常濤

浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司 ，浙江杭州，310000

淺析火電廠脫硝技術(shù)的應(yīng)用以及脫硫脫硝一體化發(fā)展趨勢(shì)

常濤

浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司 ，浙江杭州，310000

利用煤炭能源發(fā)電過(guò)程中，會(huì)排放許多有害物質(zhì)，特別是氮氧化物、二氧化硫等，對(duì)環(huán)境造成極為嚴(yán)重的空氣污染。如何能夠經(jīng)濟(jì)有效的去除和減少這些有害物質(zhì)，是我國(guó)急需解決的問(wèn)題。本文主要介紹了火電廠脫硝技術(shù)以及脫硫脫銷(xiāo)一體化的發(fā)展趨勢(shì)。

火電廠；脫硝；脫硫；超低排放；一體化

隨著全球環(huán)境問(wèn)題愈演愈烈，人們迫切去尋求清潔能源去替代燃燒性燃料來(lái)進(jìn)行發(fā)電工作，經(jīng)過(guò)多年的研究和實(shí)踐，目前風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)均已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用和發(fā)展。但我國(guó)地域遼闊，加上人們生活對(duì)于電能的需求越來(lái)越大，清潔能源發(fā)電的成本極高，其發(fā)電過(guò)程受到外界條件的局限，并不能夠成為普遍形式的發(fā)電形式?，F(xiàn)階段，我國(guó)的發(fā)電技術(shù)仍大范圍內(nèi)的使用煤炭能源的火力發(fā)電形式進(jìn)行發(fā)電。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，火電廠使用燃煤發(fā)電量占全國(guó)發(fā)電量的七成左右，而清潔能源發(fā)電所占比例尚不足一成。在利用煤炭能源發(fā)電過(guò)程中，會(huì)排放許多有害物質(zhì)，特別是氮氧化物、二氧化硫等，對(duì)環(huán)境造成極為嚴(yán)重的空氣污染。如何能夠經(jīng)濟(jì)有效的去除和減少這些有害物質(zhì)，是我國(guó)急需解決的問(wèn)題，同時(shí)，電廠超低排放的實(shí)施，都是現(xiàn)有電廠亟待解決的問(wèn)題。本文主要介紹了火電廠脫硝技術(shù)以及脫硫脫銷(xiāo)一體化的發(fā)展趨勢(shì)。

1 脫硝技術(shù)以及使用

1.1 脫硝技術(shù)的種類(lèi)

從技術(shù)層面來(lái)說(shuō)，降低火電廠發(fā)電產(chǎn)生的氮氧化物的排放量的主要途徑包含有爐內(nèi)脫硝工藝（SNCR）和煙氣脫硝工藝（SCR）。但從目前實(shí)踐應(yīng)用結(jié)果來(lái)看，煙氣脫硝技術(shù)在使用時(shí)具有更高的效果，但由于活力發(fā)電的鍋爐型號(hào)已經(jīng)確定，導(dǎo)致在進(jìn)行具體的脫硝工藝操作時(shí)需要更大的技術(shù)成本，降低火力發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效果。氮氧化合物可以在燃燒之前、燃燒中、燃燒后三個(gè)階段進(jìn)行脫氮。現(xiàn)如今使用最廣泛的就是在燃燒過(guò)程中以及燃燒之后采用脫氮技術(shù)。為達(dá)到新的環(huán)保要求，現(xiàn)有的脫硝技術(shù)可以分為以下兩個(gè)類(lèi)別：

其一，對(duì)于傳統(tǒng)的脫硫脫硝工藝，其在生產(chǎn)時(shí)的溫度存在著不同，且內(nèi)部會(huì)發(fā)生一些化學(xué)反應(yīng)，對(duì)于SNCR工藝，其在生產(chǎn)的過(guò)程中會(huì)在通過(guò)高溫對(duì)顱內(nèi)的NO和噴入的含氮藥劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水和氮?dú)?。而?duì)于SCR工藝，其主要是通過(guò)煙氣的高溫使煙氣中包含的氮氧化物和還原劑發(fā)生反應(yīng)，形成無(wú)毒的氮?dú)夂退郑ㄟ^(guò)對(duì)這兩種脫硫脫硝工藝進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)，在對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫脫硝處理時(shí)需要采用對(duì)應(yīng)的脫硝設(shè)備，這種方法導(dǎo)致脫硫脫硝工藝生產(chǎn)過(guò)程中的成本大大提高，且操作難度也會(huì)發(fā)生較大的變化。其二，高效低碳燃燒技術(shù)和SNCR脫硝技術(shù)的聯(lián)合使二次合理低氮分級(jí)和低一次風(fēng)率方式技術(shù)的有效融合，既能保證脫硫脫硝工藝的效果，降低其對(duì)空氣的危害，同時(shí)又能夠保證火力發(fā)電廠的生產(chǎn)效率。

1.2 國(guó)內(nèi)外脫硝工藝發(fā)展

在能源發(fā)展以及清潔能源的技術(shù)研發(fā)上，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的研究已經(jīng)十分深入，研究時(shí)間也遠(yuǎn)比我國(guó)時(shí)間長(zhǎng)，所取得的成果也極為豐碩。例如美國(guó)也大量采用火力發(fā)電，其火力發(fā)電廠分布極為廣泛，所使用的能源主要包括燃煤和天然氣，其氮氧化物的排放量也較低，其主要的脫硝技術(shù)主要把有三段燃燒技術(shù)、使用低公害燃燒器等。又例如德國(guó)相對(duì)成熟的脫氮方法則是二及脫氮技術(shù)，大多數(shù)利用選擇性非催化還原的脫銷(xiāo)工藝。而實(shí)際上目前世界脫銷(xiāo)技術(shù)中發(fā)展的最為成熟并且效率最高的脫銷(xiāo)工藝為選擇性催化還原法脫硝工藝。但由于該項(xiàng)工藝在生產(chǎn)過(guò)程中難以控制催化劑的活性實(shí)踐，并且其工藝應(yīng)用成本極高，所生產(chǎn)電能的造價(jià)高，如此種種難以在人口密集、用電需求量大的地區(qū)和國(guó)家進(jìn)行普及應(yīng)用。

相比之下，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力相比之下較為匱乏，完成脫硝技術(shù)的使用存在先天的不足。但是在嚴(yán)峻的環(huán)境挑戰(zhàn)面前，許多科研單位以及環(huán)保企業(yè)都加大了對(duì)脫硝工藝的深入研究中，并且大多數(shù)火電廠都預(yù)留出了煙氣脫硝的安裝空間，其所擬采用的煙氣脫硝工藝為選擇性催化還原工藝。

2 脫硫脫硝一體化技術(shù)使用以及發(fā)展趨勢(shì)

談到火電廠的排放控制，就不能夠排除掉對(duì)二氧化硫的排放控制，對(duì)于火電廠而言，脫硝與脫硫是兩個(gè)重要的控制工藝。上文簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外脫硝工藝發(fā)展，以及脫硝工藝的簡(jiǎn)單分類(lèi)。我國(guó)火電廠中常用的脫硫方式也可以大致分為濕法脫硫和半干法脫硫。這兩種脫硫方式各有利弊：其中半干法脫硫主要利用到噴霧干燥原理，脫硫工作主要在吸收塔內(nèi)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)塔內(nèi)分離，或者是在吸收塔內(nèi)讓二氧化硫與相關(guān)的吸附材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)物質(zhì)后，進(jìn)行排放，而濕法脫硫所選用的脫硫物質(zhì)通常為石灰石漿液劑，其脫硫原理是對(duì)煙道末端對(duì)排放出的煙氣進(jìn)行洗滌，在漿液劑環(huán)境下，所有的化學(xué)反應(yīng)都在溶液中，脫硫效率較高，脫硫產(chǎn)物多為液態(tài)。相比之下，半干式脫硫工藝投資較低，且脫硫效果較差，而濕法脫硫效率十分低，濕法脫硫，其生產(chǎn)工藝投入過(guò)高，但其脫硫效率高，產(chǎn)生的廢物石膏，可以作為石膏板等建筑材料的原材料，得以二次利用。因此，石灰石石膏法脫硫方法得以廣泛推廣。

鍋爐燃燒燃料需要同時(shí)調(diào)控二氧化硫以及氮氧化合物的排放量，假如同時(shí)安置兩套設(shè)備，不僅會(huì)占據(jù)很大的占地面積，還會(huì)使得投資的成本大大增加。脫硫脫硝一體化技術(shù)的研發(fā)不僅僅能夠削減空間的利用，還能夠減少投資方的投資成本，增加脫硫脫硝的效率，脫硫脫硝一體化技術(shù)主要包括聯(lián)合脫硫脫硝工藝和同時(shí)脫硫脫硝工藝兩方面。

2.1 聯(lián)合脫硫脫硝工藝方式以及利用

聯(lián)合脫硫脫硝的工藝方式就是把脫硫、脫硝兩種工藝結(jié)合在一起的技術(shù)手段。根據(jù)以往的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，聯(lián)合脫硫脫硝的技術(shù)方法大約有六十多種，以下簡(jiǎn)要介紹幾種常見(jiàn)的聯(lián)合脫硫脫硝工藝

2.1.1 SSNNOOXX技術(shù)方法

SNOX技術(shù)方法理論研究以及實(shí)踐應(yīng)用均已趨于成熟，由于該工藝在生產(chǎn)過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生并不會(huì)受到鍋爐型號(hào)、尺寸等因素的影響，對(duì)于一般性的鍋爐均有一定的適用性。該技術(shù)方法最核心的化學(xué)試劑為氨氣，原料簡(jiǎn)單易得，并且技術(shù)和工藝較為簡(jiǎn)單可行，維修成本低，但其反應(yīng)所需要的條件存在耗能大的特點(diǎn)，脫硫脫硝效果可達(dá)95%以上，但投入-產(chǎn)出比較低，僅僅適合在排放標(biāo)準(zhǔn)較高或者是經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的地區(qū)使用。

2.1.2 煙氣脫硫脫硝一體化工藝

通過(guò)使用氨氣把氮氧化合物經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成氮?dú)夂退瑹煔馔ㄟ^(guò)脫硫，和石灰的化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成石膏，經(jīng)由分離處理提取的粉煤灰能夠進(jìn)行二次使用，這種方法的效率最高，極大程度上解決的二次污染的問(wèn)題。

2.1.3 干式一體化氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）技術(shù)

這種技術(shù)排放控制系統(tǒng)包括4項(xiàng)控制技術(shù)，分別是低氮氧化物（NOx）燃燒器、燃盡風(fēng)、選擇性非催化還原、干吸附劑噴射。這種技術(shù)對(duì)燃煤機(jī)組非常適用，優(yōu)勢(shì)在于把所有的排放控制在爐內(nèi)和煙道內(nèi)，脫硫、脫硝的效果分別可以達(dá)到70%和80%.

2.2 同時(shí)脫硫脫硝方式以及利用

同時(shí)脫硫脫硝方式，實(shí)際上就是利用一個(gè)過(guò)程同時(shí)脫硝脫硫，進(jìn)一步提升火電廠氣體排放物的有害物質(zhì)處理時(shí)間和效率。目前主要應(yīng)用的同時(shí)脫硫脫硝方式包含有干式和濕式兩種。相對(duì)而言，干式同時(shí)脫硫脫硝更加普遍使用，而濕式的效率更高，將會(huì)是未來(lái)火電廠脫硫脫硝一體化的發(fā)展趨勢(shì)。

2.2.1 干式同時(shí)脫硫脫硝方式

目前應(yīng)用較廣的干法同時(shí)脫硫脫硝方式為活性炭脫硫脫氮和電子束照射發(fā)，前者是由日本研發(fā)，在一定的工作環(huán)境中有極高的轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)硫元素可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)回收利用，后者在我國(guó)普遍的推廣途徑為噴霧干燥，保持工作時(shí)候的高效率，不會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的化學(xué)產(chǎn)物，同時(shí)能夠得到可以二次利用的化肥產(chǎn)品，操作相對(duì)簡(jiǎn)便。

2.2.2 濕法同時(shí)脫硫脫硝方式

目前濕法同時(shí)脫硫脫硝的研究進(jìn)展主要集中在兩個(gè)方面，其一是氯酸氧化方法技術(shù)的研究，它的應(yīng)用原理就是利用氮氧化物與氯酸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過(guò)多部反映生成硝酸、鹽酸以及二氧化氮，氯酸還可以與二氧化硫產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，將硫元素轉(zhuǎn)換成更高價(jià)位，以硫酸形式排除。其轉(zhuǎn)換效率極高，效率高達(dá)95%以上，但其終產(chǎn)物產(chǎn)生的酸性廢液的運(yùn)輸和處理過(guò)程十分復(fù)雜，同時(shí)對(duì)設(shè)備的防腐性能要求很高。其二則是濕法配合吸收方法。通過(guò)使用濕法洗滌體系的聯(lián)合脫硫方法，能夠達(dá)到清除超過(guò)60%的氮氧化合物以及超過(guò)90%的二氧化硫。這種方法現(xiàn)在也處在研究開(kāi)發(fā)和不斷優(yōu)化的階段，相關(guān)化合物的損失和再生是相關(guān)研究的瓶頸。

[1]杜黎明,劉金榮.燃煤鍋爐同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)工藝性分析[J].中國(guó)電力.2007(02):71-74.

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[3]付玲.聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)在燃煤集中供熱項(xiàng)目上的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2014(02):93-95.

常濤/1981年生/男/陜西渭南人/本科/高級(jí)工程師/研究方向?yàn)闊崮芘c動(dòng)力工程