火電廠鍋爐煙氣脫硫脫硝協同控制技術研究

王春杰（秦皇島發電有限責任公司，河北 秦皇島066000）

0 引言

火電廠中鍋爐在生產過程中，經燃燒會形成煙氣，那么煙氣中便包含大量的二氧化硫與氮氧化物等，這些污染物的存在會導致環境污染，并且威脅到人們的身體健康。以往火電廠在脫硫脫硝技術的使用上，主要是以控制煙氣中的污染物含量為目標，盡管在一定程度上已經獲得了良好的成效，但是傳統工藝操作比較復雜，造價成本也比較高，增加了綜合調控排放更低的難度。為了改善這些問題，煙氣脫硫脫硝協同控制技術得到應用，下面便圍繞該技術在火電廠鍋爐中生產中的運用展開分析。

1 火電廠氮氧化物污染控制必要性

氮氧化物屬于大氣污染物，危害到生態環境與人們的身體健康，并且由引發臭氧、酸雨等二次污染的可能。現如今，我國的酸雨污染現象已經轉變為硫酸與硝酸復合型，其中硝酸根離子含量增加。在京津冀霧霾的環保壓力持續增加這一環境下，氮氧化物防控工作被正式提上日程[1]。火電廠鍋爐生產排放的氮氧化物含量比較高，在全國氮氧化物排放量中占比高達40%，是比較重要的氮氧化物排放源。除此之外，燃煤鍋爐產生的煙氣屬于高架源，在大氣環境中經過遠距離傳輸可能會出現化學轉化，增加環境污染與跨界污染的可能性，由此可見氮氧化物污染控制工作的必要性[2]。

2 煙氣脫硫脫硝協同控制技術原理

煙氣脫硫脫硝協同控制技術在火電廠煙氣脫硫脫硝中應用，需要運用到高灰型選擇性催化還原煙氣脫硝（SCR）工藝，催化劑層數按2＋1模式布置，初裝2層預留1層，在設計工況、處理100%煙氣量、布置2層催化劑條件下每套脫硝裝置脫硝效率均不小于75%，加裝預留層催化劑，設計脫硝效率不小于87.5%。脫硝系統還原劑采用液氨，分別設置氨的稀釋及噴射系統、煙道及反應器系統、催化劑蒸汽吹灰系統、催化劑聲波吹灰系統。實現國家環保要求，排放標準脫硝NOx排放濃度降低到30mg/Nm3以下[3]。

3 火電廠鍋爐煙氣脫硫脫硝協同控制技術應用

3.1 煙氣海水脫硫技術

煙氣海水脫硫是用海水作為脫硫劑達到脫除煙氣中SO2目的的一種工藝。海水之所以能作為脫硫劑，是由海水的性質決定的。海水含有過量的可溶性的碳酸鈣和碳酸鈉，通常呈堿性，海水中的這種成分使得海水具有大量吸收和中和SO2的能力。

機組海水采用一次直流的方式吸收煙氣中的SO2，煙氣中的SO2首先在吸收塔中被海水吸收生成亞硫酸根離子SO32-和氫離子H+。吸收塔排出的酸性海水依靠重力流入海水處理廠的曝氣池中，在曝氣池中鼓入大量的空氣，還加速了二氧化碳CO2的生成釋放，有利于中和反應，使海水中溶解氧達到接近飽和水平。海水吸收SO2最終生成的硫酸鹽，是一種無害物質。硫酸鹽是海水中鹽分的主要成分，硫酸鹽對海洋生物來說是不可缺少的。

脫硫系統主要包括：煙氣系統、海水供應系統、海水水質恢復系統、工藝水系統、脫硫裝置輔助系統、電氣、儀表及控制系統。HDS系統是一種以水為中間換熱媒介的“熱量轉移”系統，用來取代傳統的回轉式GGH，循環水先在HDS冷卻器中吸收熱量降低脫硫塔入口煙溫，然后通過循環泵打到HDS再熱器中將熱量傳遞給脫硫塔出來的凈煙氣提高煙囪入口的煙溫，HDS系統包括HDS換熱器本體、循環水系統、化學取樣加藥系統、HDS清洗系統、控制系統、供電系統。

3.2 金屬氧化物脫硫脫硝技術

金屬氧化物脫硫脫硝技術的應用原理，主要是通過載體中的金屬氧化物、煙氣內部S02、O2反應形成硫酸鹽，硫酸鹽可以當作NH3選擇性催化劑，用于氮氧化物與氮氣的還原，達到脫硫脫硝的目的。金屬硫酸鹽、甲烷在還原反應下，會形成單質金屬、金屬硫化物，火電廠鍋爐運行產生的煙氣當中，利用氧化作用生成金屬氧化物，實現脫硫脫硝協同控制。金屬氧化物脫硫脫硝技術包含諸多工藝，其中CuO 工藝的應用最為普遍，該工藝常見的載體有SiO2、Al2O3與活性焦，S02脫除率超過90%，NOx脫除率可達75%～90%[4]。

3.3 高能電子活化氧化技術

高能電子活化氧化技術在實際應用中有兩種工藝作為選擇，即電子束法、脈沖電暈法。其中電子束法需要運用到電子加速器，該裝置在運行形成高能等離子體，針對煙氣內部包含的氣態污染物進行氧化處理，SO2、NOX等物質受到高能電子的強烈氧化作用，開始和水蒸氣反應，產生霧狀硫酸、硝酸。這兩種物質和氨之間反應形成硫酸銨、硝酸銨，最后產生的凈煙氣會直接排入到大氣中。脈沖電暈法會運用到高壓脈沖電源達到發電的效果，可以去到傳統加速器電子束，從價格方面減少支出，與此同時這兩種模式的反應機理也是電子束法相同。

分析電子束法的優勢，表現在四個方面：第一，脫硫脫硝效率非常高，能夠在不同煤種、煙氣量變化的條件下應用，并且呈現出良好的適應性，脫硫脫硝效率大于80%。針對電子束所用劑量、煙氣溫度進行調整可以優化脫硫脫硝效果，脫硫率設定水平不存在限制；第二，該方法的操作流程簡潔，只需要操作冷卻塔、反應器、加速器、靜電除器這四種裝置，對負載變化的適應性極強，啟停更加快捷；第三，電子束法應用全程均為干法操作，可以避免廢水與廢渣等物質的產生；第四，副產品硫酸銨與硝酸銨也可以作為化肥二次利用。除此之外，該工藝也面臨一些缺陷，首先煙氣脫硫脫硝處理中對于吸收電子束幅照劑量的需求比較大，危害到工作人員的人身安全，采用造粒機處理銨鹽氣溶膠微粒，期間必然會消耗大量電量才能夠作為化肥。另外，工藝系統耗電量較大，可達到火電廠凈發電量3%左右，所以費用成本較高。一些核心設備的高壓直流電源、電子加速器穩定性有待提升，有可能會在運行過程中出現故障。

脈沖電暈法在脫硫脫硝中運用，高壓電源可以作為等離子體形成高能電子，與電子束照射技術相比，所需成本不高，并且不會導致二次污染。如果是在超窄脈沖作用時間范圍內應用脈沖電暈法，電子速度提升的同時，也不會因為離子自由基慣性較大無法實現加速，所以該方法也非常好的節能效果。脈沖電暈法還具有除塵的功效，煙氣內部粉塵可以提升脈沖電暈法脫硫脫硝的效率。但是該方法也存在缺陷，例如耗能比較高、運行穩定性與脈沖電源性能較差。

3.4 吸收劑噴射技術

3.4.1 增強活性石灰-飛灰化合物

增強活性石灰-飛灰化合物（LILAC 工藝）需要融合粉煤灰、石膏，根據固定比例將其消化制作成為活性吸收劑噴入至煙道內，如此一來吸收劑顆粒、煙氣內SO2、NOX之間充分反應，可以達到高效的脫硫脫硝效果。LILAC工藝操作比較簡單，不需要投入大量資金，后期系統的維修效果有保障。在適合的煙氣溫度條件下，最終制備所得吸收劑和S02、NOX直接發生反應，節省了煙溫調整這一環節。

3.4.2 SNRB技術

SNRB 技術需要在脈沖噴射式布袋除塵室內使用，同時具備脫硫、脫硝、除塵三種功能，將高溫布袋室放在省煤器、空氣預熱器的中間位置，從布袋室上方放入鈣基與鈉基吸附劑，將S02脫除，灰塵發生反應之后，使用纖維過濾布袋將吸附劑去除即可。布袋室的布袋中放入圓柱形SCR催化劑，從布袋室的上方噴入NH3，NO2受到SCR催化劑影響發生氨反應，從而完成脫除。結合SNRB技術應用效果，并不會直接影響到鍋爐的性能，同時還具有占地面積小的特點。如果孕育鈉基吸附劑，還可以提高脫硫脫硝效率，避免煙道形成結渣或者造成腐蝕，適合在溫度較低的煙溫條件下運用。

4 結語

綜上所述，火電廠鍋爐生產過程中形成煙氣，為了達到更低的避免煙氣中有害物質導致環境污染，需要采用脫硫脫硝協同控制技術，通過脫硫脫硝處理提高鍋爐的運行效率，減少火電廠有害物質的形成，推進環境保護工作的深入進行，同時也能夠實現火電廠技術創新與改革。