火電廠煙氣脫硫脫硝技術(shù)研究進(jìn)展

許方園

浙江中藍(lán)環(huán)境科技有限公司

1 引言

現(xiàn)階段，我國(guó)社會(huì)各界的環(huán)保意識(shí)在不斷增強(qiáng)，火電廠這類(lèi)排放煙氣量較大的生產(chǎn)企業(yè)將污染處理工作做到位，有效解決火電廠煙氣污染問(wèn)題，故要加強(qiáng)火電廠煙氣脫硫脫硝技術(shù)的研究強(qiáng)度，增強(qiáng)火電廠煙氣脫硝脫硫能力及運(yùn)行穩(wěn)定性。基于此，本文介紹了火電廠煙氣脫硫脫硝現(xiàn)狀及技術(shù)難點(diǎn)，同時(shí)介紹了幾種火電廠煙氣脫硫脫硝新技術(shù)，為今后火電廠廢氣脫硫脫硝技術(shù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

2 火電廠煙氣脫硫脫硝技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 火電廠煙氣脫硫技術(shù)現(xiàn)狀

2.1.1 石灰石∕石灰—石膏（濕法）脫硫工藝

石灰石∕石灰—石膏（濕法）脫硫工藝采用石灰石、生石灰或消石灰的乳濁液作為吸收劑吸收煙氣中的SO2，脫硫效率一般可達(dá)95%以上。石灰石∕石灰-石膏法脫硫技術(shù)主要適用于大容量燃煤電廠鍋爐、高濃度SO2煙氣脫硫。該技術(shù)煙氣系統(tǒng)阻力大，設(shè)備功率高，且占地面積大，升級(jí)改造困難，其產(chǎn)生副產(chǎn)品脫硫石膏市場(chǎng)需求越來(lái)越小，大部分作為固體廢物堆存處理，容易造成二次污染問(wèn)題。

2.1.2 氨法脫硫工藝

氨法脫硫主要適用于有可靠氨源且氨肥能得到有效利用的燃煤鍋爐。氨法脫硫技術(shù)的脫硫效率一般在95%以上，氨的逃逸濃度在3.0mg∕m3以下。該技術(shù)運(yùn)行成本高，及運(yùn)行時(shí)電耗、水耗高，脫硫劑氨價(jià)格較高，氨市場(chǎng)價(jià)格一般在2500元∕噸～3000元∕噸；且運(yùn)行時(shí)結(jié)晶腐蝕及沖刷腐蝕較重，由于氨法脫硫漿液中會(huì)有硫酸銨，亞硫酸銨和亞硫酸銨，會(huì)滲入防腐層表面的毛細(xì)孔內(nèi)造成腐蝕。另其產(chǎn)生析出的硫酸銨飽和晶體隨脫硫漿液在設(shè)備內(nèi)部不間斷的連續(xù)循環(huán)，對(duì)設(shè)備會(huì)造成嚴(yán)重的沖刷腐蝕，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后會(huì)把系統(tǒng)防腐層沖刷掉，是脫硫系統(tǒng)最嚴(yán)重的腐蝕。

2.1.3 燃燒爐內(nèi)石灰石脫硫工藝

爐內(nèi)脫硫作為減少二氧化硫排放的有效途徑，特別適合于循環(huán)流化床燃燒。通過(guò)向爐內(nèi)添加石灰石，石灰石中的碳酸鈣遇熱先煅燒分解為可與二氧化硫作用的多孔狀氧化鈣，從而顯著降低煙氣中二氧化硫的排放。一般當(dāng)鈣硫比1.8～2.5，脫硫劑粒徑1mm時(shí)，爐內(nèi)脫硫率可達(dá)50%～90%。該工藝技術(shù)較為簡(jiǎn)單，但脫硫效率波動(dòng)較大，較難長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，且僅適用于中小機(jī)組燃用中、低硫煤的流化床燃燒煙氣脫硫。

2.2 火電廠煙氣脫硝技術(shù)現(xiàn)狀

2.2.1 SCR脫硝工藝

選擇性催化還原法是利用還原劑在催化劑的作用下有選擇地與煙氣中的NOx發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氮?dú)夂退姆椒?。SCR法脫硝反應(yīng)溫度在300℃～400℃之間進(jìn)行，脫硝效率一般在60%以上。部分地區(qū)的火電廠在實(shí)際運(yùn)行中被管理部門(mén)要求進(jìn)行深度調(diào)峰，機(jī)組就會(huì)較長(zhǎng)時(shí)間處于低負(fù)荷運(yùn)行使得運(yùn)行時(shí)煙氣溫度降低，在較低溫度下傳統(tǒng)的SCR脫硝催化劑反應(yīng)活性差，脫硝效率將低，極易導(dǎo)致煙氣排放口氮氧化物不能達(dá)標(biāo)排放。目前，國(guó)內(nèi)火電廠為了提高SCR脫硝入口煙氣溫度，主要通過(guò)鍋爐水混合提溫法、多級(jí)省煤器脫硝法等，以滿足火電廠調(diào)峰時(shí)的脫硝效率要求，而采取這些措施也將會(huì)增大火電廠額外的能耗和基建投入。

2.2.2 SNCR脫硝工藝

選擇性非催化還原法是一種選擇性降低NOx排放量的方法，即當(dāng)不采用催化劑時(shí)，NH3還原NOx的反應(yīng)只能在850℃～1050℃這一狹窄的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，脫硝效率一般在30%～50%左右。還原劑的噴入地點(diǎn)一般在爐膛上部煙氣溫度在850℃～1050℃范圍內(nèi)的區(qū)域。SNCR法反應(yīng)溫度范圍較小，但實(shí)際運(yùn)行時(shí)爐內(nèi)溫度分布隨鍋爐運(yùn)行負(fù)荷大小而改變，對(duì)于較大容量鍋爐其膛斷面尺寸大，爐膛斷面上的溫度也會(huì)分布不均勻，因此鍋爐爐膛中各處NOx濃度分布差別較大，要時(shí)刻根據(jù)各點(diǎn)NOx濃度和溫度的變化來(lái)控制進(jìn)入爐膛還原劑量才能有效地對(duì)爐膛內(nèi)的NOx進(jìn)行中和還原，從而提高其去除效率。該方法脫硝無(wú)論采用氨或尿素作為還原劑，其還原劑的消耗量將會(huì)為SCR法的2～3倍，還原劑消耗量較大。因沒(méi)有催化劑，SNCR對(duì)溫度要求嚴(yán)格，溫度過(guò)高，NH3則容易被氧化為NOx，抵消了NOX的脫除效率，溫度過(guò)低，NOx去除率低。SNCR氨的泄露量大，且對(duì)噴氨控制要求很高，噴氨控制成了SNCR的關(guān)鍵技術(shù)，也是限制SNCR脫硝效率和運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性的最大障礙。

2.2.3 傳統(tǒng)低氮燃燒工藝

傳統(tǒng)低NOx燃燒技術(shù)大致分為以下幾種：燃料分級(jí)燃燒、空氣分級(jí)燃燒、低NOx燃燒器、煙氣再循環(huán)等。這些技術(shù)主要目的就是為了減少NOx的產(chǎn)生量。傳統(tǒng)低氮燃燒工藝運(yùn)行控制難度較大，且脫硝效率一般在10%～20%左右，故適用于燃燒產(chǎn)生NOx產(chǎn)生濃度較低的場(chǎng)合。當(dāng)燃燒產(chǎn)物中NOx含量較高時(shí)，很難采用單獨(dú)低氮燃燒工藝使得煙氣NOx能達(dá)標(biāo)排，且在采取低氮燃燒技術(shù)后，NOx含量降低，而CO含量會(huì)升高，很難達(dá)到CO與NOx含量都降低的效果。

3 新型火電廠煙氣脫硫脫硝技術(shù)

3.1 海水脫硫技術(shù)

海水脫硫技術(shù)是在脫硫吸收塔內(nèi)將經(jīng)除塵后的煙氣與海水相向流動(dòng)充分接觸，煙氣中的二氧化硫被海水洗滌進(jìn)入到海水中，并與海水中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)從而被去除，凈煙氣經(jīng)加熱后排放。脫硫吸收塔排出的酸性海水進(jìn)入曝氣池與其他新鮮海水混合，經(jīng)過(guò)曝氣處理使其水質(zhì)恢復(fù)，從而達(dá)標(biāo)排放。有相關(guān)資料研究表明，該技術(shù)脫硫率可達(dá)95%以上。通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)能夠有效降低火電廠投入成本，在進(jìn)行脫硫時(shí)不再需要使用其他藥劑，有效避免對(duì)環(huán)境造成二次污染。海水脫硫技術(shù)的脫硫效果相對(duì)較好，但在應(yīng)用過(guò)程中需要確保火電廠選址處附近有大量海水。目前海水脫硫技術(shù)的發(fā)展已進(jìn)入成熟階段，以國(guó)內(nèi)的某500MW的火電廠來(lái)舉例，該火電廠先通過(guò)吸收塔將海水吸收到塔頂，然后再將煙氣進(jìn)行冷卻，接著讓其進(jìn)入吸收塔底部，通過(guò)相應(yīng)設(shè)備使煙氣與海水相互接觸，去除煙氣中的二氧化硫，通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)二氧化硫去除率可達(dá)98%。

3.2 低溫SCR脫硝技術(shù)

低溫SCR脫硝技術(shù)拓寬了傳統(tǒng)火電廠脫硝催化劑溫度使用范圍，通過(guò)提高在低溫條件下催化劑反應(yīng)活性來(lái)提高火電廠鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的NOx去除效果。劉欣、李俊華等采用浸漬法制備了釩鉬基催化劑，催化劑反應(yīng)活性溫度由于其中催化劑中鉬的摻入而明顯降低，當(dāng)煙氣空速達(dá)到60000h-1的條件下，O2體積分?jǐn)?shù)為5%，NH3和NO濃度分別為500μL∕L，處于200℃～400℃范圍內(nèi)的SCR法NOx去除率可達(dá)到90%以上，完全能滿足火電廠低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的NOx去除效率要求。郭林等在石河子市某熱電廠進(jìn)行了中試研究中發(fā)明了低溫NH3-SCR脫硝裝置，該裝置是在脫硫除塵之后采用低溫低塵SCR布置，并采用Fe-Mn-Ce∕Al2O3催化劑（浸漬法制備）。研究表明，當(dāng)煙氣溫度約為100℃、氨氮比約為1.2，SO2濃度＜35mg∕Nm3、空速約為4200h-1時(shí)，催化劑的脫硝效果最好。該工藝投資成本低廉，適合未達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)的中、小型燃煤鍋爐的脫硝設(shè)備改造。

3.3 SNCR∕SCR聯(lián)合脫硝法

SCR脫硝法脫硝效率高，但是投資大，運(yùn)行費(fèi)用也較高。SNCR法理論上可以去除煙氣中大部份NOx，但存在鍋爐運(yùn)行工況波動(dòng)從而導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)溫度場(chǎng)分布不均勻，使得脫硝效率不穩(wěn)定。故這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。SNCR∕SCR聯(lián)合脫硝法先采用SNCR法去除煙氣中一部份NOx，再利用在爐膛內(nèi)逃逸的氨在省煤器后SCR反應(yīng)器中與未被反應(yīng)的NOx進(jìn)一步反應(yīng)，去除余下的NOx，從而大大提高脫硝效率。采用SNCR∕SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)，SCR反應(yīng)器中的NOx負(fù)荷較低，因此可以減少SCR催化反應(yīng)器的尺寸，從而節(jié)約SCR的部份投資。NOx排放量要求較低的地區(qū)可優(yōu)先采用SNCR∕SCR聯(lián)合脫硝法。

3.4 聯(lián)合式煙氣一體化脫硫脫硝技術(shù)

聯(lián)合式脫硫脫硝一體化裝置占地小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行方便、可靠性高，且無(wú)副產(chǎn)品，在火力發(fā)電廠應(yīng)用上具有很強(qiáng)的適用性。聯(lián)合式煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)需要在脫硫設(shè)備的基礎(chǔ)上增加脫硝設(shè)備，并且讓兩種設(shè)備一起運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)一體化脫硫脫硝?；痣姀S煙氣凈化工藝的過(guò)程中需要建設(shè)布袋除塵裝置，做好煙氣除塵、脫硝、脫硫。因火電廠煙氣中含有大量SO2，故需要在袋式除塵器中注入鈉基脫硫劑和鈣劑，通過(guò)反應(yīng)后利用布袋過(guò)濾的作用去除反應(yīng)后生成的雜質(zhì)，且在氨氣的作用下火電廠煙氣中的NOx也會(huì)得到去除，最終完成煙氣脫硫脫硝除塵工作，故通過(guò)布袋功能可同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫硫、脫硝、除塵等功能。另外，聯(lián)合式煙氣脫硫脫硝一體化凈化技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：在常規(guī)條件下其煙氣凈化效率可達(dá)85%；因其通過(guò)融合多種污染物的同時(shí)去除，故占地面積小，投資費(fèi)用也較低；如實(shí)際運(yùn)行中采用聯(lián)合式煙氣一體化脫硫脫硝技術(shù)，可在SCR法之前先去除二氧化硫和顆粒物，這樣有利于減少脫硝反應(yīng)器中催化劑層中硫酸銨的含量，防止催化劑中硫酸銨含量過(guò)高而導(dǎo)致催化劑中毒。聯(lián)合式煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)的應(yīng)用，可節(jié)省更多的投資與運(yùn)行成本，能源需求量也會(huì)明顯降低。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，我們應(yīng)深入研究火電廠煙氣脫硫脫硝處理技術(shù)，盡量降低火電廠排出廢氣當(dāng)中二氧化硫和氮氧化合物的含量。我國(guó)目前火電廠煙氣脫硫脫硝技術(shù)尚未成熟，傳統(tǒng)的火電廠脫硫脫硝工藝目前存在一定的不足，這就需要科研人員應(yīng)該投入更多精力與時(shí)間來(lái)對(duì)煙氣脫硫脫硝技術(shù)進(jìn)行不斷地改善與深入研究煙氣處理技術(shù)，目前已在海水脫硫、低溫SCR、聯(lián)合式煙氣一體化脫硫脫硝等新型脫硫脫硝技術(shù)領(lǐng)域取得了一定的進(jìn)展。在確?；痣姀S脫硫脫硝資源循環(huán)利用的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步提高其脫硫脫硝技術(shù)水平，從而創(chuàng)造更多的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，深入貫徹實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。