探析火電廠大氣污染排放現(xiàn)狀及煙氣脫硫脫硝技術(shù)

劉克良，蘇紅石 ，郭正昊

（吉林省長(zhǎng)春生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，吉林 長(zhǎng)春 130000）

火力發(fā)電雖然為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人們生活品質(zhì)提升做出了巨大貢獻(xiàn)，但火電廠大氣污染問(wèn)題卻日益嚴(yán)峻，非常不利于城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)和居民身體健康，更難以實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)保效益協(xié)調(diào)發(fā)展。在抑制火電廠大氣污染的過(guò)程中，煙氣脫硫脫硝技術(shù)具有非常理想的應(yīng)用效果，可以使火力發(fā)電廠大氣污染問(wèn)題得到有效控制。有必要針對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展進(jìn)行更加深入細(xì)致的研究，力爭(zhēng)使其技術(shù)優(yōu)勢(shì)和使用價(jià)值得到最大限度的發(fā)揮。

1 火電廠大氣污染物的排放現(xiàn)狀及應(yīng)用

火電廠是通過(guò)燃燒煤炭作為熱源，最終實(shí)現(xiàn)電力輸送的。但是，在煤炭燃燒所產(chǎn)生的煙氣中，含有NOx、SO2、粉塵、CO2等物質(zhì)。其中，SO2和NOx會(huì)造成較嚴(yán)重的大氣污染。下面，分別針對(duì)這兩種污染物大氣排放污染現(xiàn)狀進(jìn)行闡述與分析：（1）NOx——通過(guò)相關(guān)調(diào)查資料顯示，在近年的火力發(fā)電中，所產(chǎn)生的NOx含量以每年兩位數(shù)的增長(zhǎng)速度急劇攀升。這雖然是由于加大火力發(fā)電量所導(dǎo)致的，但無(wú)疑對(duì)空氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染。另外，通過(guò)對(duì)我國(guó)目前的能源使用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)煤炭仍然是使用率最高、消耗量最大的能源，由此帶來(lái)巨大的NOx大氣污染危害；（2）SO2——在火力發(fā)電時(shí)，還會(huì)生另外一個(gè)污染物，即SO2。其污染程度與生成原理與NOx基本相似，其數(shù)量也會(huì)隨著火電廠發(fā)電規(guī)模的增加而增加。以2020年的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為例，當(dāng)電力裝機(jī)容量達(dá)到13億千瓦時(shí)，火電廠務(wù)必針對(duì)SO2排放量進(jìn)行嚴(yán)格控制，否則，勢(shì)必造成嚴(yán)重的大氣污染。由于脫硫脫硝技術(shù)可有效抑制NOx和SO2這兩種污染物的生成與擴(kuò)散,為了降低火力發(fā)電對(duì)生態(tài)環(huán)境和空氣質(zhì)量所造成的危害，火電廠有責(zé)任和義務(wù)對(duì)煙氣脫硫脫硝技術(shù)進(jìn)行科學(xué)有效的應(yīng)用，最大限度降低NOx和SO2p所帶來(lái)的危害，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供電力資源的同時(shí)，為環(huán)保事業(yè)做出積極貢獻(xiàn)。

2 火電廠煙氣脫硫技術(shù)的應(yīng)用

2.1 石灰石-石膏法

世界上最早的石灰石-石膏FGD工業(yè)裝置誕生于20世紀(jì)30年代的英國(guó)倫敦，由巴特西電站和班科賽德電站率先完成研制，并且投入應(yīng)用。但是，直至20世紀(jì)中后期，該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展速度依然非常緩慢。為了加快其發(fā)展，日本、美國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛加入脫硫技術(shù)研究工作中，為之開(kāi)展了大量的科學(xué)研究試驗(yàn)工作，使其技術(shù)水平得到了較大程度的提升。目前，石灰石-石膏法已經(jīng)進(jìn)入成熟階段，在我國(guó)目前的煙氣脫硫工程項(xiàng)目中，石灰石-石膏技術(shù)的使用率已經(jīng)高達(dá)90%以上。其主要技術(shù)原理是利用石灰石漿液對(duì)煙氣中的SO2進(jìn)和有效吸收，達(dá)到降低其污染程度的目的。該項(xiàng)技術(shù)具有低成本、脫硫效果顯著、利用率高等特性，而且其副產(chǎn)物——石膏，已經(jīng)成為制作加工水泥過(guò)程中的主要原料。所以，石灰石-石膏法在火電廠和建筑行業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了多元化應(yīng)用。

2.2 濕法煙氣脫硫

該項(xiàng)脫硫技術(shù)是目前碚硫率最高的一項(xiàng)FGD技術(shù)，其碚硫率通?？蛇_(dá)到Ca/S為1.05左右，脫硫率也高達(dá)90%以上?，F(xiàn)階段，濕法工藝同時(shí)存在多工藝類型。其中，使用率最高、脫硫效果最顯著的是石膏煙氣碚硫工藝。其技術(shù)原理是以石灰石或者石灰作為吸收劑，再通過(guò)逆流噴淋塔、順流填料塔或者噴射流泡反應(yīng)器三種應(yīng)用形成的合理選擇與應(yīng)用達(dá)到脫硫目的。通過(guò)以往的技術(shù)應(yīng)用結(jié)果顯示，該項(xiàng)技術(shù)不會(huì)對(duì)火電廠除塵器、煙道和煙囪等設(shè)備設(shè)施造成腐蝕性影響。在達(dá)到脫硫目的同時(shí)，避免因除塵器、煙道、煙囪腐蝕現(xiàn)象導(dǎo)致電耗、水耗的增加，從而使火電廠生產(chǎn)成本得到有效控制。

2.3 海水法

該項(xiàng)技術(shù)是利用天然海水的堿度達(dá)到脫硫目的。這項(xiàng)技術(shù)具有操作簡(jiǎn)便、無(wú)須使用化學(xué)原料、成本低、無(wú)污染等眾多優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。為此，國(guó)家發(fā)改委已經(jīng)將這項(xiàng)技術(shù)列入我國(guó)大力推廣的脫硫技術(shù)行列中。海水法脫硫技術(shù)主要包含煙氣系統(tǒng)、二氧化硫吸收系統(tǒng)、海水供應(yīng)和水質(zhì)恢復(fù)系統(tǒng)四個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在應(yīng)該這種方法進(jìn)行脫硫前，需要使用高效纖維或者靜電除塵器對(duì)煙氣進(jìn)行除塵處理。通過(guò)情況下，需要將靜電除塵器安裝在二氧化硫吸收塔的頂部，以便于除塵之后的煙氣進(jìn)入二氧化硫吸收塔底部，并且與海水自上而下的相向流過(guò)，達(dá)到初步凈化的效果；得到凈化處理后的煙氣再通過(guò)GGH加溫，最終經(jīng)煙囪排入大氣中。那些吸收到二氧化硫的海水依靠自身重力流至海水處理廠，與其他海水混合的同時(shí)通入適量空氣，由此完成脫硫任務(wù)。

2.4 煙氣循環(huán)硫化床脫硫

煙氣循環(huán)流化床脫硫技術(shù)誕生于20世紀(jì)80年代，首臺(tái)CFB煙氣脫硫裝置由德國(guó)一家燃褐煤電站研制成功，其脫硫率高達(dá)90%以上。其技術(shù)原理為：脫硫塔內(nèi)排放的煙氣與加入的消石灰、循環(huán)灰及工藝水等物質(zhì)發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)，從而去除掉煙氣當(dāng)中的SO2和SO3。其脫硫劑以石灰粉為主，為了確保脫硫塔在低負(fù)荷運(yùn)行情況下，依然能夠呈現(xiàn)出最佳工作狀態(tài)，在脫硫塔中設(shè)置了潔凈煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，使塔內(nèi)煙氣流量的穩(wěn)定性獲得顯著提升。煙氣循環(huán)硫化床脫硫技術(shù)的特點(diǎn)是占地面積小、工藝流程簡(jiǎn)單、無(wú)須煙氣加熱系統(tǒng)，即使在低鈣硫比下，依然可以呈現(xiàn)出濕法脫硫的效果。所以，這項(xiàng)脫硫技術(shù)在火電廠中具有較高的使用率。

3 火電廠煙氣脫硝技術(shù)的應(yīng)用

3.1 SCR選擇性催化還原脫硝法

SCR選擇性催化技術(shù)于在20世紀(jì)初起源于美國(guó)，于20世紀(jì)70年代末在日本實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。自從20世紀(jì)末，我國(guó)就已經(jīng)開(kāi)展了SCR脫硝系統(tǒng)工程建設(shè)，但由于中途受到氨量誤差因素的影響，導(dǎo)致脫硝成效不夠顯著。經(jīng)過(guò)近幾年的技術(shù)改進(jìn)與革新，選擇性催化還原脫硝法的應(yīng)用效果已經(jīng)得到了大幅提升。將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于火電廠，可有效遏制煙氣中的硝化物對(duì)大氣質(zhì)量產(chǎn)生的污染與危害。該法主要是依靠催化劑、適宜的溫度條件以及烴、氨等物質(zhì)作為脫硝還原劑，共同營(yíng)造出一個(gè)良好的反應(yīng)環(huán)境。然后，將硝化物選擇性的還原成氮?dú)?、水這一類無(wú)毒害性物質(zhì)。從選擇性催化還原脫硝法在火電廠的實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，其脫硝率可達(dá)到90%以上。尤其是NH3-SCR型脫硝技術(shù)，憑借其強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，需要火電廠將SCR反應(yīng)器安裝在鍋爐省煤器和空預(yù)器中間，還需要將氨噴射于省煤器與SCR反應(yīng)器之間的煙道位置。這種設(shè)計(jì)方式，有助于混合之后的煙氣與氮氧化物之間快速產(chǎn)生反應(yīng)，從而收到事半功倍的脫硝效果。

3.2 SNCR選擇性非催化還原脫硝法

這種脫硝方法也被稱為熱力脫硝法，它是將尿素、氨類物質(zhì)作為還原劑噴在爐膛內(nèi)部高溫區(qū)域，該部位溫度可達(dá)到900～1050攝氏度，最終達(dá)到脫硝目的。目前，選擇性非催化還原脫硝法已經(jīng)在世界各國(guó)的工業(yè)鍋爐、發(fā)電廠鍋爐以及垃圾焚燒爐領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。而且無(wú)須企業(yè)投入較大的成本費(fèi)用，只需要針對(duì)現(xiàn)有鍋爐設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單改造即可。但是，這種方面的弊端問(wèn)題是氨逃逸率比較高，所以脫硝效率相對(duì)較低，而且對(duì)還原劑的需求量比較大。之所以造成還原劑需求量較大，其主要原因是當(dāng)還原劑發(fā)生氧化反應(yīng)時(shí)會(huì)生成水和二氧化碳。所以，當(dāng)選擇性非催化還原脫硝法與再燃燒技術(shù)以及低硝化物燃燒技術(shù)聯(lián)合使用時(shí)，其脫硝效果最顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著火電廠發(fā)電量的大幅增長(zhǎng)以及國(guó)家及社會(huì)對(duì)于生態(tài)環(huán)保工程重視程度的不斷提升，火電廠要針對(duì)大氣污染現(xiàn)狀問(wèn)題給予高度重視，并且結(jié)合自身實(shí)際情況采用適合的煙氣脫硫脫硝技術(shù)，最大限度消除煙氣中SO2、NOx等有害物質(zhì)，避免火力發(fā)電過(guò)程中所排放的氣體對(duì)大氣構(gòu)成嚴(yán)重污染。在為社會(huì)生產(chǎn)、人們?nèi)粘Ｉ钐峁╇娏δ茉吹耐瑫r(shí)，為環(huán)保事業(yè)做出積極貢獻(xiàn)。