火電廠煙氣脫硫脫硝技術(shù)應(yīng)用與節(jié)能環(huán)保分析

湖北能源鄂州發(fā)電有限公司 余小龍 張華瑋 許 蘇

在我國火力發(fā)電廠之中，煤炭作為重要的能源物質(zhì)，是火力發(fā)電廠發(fā)電的重要原料。運(yùn)用煤炭發(fā)電，煤炭之中由于含有硫，氮等物質(zhì)，燃燒過程之中會產(chǎn)生氮氧化物、二氧化硫等物質(zhì)，這些物質(zhì)如果直接排放至空氣之中，將會對空氣造成較為嚴(yán)重的污染。為了保護(hù)環(huán)境，國家出臺了相關(guān)政策，要求火力發(fā)電廠嚴(yán)格控制污染物質(zhì)的排放。為了減少排放，火力發(fā)電廠紛紛運(yùn)用脫硫脫硝技術(shù)，在發(fā)電的過程之中，能夠有效減少排放煙氣之中的氮氧化物、二氧化硫等物質(zhì)，積極踐行環(huán)保理念，有效保護(hù)大氣環(huán)境[1]。可見，脫硫脫硝技術(shù)在火力發(fā)電廠之中的運(yùn)用具有重要的環(huán)保意義。目前，我國已經(jīng)研發(fā)出了多樣化的脫硫脫硝技術(shù)，不同的脫硫脫硝技術(shù)都具有不同優(yōu)勢與缺陷，在眾多脫硫脫硝技術(shù)之中，運(yùn)用活性炭進(jìn)行脫硫脫硝具有重要的應(yīng)用前景，本文就活性炭脫硫脫硝技術(shù)進(jìn)行了分析了，主要分析了活性炭脫硫脫硝技術(shù)在火力發(fā)電廠之中的應(yīng)用與環(huán)保。

1 活性炭脫硫脫硝技術(shù)

對于活性炭脫硫脫硝技術(shù)而言，該技術(shù)是一個技術(shù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成，分別為吸附、解吸和硫回收，三個部分共同完成脫硫脫硝，并在過程之中體現(xiàn)出深刻的環(huán)保理念。

1.1 活性炭

活性炭是較為常見的吸附材料，具有十分強(qiáng)勁的吸附能力?；钚蕴窟€含氧官能團(tuán)的豐富性而具備較強(qiáng)的催化能力，促使污染物質(zhì)與氧化劑能夠快速發(fā)生反應(yīng)。由于其特殊的性質(zhì)，也可以將其運(yùn)用于脫硫脫硝技術(shù)之中，運(yùn)用活性炭吸附火力發(fā)電廠發(fā)電所產(chǎn)生的氮氧化物、二氧化硫等有害物質(zhì)，實現(xiàn)脫硫脫硝的最終目的。制作活性炭的原材料要求富含碳，在原材料選擇之中，具有煤炭、木材、椰殼、核桃殼等多種材料選擇，但是在綜合考慮強(qiáng)度，耐磨性，吸附能力的基礎(chǔ)之上，目前活性炭制作的主要原材料為煤炭，煤炭制作成為活性炭需要進(jìn)行高溫處理，以保證其能夠充分活化，這對于火力發(fā)電廠而言，活性炭原材料豐富易得，能夠節(jié)省大量的吸附材料成本。

1.2 吸附

吸附是活性炭吸附能力最為直接的體現(xiàn)，吸附環(huán)節(jié)之中主要運(yùn)用活性炭的吸附能力以及催化能力實現(xiàn)對于脫硫脫硝過程之中有害物質(zhì)的吸附，在吸附過程之中，由于煙氣之中還含有一定的水和氧氣，活性炭也能夠在過程之中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)對于水和氧氣的吸附，因此吸附環(huán)節(jié)之中，既包括運(yùn)用活性炭所進(jìn)行的物理吸附，還包括依靠化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的化學(xué)吸附，具體過程主要如下所示。

通過以上過程可以發(fā)現(xiàn)，在吸附過程之中，主要吸附的物質(zhì)包括二氧化硫、氧氣以及水，在吸附性質(zhì)上，既包括運(yùn)用活性炭對于三種物質(zhì)的吸附，同時也包括對吸附過程之中，例如吸附物質(zhì)所進(jìn)行的化學(xué)吸附過程。通過以上吸附過程，實現(xiàn)了脫硫目的，后續(xù)還需要借助NH3進(jìn)行脫硝處理，NH3作為一種重要的還原劑，能夠有效與NOx 發(fā)生反應(yīng)，實現(xiàn)脫硝目的，具體反應(yīng)過程如下：

1.3 解吸

解吸是與吸附相反的環(huán)節(jié)，當(dāng)利用活性炭進(jìn)行吸附之后，活性炭所吸附的物質(zhì)不斷增加，活性炭逐漸趨向飽和，在過程之中活性炭的吸附能力以及催化能力不斷下降，吸附效果也逐漸減弱。解吸環(huán)節(jié)是通過高溫處理，能夠?qū)⒒钚蕴恐兴降奈镔|(zhì)釋放出來，從而讓其重新恢復(fù)吸附能力與催化能力。

解吸的關(guān)鍵在于對飽和度較高的活性炭進(jìn)行高溫處理，高溫處理的溫度一般在350℃至400℃[2]。通過高溫處理，能夠?qū)⑵渲械奈廴疚铮蚧锏冗M(jìn)行充分釋放，高溫處理之后的活性炭進(jìn)行冷卻處理，但是在高溫過程之中，活性炭會有所破壞，對于所破壞的活性炭需要進(jìn)行篩除，而后將完好的活性炭再次進(jìn)行利用。在解吸環(huán)節(jié)之中，管式換熱器是重要的解吸設(shè)備，管式換熱器能夠通過調(diào)節(jié)空氣源實現(xiàn)對于活性炭的加熱與冷卻。在活性炭加熱過程之中，需要對溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制，控制的目的在于既能夠?qū)崿F(xiàn)充分解吸，有能夠防止溫度過高導(dǎo)致活性炭燃燒。在冷卻環(huán)節(jié)也能夠通過調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)量實現(xiàn)活性炭的有效冷卻。

1.4 硫回收

硫回收主要是指對在解吸過程之中所解吸出來的硫物質(zhì)進(jìn)行回收與利用，在解吸過程之中，大量所吸收的物質(zhì)被釋放出來，其中最為重要的物質(zhì)在于二氧化硫，等等。通過實踐證明，通過對活性炭進(jìn)行解吸所釋放出來的二氧化硫濃度可以達(dá)到10%～25%，作為優(yōu)質(zhì)的二氧化硫，具有廣泛的回收與利用前景。在傳統(tǒng)火力發(fā)電廠對于二氧化硫的利用之中，主要利用優(yōu)質(zhì)的二氧化硫制作硫酸和硫酸銨，但是由于二氧化硫嚴(yán)重過剩，所制作的硫酸和硫酸銨也嚴(yán)重過剩，市場價格不斷下降，火力發(fā)電廠利潤薄弱，經(jīng)濟(jì)效益較低[3]。

在市場經(jīng)濟(jì)的推動下，火力發(fā)電廠也積極尋求硫回收利用的有效途徑，通過實踐探究，焦亞硫酸鈉能夠利用優(yōu)質(zhì)的二氧化硫進(jìn)行制備，且具有廣泛的應(yīng)用前景，能夠為火力發(fā)電廠在實現(xiàn)脫硫脫硝的同時，帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。在制備焦亞硫酸鈉的過程之中，需要在解吸的基礎(chǔ)之上，將解吸的氣體送入制鹽系統(tǒng)，將其中的二氧化硫經(jīng)過三級反應(yīng)器生成焦亞硫酸鈉漿液，利用焦亞硫酸鈉漿液最終便可以產(chǎn)生相應(yīng)的焦亞硫酸鈉成品。根據(jù)目前普遍解吸所能夠產(chǎn)生的二氧化硫來進(jìn)行計算，每年通過硫回收利用便可以額外為企業(yè)帶來近千萬級別的收入。

2 脫硫脫硝技術(shù)對比

除上述介紹的活性炭脫硫脫硝技術(shù)之外，目前各大火力發(fā)電廠也運(yùn)用其他多類型的脫硫脫硝技術(shù)，這些技術(shù)表現(xiàn)出不同的技術(shù)優(yōu)勢與缺陷。主流的脫硫技術(shù)可以分為濕法脫硫與半干法脫硫，而主流的脫硝技術(shù)主要為SCR 脫硝技術(shù)，為了實現(xiàn)脫硫脫硝的目的，火力發(fā)電廠往往需要進(jìn)行脫硫與脫硝技術(shù)的組合，也因此誕生了兩種重要組合，分別為濕法脫硫+SCR 脫硝與半干法脫硫+SCR 脫硝。本文就上述三種不同的脫硫脫硝技術(shù)進(jìn)行了對比。對比結(jié)果如表1所示。

表1 脫硫脫硝技術(shù)對比表

通過表1中脫硫脫硝技術(shù)的對比發(fā)現(xiàn)，三種脫硫脫硝技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，但總體而言，活性炭脫硫脫硝技術(shù)表現(xiàn)出較為突出的脫硫脫硝技術(shù)優(yōu)勢，且在脫硫脫硝全過程都貫徹了較為深刻的環(huán)保理念?；钚蕴靠梢杂妹禾孔鳛樵牧线M(jìn)行制作，在火力發(fā)電廠之中豐富易得。在脫硫脫硝運(yùn)用過程之中，活性炭在達(dá)到較高飽和度之后，能夠?qū)钚蕴窟M(jìn)行解吸處理，通過活性炭解吸能夠讓活性炭重新運(yùn)用于脫硫脫硝技術(shù)之中，過程之中的損耗較小，能夠有效節(jié)約技術(shù)成本[4]。在脫硫脫硝后期，活性炭脫硫脫硝技術(shù)也能夠?qū)λ降奈廴疚镞M(jìn)行合理的處理以及回收利用，同時產(chǎn)生附加的經(jīng)濟(jì)收益，這對于以上三種脫硫脫硝技術(shù)而言，活性炭脫硫脫硝技術(shù)在表現(xiàn)出較好的脫硫脫硝效果的同時，也更加具有環(huán)保性。

3 活性炭脫硫脫硝技術(shù)運(yùn)用

活性炭脫硫脫硝技術(shù)作為突出的脫硫脫硝技術(shù)，在我國火力發(fā)電廠之中都得到了較為廣泛的運(yùn)用，但是在活性炭的基礎(chǔ)之上，誕生出來了不同的活性炭脫硫脫硝技術(shù)運(yùn)用方案，主要分為錯流式活性炭技術(shù)和逆流式活性炭技術(shù)兩種不同的活性炭脫硫脫硝技術(shù)。具體技術(shù)工藝如下所示。

3.1 錯流式活性炭技術(shù)

錯流式活性炭技術(shù)最早誕生于日本，在我國則可以追溯到2011年，隨后在各地火力發(fā)電廠之中都有所應(yīng)用，積累了一定的應(yīng)用經(jīng)驗，為各地火力發(fā)電廠也貢獻(xiàn)了一定的環(huán)保業(yè)績。錯流式活性炭技術(shù)的具體工藝流程如圖1所示。

圖1 錯流式活性炭技術(shù)工藝流程圖

通過圖1可以發(fā)現(xiàn)，錯流式活性炭技術(shù)需要兩個吸附塔，分為一級脫硫脫硝吸附塔與二級脫硫脫硝吸附塔。在每一吸附塔之中，都采用橫向分布的方式設(shè)置分層吸附室，均分為前室、中室與后室，煙氣通過進(jìn)氣煙箱分別通過前室、中室與后室，隨后再次進(jìn)入二級脫硫脫硝吸附塔，分別通過前室、中室與后室，實現(xiàn)對于煙氣污染物的充分吸附。在每一級脫硫脫硝吸附塔之中，都設(shè)置有活性炭去解吸環(huán)節(jié)，能夠及時對吸附產(chǎn)物進(jìn)行處理，回收和利用。

通過上述描述也可以發(fā)現(xiàn)，錯流式活性炭技術(shù)存在著一定的工藝缺陷。由于煙氣需要經(jīng)過前室、中室與后室，在過程之中，由于前室進(jìn)入的煙氣污染物濃度較高，前室活性炭較中室與后室而言，會快速達(dá)到飽和狀態(tài)，中室與后室在污染物吸附過程之中參與度較小，不能夠?qū)崿F(xiàn)對于活性炭的合理科學(xué)應(yīng)用，部分活性炭不能夠充分發(fā)揮其吸附功能?？傮w而言，錯流式活性炭技術(shù)存在活性炭運(yùn)用不合理，成本控制不科學(xué)的技術(shù)工藝缺陷。

3.2 逆流式活性炭技術(shù)

逆流式活性炭技術(shù)工藝已經(jīng)在國外火力發(fā)電廠得到了廣泛運(yùn)用，成為了脫硫脫硝技術(shù)的重要選擇，而我國在2017年才被正式應(yīng)用于火力發(fā)電廠的脫硫脫硝之中。逆流式活性炭技術(shù)的具體工藝流程如圖2所示。

圖2 逆流式活性炭技術(shù)工藝流程

逆流式活性炭技術(shù)工藝整體上為單塔結(jié)構(gòu)，在內(nèi)部分為吸附塔上部與下部，而在各部分又可以分為脫硫?qū)优c脫硝層兩層。所排放的煙氣首先需要經(jīng)過脫硫?qū)?，隨后經(jīng)過脫硝層之后，將潔凈的煙氣從煙囪排出。吸附塔上部與下部都可以進(jìn)入煙氣，煙氣在內(nèi)部自下而上運(yùn)動，在運(yùn)動過程之中分別通過脫硫?qū)优c脫硝層。

通過上述工藝流程可以發(fā)現(xiàn)，在逆流式活性炭技術(shù)之中，吸附塔上部與下部同時工作，既能夠保證吸附效率的大幅提升，其結(jié)構(gòu)有可以實現(xiàn)活性炭的充分利用，在達(dá)到良好脫硫脫硝效果的同時，也將系統(tǒng)運(yùn)行成本大幅降低[5]。通過實踐證明，運(yùn)用逆流式活性炭技術(shù)工藝，脫硫效率可以達(dá)到99%，脫硝效率也可以高于85%，逆流式活性炭技術(shù)工藝在應(yīng)用于火力發(fā)電廠脫硫脫硝的同時，也廣泛應(yīng)用于鋼鐵廠等具有脫硫脫硝技術(shù)需求的企業(yè)，不僅滿足了這些企業(yè)的脫硫脫硝需求，同時也為我國環(huán)保事業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)。

4 結(jié)語

活性炭脫硫脫硝技術(shù)是依靠活性炭吸附能力以及催化能力所實現(xiàn)的脫硫脫硝技術(shù)，其主要包括吸附、解吸與硫回收三個環(huán)節(jié)。在于其他常見脫硫脫硝技術(shù)的對比之中，其表現(xiàn)出較大的技術(shù)優(yōu)勢，在實際運(yùn)用之中，活性炭脫硫脫硝技術(shù)主要分為錯流式活性炭技術(shù)和逆流式活性炭技術(shù)兩種不同工藝，而其中逆流式活性炭技術(shù)又以其高效率，環(huán)保性等工藝優(yōu)勢得到廣泛認(rèn)可和運(yùn)用。