淺析火電廠脫硝技術的應用以及脫硫脫硝一體化發展趨勢

常濤

浙江省天正設計工程有限公司 ，浙江杭州，310000

淺析火電廠脫硝技術的應用以及脫硫脫硝一體化發展趨勢

常濤

浙江省天正設計工程有限公司 ，浙江杭州，310000

利用煤炭能源發電過程中，會排放許多有害物質，特別是氮氧化物、二氧化硫等，對環境造成極為嚴重的空氣污染。如何能夠經濟有效的去除和減少這些有害物質，是我國急需解決的問題。本文主要介紹了火電廠脫硝技術以及脫硫脫銷一體化的發展趨勢。

火電廠；脫硝；脫硫；超低排放；一體化

隨著全球環境問題愈演愈烈，人們迫切去尋求清潔能源去替代燃燒性燃料來進行發電工作，經過多年的研究和實踐，目前風能、太陽能發電技術均已經得到了一定的應用和發展。但我國地域遼闊，加上人們生活對于電能的需求越來越大，清潔能源發電的成本極高，其發電過程受到外界條件的局限，并不能夠成為普遍形式的發電形式?，F階段，我國的發電技術仍大范圍內的使用煤炭能源的火力發電形式進行發電。據不完全統計，火電廠使用燃煤發電量占全國發電量的七成左右，而清潔能源發電所占比例尚不足一成。在利用煤炭能源發電過程中，會排放許多有害物質，特別是氮氧化物、二氧化硫等，對環境造成極為嚴重的空氣污染。如何能夠經濟有效的去除和減少這些有害物質，是我國急需解決的問題，同時，電廠超低排放的實施，都是現有電廠亟待解決的問題。本文主要介紹了火電廠脫硝技術以及脫硫脫銷一體化的發展趨勢。

1 脫硝技術以及使用

1.1 脫硝技術的種類

從技術層面來說，降低火電廠發電產生的氮氧化物的排放量的主要途徑包含有爐內脫硝工藝（SNCR）和煙氣脫硝工藝（SCR）。但從目前實踐應用結果來看，煙氣脫硝技術在使用時具有更高的效果，但由于活力發電的鍋爐型號已經確定，導致在進行具體的脫硝工藝操作時需要更大的技術成本，降低火力發電企業的經濟效果。氮氧化合物可以在燃燒之前、燃燒中、燃燒后三個階段進行脫氮。現如今使用最廣泛的就是在燃燒過程中以及燃燒之后采用脫氮技術。為達到新的環保要求，現有的脫硝技術可以分為以下兩個類別：

其一，對于傳統的脫硫脫硝工藝，其在生產時的溫度存在著不同，且內部會發生一些化學反應，對于SNCR工藝，其在生產的過程中會在通過高溫對顱內的NO和噴入的含氮藥劑發生化學反應，生成水和氮氣。而對于SCR工藝，其主要是通過煙氣的高溫使煙氣中包含的氮氧化物和還原劑發生反應，形成無毒的氮氣和水分，通過對這兩種脫硫脫硝工藝進行研究可以發現，在對煙氣進行脫硫脫硝處理時需要采用對應的脫硝設備，這種方法導致脫硫脫硝工藝生產過程中的成本大大提高，且操作難度也會發生較大的變化。其二，高效低碳燃燒技術和SNCR脫硝技術的聯合使二次合理低氮分級和低一次風率方式技術的有效融合，既能保證脫硫脫硝工藝的效果，降低其對空氣的危害，同時又能夠保證火力發電廠的生產效率。

1.2 國內外脫硝工藝發展

在能源發展以及清潔能源的技術研發上，國外發達國家的研究已經十分深入，研究時間也遠比我國時間長，所取得的成果也極為豐碩。例如美國也大量采用火力發電，其火力發電廠分布極為廣泛，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，其主要的脫硝技術主要把有三段燃燒技術、使用低公害燃燒器等。又例如德國相對成熟的脫氮方法則是二及脫氮技術，大多數利用選擇性非催化還原的脫銷工藝。而實際上目前世界脫銷技術中發展的最為成熟并且效率最高的脫銷工藝為選擇性催化還原法脫硝工藝。但由于該項工藝在生產過程中難以控制催化劑的活性實踐，并且其工藝應用成本極高，所生產電能的造價高，如此種種難以在人口密集、用電需求量大的地區和國家進行普及應用。

相比之下，中國的經濟實力相比之下較為匱乏，完成脫硝技術的使用存在先天的不足。但是在嚴峻的環境挑戰面前，許多科研單位以及環保企業都加大了對脫硝工藝的深入研究中，并且大多數火電廠都預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使用以及發展趨勢

談到火電廠的排放控制，就不能夠排除掉對二氧化硫的排放控制，對于火電廠而言，脫硝與脫硫是兩個重要的控制工藝。上文簡要介紹了國內外脫硝工藝發展，以及脫硝工藝的簡單分類。我國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進行，實現塔內分離，或者是在吸收塔內讓二氧化硫與相關的吸附材料進行化學反應，生成固態物質后，進行排放，而濕法脫硫所選用的脫硫物質通常為石灰石漿液劑，其脫硫原理是對煙道末端對排放出的煙氣進行洗滌，在漿液劑環境下，所有的化學反應都在溶液中，脫硫效率較高，脫硫產物多為液態。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，其生產工藝投入過高，但其脫硫效率高，產生的廢物石膏，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調控二氧化硫以及氮氧化合物的排放量，假如同時安置兩套設備，不僅會占據很大的占地面積，還會使得投資的成本大大增加。脫硫脫硝一體化技術的研發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主要包括聯合脫硫脫硝工藝和同時脫硫脫硝工藝兩方面。

2.1 聯合脫硫脫硝工藝方式以及利用

聯合脫硫脫硝的工藝方式就是把脫硫、脫硝兩種工藝結合在一起的技術手段。根據以往的數據統計顯示，聯合脫硫脫硝的技術方法大約有六十多種，以下簡要介紹幾種常見的聯合脫硫脫硝工藝

2.1.1 SSNNOOXX技術方法

SNOX技術方法理論研究以及實踐應用均已趨于成熟，由于該工藝在生產過程中的化學反應的發生并不會受到鍋爐型號、尺寸等因素的影響，對于一般性的鍋爐均有一定的適用性。該技術方法最核心的化學試劑為氨氣，原料簡單易得，并且技術和工藝較為簡單可行，維修成本低，但其反應所需要的條件存在耗能大的特點，脫硫脫硝效果可達95%以上，但投入-產出比較低，僅僅適合在排放標準較高或者是經濟發展較快的地區使用。

2.1.2 煙氣脫硫脫硝一體化工藝

通過使用氨氣把氮氧化合物經過化學反應轉化成氮氣和水，煙氣通過脫硫，和石灰的化學反應轉化成石膏，經由分離處理提取的粉煤灰能夠進行二次使用，這種方法的效率最高，極大程度上解決的二次污染的問題。

2.1.3 干式一體化氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）技術

這種技術排放控制系統包括4項控制技術，分別是低氮氧化物（NOx）燃燒器、燃盡風、選擇性非催化還原、干吸附劑噴射。這種技術對燃煤機組非常適用，優勢在于把所有的排放控制在爐內和煙道內，脫硫、脫硝的效果分別可以達到70%和80%.

2.2 同時脫硫脫硝方式以及利用

同時脫硫脫硝方式，實際上就是利用一個過程同時脫硝脫硫，進一步提升火電廠氣體排放物的有害物質處理時間和效率。目前主要應用的同時脫硫脫硝方式包含有干式和濕式兩種。相對而言，干式同時脫硫脫硝更加普遍使用，而濕式的效率更高，將會是未來火電廠脫硫脫硝一體化的發展趨勢。

2.2.1 干式同時脫硫脫硝方式

目前應用較廣的干法同時脫硫脫硝方式為活性炭脫硫脫氮和電子束照射發，前者是由日本研發，在一定的工作環境中有極高的轉化效率，同時硫元素可以實現循環回收利用，后者在我國普遍的推廣途徑為噴霧干燥，保持工作時候的高效率，不會產生污染環境的化學產物，同時能夠得到可以二次利用的化肥產品，操作相對簡便。

2.2.2 濕法同時脫硫脫硝方式

目前濕法同時脫硫脫硝的研究進展主要集中在兩個方面，其一是氯酸氧化方法技術的研究，它的應用原理就是利用氮氧化物與氯酸進行化學反應，經過多部反映生成硝酸、鹽酸以及二氧化氮，氯酸還可以與二氧化硫產生氧化還原反應，將硫元素轉換成更高價位，以硫酸形式排除。其轉換效率極高，效率高達95%以上，但其終產物產生的酸性廢液的運輸和處理過程十分復雜，同時對設備的防腐性能要求很高。其二則是濕法配合吸收方法。通過使用濕法洗滌體系的聯合脫硫方法，能夠達到清除超過60%的氮氧化合物以及超過90%的二氧化硫。這種方法現在也處在研究開發和不斷優化的階段，相關化合物的損失和再生是相關研究的瓶頸。

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

[2]韓永富,張海紅.煙氣脫硫脫硝一體化工藝研究與工程應用進展[J].廣州化工,2010(01):33-35.

[3]付玲.聯合脫硫脫硝技術在燃煤集中供熱項目上的應用[J].工程建設與設計,2014(02):93-95.

常濤/1981年生/男/陜西渭南人/本科/高級工程師/研究方向為熱能與動力工程