火力電廠鍋爐脫硫脫硝及煙氣除塵的技術(shù)分析

梁海松

摘 要 隨著我國(guó)社會(huì)主義社會(huì)市場(chǎng)的持續(xù)發(fā)展，有關(guān)于工業(yè)排氣的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)也在不斷完善。曾經(jīng)很長(zhǎng)一段時(shí)間我國(guó)的工業(yè)排氣標(biāo)準(zhǔn)比較低，很多企業(yè)為了節(jié)約成本，沒(méi)有安裝過(guò)濾裝置，但是火力電廠鍋爐的發(fā)電過(guò)程中，會(huì)釋放出大量的氧化氮和二氧化硫，破壞生態(tài)環(huán)境?，F(xiàn)在整體經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上人們也開始注意環(huán)保，不斷改進(jìn)相關(guān)設(shè)備，采用脫硫脫硝技術(shù)和廢氣煙氣除塵技術(shù)能減少工業(yè)廢水和廢氣的排放，促使污染狀況得到了改善，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

關(guān)鍵詞 火力電廠鍋爐 脫硫脫硝技術(shù) 煙氣除塵技術(shù)

中圖分類號(hào)：X77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2022）04-0055-03

目前，我國(guó)正在積極提倡應(yīng)用環(huán)保概念，相關(guān)政策也在不斷加強(qiáng)。人們開始將生態(tài)環(huán)境的營(yíng)造視為發(fā)展的關(guān)鍵和核心。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，大氣污染的主要原因是廢氣，許多火力電廠發(fā)展過(guò)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(huì)下酸雨，嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

火力電廠鍋爐煙氣除塵技術(shù)和脫硫脫硝技術(shù)的應(yīng)用極大地滿足了國(guó)內(nèi)目前環(huán)境保護(hù)方面的要求。近年來(lái)，人們的環(huán)保意識(shí)和綜合素質(zhì)持續(xù)提高，更多人關(guān)注周邊環(huán)境污染，并向行政部門報(bào)告。這些環(huán)境問(wèn)題引起了政府部門的關(guān)注，有關(guān)政府部門根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，實(shí)施了一系列環(huán)保政策，在短時(shí)間內(nèi)糾正了環(huán)境嚴(yán)重污染的企業(yè)。脫硫、脫硝、煙氣除塵有很多優(yōu)點(diǎn)[1]：第一，脫硫脫硝技術(shù)的制造工程比較簡(jiǎn)單;第二，火力電廠的鍋爐主要需要專業(yè)人員負(fù)責(zé)，需要操縱溫度和控制數(shù)據(jù)，結(jié)果產(chǎn)生了高昂的成本和龐大的人力、物質(zhì)資源。但是，煙氣除塵技術(shù)和脫硫脫硝技術(shù)的出現(xiàn)不需要人為監(jiān)督和操作，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)運(yùn)行，因此其成本低，易實(shí)現(xiàn)成本控制。

2 火力電廠鍋爐脫硫脫硝及除塵技術(shù)

2.1 脫硫脫硝技術(shù)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(jīng)過(guò)二氧化硫和氧氣反應(yīng)生成三氧化硫，之后和水生成硫酸，同時(shí)存在活性焦炭中。氧化氮和注入的氨生成氮?dú)夂退倪€原反應(yīng)，以完全清除二氧化硫和氧化氮。這個(gè)技術(shù)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(huì)腐蝕管線，容易引起安全問(wèn)題?；钚蕴靠梢詫⒎瘹?、氯化氫、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(jīng)開始大量使用[2]。

2.1.2 濕法煙氣脫硫脫硝技術(shù)

濕法煙氣脫硫脫硝的出現(xiàn)，可以很好地解決鍋爐內(nèi)的廢氣。該技術(shù)主要由吸收石灰?guī)r和水構(gòu)成。干法脫硝成本高，脫硝率只有80%，實(shí)際上不能廣泛使用。濕法煙氣脫硫脫硝技術(shù)是指為了達(dá)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(zhì)使用。該方法可以減少水資源的消耗，同時(shí)可以為環(huán)保做出一定的貢獻(xiàn)，還可以降低脫硫和脫硝處理的一定成本。目前市場(chǎng)上最普遍使用的濕法煙氣脫硫脫硝技術(shù)是石灰石-石膏法。在吸收性濕法煙氣脫硫技術(shù)的幫助下，為了達(dá)到脫硫的目的，廢硫在火力電廠鍋爐發(fā)電過(guò)程中可以從多個(gè)角度吸收，其脫硫效果更為明顯。一般來(lái)說(shuō)，所使用的物質(zhì)是廢碳化渣等高堿性物質(zhì)。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(shí)現(xiàn)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(guò)度成本和浪費(fèi)，采用石灰石濕法脫硫技術(shù)，脫硫率達(dá)到90%以上，是目前具有最理想效果且最成熟的脫硫技術(shù)。石灰石粉末被放入煤炭火力電廠鍋爐的含硫物中，以實(shí)現(xiàn)脫硫的目標(biāo)。

脫硝也有除去煙氣中的氧化氮實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)化為氮?dú)?，并且?guī)缀醪挥绊懰趾縖3]。在碳酰胺SCR中，碳酰胺首先通過(guò)裝置轉(zhuǎn)換為氨，然后輸送到SCR催化反應(yīng)器，再通過(guò)催化劑的化學(xué)反應(yīng)后生成氨和水。硫磺是火力電廠生產(chǎn)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(huì)下起對(duì)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(huì)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(shù)，以便及時(shí)清除鍋爐產(chǎn)生的廢氣。硫磺通過(guò)幾個(gè)過(guò)程轉(zhuǎn)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(shù)需要處理，以避免在作業(yè)工序中產(chǎn)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(shù)的情況下，還需要結(jié)合將廢水零排放的技術(shù)，防止廢水排放到外部河流，實(shí)現(xiàn)循環(huán)工藝。

2.1.3 干法脫硫技術(shù)

干法脫硫技術(shù)是指為了吸收鍋爐產(chǎn)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(xué)反應(yīng)，而且環(huán)境干燥，生成的產(chǎn)品是干粉末，從而達(dá)到脫硫和脫硝的目的，不會(huì)對(duì)鍋爐本身造成損傷。干法脫硫技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)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(hù)鍋爐和其他機(jī)械和設(shè)備。

2.1.4 金屬氧化物脫硫脫硝技術(shù)

金屬氧化物脫硫脫硝技術(shù)在金屬硫酸和甲烷的還原反應(yīng)下，會(huì)形成元素金屬和硫化金屬。在火力電廠鍋爐運(yùn)行過(guò)程產(chǎn)生的煙氣中，利用氧化產(chǎn)生金屬氧化物，實(shí)現(xiàn)脫硫和脫硝的協(xié)調(diào)控制。金屬氧化物脫硫和脫硝技術(shù)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(guò)90%時(shí)，氧化氮的去除率有可能達(dá)到75%～90%。

2.1.5 吸收劑噴射技術(shù)

吸收劑噴射技術(shù)需要強(qiáng)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(yīng)。由于LILAC過(guò)程的運(yùn)行比較簡(jiǎn)單，不需要大量投資，所以可以保證以后系統(tǒng)的維護(hù)效果。在適當(dāng)?shù)呐艢鉁囟葪l件下，最終制備的吸收劑與二氧化硫和氧化氮直接反應(yīng)，這樣節(jié)約了排氣溫度調(diào)節(jié)。

2.1.6 SNRB技術(shù)

催化還原法被稱為SNCR，實(shí)際原理是在燃煤火力電廠鍋爐生產(chǎn)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(yīng)生成水和氮?dú)?。此外，氧氣條件下，為了生成二氧化碳、水和氮?dú)猓减０房梢杂靡谎趸M(jìn)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(chǎn)中產(chǎn)生的氧化氮量。為此，燃煤火力電廠應(yīng)在確保氧氣濃度合理控制的條件下科學(xué)調(diào)節(jié)燃燒溫度，并據(jù)此科學(xué)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(yīng)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(lái)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(yán)格控制氨，在燃煤火力電廠脫硝過(guò)程中具有一定的應(yīng)用頻率。

2.1.7 選擇性催化還原脫硝技術(shù)（SCR）

20世紀(jì)70年代以后，一些發(fā)達(dá)國(guó)家開始將SCR技術(shù)用于石油火力鍋爐和燃?xì)饣鹆﹀仩t，SCR技術(shù)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(chǎn)生氮和水。反應(yīng)溫度達(dá)到300℃～420℃時(shí)，可以達(dá)到70%～90%的高脫硝率。選擇SNCR時(shí)，投資低，運(yùn)用成本低。但是，該方法反應(yīng)溫度范圍窄，對(duì)爐溫要求高，對(duì)煤的種類、負(fù)荷的變化適應(yīng)性低，在世界上很少被使用。

2.2 煙氣除塵技術(shù)

2.2.1 靜電除塵技術(shù)

目前，火力電廠鍋爐普遍使用的煙氣除塵技術(shù)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(xì)的粉塵。同時(shí)，在其運(yùn)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(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度工作，設(shè)備磨損度輕。一般來(lái)說(shuō)，它可以達(dá)到預(yù)期的耐用年限。但是，使用這種除塵技術(shù)有一些缺陷。

例如，靜電煙氣除塵裝置難以安裝，因此會(huì)消耗人力和物質(zhì)資源。在實(shí)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(shí)際工作中可以持續(xù)高度工作，即使設(shè)備略有磨損，使用壽命也不會(huì)受到影響。此外，靜電垃圾清除裝置在實(shí)際工作過(guò)程中不會(huì)受到外部高溫環(huán)境的干擾，因此能夠以高質(zhì)量完成相應(yīng)的粉塵清除工作。

2.2.2 濕式除塵技術(shù)

濕式除塵技術(shù)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(lái)，并將其清除。一般來(lái)說(shuō)，這種技術(shù)具有良好的應(yīng)用效果、低成本、簡(jiǎn)單的操作、良好的維護(hù)效果和廣闊的范圍，同時(shí)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(wèn)題，因此管道材料需要改善。

目前，在濕式煙氣除塵技術(shù)的應(yīng)用中，主要使用除塵裝置根據(jù)要求使其功能得到充分發(fā)揮，確?；覊m去除工作的效率。應(yīng)用這種防塵裝置可以保證除塵量超過(guò)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(jī)械式除塵

機(jī)械煙氣除塵是我國(guó)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(guò)程中產(chǎn)生的煙氣，利用煙氣除塵機(jī)械和設(shè)備去除煙氣中的塵埃。機(jī)械煙氣除塵以小設(shè)備區(qū)域、低煙氣除塵成本、較低的技術(shù)內(nèi)容為特點(diǎn)。機(jī)械式技術(shù)這項(xiàng)除塵技術(shù)的工作內(nèi)容基本上與其他除塵技術(shù)相同，當(dāng)有一定程度的灰塵堆積時(shí)，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(duì)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(lái)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(guò)濾鍋爐的煙溝氣體。在企業(yè)使用布袋除塵技術(shù)時(shí)，無(wú)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(huì)腐蝕布袋，在長(zhǎng)期的煙氣除塵工藝中會(huì)影響除塵效果。因此，需要經(jīng)常更換布袋，這將無(wú)形地增加垃圾清除成本。

3 各項(xiàng)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展

3.1 脫硝脫硫技術(shù)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(zāi)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(shù)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(shù)由于制造復(fù)雜而非常昂貴，其并未在日常生活中廣泛使用。由于成本過(guò)高，一些行業(yè)會(huì)考慮利潤(rùn)，選擇低成本的濕法脫硝技術(shù)。濕潤(rùn)脫硝技術(shù)不僅成本低，還可以再利用，被很多產(chǎn)業(yè)所喜歡。另外，SNCR/SCR組合的脫硝技術(shù)，其效率為60%～80%，但由于系統(tǒng)技術(shù)的復(fù)雜性，很少實(shí)用化。

火力電廠鍋爐脫硫技術(shù)的關(guān)鍵在于吸收塔。吸收塔的不同種類會(huì)產(chǎn)生不同的效果。一般來(lái)說(shuō)，吸收塔有四種：一是填料塔。填料塔使用內(nèi)部固體填料實(shí)現(xiàn)脫硫。但是，應(yīng)用該方法可能會(huì)導(dǎo)致堵塞;二是液柱塔。通過(guò)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(shù)被廣泛使用。通常，爐中的煙溝氣體從上到下移動(dòng)，其形狀可以呈小號(hào)狀，也可以以特定的角度向下方噴霧，以完全吸收煙氣。結(jié)構(gòu)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(dòng)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(diǎn)是具有較大的抗性和復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

3.2 除塵技術(shù)的發(fā)展

在火力電廠鍋爐的應(yīng)用中，鍋爐制造階段的防塵技術(shù)穩(wěn)定性比較高，實(shí)現(xiàn)了煙氣除塵效率。煙氣除塵技術(shù)中，最穩(wěn)定高效的是電除塵技術(shù)，灰塵會(huì)完全清除，不會(huì)產(chǎn)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(shù)的運(yùn)行穩(wěn)定性來(lái)看，電煙氣除塵效率將會(huì)提高。今后發(fā)展的主要方向是使用旋轉(zhuǎn)電極去除粉塵，該方法具有合理的煙氣除塵效果。另外，在實(shí)際的垃圾去除工序中，當(dāng)有較高的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，需要適當(dāng)增加濕式靜電除塵裝置。

4 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)今各種產(chǎn)業(yè)豐富的社會(huì)中，我國(guó)以環(huán)境為重點(diǎn)的技術(shù)逐漸加強(qiáng)。脫硫脫硝、煙氣除塵技術(shù)在火力電廠鍋爐中的應(yīng)用局限主要反映在各種技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的差異性上，應(yīng)采用技術(shù)與應(yīng)用整合，降低火力電廠鍋爐生產(chǎn)與建設(shè)的煤耗，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化與環(huán)境建設(shè)的和諧統(tǒng)一目標(biāo)。因此，研究人員需要在實(shí)踐中應(yīng)用上述分析結(jié)果，以提高集成技術(shù)創(chuàng)新技術(shù)。

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