燃煤鍋爐的煙氣治理和脫硫脫硝關(guān)鍵技術(shù)分析

穆會(huì)群

摘 要：近年來，隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，國家經(jīng)濟(jì)水平持續(xù)上升，隨之而來的環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)峻。人們的環(huán)境保護(hù)意識(shí)逐漸增強(qiáng)，燃煤鍋爐的煙氣治理力度逐漸增大，各種先進(jìn)的脫硫脫硝技術(shù)被廣泛應(yīng)用，煙氣治理取得了不錯(cuò)的效果。為此，著重介紹了幾種典型的燃煤鍋爐煙氣治理和脫硫脫硝關(guān)鍵技術(shù)，希望可以為我國燃煤鍋爐煙氣治理提供一些有用的建議，促進(jìn)工業(yè)和環(huán)境保護(hù)的協(xié)同發(fā)展。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐;煙氣治理;脫硫脫硝技術(shù)

燃煤鍋爐是我國普遍使用的加熱設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)中具有非常重要的作用。在使用過程中會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣，如果不經(jīng)處理直接排放到大氣環(huán)境中會(huì)造成非常嚴(yán)重的大氣污染問題。所以，燃煤鍋爐在設(shè)計(jì)和使用過程中，都必須考慮煙氣治理問題，并且根據(jù)煙氣的特點(diǎn)，合理選用適合的脫硫脫硝技術(shù)，對煙氣進(jìn)行綜合治理，提高煙氣凈化水平，以此保證燃煤鍋爐煙氣排放符合環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，減少環(huán)境污染問題。

1 ? ?燃煤鍋爐煙氣組成及危害

燃煤鍋爐在使用過程中，煤炭會(huì)發(fā)生兩種反應(yīng)：一種是完全燃燒，會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳和少量的二氧化硫;另一種是不完全燃燒，會(huì)產(chǎn)生一氧化碳、二氧化硫以及二氧化氮等。每種煙氣組成都是有害氣體，如果不經(jīng)過有效的處理就直接排放，會(huì)造成嚴(yán)重的大氣污染，影響人體健康[1]。燃煤鍋爐煙氣中的二氧化硫和二氧化氮是危害最大的兩種有害氣體，在大氣中積聚會(huì)形成酸雨，并且隨著雨水進(jìn)入土壤中，導(dǎo)致土壤出現(xiàn)酸化，破壞土壤原有的平衡，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)。另外，酸雨對河流和生活水源造成的影響也不容忽視，會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)酸性化，影響水生植物生長。

2 ? ?燃煤鍋爐煙氣治理

燃煤鍋爐的煙氣治理主要包括煙氣除塵、煙氣脫硫、煙氣脫硝等主要環(huán)節(jié)，涉及多個(gè)煙氣治理設(shè)備和治理技術(shù)，需要根據(jù)煙氣的特點(diǎn)選擇合適的設(shè)備和技術(shù)，不斷提高燃煤鍋爐煙氣治理效果。近年來，隨著國家不斷提高對環(huán)境污染的重視程度，越來越多的燃煤鍋爐都采取了有效的煙氣除塵方案，取得了很好的治理效果。目前，應(yīng)用比較多的燃煤鍋爐煙氣除塵技術(shù)有機(jī)械式除塵、靜電除塵以及布袋除塵。

2.1 ?機(jī)械式除塵

機(jī)械式除塵是我國燃煤鍋爐煙氣治理中應(yīng)用最多的方案。除塵原理是讓除塵機(jī)械設(shè)備不停地旋轉(zhuǎn)，打散燃煤鍋爐燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣，使煙氣中的塵埃被清除干凈。在機(jī)械式除塵過程中，燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣可以在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生離心力，并且不斷地向下運(yùn)動(dòng)，減少煙氣的排放。機(jī)械式除塵的特點(diǎn)是設(shè)備占地面積小、除塵成本低，并且技術(shù)含量比較低，是中小型企業(yè)普遍使用的煙氣除塵方案[2]。

2.2 ?靜電除塵

我國燃煤鍋爐煙氣除塵過程中，除了機(jī)械式除塵以外，靜電除塵也是一種應(yīng)用比較廣泛、效果比較好的除塵方案。靜電除塵在治理燃煤鍋爐煙氣時(shí)，工作原理是使高溫且密閉環(huán)境中的二氧化硫、二氧化氮等煙氣帶電，并且形成一個(gè)高壓靜電場，讓帶電后的煙塵在物理作用下可以在吸附層上聚集，清除煙氣中的煙塵。靜電除塵的效果非常高，但是成本較高。

2.3 ?布袋除塵

布袋除塵是一種新型除塵方式，在處理含有二氧化硫等有害氣體的煙塵中具有非常好的效果?，F(xiàn)如今，越來越多的企業(yè)開始使用布袋除塵方案，在排放鍋爐煙氣之前對其進(jìn)行有效過濾[3]。企業(yè)使用布袋除塵技術(shù)時(shí)，應(yīng)用最多的是無紡布布袋，具有很好的密封性，可以清除大部分的煙塵。但是因?yàn)闊煔饩哂幸欢ǖ母g性，在長時(shí)間除塵過程中會(huì)腐蝕布袋，影響除塵效果，因此，需要經(jīng)常更換布袋，無形中增加了除塵的成本。

3 ? ?煙氣脫硫技術(shù)

燃煤鍋爐的煙氣治理中經(jīng)常會(huì)使用煙氣脫硫技術(shù)，主要目的是除去煙氣中的硫氧化物，包括二氧化硫和三氧化硫。根據(jù)煙氣脫硫技術(shù)中使用的不同脫硫劑，可以將煙氣脫硫技術(shù)分為5種，包括以石灰石為基礎(chǔ)的鈣法、以氧化鎂為主的鎂法、以亞硫酸鈉為主的鈉法、以氨氣為基礎(chǔ)的氨法以及以有機(jī)堿為基礎(chǔ)的有機(jī)堿法。煙氣脫硫技術(shù)的原理是使用適當(dāng)?shù)膲A性物質(zhì)與煙氣中的酸性氣體發(fā)生反應(yīng)，除去煙氣中的硫氧化物。從煙氣脫硫的工藝方法上看，常用的煙氣脫硫技術(shù)有干式脫硫、濕法脫硫以及噴霧脫硫等[4]。

3.1 ?干式脫硫技術(shù)

干式煙氣脫硫工藝應(yīng)用于20世紀(jì)80年代初，具有投資費(fèi)用低、脫硫產(chǎn)物呈現(xiàn)為干態(tài)并與飛灰混合、不需要安裝除霧器和再熱器等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在脫硫過程中對設(shè)備造成的腐蝕比較小，管道不容易出現(xiàn)堵塞或者結(jié)垢。但是該脫硫工藝的效率比較低，沒有濕式脫硫工藝那么高，目前使用較少，在一些中小型企業(yè)中有所應(yīng)用，可以解決部分煙氣治理成本問題。

3.2 ?濕法脫硫技術(shù)

濕法脫硫工藝是當(dāng)前比較流行的燃煤鍋爐煙氣脫硫技術(shù)，主要工藝原理是使用石灰石（CaCO3）、石灰（CaO）或碳酸鈉（Na2CO3）等漿液作洗滌劑，通過在反應(yīng)塔中洗滌煙氣去除其中的大量硫氧化物。濕法脫硫工藝是世界各國都在使用的一種煙氣脫硫技術(shù)，并且工藝流程基本上一致，具有很多年的應(yīng)用歷史，經(jīng)歷了多次設(shè)備改進(jìn)和技術(shù)完善，是一種比較成熟的脫硫技術(shù)，脫硫效率在90%～98%[5]。另外，濕法脫硫技術(shù)適用于多種煤種，機(jī)組容量大，脫硫成本比較低，反應(yīng)后形成的副產(chǎn)品也比較容易回收。

3.3 ?噴霧脫硫技術(shù)

噴霧脫硫技術(shù)是對干式煙氣脫硫技術(shù)的一種創(chuàng)新，在電力工業(yè)中的應(yīng)用比較多，并且流行了很長一段時(shí)間。該脫硫技術(shù)的應(yīng)用需要在噴霧干燥塔中完成，使用霧化后的石灰漿液直接接觸煙氣，石灰漿液在與二氧化硫發(fā)生反應(yīng)后會(huì)形成一種干燥的固體，隨飛灰一起被除塵器收集。

4 ? ?煙氣脫硝技術(shù)

燃煤鍋爐煙氣治理中的另一個(gè)關(guān)鍵就是煙氣脫硝，包括干法（選擇性催化還原煙氣脫硝、選擇性非催化還原法脫硝）和濕法兩種。相比之下，干法煙氣脫硝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于投資少、設(shè)備簡單、工藝操作容易，并且脫硝效率也比較高，不會(huì)產(chǎn)生廢水和廢棄物，也不會(huì)造成二次污染[6]。燃煤鍋爐煙氣脫硝的工藝原理是將煙氣中存在的氮氧化物還原為氮?dú)?，以此將鍋爐煙氣中的氮氧化物去除掉。

4.1 ?干法脫硝技術(shù)

干法脫硝技術(shù)可以分為選擇性催化還原脫硝和選擇性非催化還原法脫硝兩種技術(shù)。其中，選擇性催化還原脫硝工藝原理是將氨、CO或碳?xì)浠衔锏茸鳛檫€原劑，使得煙氣產(chǎn)生和排放過程中與氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，將煙氣中的氮氧化物還原為氮?dú)?。其中，使用氨作為還原劑時(shí)可以得到很高的脫硝效率。

選擇性非催化還原脫硝技術(shù)是一種成本低、技術(shù)成熟的脫硝工藝，反應(yīng)器是爐膛或者預(yù)分解爐，工藝原理是在脫硝過程中將含有氨基的還原劑噴入反應(yīng)爐中，使其與爐內(nèi)產(chǎn)生的氮氧化物進(jìn)行反應(yīng)，最終生成氨和水，去除煙氣中的氮氧化物。在實(shí)際操作時(shí)，需要將煙氣在尿素或者氨基化合物溫度較高的條件下注入反應(yīng)爐，使氮氧化物被還原為氮?dú)鈁7]。一般情況下，會(huì)將還原劑注入爐膛或者與爐膛相鄰的煙道中。選擇性非催化還原脫硝效率與反應(yīng)溫度、煙氣和還原劑的混合程度、時(shí)間以及氨氣和氮氧化物的化學(xué)計(jì)量比有關(guān)，尤其是反應(yīng)溫度，對脫硝效率的影響最大。有研究表明，如果脫硝反應(yīng)溫度過低，氨氣的反應(yīng)是不完全的，并且容易出現(xiàn)氨氣泄漏，影響脫硝效率。反之，如果反應(yīng)溫度過高，氨氣在反應(yīng)中就會(huì)被氧化為氮氧化物，抵消了煙氣脫硝的效果。所以，無論是反應(yīng)溫度過高還是過低，都會(huì)直接影響脫硝效率，在脫硝過程中控制好反應(yīng)溫度是關(guān)鍵，也是難點(diǎn)。一般情況下，在設(shè)計(jì)選擇性非催化還原脫硝工藝時(shí)，脫硝的效率一般被設(shè)計(jì)為30%～50%。

4.2 ?濕法脫硝技術(shù)

濕法煙氣脫硝技術(shù)的原理是將氮氧化物和液體吸收劑混合起來，使得氮氧化物發(fā)生溶解，凈化燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣。該技術(shù)在應(yīng)用中最大的難點(diǎn)在于一氧化氮很難溶于水，因此，需要在脫硝過程中先將一氧化氮氧化為二氧化氮，再使用堿性液體吸收劑進(jìn)行吸收，實(shí)現(xiàn)煙氣脫硝。濕法煙氣脫硝技術(shù)在應(yīng)用過程中使用的氧化劑通常是O3、ClO2或KMnO4。濕法煙氣脫硝技術(shù)包括稀硝酸吸收法、堿性溶液吸收法兩種，其中，稀硝酸吸收法原理是氮氧化物在硝酸中的溶解度比水大得多，在硝酸中的溶解度是水中溶解度的12倍，因此，可以使用稀硝酸作為溶解液，提高脫硝效率[8]。硝酸濃度越高，吸收效率也就越高，但是還需要考慮到工業(yè)成本問題，所以一般將硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在15%～20%。堿性溶液吸收法主要是采用NaOH、KOH、Na2CO3、NH3·H2O等堿性溶液作為吸收劑，將煙氣中的氮氧化物去除。其中，NH3·H2O的吸收率最高。

5 ? ?結(jié)語

在工業(yè)不斷發(fā)展的背景下，燃煤鍋爐的使用越來越廣泛，如何處理好工業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境污染之間的矛盾問題是關(guān)鍵，要求各生產(chǎn)企業(yè)立足于工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀，對鍋爐煙氣的特點(diǎn)以及治理現(xiàn)狀進(jìn)行深入研究，選擇合適的除塵技術(shù)、脫硫技術(shù)以及脫硝技術(shù)，提高煙氣治理效果，減少有害物質(zhì)排放。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，煙氣處理技術(shù)也在不斷發(fā)展，無論是除塵設(shè)備、脫硫脫硝設(shè)備，還是各種煙氣治理技術(shù)，都在不斷改進(jìn)與創(chuàng)新中。煙氣治理效率不斷提升，工業(yè)生產(chǎn)造成的環(huán)境污染也得到了有效控制，可滿足我國可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求。

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