火力發(fā)電廠煙氣脫硫除塵及脫硝工藝的選擇

宋宗文

（國(guó)網(wǎng)能源新疆準(zhǔn)東煤電有限公司，新疆 昌吉州 831800）

引言

當(dāng)前，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的過(guò)程中，人們?cè)絹?lái)越重視環(huán)境保護(hù)，并出臺(tái)了相應(yīng)的法律法規(guī)和措施。在煙灰脫硝和脫硫一體化技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用中，其自身的運(yùn)行效率更高，成本更低，性能也更好，得到了關(guān)注和認(rèn)可。所以作者站在可持續(xù)發(fā)展的角度上，針對(duì)火力發(fā)電廠鍋爐脫硫除塵及節(jié)能技術(shù)展開(kāi)研究，其目的也是為了降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，尤其是二氧化硫等，同時(shí)也能夠彰顯出節(jié)能技術(shù)的作用，進(jìn)而促進(jìn)我國(guó)火力發(fā)電廠健康可持續(xù)發(fā)展。

一、火力發(fā)電廠鍋爐脫硫技術(shù)

（一）煙氣脫硫技術(shù)

當(dāng)前，火力發(fā)電廠鍋爐脫硫除塵工作獲得了令人稱(chēng)贊的成績(jī)和效果，能夠提高節(jié)能效果，進(jìn)一步降低不良?xì)怏w對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，以及確保人們身體健康。

1.半干法煙氣脫硫脫硝技術(shù)

半干法煙氣脫硫脫硝技術(shù)是目前煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)中的組成部分，該技術(shù)在煙氣中氮氧化物進(jìn)行脫除時(shí)，對(duì)煙氣溫度要求不高，解決了部分電廠鍋爐改造空間有限，沒(méi)有合適的高溫脫硝溫度窗口的難題，可在150℃以下利用外加臭氧、雙氧水、次氯酸鈉等高效氧化劑將低價(jià)氮氧化物氧化成高價(jià)氮氧化物，在尾部吸收塔中與煙氣中的二氧化硫一起通過(guò)堿性粉粒狀或吸收劑加濕循環(huán)流化的形式吸收。同時(shí)，該技術(shù)的應(yīng)用不會(huì)產(chǎn)生脫硫廢液、尾部拖尾白煙等多余物質(zhì)，能夠有效避免二次污染，也節(jié)省了煙囪防腐、尾部煙氣脫水消白的高額成本。半干法煙氣脫硫脫硝技術(shù)的主要方式為兩種，一是CFD 循環(huán)換流化法，通過(guò)使用堿性吸收劑循環(huán)流化來(lái)完成高價(jià)氮氧化物和二氧化硫的吸收；二是NID 煙道噴射法，這種方法是將過(guò)量微細(xì)堿性粉末噴入煙道對(duì)高價(jià)氮氧化物和二氧化硫進(jìn)行一次吸收。

2.石灰石—石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)

電廠中所產(chǎn)生的廢氣，一般情況下會(huì)含有硫的成分，而廢氣中所含有的硫成分不進(jìn)行處理就直接排放會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生巨大的影響，硫成分會(huì)使得空氣中含有腐蝕性的成分變多，從而導(dǎo)致雨水中混有過(guò)多的腐蝕性成分，從而形成了酸雨。酸雨會(huì)對(duì)人們生活造成影響：一是對(duì)人體造成直接影響；二是對(duì)建筑物的堅(jiān)固程度造成影響；三是酸雨降到田地里會(huì)導(dǎo)致土壤富有酸性，而酸性的土壤會(huì)對(duì)莊稼產(chǎn)生影響，很多種谷物都無(wú)法在酸性的土壤中生存。石灰石—石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)是電廠鍋爐煙氣脫硫的代表性技術(shù)，也是目前主流的處理鍋爐含硫廢氣的方法，其脫硫性能穩(wěn)定，配套產(chǎn)業(yè)豐富，市場(chǎng)占有率達(dá)到80%以上。石灰石－石膏濕法脫硫過(guò)程并不復(fù)雜，主要步驟是將石灰石加入適量的水配置成石灰吸收漿液，然后讓煙氣在反應(yīng)塔中通過(guò)多層噴淋的吸收漿液，煙氣中的硫成分與吸收漿液發(fā)生吸收反應(yīng)，二氧化硫與石灰漿液反應(yīng)生成亞硫酸鈣，然后通過(guò)鼓風(fēng)氧化成氧化亞硫酸鈣形成石膏，最后在脫水機(jī)中將石膏分離出來(lái)。廢氣中的硫成分在脫硫塔中從氣相轉(zhuǎn)移到水相，再通過(guò)脫水機(jī)結(jié)晶脫水，將硫成分轉(zhuǎn)移到固相。該技術(shù)相對(duì)于其他脫硫工藝來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)簡(jiǎn)單便捷，吸收劑為石灰石，十分常見(jiàn)且價(jià)格低廉，脫硫效果顯著，脫硫率可達(dá)99%以上。在近幾年的電廠鍋爐脫硫系統(tǒng)超凈排放改造過(guò)程中，石灰石—石膏濕法脫硫以其性能穩(wěn)定可控、改造升級(jí)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，得到大部分電廠的重用。

（二）生物脫硫技術(shù)

除了煙氣脫硫技術(shù)被火力發(fā)電廠常常使用之外，生物脫硫技術(shù)也是常使用的一個(gè)技術(shù)手段，該技術(shù)我們也可以將其稱(chēng)為生物催化脫硫技術(shù)，它主要是指一種在常溫常壓下，利用需氧或是厭氧菌將物質(zhì)中的有毒氣體清除掉。生物過(guò)濾，生物吸附和生物滴濾組成了生物脫硫，并且這三個(gè)系統(tǒng)都是開(kāi)放式系統(tǒng)，根據(jù)不同環(huán)境，其微生物種群會(huì)有所不同。近幾年來(lái)，隨著火力發(fā)電廠經(jīng)營(yíng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，內(nèi)部經(jīng)營(yíng)項(xiàng)目種類(lèi)也在逐漸增多，對(duì)于氧化態(tài)的含硫污染物而言，首先需要經(jīng)生物還原生成硫化物或H2S，之后再由生物氧化生成單質(zhì)硫，因此，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中往往會(huì)產(chǎn)生很多二氧化硫，或者是三氧化硫氣體，在大多數(shù)生物反應(yīng)器中，微生物種類(lèi)以細(xì)菌為主，真菌是次要的，酵母菌很少。最常見(jiàn)的細(xì)菌是硫桿菌屬的氧化亞鐵硫桿菌，脫氮硫桿菌及排硫桿菌。氧化亞鐵硫桿菌是重要的代表，其生長(zhǎng)得最適pH值為2.0～2.2，所以，為了進(jìn)一步提高鍋爐脫硫除塵工作質(zhì)量，我們必須要運(yùn)用生物脫硫技術(shù)來(lái)展開(kāi)作業(yè)，這樣能夠借助生物技術(shù)提高節(jié)能效果。

（三）新型脫硫技術(shù)

新型脫硫技術(shù)也被火力發(fā)電廠鍋爐脫硫除塵作業(yè)所使用，而此技術(shù)包含很多，比如，氧化脫硫技術(shù)、超聲波氧化脫硫技術(shù)、光等離子脫硫技術(shù)，不同的技術(shù)也發(fā)揮著不同的作用。其中氧化脫硫技術(shù)，它主要是指利用氧化劑將硫化物質(zhì)氧化成亞砜和砜，再使用溶劑提取的方法將亞砜從油品中脫出，進(jìn)一步降低二氧化硫?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境的污染。本身火力發(fā)電廠生產(chǎn)運(yùn)作過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生不良?xì)怏w，所以更應(yīng)該運(yùn)用新型脫硫技術(shù)來(lái)去除硫化物質(zhì)。再者，超聲波氧化脫硫技術(shù)，它在銀原料與含有氧化劑和催化劑的水之間的反應(yīng)中混合，由于超聲波的作用小氣泡與破壞產(chǎn)物相關(guān)聯(lián)，并且油性水彼此劇烈混合。參與硫化物的反應(yīng)也是現(xiàn)代社會(huì)所孕育出來(lái)的新型脫硫技術(shù)，它的脫硫效果更加顯著，能夠給工作人員帶來(lái)便利，最重要的是能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約能源、提高經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)的目的。

二、煙氣除塵技術(shù)

（一）靜電除塵技術(shù)

靜電除塵技術(shù)在煙氣除塵中是應(yīng)用較為普遍的方式，采用靜電除塵器吸附煙塵中的粉塵顆粒實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣進(jìn)行除塵。該技術(shù)裝備除塵器大大提高了除塵效率，并可快速地清除煙氣中的粉塵，且在除塵過(guò)程中降低了塵屑物質(zhì)的產(chǎn)生。靜電除塵技術(shù)的應(yīng)用會(huì)受到溫度的影響，由于鍋爐運(yùn)行中產(chǎn)生的溫度比較高，采用該技術(shù)可快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)除塵工作。

在方案設(shè)計(jì)中，應(yīng)用靜電除塵設(shè)備排除高溫對(duì)靜電除塵技術(shù)的影響，安全穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)了除塵工作，而且在整個(gè)除塵過(guò)程中對(duì)設(shè)備的損耗較低，保證了設(shè)備的正常運(yùn)行。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，靜電除塵器在長(zhǎng)期高負(fù)荷作用下設(shè)備磨損較輕，除塵設(shè)備的使用年限基本可以滿足預(yù)期值。

（二）旋轉(zhuǎn)電極除塵技術(shù)

旋轉(zhuǎn)電極除塵技術(shù)應(yīng)用的方案設(shè)計(jì)采用的設(shè)備分為陰陽(yáng)兩極電場(chǎng)，兩極的電場(chǎng)不同，并在兩極分別安裝旋轉(zhuǎn)除塵設(shè)備。在方案實(shí)施過(guò)程中，采用旋轉(zhuǎn)除塵設(shè)備對(duì)鍋爐內(nèi)累積的灰塵進(jìn)行清除，對(duì)灰塵堆積的區(qū)域進(jìn)行清掃，保證鍋爐內(nèi)部的清潔，而且在除塵后保證了鍋爐的工作效率。

在對(duì)鍋爐煙塵進(jìn)行清除過(guò)程中，該技術(shù)可對(duì)區(qū)域內(nèi)具有局限性的部分也可進(jìn)行有效的灰塵清除，并在設(shè)備旋轉(zhuǎn)過(guò)程中對(duì)粉塵進(jìn)行清理。由于鍋爐運(yùn)行過(guò)程中要保證除塵設(shè)備的高穩(wěn)定性，且除塵設(shè)備要具有最佳的除塵效果，企業(yè)在應(yīng)用旋轉(zhuǎn)電極除塵技術(shù)中，在陽(yáng)極配備回轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)清灰刷，在灰塵累積到一定程度時(shí)對(duì)其徹底清除，這樣可避免鍋爐機(jī)組設(shè)備再次產(chǎn)生灰塵，且在除塵設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，最后排放的粉塵濃度降低到最大程度，真正實(shí)現(xiàn)了該項(xiàng)技術(shù)在鍋爐煙氣除塵中的應(yīng)用效果。

三、脫硝工藝的選擇

（一）SCR 工藝

通常來(lái)講，催化劑種類(lèi)的選擇和催化劑室是密不可分的，選擇不同的催化劑可以決定選擇性還原催化法脫硝溫度，這就需要對(duì)煙道尾部的催化室位置進(jìn)行確保。這種方法進(jìn)行NOX 的有效脫除率要大于90%，其能夠更好適應(yīng)環(huán)保的發(fā)展。SCR 工藝主要的組成有催化劑及其反應(yīng)器、制備區(qū)、氨存儲(chǔ)、氨噴射等。

（二）SNCR 工藝

爐膛脫硝噴射是在一定的溫度下，將物質(zhì)從爐膛內(nèi)向外進(jìn)行噴射，原還NOX，進(jìn)而降低對(duì)NOX 的排放。其噴射物質(zhì)主要包含水、氨、二次燃料等，對(duì)于二次燃料以及水的噴射而言，還有一些問(wèn)題，比如說(shuō)要將NO 氧化成NO2，對(duì)于非選擇性反應(yīng)的實(shí)現(xiàn)等方面，都需要運(yùn)用NCR 工藝對(duì)其進(jìn)行不斷的完善。對(duì)于噴氨法而言，其能夠降低NOX 排放量，在此過(guò)程中不添加催化劑，就會(huì)使得NH3在還原為NOX時(shí)，需要在950℃～1050℃進(jìn)行完成。

（三）SNCR-SCR 混合法

SNCR-SCR 混合法是可以將SCR 工藝以及SNCR 工藝的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行互補(bǔ)，在使用的過(guò)程中充分地發(fā)揮工藝優(yōu)勢(shì)，對(duì)工藝的不足進(jìn)行有效地彌補(bǔ)。這種方法的前端工藝SNCR，能夠?qū)﹀仩t墻面的噴射裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而使得尿素與氨的混合液噴進(jìn)爐膛，高溫和煙氣中的NO 對(duì)產(chǎn)生還原非催化，進(jìn)而分離NOX。反應(yīng)完成后，未反應(yīng)的氨水送SCR 進(jìn)行工藝處理，繼續(xù)脫硝?；旌鲜絊NCR-SCR 是SNCR 和SCR 優(yōu)點(diǎn)的補(bǔ)充，不僅降低了成本，而且有效地提高了脫硝率。

SCR 雖然脫硝效率高，并且其產(chǎn)物具有穩(wěn)定性，但是其設(shè)備具有較為高的成本，SNCR 具有成本低的特點(diǎn)，但是其運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)溫度的要求比較高，并且脫銷(xiāo)的效率不高，在排放中不能達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。脫硝工藝和裝置的選擇應(yīng)充分考慮催化劑、脫硝率、氨逸出率、NOX 濃度、煙氣溫度、燃料中所含微量元素及其特性，對(duì)鍋爐的燃燒方式進(jìn)行優(yōu)化，確保機(jī)組容量符合要求。在進(jìn)行脫硝方式選擇的過(guò)程中，應(yīng)優(yōu)先考慮安全性和可靠性，并選擇水電和能源的消耗方案。此外，還應(yīng)綜合分析和考慮脫硝率、還原劑、運(yùn)行成本等相關(guān)因素，提升脫硝工藝技術(shù)的科學(xué)性以及完善性，顯著提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

表1 脫硝工藝方案條件對(duì)比表

結(jié)束語(yǔ)

在今后的發(fā)展中，火電廠還應(yīng)該積極迎合時(shí)代發(fā)展，強(qiáng)化對(duì)脫硫煙氣除塵技術(shù)的應(yīng)用，并對(duì)脫硫除塵系統(tǒng)進(jìn)行考察，保證脫硫除塵系統(tǒng)的最好效能，從而為火電廠的可持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。