燃煤電廠石灰石-石膏法煙氣脫硫脫硝技術研究

摘要：針對脫硫脫硝處理中煙氣吸收效率較低的問題，本文提出對燃煤電廠石灰石-石膏法煙氣脫硫脫硝技術進行研究。根據(jù)當前的脫硫脫硝需求，先進行煙氣引入和煙氣換熱，采用多層級的方式，提高煙氣吸收效率，并實現(xiàn)層級吸收處理。在此基礎上，完成漿液循環(huán)與氧化處理，進行石膏生成與脫水，最終采用煙氣排放的方法來實現(xiàn)脫硫脫硝的目標。測試結果表明：利用石灰石-石膏法進行脫硫脫硝處理最終所消耗的費用為3431萬元，費用消耗較低，較容易把控，具有實際的應用價值和實踐意義。

關鍵詞：燃煤電廠；石灰石-石膏法；煙氣脫硫；脫硝技術；燃煤處理；脫化模式

中圖分類號：X70""""""""" 文獻標志碼：A

燃煤電廠在全球能源結構中占據(jù)重要地位，然而，其運行過程中產(chǎn)生的二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）等污染物對環(huán)境和人類健康構成了嚴重威脅[1]。石灰石-石膏法是一種成熟的煙氣脫硫技術，與傳統(tǒng)的煙氣脫硫脫硝形式不同的是，以石灰石或石灰為脫硫劑，通過吸收煙氣中的SO2生成石膏，實現(xiàn)了硫資源的回收和利用。石灰石-石膏法具有脫硫效率高、運行穩(wěn)定、副產(chǎn)物利用價值高等優(yōu)點，一定程度上也縮短了整體的處理時間，增強了煙氣脫硫脫硝的實際效果[2]。因此本文對燃煤電廠石灰石-石膏法煙氣脫硫脫硝技術進行研究。通過選定真實的燃煤電廠作為測試環(huán)境，結合石灰石的處理需求，從多個角度不斷強化處理效果，簡化對應的實踐應用環(huán)節(jié)，形成一體化的煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)，促使其成為燃煤電廠污染控制的新趨勢[3]。與此同時，在石膏法煙氣脫硫脫硝過程中，還會融合選擇性催化還原（SCR）和選擇性非催化還原（SNCR）等技術，能夠有效降低NOx排放，順利解決投資成本高、運行維護復雜等問題，為燃煤電廠的綠色轉型和可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。

1設計電廠石灰石-石膏法煙氣脫硫脫硝技術

1.1煙氣引入

一般情況下，煙氣引入是脫硫脫硝的初始環(huán)節(jié)，也是奠定基礎的環(huán)節(jié)，目的是將燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣有效地導入脫硫系統(tǒng)進行處理，煙氣捕捉及處理對最終的脫硫脫硝結果會產(chǎn)生極大影響[4]。通過鍋爐排煙系統(tǒng)產(chǎn)生煙氣，使用引風機采集煙氣，將其引入脫硫系統(tǒng)的煙道。在引入的過程中，盡量保證煙氣的流量與壓力，使用專業(yè)裝置保證煙氣平穩(wěn)、順暢地進入脫硫裝置。另外，當引入時，還要對煙氣預處理[5]。這部分可以使用除塵器，對煙氣中的大顆粒粉塵、砂物質或者異物等作出處理，避免對后續(xù)脫硫脫硝設備造成磨損和堵塞。在此基礎上，通過脫硝裝置，簡單去除煙氣中的氮氧化物（NOx），滿足綠色環(huán)保的要求。另外，當煙氣引入時，還需要保證煙氣的均勻分布和穩(wěn)定流動。通過調(diào)整引風機的轉速和葉片角度的方式，更好地控制煙氣的流量和流速，并重新設計煙道的形狀和尺寸，保證煙氣在煙道內(nèi)均勻分布，避免局部流速過高或過低。

1.2石灰石及石膏漿液處理

選擇合適的石灰石，要求石灰石純度高于95%，以保證其脫硫效率，活性指數(shù)大于80%，以提高反應速率，石灰石經(jīng)破碎后，粒度應控制在0.5～2mm，以保證反應均勻性。使用破碎機將石灰石破碎至所需粒度，應通過篩分設備檢驗破碎后的石灰石粒度分布，保證符合工藝要求。石灰石應儲存在干燥、通風的倉庫中，防止受潮。濕度應控制在5%以下，并定期檢測。采用密閉式運輸車輛，防止石灰石在運輸過程中混入雜質。

將石灰石與水按1∶10的質量比進行混合，使用高速攪拌機進行攪拌，將攪拌速度控制在100r/min～150r/min，攪拌時間不少于30min，保證石灰石與水充分反應，通過研磨設備進一步細化混合液，使石膏漿液更加均勻。通過加入酸或堿來調(diào)節(jié)石膏漿液的pH，一般控制在5.5～6.5。通過添加水或濃縮液來調(diào)節(jié)石膏漿液的濃度，通常為20%～30%（質量百分比）。通過加熱或冷卻設備對石膏漿液的溫度進行調(diào)節(jié)，通?？刂圃?0℃～60℃，保證反應速度適中。

1.3煙氣換熱及層級吸收處理

燃煤電廠鍋爐產(chǎn)生的煙氣溫度相對較高，通常在120℃

150℃，而脫硫脫硝反應的最佳溫度通常在50℃～90℃，當前的溫度差較大，控制難度增加。為保證后期煙氣脫硫脫硝的穩(wěn)定性，進行煙氣換熱及層級吸收處理。使用煙氣換熱器（GGH）將引入的高溫煙氣降至適宜的反應溫度。分3個階段階梯式降溫，將溫差控制在20℃～25℃即可。煙氣與冷卻介質的逆流換熱會使煙氣溫度降至所需水平，從而形成適宜的溫度條件。接下來是層級吸收處理，當煙氣通過吸收塔時，與從噴淋系統(tǒng)噴出的霧狀石灰石漿液接觸，石灰石漿液中的碳酸鈣（CaCO3）充分與煙氣中的二氧化硫（SO2）和氧氣（O2）發(fā)生化學反應，生成亞硫酸鈣（CaSO3）。亞硫酸鈣進一步氧化為硫酸鈣（CaSO4），即石膏，此時可以測定SO2初始的濃度，如公式（1）所示。

g=α2×況（1K）（1）

式中：g為SO2初始的濃度；α為脫硫總量；w為催化劑利用率；？為脫硫效率；κ為脫硫次數(shù)。

結合當前測定，將SO2的初始濃度設定為煙氣的脫硫處理標準，為進一步保證煙氣中的SO2能夠充分吸收，將吸收塔設計為多層噴淋結構，即層級吸收。具體結構如圖1所示。

結合圖1，對多層噴淋結構進行吸收處理。多層噴淋吸收處理主要是對煙氣進行區(qū)域性或者局域性地吸收處理，提高吸收的穩(wěn)定性與實時性[6]。但是在執(zhí)行的過程中，需要對設定的每層噴淋系統(tǒng)都噴射一定量的石灰石漿液，與煙氣進行充分接觸和反應。當煙氣向上流動時，逐漸去除煙氣中的SO2，直到煙氣中的SO2含量達到預期設定的排放標準。此外，還需要對漿液進行循環(huán)和補充，使?jié){液中的碳酸鈣濃度保持穩(wěn)定，從而保證脫硫脫硝反應持續(xù)進行。

1.4漿液循環(huán)與氧化

在吸收塔內(nèi)，石灰石漿液一般會通過噴淋系統(tǒng)均勻地噴灑到煙氣流中，與煙氣中的二氧化硫等污染物發(fā)生化學反應。反應后的漿液會流入吸收塔底部的反應槽中，內(nèi)部含有大量的反應產(chǎn)物和未反應的石灰石。為了保證脫硫脫硝反應持續(xù)進行，循環(huán)使用反應槽中的漿液，同時分兩個周期來調(diào)整循環(huán)處理指標參數(shù)，見表1。

結合表1，對多周期漿液循環(huán)處理指標參數(shù)進行設定與實踐。通過脫硫循環(huán)泵來進行操作。抽出反應槽中的漿液，使用噴淋系統(tǒng)將其噴灑到煙氣流中，這樣石灰石漿液就能夠不斷地與煙氣中的污染物接觸和反應，從而持續(xù)脫除污染物。在漿液循環(huán)的過程中，在吸收塔的反應槽內(nèi)部，亞硫酸鈣（CaSO3）也會與空氣中的氧氣（O2）發(fā)生氧化反應。具體如圖2所示。

在此基礎上，為加快亞硫酸鈣的氧化速度，一般可以使用外置的氧化風機向反應槽中引入適量的空氣或氧氣。氧化風機將空氣吹入反應槽中，使空氣中的氧氣與亞硫酸鈣充分接觸并氧化。隨著氧化反應的進行，硫酸鈣的濃度逐漸升高，最終會形成石膏晶體?？梢酝ㄟ^石膏漿液排出泵抽出這些石膏晶體，后續(xù)再進一步處理。

1.5石膏生成、脫水

在吸收塔的反應槽中生成石膏。在整個過程中，噴淋系統(tǒng)噴灑的石灰石漿液與煙氣中的二氧化硫發(fā)生反應，亞硫酸鈣在氧化風機的作用下與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應，轉化為硫酸鈣，即石膏。隨著硫酸鈣在反應槽中不斷積累，最終會形成石膏晶體。但是在不同的環(huán)境下，生成的石膏自身的純度以及質量也存在較大的差異。為了控制生成石膏的純度和質量，可以先計算所需漿液的pH。具體計算方法如公式（2）所示。

（2）

式中：L為控制漿液pH值；t為石膏漿液初始濃度；β為石膏漿液總質量；ρ為雜質去除率；k1和k2分別為兩個周期的石膏純度。

首先，根據(jù)兩個周期控制漿液pH值的變化，調(diào)節(jié)漿液濃度，控制石膏晶體的生長速度和結晶度，在處理的過程中，最大程度上防止石膏晶體溶解或發(fā)生其他不良反應，使用專業(yè)裝置或者設備對漿液進行離心處理或者過濾處理，進一步保證石膏的純度。

其次，要對石膏進行脫水處理。如果石膏中的水分含量較少，那么真空過濾會將石膏漿液輸送到真空過濾機上，利用真空吸力將水分從石膏中吸出，形成含水率較低的石膏濾餅。如果石膏中的水含量較多，就選擇使用離心分離，利用離心力將石膏漿液中的水分甩出，得到更干燥的石膏。最后，需要注意當前的石膏脫水處理流程并不是固定的，可以根據(jù)上述脫硫脫硝的處理效果來設定對應的脫水方式，提高該項技術的靈活度與穩(wěn)定性，提高脫硫脫硝實際效率。

1.6煙氣排放實現(xiàn)脫硫脫硝

煙氣排放是脫硫脫硝的核心目標，可以有效去除煙氣中的硫氧化物（SOx）和氮氧化物（NOx），從而實現(xiàn)清潔排放的目標。經(jīng)過脫硫脫硝處理后的煙氣，其SOx和NOx含量大幅降低，內(nèi)部的雜質也得到了有效去除。目前的氣體狀態(tài)滿足環(huán)保排放標準。

可以使用除霧器先去除煙氣中攜帶的水滴，通過換熱器進行再熱，防止其在煙囪中凝結產(chǎn)生“白煙”。經(jīng)過處理的煙氣還需要使用專業(yè)的設備與裝置對內(nèi)部元素及結構進行剖析，經(jīng)過反復核驗，保證內(nèi)部未含有有害物質后，以煙囪作為載體，排放到大氣中，對電廠煙氣進行清潔排放，完成脫硫脫硝技術性處理。

2試驗

本次研究主要對燃煤電廠石灰石-石膏法煙氣脫硫脫硝技術的實際應用效果進行分析，考慮到最終測試的真實性與穩(wěn)定性，將某燃煤電廠作為測試的目標對象，結合當前的實例分析要求，進行對比，并設定基礎測試環(huán)境。

2.1試驗準備

針對燃煤電廠石灰石-石膏法煙氣脫硫脫硝處理，設定初始測試環(huán)境，并接入輔助性的測試裝置，穩(wěn)定測試背景。為了準確地配制模擬氣體，首先，選擇精度0. 1×106的配氣儀和毛細管流量計進行試驗。將溫度差控制在0. 1℃以下，使用可見光分光光度計進行脫硫脫硝溫度采集與對比分析。其次，模擬引入煙氣的濃度，預設氣體的體積分數(shù)，對應用測試漿液進行基礎性制備。完成處理后，靜置存放，以備后續(xù)使用與對比驗證。最后，測試環(huán)境數(shù)值，結果見表2。

結合表2，對測試環(huán)境數(shù)值進行設定，根據(jù)石灰石—石膏法的輔助測定需求，做出適當調(diào)整和平衡試驗控制，完成測試環(huán)境搭建。

2.2試驗過程及結果分析

在上述搭建的測試環(huán)境中，結合石灰石—石膏法，對煙氣脫硫脫硝技術進行實踐驗證。目前，用調(diào)整測試數(shù)值的方式來穩(wěn)定測試環(huán)境，并對隨機選定3個廠區(qū)進行測定，按照設計的環(huán)節(jié)流程進行脫硫脫硝處理。與氨—硫酸銨法相比，從經(jīng)濟的角度對應用效果進行分析，得出具體的測試數(shù)據(jù)和信息，見表3。

由表3可以得知，在相同的測試環(huán)境下，最終氨-硫酸銨法所消耗的費用為4674萬元，而石灰石—石膏法最終所消耗的費用為3431萬元，通過對比各項目及總費用，在實際應用中，用石灰石—石膏法的脫硫脫硝效果相對更加可靠、真實，費用消耗也明顯降低，較容易把控，具有實際的應用價值和實踐意義。

3結語

本文對燃煤電廠石灰石-石膏法煙氣脫硫脫硝技術進行實踐和對比研究。與初始的脫硫脫硝方式相比，本次所設計的方法更加靈活、多變，自身具有較強的穩(wěn)定性和可靠性。在不同的背景環(huán)境下，石灰石—石膏法作為一種成熟且高效的脫硫脫硝技術，能最大程度地減少大氣中硫氧化物的排放量，利于追求更低排放標準，以此進一步滿足設計的應用處理需求，不僅可以對燃煤電廠的綠色轉型和可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻，還可以共同推動燃煤電廠污染控制技術的進步與發(fā)展。

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