沒有污染，無須對其進(jìn)行單獨處理，可直接排放。

效率高。在這種工藝模式下，脫硫和脫硝可同時完成，相較于單一的脫硫和脫硝工藝，具有效率上的優(yōu)勢。

2.5 脫硫脫硝除塵工藝

在進(jìn)入低碳經(jīng)濟時代后，燃煤電廠需要嚴(yán)格控制污染物的排放量，尤其是硫、硝和煙塵。脫硫脫硝除塵工藝作為一種新型工藝，在燃煤電廠中應(yīng)用，可以促進(jìn)燃煤電廠實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。與上文所研究的幾種工藝相比，該工藝的原理是將水作為原材料，利用爐膛內(nèi)的高溫，將水由液態(tài)轉(zhuǎn)化云狀物，并在爐膛內(nèi)的氣流中懸浮。云狀物在接觸煙道內(nèi)的二氧化硫和氮氧化合物時會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而實現(xiàn)脫硫脫硝除塵的目的[2]。在調(diào)查后得知，該燃煤電廠使用了煙氣脫硫塔進(jìn)行脫硫和除塵，該塔具有脫硫效率高，壓力損失小的優(yōu)點，其工作原理如下：鍋爐內(nèi)煙塵和硫氧化物會通過進(jìn)口煙道進(jìn)入塔體，脫硫塔上部塔嘴處會噴出堿液，形成與煙氣方向相反的多排高速霧化水幕，促使煙塵、硫氧化物和水之間的碰撞概率，同時，還能使霧化液滴的高速作用實現(xiàn)充分發(fā)揮，具體表現(xiàn)為霧化液滴的速度所造成的氣液相對速度也非常高，從而使脫硫塔除塵和脫硫效率有效提高。并且，氣體在通過旋流板時，對板上液層產(chǎn)生的作用為鼓泡，氣液傳質(zhì)的表面積和湍動狀態(tài)也會隨之?dāng)U大，有利于傳質(zhì)速率的提升，在二氧化碳與堿液發(fā)生氣液傳質(zhì)后，脫硫除塵效果會顯著增強，最后，被凈化的氣體會在除霧器除霧后排出，最終使脫硫和除塵的目標(biāo)實現(xiàn)。

2.6 采用高性能過濾器

將過濾方式作為依據(jù)，可以將高性能過濾器分為以下幾種：顆粒過濾器。該過濾器在去除廢氣中微小顆粒時的效果較為顯著，但此類裝置的缺陷為清理頻率較短，如果長時間不清理，過濾器會因為堵塞而無法發(fā)揮作用[3]。金屬網(wǎng)過濾器。這種過濾器可以通過對金屬纖維的使用，過濾塵粒，其缺點為無法長時間承受高溫，容易在高溫條件下受損，其過濾效果也會隨之下降，因此在高溫除塵中不宜使用。但在查閱文獻(xiàn)資料后得知，在燃煤電廠中，陶瓷過濾器的使用并不常見，為此，建議燃煤電廠基于自身實際情況，采用高性能過濾器，增強除塵的效果。

3 結(jié)束語

綜上所述，在科學(xué)工藝高速發(fā)展的背景下，各種先進(jìn)工藝的應(yīng)用，為脫硫脫硝除塵一體化工藝的發(fā)展提供了工藝方面的保障。建議燃煤電廠在總結(jié)傳統(tǒng)脫硫脫硝除塵工藝不足的基礎(chǔ)上，基于電廠實際情況，選擇符合低碳經(jīng)濟發(fā)展要求的環(huán)保工藝，以增強自身的發(fā)展?jié)摿Α?/p>