火力電廠鍋爐脫硫脫硝及煙氣除塵的技術分析

梁海松

（中國能源建設集團北京電力建設有限公司，北京 100024）

目前，我國正在積極提倡應用環(huán)保概念，相關政策也在不斷加強。人們開始將生態(tài)環(huán)境的營造視為發(fā)展的關鍵和核心。相關數據表明，大氣污染的主要原因是廢氣，許多火力電廠發(fā)展過程排放了大量煙氣，增加了大氣中硫氧化物濃度。大氣中積煙到一定階段，就會下酸雨，嚴重時會危及人們的呼吸系統(tǒng)，并且難以治理。

1 火力電廠鍋爐脫硫脫硝及煙氣除塵技術的應用優(yōu)勢

火力電廠鍋爐煙氣除塵技術和脫硫脫硝技術的應用極大地滿足了國內目前環(huán)境保護方面的要求。近年來，人們的環(huán)保意識和綜合素質持續(xù)提高，更多人關注周邊環(huán)境污染，并向行政部門報告。這些環(huán)境問題引起了政府部門的關注，有關政府部門根據我國的實際情況，實施了一系列環(huán)保政策，在短時間內糾正了環(huán)境嚴重污染的企業(yè)。脫硫、脫硝、煙氣除塵有很多優(yōu)點[1]：第一，脫硫脫硝技術的制造工程比較簡單；第二，火力電廠的鍋爐主要需要專業(yè)人員負責，需要操縱溫度和控制數據，結果產生了高昂的成本和龐大的人力、物質資源。但是，煙氣除塵技術和脫硫脫硝技術的出現不需要人為監(jiān)督和操作，實現了全自動運行，因此其成本低，易實現成本控制。

2 火力電廠鍋爐脫硫脫硝及除塵技術

2.1 脫硫脫硝技術分析

2.1.1 活性炭固體吸附

活性炭吸附法主要是將煙氣吸入吸附塔，經過二氧化硫和氧氣反應生成三氧化硫，之后和水生成硫酸，同時存在活性焦炭中。氧化氮和注入的氨生成氮氣和水的還原反應，以完全清除二氧化硫和氧化氮。這個技術不需要很高的成本，就可以回收利用活性炭。但是，生成的硫酸會腐蝕管線，容易引起安全問題?；钚蕴靠梢詫⒎瘹洹⒙然瘹?、砷、水銀從廢氣中除去，另外還可以除塵，用這種方法制備的吸附劑已經開始大量使用[2]。

2.1.2 濕法煙氣脫硫脫硝技術

濕法煙氣脫硫脫硝的出現，可以很好地解決鍋爐內的廢氣。該技術主要由吸收石灰?guī)r和水構成。干法脫硝成本高，脫硝率只有80%，實際上不能廣泛使用。濕法煙氣脫硫脫硝技術是指為了達到脫硫的目的，可以與二氧化硫及部分硝酸鹽（堿溶液等）相互作用的物質使用。該方法可以減少水資源的消耗，同時可以為環(huán)保做出一定的貢獻，還可以降低脫硫和脫硝處理的一定成本。目前市場上最普遍使用的濕法煙氣脫硫脫硝技術是石灰石-石膏法。在吸收性濕法煙氣脫硫技術的幫助下，為了達到脫硫的目的，廢硫在火力電廠鍋爐發(fā)電過程中可以從多個角度吸收，其脫硫效果更為明顯。一般來說，所使用的物質是廢碳化渣等高堿性物質。廢渣可以用于完全脫硫火力電廠鍋爐的尾氣，石灰石-石膏法可以實現廢氣的脫硫和脫硝，但其吸收度一般可以回收利用，避免了資源的過度成本和浪費，采用石灰石濕法脫硫技術，脫硫率達到90%以上，是目前具有最理想效果且最成熟的脫硫技術。石灰石粉末被放入煤炭火力電廠鍋爐的含硫物中，以實現脫硫的目標。

脫硝也有除去煙氣中的氧化氮實現脫硝的干法和濕法，即：氧化氮的還原功能是在催化劑的作用下，使氧化氮轉化為氮氣，并且?guī)缀醪挥绊懰趾縖3]。在碳酰胺SCR 中，碳酰胺首先通過裝置轉換為氨，然后輸送到SCR 催化反應器，再通過催化劑的化學反應后生成氨和水。硫磺是火力電廠生產中最重要的廢棄物之一。硫磺中的元素大部分是具有腐蝕性的，與雨水混合后，會下起對人體有害的酸雨。例如，這種含硫的酸雨降落到人們的皮膚上，會直接腐蝕人們的皮膚，使皮膚潰瘍。因此，火力電廠企業(yè)必須選擇有效的脫硫技術，以便及時清除鍋爐產生的廢氣。硫磺通過幾個過程轉變?yōu)楣腆w狀態(tài)，從而有效地排除鍋爐中的有害氣體。但是，該技術需要處理，以避免在作業(yè)工序中產生大量排水，造成水資源被污染。因此，在使用濕式排氣脫硫脫硝技術的情況下，還需要結合將廢水零排放的技術，防止廢水排放到外部河流，實現循環(huán)工藝。

2.1.3 干法脫硫技術

干法脫硫技術是指為了吸收鍋爐產生的廢氣中的硫和硝酸鹽，在干法的環(huán)境中使用粒狀或粉末吸收劑。由于需要某種化學反應，而且環(huán)境干燥，生成的產品是干粉末，從而達到脫硫和脫硝的目的，不會對鍋爐本身造成損傷。干法脫硫技術的優(yōu)點是不生成廢硫、廢氣、廢水，并且減少鍋爐中腐蝕性的氣體和液體，所以在一定程度上可以保護鍋爐和其他機械和設備。

2.1.4 金屬氧化物脫硫脫硝技術

金屬氧化物脫硫脫硝技術在金屬硫酸和甲烷的還原反應下，會形成元素金屬和硫化金屬。在火力電廠鍋爐運行過程產生的煙氣中，利用氧化產生金屬氧化物，實現脫硫和脫硝的協調控制。金屬氧化物脫硫和脫硝技術包括了氧化銅工藝等許多工藝。該工藝的普通載體為二氧化硅、氧化鋁和活性焦炭，二氧化硫的去除率超過90%時，氧化氮的去除率有可能達到75%～90%。

2.1.5 吸收劑噴射技術

吸收劑噴射技術需要強化的活性石灰粉煤灰化合物以此提高LILAC 工藝，還需要將粉煤灰和石膏凝聚成一定比例的活性吸收劑，使煙氣中的吸收性粒子、二氧化硫和氧化氮完全反應。由于LILAC 過程的運行比較簡單，不需要大量投資，所以可以保證以后系統(tǒng)的維護效果。在適當的排氣溫度條件下，最終制備的吸收劑與二氧化硫和氧化氮直接反應，這樣節(jié)約了排氣溫度調節(jié)。

2.1.6 SNRB 技術

催化還原法被稱為SNCR，實際原理是在燃煤火力電廠鍋爐生產氧化氮的工藝中加入適量的氨氣和碳酰胺，使氨氣在含氧條件下與一氧化氮反應生成水和氮氣。此外，氧氣條件下，為了生成二氧化碳、水和氮氣，碳酰胺可以用一氧化氮進行削減[4]。催化還原法受溫度影響，因此燃燒方法、燃燒溫度、氧氣的特定濃度和其他因素直接決定了煤炭火力電廠鍋爐生產中產生的氧化氮量。為此，燃煤火力電廠應在確保氧氣濃度合理控制的條件下科學調節(jié)燃燒溫度，并據此科學地引入兩步燃燒法，以確保有效控制和削減氧化氮排放量。但是，在反應處理中，不同的還原劑適用的最佳溫度不同。從最高效率的溫度比較來看：800℃以下，氨具有最高的脫硝效率，碳酰胺是900℃下最好的還原劑。這種脫硝工藝由于具有高效、低能耗、低成本、占地面積小、可脫硝的特性，但它受溫度限制，需要嚴格控制氨，在燃煤火力電廠脫硝過程中具有一定的應用頻率。

2.1.7 選擇性催化還原脫硝技術（SCR）

20 世紀70 年代以后，一些發(fā)達國家開始將SCR技術用于石油火力鍋爐和燃氣火力鍋爐，SCR 技術的原理是在催化劑的條件下，將氨氣和一氧化碳作為還原劑使用，可以還原煙氣中存在的氮氧化物產生氮和水。反應溫度達到300℃～420℃時，可以達到70%～90%的高脫硝率。選擇SNCR 時，投資低，運用成本低。但是，該方法反應溫度范圍窄，對爐溫要求高，對煤的種類、負荷的變化適應性低，在世界上很少被使用。

2.2 煙氣除塵技術

2.2.1 靜電除塵技術

目前，火力電廠鍋爐普遍使用的煙氣除塵技術中靜電除塵效率很高。該除塵裝置的去除效率提高，可以迅速去除微細的粉塵。同時，在其運行中，除塵工作可以在不受到高溫環(huán)境干擾的情況下迅速有效地完成[5]。除塵裝置可以長時間高強度工作，設備磨損度輕。一般來說，它可以達到預期的耐用年限。但是，使用這種除塵技術有一些缺陷。

例如，靜電煙氣除塵裝置難以安裝，因此會消耗人力和物質資源。在實際除塵工序中，其除塵效率較高，但是需要清洗。靜電除塵在實際工作中可以持續(xù)高度工作，即使設備略有磨損，使用壽命也不會受到影響。此外，靜電垃圾清除裝置在實際工作過程中不會受到外部高溫環(huán)境的干擾，因此能夠以高質量完成相應的粉塵清除工作。

2.2.2 濕式除塵技術

濕式除塵技術目前多用于煤炭火力鍋爐的煙氣除塵。原理是將水和煙氣廢氣中的塵埃粒子組合起來，并將其清除。一般來說，這種技術具有良好的應用效果、低成本、簡單的操作、良好的維護效果和廣闊的范圍，同時可以去除廢氣中的二氧化硫。但是，由于形成大量的污水，集塵裝置容易發(fā)生腐蝕問題，因此管道材料需要改善。

目前，在濕式煙氣除塵技術的應用中，主要使用除塵裝置根據要求使其功能得到充分發(fā)揮，確?；覊m去除工作的效率。應用這種防塵裝置可以保證除塵量超過50%。在小鍋爐的煙氣除塵中，噴霧除塵器具有良好的效果。

2.2.3 機械式除塵

機械煙氣除塵是我國燃煤火力鍋爐煙氣氣體處理中使用最廣泛的方案。煙氣除塵的原理是為了分解煤炭火力鍋爐燃燒過程中產生的煙氣，利用煙氣除塵機械和設備去除煙氣中的塵埃。機械煙氣除塵以小設備區(qū)域、低煙氣除塵成本、較低的技術內容為特點。機械式技術這項除塵技術的工作內容基本上與其他除塵技術相同，當有一定程度的灰塵堆積時，裝置可以將其完全去除。

2.2.4 布袋除塵

布袋除塵是一種新型的煙氣除塵法，對處理含有二氧化硫等有害氣體的粉塵有非常好的效果。越來越多的企業(yè)開始使用布袋除塵方案，以便在它被排放之前有效過濾鍋爐的煙溝氣體。在企業(yè)使用布袋除塵技術時，無紡布袋具有良好的密封性能，可以去除大部分煙霧和灰塵，使用最為廣泛。但是，由于煙氣具有腐蝕性，會腐蝕布袋，在長期的煙氣除塵工藝中會影響除塵效果。因此，需要經常更換布袋，這將無形地增加垃圾清除成本。

3 各項技術的未來發(fā)展

3.1 脫硝脫硫技術的發(fā)展

由于工廠排放的廢氣中含有氮和氧化物，這種化合物容易引起酸雨和自然災害，不僅危害環(huán)境，還危害人們的健康，影響人們的正常生活。脫硝技術可以充分吸收其中的碳和氧化物，很好地利用行業(yè)排放的廢氣。但是，干法脫硝技術由于制造復雜而非常昂貴，其并未在日常生活中廣泛使用。由于成本過高，一些行業(yè)會考慮利潤，選擇低成本的濕法脫硝技術。濕潤脫硝技術不僅成本低，還可以再利用，被很多產業(yè)所喜歡。另外，SNCR/SCR 組合的脫硝技術，其效率為60%～80%，但由于系統(tǒng)技術的復雜性，很少實用化。

火力電廠鍋爐脫硫技術的關鍵在于吸收塔。吸收塔的不同種類會產生不同的效果。一般來說，吸收塔有四種：一是填料塔。填料塔使用內部固體填料實現脫硫。但是，應用該方法可能會導致堵塞；二是液柱塔。通過煙氣、氣體和液體的融合，脫硫效率非常高；三是噴淋吸收塔。噴淋吸收塔脫硫技術被廣泛使用。通常，爐中的煙溝氣體從上到下移動，其形狀可以呈小號狀，也可以以特定的角度向下方噴霧，以完全吸收煙氣。結構和成本上比前兩者要好，但廢氣分布不均勻；四是鼓泡塔。石灰?guī)r用于推動以下煙道氣，煙道氣與泥漿融合后發(fā)生起泡，脫硫效果良好，其缺點是具有較大的抗性和復雜結構。

3.2 除塵技術的發(fā)展

在火力電廠鍋爐的應用中，鍋爐制造階段的防塵技術穩(wěn)定性比較高，實現了煙氣除塵效率。煙氣除塵技術中，最穩(wěn)定高效的是電除塵技術，灰塵會完全清除，不會產生二次煙。該煙氣除塵效果良好，排放濃度下降。從煙氣除塵技術的運行穩(wěn)定性來看，電煙氣除塵效率將會提高。今后發(fā)展的主要方向是使用旋轉電極去除粉塵，該方法具有合理的煙氣除塵效果。另外，在實際的垃圾去除工序中，當有較高的粉塵排放標準時，需要適當增加濕式靜電除塵裝置。

4 結語

在當今各種產業(yè)豐富的社會中，我國以環(huán)境為重點的技術逐漸加強。脫硫脫硝、煙氣除塵技術在火力電廠鍋爐中的應用局限主要反映在各種技術應用優(yōu)勢的差異性上，應采用技術與應用整合，降低火力電廠鍋爐生產與建設的煤耗，實現當前產業(yè)現代化與環(huán)境建設的和諧統(tǒng)一目標。因此，研究人員需要在實踐中應用上述分析結果，以提高集成技術創(chuàng)新技術。