探討火電廠(chǎng)煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)

國(guó)電電力大同湖東發(fā)電有限公司 梁 勇

關(guān)健詞：火電廠(chǎng)；煙氣；脫硫脫稍；一體化技術(shù)

據(jù)調(diào)查，我國(guó)氮化物和二氧化硫的排放量90%左右源于化石燃料的燃燒，其中的一半來(lái)源于火力發(fā)電廠(chǎng)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)家對(duì)電能的需求日益增加[1]。發(fā)電廠(chǎng)規(guī)模越來(lái)越大，環(huán)境污染問(wèn)題嚴(yán)重，直接引發(fā)部分地區(qū)的酸雨，給人們的生活造成極大的影響。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，政府部門(mén)應(yīng)全方位地控制酸雨及發(fā)電廠(chǎng)毒氣排放問(wèn)題，在發(fā)電廠(chǎng)中應(yīng)用脫硫脫硝技術(shù)非常重要。一體化脫硫脫硝是利用一套工藝技術(shù)先后完成煙氣脫硫和脫硝，使氣體排放達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)[2]。

隨著工業(yè)的發(fā)展，霧霾天氣給城市居民的身體造成嚴(yán)重的傷害。尤其火電廠(chǎng)在發(fā)電中的燃煤物質(zhì)含有大量的氮、硫等有害元素，燃燒后產(chǎn)生SO2與NOx，這也是大部分燃煤電廠(chǎng)運(yùn)行中普遍存在的問(wèn)題。相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)積極地應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)工藝，遏制環(huán)境污染?；诖耍疚年U述了脫硫脫硝技術(shù)的應(yīng)用，淺談新式脫硫脫硝技術(shù)的發(fā)展，尤其突出了一體化脫硫脫硝技術(shù)的應(yīng)用研究。

1 脫硫脫硝技術(shù)的應(yīng)用

1.1 燃燒前的脫硫脫硝

在火電廠(chǎng)發(fā)電過(guò)程中，在燃燒化石燃料以前脫硫脫硝是常用的技術(shù)。主要分為三種方法：生物法、物理法、化學(xué)法。物理法是常用的脫硫方法。具有成本低廉、操作簡(jiǎn)易的特點(diǎn)。工作原理如下：利用硫化物、化石燃料及硝化物自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與密度，把化石燃料置入旋風(fēng)分離器里予以壓碎處理。然后產(chǎn)生分層現(xiàn)象，按照密度情況對(duì)硫化物、化石燃料與硝化物進(jìn)行分離。采用物理方法無(wú)法精確地分離各物質(zhì)，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用技術(shù)不是很成熟，脫硫、脫硝效果低于世界發(fā)達(dá)國(guó)家[3]。

1.2 燃燒過(guò)程中的脫硫脫硝

在燃燒中的脫硫一般指的是利用碳酸鈣等物質(zhì)和二氧化硫發(fā)生反應(yīng)，促使二氧化硫減量，這種方法在應(yīng)用中無(wú)需大量成本，適合部分小廠(chǎng)使用，但燃燒中的脫硫脫硝技術(shù)效率偏低，不用固硫劑，給機(jī)器設(shè)備造成很大的影響，長(zhǎng)此以往，會(huì)縮短機(jī)器的壽命，燃燒過(guò)程的脫硫一般分為兩種方法，一是爐內(nèi)法，一是型煤固硫法，上述列舉的方法應(yīng)用效率低，副作用大，在電廠(chǎng)投入應(yīng)用會(huì)給設(shè)備造成極大的影響，但現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)的設(shè)備無(wú)法達(dá)到大批量生產(chǎn)型煤的標(biāo)準(zhǔn)。

2 新式脫硫脫硝技術(shù)的發(fā)展

2.1 干法脫硫脫硝

2.1.1 固體吸附法

活性炭吸附指的是把廢氣里的二氧化硫吸至活性炭外表面，二氧化硫經(jīng)過(guò)氧化變成三氧化硫，再被大氣稀釋形成稀硫酸，該物質(zhì)可對(duì)廢氣里的二氧化硫含量產(chǎn)生直接影響。通過(guò)這種手段，既可節(jié)省化學(xué)原料、操作簡(jiǎn)單，又可有效地控制脫硫的含量，可高達(dá)99%的效果。但該技術(shù)在使用中也存在一定的弊端、如吸收難。因此，相關(guān)工作人員具體還要結(jié)合環(huán)境加以選擇。

NOxSO 法是干式吸附法的一種，鈉鹽可作為吸附劑使用，可去除煙氣里的二氧化硫、一氧化氮。先要去除煙氣里的灰塵、雜質(zhì)，把除雜質(zhì)后的煙氣導(dǎo)入吸附器內(nèi)，在設(shè)備中去除二氧化硫與一氧化氮，同時(shí)把凈化的煙道氣導(dǎo)入煙囪?；蛘呃醚趸~吸附，達(dá)到的脫硫率可超過(guò)90%，可去除80%左右的氮氧化物。然而因這類(lèi)吸附劑成本高、且在吸附中需高溫條件，難以普及。

2.1.2 堿性鋁酸鹽吸附二氧化硫

在利用堿性鋁酸鹽的時(shí)候，可起到普通活性炭的作用，即以吸附的形式降低廢氣中二氧化硫的含量，給空氣的呼吸效果造成影響。但是在使用的時(shí)候還需對(duì)廢氣進(jìn)行加熱，利用固化劑等原料促進(jìn)活性炭的功能發(fā)揮最好效果，且活性炭具有重復(fù)利用的特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高，缺陷在于吸附流程復(fù)雜、效率低下，需工作人員熟練掌握操作技能，堿性鋁酸鹽應(yīng)用成本高。

2.1.3 尿素法

利用尿素對(duì)廢氣予以脫硫、脫硝的處理，二氧化硫的去除效果顯著，幾乎實(shí)現(xiàn)100%脫硫，且一氧化氮的去除率也在95%以上。在該工藝應(yīng)用過(guò)程中，吸收劑pH 值應(yīng)保持在5～9以?xún)?nèi)，不會(huì)給設(shè)備造成腐蝕，二氧化硫與一氧化氮的去除率和煙氣里二氧化硫與一氧化氮的濃度沒(méi)有關(guān)系。當(dāng)完成脫硫、脫氮時(shí)，煙氣可直接向外排出。當(dāng)脫硫、脫硝后可對(duì)吸收液與硫酸銨進(jìn)行處理，該物質(zhì)可循環(huán)利用。然而該技術(shù)也存在缺陷，可處理的煙氣量少，不適用于大中型火電廠(chǎng)發(fā)展需求。

2.2 濕法脫硫脫硝

2.2.1 氧化法

利用氧化法脫硫脫硝，可通過(guò)濕式的洗滌系統(tǒng)一并去除設(shè)備里的二氧化硫、氮化物。該技術(shù)借助兩個(gè)吸收塔，分別是氧化吸收塔與堿性吸收塔。在有效地去除二氧化硫與氮化物的前提下，還能夠有效地去除部分重金屬。石灰石溶液起到吸附劑功能，用于中和廢氣里的二氧化硫，進(jìn)而達(dá)到火電廠(chǎng)的煙氣排放要求。該脫硫脫硝技術(shù)是現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)最為成熟的手段，由于石灰石市場(chǎng)價(jià)格低廉，利用率高，適用范圍較廣。但使用該技術(shù)前期投入資金很大，操作復(fù)雜，對(duì)工作人員的技能要求高，設(shè)備易受到腐蝕。

2.2.2 氨脫硫脫硝技術(shù)

主要用氨水對(duì)一氧化氮進(jìn)行還原生成氮?dú)猓缓蟀彼投趸虬l(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成亞硫酸銨，最后經(jīng)過(guò)氧化生成硫酸銨。該脫硫技術(shù)具有反應(yīng)效率高的特點(diǎn)，二氧化硫的吸收率、氨水的利用率均較高，前期投資少，對(duì)環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生影響。反應(yīng)生成的廢物不污染環(huán)境，且管道也不能被堵塞或發(fā)生腐蝕，在國(guó)內(nèi)得到良好的應(yīng)用。

3 脫硫脫硝一體化技術(shù)

3.1 半干法脫硫及選擇性催化脫硝

3.1.1 CFB 脫硫

在半干法脫硫技術(shù)中，現(xiàn)階段應(yīng)用作為廣泛的是循環(huán)流化床（CFB）和噴霧干燥脫硫(SDA)。濕法脫硫技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中表現(xiàn)出一定的缺陷，因?yàn)槠湓诿摿蜻^(guò)程中會(huì)使用到氨水，產(chǎn)物雖然可用于提高土壤肥力，但結(jié)晶不穩(wěn)定，石膏雨也是此類(lèi)脫硫工藝中可能出現(xiàn)的污染問(wèn)題，半干法脫硫有效的避免了此類(lèi)不良因素。

在CFB 處理工藝中，燒結(jié)的煙氣中存在大量的二氧化硫，當(dāng)煙氣從脫硫裝置中通過(guò)時(shí)，會(huì)與其中的脫硫劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，脫硫劑以顆粒狀存在，二氧化硫先與其表層反應(yīng)，生成的產(chǎn)物會(huì)覆蓋在這些顆粒物的表面。但煙氣本身產(chǎn)生了一定的沖擊作用力，導(dǎo)致脫硫顆粒物在反應(yīng)裝置內(nèi)部不斷碰撞、摩擦、運(yùn)動(dòng)，形成一種類(lèi)似于湍流的狀態(tài)，這一過(guò)程會(huì)褪去表層的反應(yīng)物，內(nèi)部的脫硫劑暴露出來(lái)，繼續(xù)參與脫硫反應(yīng)，但是這種處理方法在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)一定的問(wèn)題，例如脫硫劑顆粒外部的反應(yīng)產(chǎn)物脫離不到位，進(jìn)而造成反應(yīng)中止或者反應(yīng)效率低下，形成死床的現(xiàn)象。

3.1.2 SDA 工藝

這種技術(shù)稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法脫硫。其吸附劑主要為生石灰，先要對(duì)生石灰做消化處理，再將其與循環(huán)脫硫副產(chǎn)物形成熟石灰漿液，消化處理的溫度通常要控制在90℃～100℃之間，這樣做的主要目的是確保熟石灰的高活性。在吸收塔的頂部部署了旋轉(zhuǎn)霧化器，由輸送泵將熟石灰漿液輸送到旋轉(zhuǎn)霧化器處，在機(jī)械作用下將這些漿液制備成霧滴，其直徑在30到80微米之間。這些細(xì)小的霧滴具有更大的表面積，煙氣中的二氧化硫能更好地與之結(jié)合，發(fā)生脫硫的化學(xué)反應(yīng)，因此，這種技術(shù)的脫硫效率比CFB 工藝更高。

根據(jù)此類(lèi)工藝在實(shí)踐過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出以下實(shí)施要點(diǎn)：

控制霧滴的粒徑。半干法實(shí)際上其氣體和液體發(fā)生反應(yīng)，如果霧滴的粒徑過(guò)小，很容易受溫度的作用而蒸發(fā)，不能形成氣液反應(yīng)，根據(jù)理論研究結(jié)果，當(dāng)霧滴的粒徑處于50微米時(shí)，其效果最為突出。

接觸時(shí)間。煙氣應(yīng)該與脫硫劑保持足夠長(zhǎng)的接觸時(shí)間，否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)充分反應(yīng)，這一點(diǎn)主要決定于霧滴干燥所需的時(shí)長(zhǎng)，根據(jù)長(zhǎng)期實(shí)踐結(jié)果，接觸時(shí)間通?？刂圃?0到12秒之間。

脫硫產(chǎn)物的再循環(huán)。脫硫反應(yīng)的產(chǎn)物中還存在濃度較高的氫氧化鈣霧滴，循環(huán)倍率要加以控制，這樣可提高脫硫的效率。

3.1.3 選擇性催化還原

這種工藝使用的還原劑主要為氨氣，尿素可作為替代物。要促進(jìn)還原反應(yīng)的實(shí)現(xiàn)，就要利用催化劑來(lái)降低反應(yīng)過(guò)程中的活化能，在實(shí)際應(yīng)用中使用的催化劑體系為V2O5-TiO2-WO3。最佳的反應(yīng)溫度應(yīng)該控制在350～400℃之間，脫硫反應(yīng)結(jié)束之后，煙氣的溫度降低到90℃，距離最佳反應(yīng)溫度還存在一定的差距，對(duì)其進(jìn)行加熱升溫是確保還原反應(yīng)的重要措施。

脫硝實(shí)際上是除去煙氣中存在的氮氧化物，主要為一氧化氮。脫硝處理的效率和氨氣與一氧化氮的摩爾比具有密切的聯(lián)系，當(dāng)該比值為1時(shí)脫硝的效果最佳，一般可超過(guò)85%。這一點(diǎn)從脫硝的化學(xué)反應(yīng)中即可判斷，具體反應(yīng)式如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

8NH3+6NO2→7N2+12H2O

3.2 活性焦脫硫脫硝一體化技術(shù)

3.2.1 活性焦的特點(diǎn)

活性焦是一種由煤炭制備而成的活性吸附材料，在功能上與活性炭非常類(lèi)似，但優(yōu)勢(shì)在于這些這種材料的價(jià)格比活性炭低廉得多，在大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)中可廣泛使用。與此同時(shí)，這種材料在受熱的情況下不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻，其本身所具備的還原性能對(duì)脫硫脫硝反應(yīng)具有很大的作用。因?yàn)樵谄浔砻娲嬖诖罅康墓倌軋F(tuán)，其中含有較多的氮、氧元素，正是因?yàn)檫@些官能團(tuán)的存在，活性焦或者活性炭在吸附硫化物和氮氧化物之后會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

另外，脫硫脫硝反應(yīng)式通過(guò)活性焦的表面物質(zhì)和煙氣中的氮氧化物和二氧化硫發(fā)生反應(yīng)，但是隨著反應(yīng)的進(jìn)行，其活性就會(huì)下降，阻礙了后續(xù)的反應(yīng)，此時(shí)要通過(guò)再生處理來(lái)消除這種不良情況。

3.2.2 基于活性焦的脫硫脫硝一體化技術(shù)

具體的反應(yīng)過(guò)程可劃分為二部分。

第一，燒結(jié)后產(chǎn)生的煙氣存在一定的溫濕度，并且氣體成分中還包括了大量的氧氣分子，也就是說(shuō)，煙氣中同時(shí)存在氧氣、水蒸氣、二氧化硫、氮氧化物（主要為一氧化氮），將其通入到活性焦中，空隙會(huì)同時(shí)吸附這些氣體和水分子，并且會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，主要的反應(yīng)過(guò)程是，反應(yīng)所生成的硫酸也會(huì)吸附在活性焦的空隙內(nèi)部。顯然，經(jīng)過(guò)這一反應(yīng)過(guò)程之后，煙氣中存在的二氧化硫就被有效去除。此時(shí)，在將活性炭移送到解析塔中，通過(guò)一系列物理化學(xué)作用將其中的二氧化硫解析出來(lái)，用于制備濃硫酸等副產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了廢氣的回收利用。

第二，在脫硝反應(yīng)中，主要使用了氨氣。脫硫之后的煙氣中還含有大量的一氧化氮，向其中通入氨氣，將溫度控制在120～180℃之間，高溫作用下就會(huì)發(fā)生脫硝反應(yīng)，最終的產(chǎn)物是氮?dú)夂退肿?。這種工藝技術(shù)的成本相對(duì)較低，因?yàn)榛钚越够蛘呋钚蕴吭诜磻?yīng)之后可實(shí)現(xiàn)再生，不會(huì)大量消耗。與此同時(shí)，無(wú)論是二氧化硫，還是一氧化氮，去除的效率都比較高，煙氣存在的其他污染物質(zhì)在經(jīng)過(guò)活性焦的吸附作用之后也能有效去除，因而其環(huán)保效應(yīng)非常突出。這種脫硫脫硝一體化工藝技術(shù)在國(guó)內(nèi)的火力發(fā)電企業(yè)、鋼鐵企業(yè)中得到了非常廣泛的應(yīng)用，并且取得了良好的環(huán)境效應(yīng)。

4 結(jié)語(yǔ)

火電廠(chǎng)每天會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣，廢氣里的二氧化硫、氮氧化物給周?chē)h(huán)境帶來(lái)極大的污染。隨著時(shí)代的發(fā)展，我國(guó)電能的需求量與日俱增，火電廠(chǎng)是國(guó)家發(fā)電的重要載體，若不能有效地處理廢氣中的有毒有害物質(zhì)，不利于企業(yè)長(zhǎng)期的發(fā)展。相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)對(duì)此保持高度重視，增強(qiáng)自身的環(huán)境環(huán)保責(zé)任感，盡可能降低廢氣內(nèi)有害物質(zhì)的排放，最大化地對(duì)有害物質(zhì)予以吸附、轉(zhuǎn)化。結(jié)合企業(yè)發(fā)展實(shí)際，科學(xué)地選用脫硫、脫硝技術(shù)，脫硫脫硝工藝不宜過(guò)于復(fù)雜，以免排出的廢物給環(huán)境造成破壞，在成本可接受的基礎(chǔ)上，達(dá)到國(guó)家廢氣排放指標(biāo)，促進(jìn)發(fā)電、環(huán)保協(xié)調(diào)發(fā)展。