電廠鍋爐脫硫脫硝及煙氣除塵技術

石學剛

（國家能源泰安熱電有限公司，山東泰安 271000）

燃料發電廠是我國能源消耗和污染物排放量最大的源頭，燃料電廠的生產系統急需進行脫硫脫硝改造和煙氣除塵技術的改造，以此減少電廠生產過程中排放的污染量，使能源利用效率得以提升。按照國家有關計劃限制電廠的燃煤排放，在滿足電廠安全生產的基礎下保證電廠鍋爐的負荷能力和抗震性，并采用最新技術和設備，保證燃煤發電裝置實現超低排放。

1 燃煤脫硝技術概述

煤炭的主要成分是各種易燃的礦物質，煤炭作為一種重要材料，在我國的工業生產和采礦領域中應用廣泛。各種氮氧化物產生于煤炭的劇烈燃燒過程。氮氧化物形成的主要方法有三種：第一種是快速的氮氧化反應。在高溫環境下，煤中的烴正離子基團與周圍空氣中的氣態氮發生反應，形成氮氧化物。第二種是熱氮氧化過程，大量的熱量產生于煤炭燃燒過程中，加快了N2和O2在干凈空氣中進行化學反應生成NOx 的速率；第三種是制作NOx 燃料。煤炭經過劇烈燃燒在高溫下分解成正離子化合物后與CO2在干凈的空氣中發生一系列化學反應，最終形成NOx 的過程。當將上述三種不同形式的NOx 彼此分離時，許多有危害的氣體會轉變成以液體形式存在的元素和物質，由此帶來的結果是降低了緩慢形成的有害氣體的排放量。通過利用以上的三種方法可從最大程度上減少由于燃煤引起的污染物排放量，進而實現我們保護環境的最終目的[1]。

2 電廠鍋爐脫硫脫硝及煙氣除塵技術的技術特點和現狀

2.1 意義和技術特點

除了碳之外，原煤還包含其他可能對大氣造成危害的元素，例如硫和氮。這些元素的氧化物會破壞大氣環境和生態環境。倘若直接燃燒原煤，不僅會減少碳元素的利用，原煤中有害元素的氧化物也會直接排放到大氣中，這些氧化物被釋放到大氣中會產生酸雨和光化學煙霧等大氣污染現象。電廠的脫硫脫硝、煙氣除塵技術的應用改善了這一現象，不僅大大減少了污染物的排放，而且在一定程度上提高了煤炭資源的利用率，降低了電力成本。

脫硫脫硝和煙氣除塵技術具有許多其它技術不具備的獨特的優勢。第一，該技術無需大量人力，過程并不復雜，操作方便。第二，無需大量人力，所需的電力成本也不多，運行成本低是該技術的另外一個優勢。最后，這項技術具有很好的適應性。該技術可以在任何型號和規模的發電廠鍋爐運行中使用，也不會有二次污染的產生，這樣一來可以保證在發電過程中產生的污染物排放量處于最低。

2.2 現狀

我國社會不斷發展，經濟也越來越好，在此基礎上國家對環境保護的要求越來越高，在不愁衣食住行的情況下，當代人也開始追求“綠水青山”的優美環境。在這種情況下，迫切需要治理在電廠發電過程中產生的大量空氣污染物。火力發電廠的發電過程中使用最多的減排技術就是脫硫脫硝技術和煙氣除塵技術，該技術為我國環保事業做出了巨大的貢獻。但是，我國的脫硫脫硝技術和煙氣除塵技術還遠遠比不上國外的先進技術[2]。所以，火電廠企業應參照自己的實際情況積極創新和改進該技術，使該技術更好地服務于企業，推動企業節能減排工作的進行，讓企業在市場具有更好的競爭力。

3 鍋爐脫硫脫硝及煙氣除塵技術

由于燃煤而產生的硫和硝若是不經過一系列的凈化處理就直接排放到大氣中，這樣做肯定會對周圍環境和大氣帶來嚴重的影響，還會破壞整個生態系統的平衡。由于環境污染導致人類的生存環境受到侵害，由此造成的經濟損失將無法估量。從我國社會和經濟的長遠發展來看，要想實現工業、資源和環境的可持續發展，我們必須采取措施降低由電廠鍋爐燃燒煤炭產生的硫和硝排放量。相關部門制定了相應的煙氣排放標準來約束這種行為，而且在通過各部門的核查和監督后取得了較好的效果。

3.1 干法煙氣脫硫脫硝技術

該技術需要在相對干燥的環境中完成，在脫硫脫硝過程中，我們可以利用一些特殊粉末、顆粒和吸收劑等來除去煙氣中的硫和酸。為了防止鍋爐設備被強酸腐蝕，技術處理的整個過程都需要在干燥的環境中進行。該技術應用于企業的過程中，大多數企業使用等離子體法和荷電干噴法。等離子體法是通過高能電子在煙氣處理過程中有效分解（NH4）2SO4和NH4NO3化肥，這樣便能達到脫硫脫硝的目的，可以減少煙氣中硫和硝的含量，達到減少環境污染的目標。荷電干噴法是把吸收劑當作一種介質，吸收劑能快速流過機器的充電區域，反應時間大大縮短，這樣就能對煙氣進行脫硫脫硝并除塵。

3.2 濕法煙氣脫硫脫硝技術

該技術是鍋爐中最常用的脫硫脫硝和除塵技術，具有突出的技術優勢。這項技術能夠實施的關鍵是吸收劑的使用，該吸收劑用于在不同階段下吸收煙道氣中的SO2和SO，從而對鍋爐廢氣進行脫硫處理。高堿度的物質在此過程中常被用作吸收劑，廢電石渣便是其中一種吸收劑。利用堿性硫酸鎂這樣的類似堿性物質能夠有效地中和掉存在于煙氣中的硫，從而去除SO2。

在某些鍋爐工廠里，煙氣脫硫脫硝主要利用的是石灰石-石膏這種濕法工藝,該工藝效果也很好。充分利用石灰石-石膏來吸附廢硫和廢硝是該工藝的關鍵之處。該技術經過多年的革新，目前它的脫硫率已高達91%。副產物可以在脫硫后再利用是該技術的最大優勢。廢物利用率得到了最大限度的提高，同時也降低了煙氣中脫硫脫酸濃度，避免了廢物的積累和浪費，并且滿足相關的環保要求[3]。

3.3 半干法煙氣脫硫脫硝技術

該技術有以下特點：工藝復雜，需要固、液、氣的協同作用、是一種濕熱蒸發化學反應，結合袋式除塵器來提升脫硫脫硝效率。該技術有以下兩種方法：一種是旋轉噴霧干燥法，此方法投資成本低。爐內噴霧鈣加濕活化法是另外一種方法，該方法最后能達到80%以上的脫硫率，在脫硫脫硝設備中放置活化反應器，通過噴水加濕來加快煙氣和吸收劑的化學反應，同時提高脫硫率，最大程度地節省了投資成本。

3.4 活性炭應用

在低溫環境中的煙氣，對除塵和脫硫脫硝的技術要求更為嚴格，關鍵環節是要選擇更合適的吸附劑。活性炭表面上存在大量不規則的細孔，具有強大的吸附能力。煙道氣中的水蒸氣在通過活性炭脫硫時與SOx 和稀HSO4發生化學反應，產生大量的質子，SO2的還原性因此得到大大的提升[4]。當物理吸附和化學吸附同時使用時，煙道氣中的水蒸氣和O2高于標記值時，化學吸附可以減少煙道氣中SOx 的含量。需要我們注意的是：整個過程吸附能力越高，需要不斷擴大設備的體積。因此，只有活性炭的結構和化學特性得到合理利用才能達到除塵和脫硫脫硝的目的。

3.5 濕式電除塵器

火電廠里，蒸汽鍋爐在初期運行時的除塵技術很穩定，能達到很好的除塵效果。從長遠來看，電極高速旋轉的使用以及靜電除塵的后續處置工作是未來發展的主要方向。在熱電廠中，旋轉快速的正極是由清潔刷和轉動陽極金屬板一起在陰極反應區中形成的。在存在很多灰塵并累積達到某種厚度時，為了防止產生二次煙塵，必須將灰塵清理干凈。在實際生產中進行靜電除塵時，在粉塵排放污染的基本標準很高時就需要用到加濕的靜電除塵器。

1）加濕式靜電除塵器。現在市場上有各種各樣的真空設備，使用真空設備能避免二次揚塵污染。不僅如此，它的除塵效率還很高，一般都能達到70%左右。在制造和生產蒸汽鍋爐時，煙氣的脫硫脫硝技術和除塵技術的應用還受到很大的限制，具有局限性。我們可以在工作時通過利用干式預旋轉電極表面除塵器，再在鍋爐煙氣完成后采用濕式除塵器工作，以此來增加熱量達到完成任務的目的，一次除塵效率可以得到明顯的提高。

這個時候，空間中的各種氣體會形成H2O2，正在燃燒的各種液滴和小顆粒將被人體吸附，最后捕獲污染物中的小顆粒。可以把它們放在自動集塵盤中，用此來吸附較小的灰塵顆粒，這些顆粒一般都是金屬材質。相比較而言，干式電動旋風除塵器將灰塵收集在一起是通過振動和聲音的不同來工作的。

2）濕式電袋除塵器。這種除塵器可以將煙霧中的有毒小顆粒收集在集塵器表面上，以達到當前的一種下溢狀態。合理地利用某些洗滌方法能夠有效收集灰斗中的灰塵。兩種技術之間有著許多不同之處，濃煙之間的差異性也很大。干燥靜電旋風分離器在運行時的溫度和濕度都很高，這個時候室內溫度也隨之升高，濕式靜電袋式除塵器的濕度比干燥靜電旋風分離器還要高，在運行時還會有很多液滴形成。因為有機過程有不同的類型，配備水分配系統的運作將由濕式靜電旋風分離器的陰極板來控制，水蒸氣被噴入到反電極中去。

電場里小小的白霧被霧化到電極上。電場的作用是使小的水蒸氣和較大的金屬質地的灰塵顆粒粘附在一起，從而去凝結一些小的加濕顆粒，電場在這里的作用是收集較小的金屬顆粒，其中灰塵顆粒的作用是使其產生驅動力。集塵器中的水霧可以在其表面層上形成水膜,且水膜的質量很高，收集到的灰塵就會被水膜洗干凈后流入到煙灰桶中去，這樣一來儀器上的灰塵就清理干凈了[5]。

有一些濕式靜電袋式集塵器中沒放置可以噴射該系統的任何設施，而且煙道氣中多余的水處于一個飽和又穩定的狀態。集塵器可以把水蒸氣收集起來，而水蒸氣薄霧仍會在表面上形成可以除去灰塵的水膜。我們只有確定了通過葉面噴水實施精制系統，才能使操作結果最優化。

3.6 布袋除塵器

這種除塵器的工作原理是通過濾袋（一種濾器組件）將固體、細小的液體顆粒或者氣體分離后收集，是一種高效除塵裝置。

布袋除塵器的主要組成部分是濾袋，它是由濾料制成的，形狀像一個袋子，所以稱其為濾袋。集塵器的內部有固定的金屬框架，纖維材料是過濾材料的基礎。針對新的袋式集塵器而言，長纖維層是過濾器的次要功能是否能體現的決定因素，實際上長纖維層的孔徑較大，而且該集塵器的除塵效果不好，除塵濾低。在過濾過程中隨著時間的推移，過濾材料的表層上滯留了一些較大的灰塵顆粒，這些顆粒會在灰塵氧氣流開始時形成一個小的顆粒層，過濾袋表面的孔徑也會因此慢慢變小，這樣一來就能攔截更多更小的灰塵顆粒，除塵效果得到提高，除塵率也增加了。

主過濾器是一種灰塵噴射室，增大多孔結構的直徑會造成靜電除塵器和一次集塵器的除塵率降低。位于過濾材料的外表面上的灰塵是袋式旋風除塵器除塵率高的關鍵之處。

所以，設計合理時可以使用灰塵層，配備有較大濾網的濾布也可以除去過大或過小的灰塵顆粒。而袋式過濾器也存在一些缺點，比如因為操作過程中阻力大，過濾材料的壽命會受到灰塵和酸露點的總體溫度的影響；通過振動操作清潔袋子時有可能損壞袋子。在過濾過程中，無論大的煤塵顆粒還是小的煤塵顆粒都會使袋子遭到磨損，袋子的實際使用壽命會受到影響，袋式除塵器的平均壽命一般還不到2 年，這就導致袋式除塵器在發電廠中的應用受到很大的限制。

3.7 旋轉電極除塵技術

旋轉電極除塵技術與靜電除塵技術之間在工作內容上沒有本質的區別。電場的陰極和陽極兩個部分組成了旋轉電極除塵設備，除塵裝置被裝在陽極處。在煙氣除塵過程中，只有設備中的粉塵積累到一定程度時，煙氣中的粉塵才能完全被去除。設備需要清潔的區域不限于灰塵積累的區域。在設備旋轉過程中，煙氣中的灰塵也可以被清除。

鍋爐必須確保除塵設備在其運作時具備較高的穩定性，保證煙氣除塵達到最佳效果和效率。除塵技術已經經歷了多個階段的發展和改善，旋轉電極除塵設備在企業中被用得最多，該設備在陽極部分使用旋轉的灰塵清潔刷，當累積的灰塵達到一定厚度時被完全清除，避免了設備中二次灰塵的產生。在設備運行過程中，除塵效果更好，在最終排放過程中可最大程度降低其溶解度。

4 各項技術的未來發展

4.1 脫硝技術的發展

脫硝技術主要采用兩種方法，一種是低氮燃燒技術；另一種是SCR 煙氣脫硝技術。兩種技術都可以使燃燒更加充分，并實現充分的脫硝效果。目前，火力發電廠的煙氣脫硝技術通常采用以下三種方法：一種是將還原劑放入煙氣中，并利用化學反應生成N2和水,溫度達到350℃左右時，脫硝率可達90%。第二種是SNCR 煙氣脫硝技術。這項技術的反應器是一個爐膛。當爐膛溫達到850～1100℃時，脫硝還原劑分解的氨氣與爐內產生的氮氧化物進行SNCR 化學反應生成氮氣。該技術的脫硝效率不高，只有20%～50%左右，產生的N2O 對臭氧有不利影響。第三是SNCR/SCR 煙氣脫硝聯合技術，其效率為60%～80%，是前兩種技術的結合，但是由于該系統太過于復雜，在電場中的實際應用很少。

4.2 分析脫硫技術的發展

石灰石-石膏濕法通常用在脫硫技術當中。但是，火力發電廠脫硫技術的關鍵在于吸收塔。不同類型的吸收塔將產生不同的效果。通常，吸收塔有四種類型：一種是填料塔。填料塔使用內部固體填料，使漿液從填料層的表面流入其中，并與爐內的煙氣融合以實現脫硫的目的。但是，應用此方法時，可能會發生阻塞；第二個是液柱塔。通過煙氣，氣體和液體的熔融，完全傳質和完全脫氮，盡管脫硫效率很高，但爐內沒有阻塞，煙氣產生的阻力會引起更多的脫硫損失；第三個是噴霧吸收塔。噴霧吸收塔脫硫技術得到了廣泛的應用。通常，爐子中的煙氣從上到下移動，并且形狀為喇叭狀，或者可以以特定角度向下噴灑以充分吸收煙氣。盡管煙道氣在結構和成本上都優于前兩者，但煙道氣分布不均；第四個是鼓泡塔。石灰石用于壓住煙氣，但煙氣和漿液熔融后會產生鼓泡，脫硫效果好，效率高，煙氣流量分布均勻，唯一的缺點是阻力大并且結構更復雜[6]。

4.3 分析除塵技術的發展

談及運行穩定性方面，電除塵效率更高，這是毫無疑問的。采用旋轉電極的方法是電除塵技術的發展方向。旋轉的陽極板和旋轉的灰塵清潔刷置于旋轉電極電場的陽極處，當煙霧和灰塵達到反電暈厚度時將被完全清除。此外，在粉塵排放標準較高的熱電廠中，通常采用濕式靜電除塵器除塵。帶電的負離子可以被煙道氣中的灰塵顆粒吸收，因此灰塵可以被濕式靜電除塵器吸收。與干式電除塵器相比，濕式電除塵器的效率可達到70%。

為了更好、更穩定地滿足人們的需求和企業的發展，火電廠有必要對發電過程中產生的各種空氣污染物進行處理。由此可見煙氣除塵技術的重要性。火力發電廠應更加重視這項技術的應用，更加積極地開展節能減排工作，增強企業在市場上的競爭力。