火電廠鍋爐煙氣脫硫脫硝協(xié)同控制技術(shù)研究

王春杰（秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 秦皇島066000）

0 引言

火電廠中鍋爐在生產(chǎn)過程中，經(jīng)燃燒會(huì)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(huì)導(dǎo)致環(huán)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(shù)的使用上，主要是以控制煙氣中的污染物含量為目標(biāo)，盡管在一定程度上已經(jīng)獲得了良好的成效，但是傳統(tǒng)工藝操作比較復(fù)雜，造價(jià)成本也比較高，增加了綜合調(diào)控排放更低的難度。為了改善這些問題，煙氣脫硫脫硝協(xié)同控制技術(shù)得到應(yīng)用，下面便圍繞該技術(shù)在火電廠鍋爐中生產(chǎn)中的運(yùn)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(tài)環(huán)境與人們的身體健康，并且由引發(fā)臭氧、酸雨等二次污染的可能。現(xiàn)如今，我國的酸雨污染現(xiàn)象已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩崤c硝酸復(fù)合型，其中硝酸根離子含量增加。在京津冀霧霾的環(huán)保壓力持續(xù)增加這一環(huán)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(chǎn)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(dá)40%，是比較重要的氮氧化物排放源。除此之外，燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣屬于高架源，在大氣環(huán)境中經(jīng)過遠(yuǎn)距離傳輸可能會(huì)出現(xiàn)化學(xué)轉(zhuǎn)化，增加環(huán)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(xié)同控制技術(shù)原理

煙氣脫硫脫硝協(xié)同控制技術(shù)在火電廠煙氣脫硫脫硝中應(yīng)用，需要運(yùn)用到高灰型選擇性催化還原煙氣脫硝（SCR）工藝，催化劑層數(shù)按2＋1模式布置，初裝2層預(yù)留1層，在設(shè)計(jì)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(yù)留層催化劑，設(shè)計(jì)脫硝效率不小于87.5%。脫硝系統(tǒng)還原劑采用液氨，分別設(shè)置氨的稀釋及噴射系統(tǒng)、煙道及反應(yīng)器系統(tǒng)、催化劑蒸汽吹灰系統(tǒng)、催化劑聲波吹灰系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)國家環(huán)保要求，排放標(biāo)準(zhǔn)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(xié)同控制技術(shù)應(yīng)用

3.1 煙氣海水脫硫技術(shù)

煙氣海水脫硫是用海水作為脫硫劑達(dá)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(zhì)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(jī)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(yīng)，使海水中溶解氧達(dá)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(zhì)。硫酸鹽是海水中鹽分的主要成分，硫酸鹽對(duì)海洋生物來說是不可缺少的。

脫硫系統(tǒng)主要包括：煙氣系統(tǒng)、海水供應(yīng)系統(tǒng)、海水水質(zhì)恢復(fù)系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、脫硫裝置輔助系統(tǒng)、電氣、儀表及控制系統(tǒng)。HDS系統(tǒng)是一種以水為中間換熱媒介的“熱量轉(zhuǎn)移”系統(tǒng)，用來取代傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)式GGH，循環(huán)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(huán)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(tǒng)包括HDS換熱器本體、循環(huán)水系統(tǒng)、化學(xué)取樣加藥系統(tǒng)、HDS清洗系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)。

3.2 金屬氧化物脫硫脫硝技術(shù)

金屬氧化物脫硫脫硝技術(shù)的應(yīng)用原理，主要是通過載體中的金屬氧化物、煙氣內(nèi)部S02、O2反應(yīng)形成硫酸鹽，硫酸鹽可以當(dāng)作NH3選擇性催化劑，用于氮氧化物與氮?dú)獾倪€原，達(dá)到脫硫脫硝的目的。金屬硫酸鹽、甲烷在還原反應(yīng)下，會(huì)形成單質(zhì)金屬、金屬硫化物，火電廠鍋爐運(yùn)行產(chǎn)生的煙氣當(dāng)中，利用氧化作用生成金屬氧化物，實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝協(xié)同控制。金屬氧化物脫硫脫硝技術(shù)包含諸多工藝，其中CuO 工藝的應(yīng)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(dá)75%～90%[4]。

3.3 高能電子活化氧化技術(shù)

高能電子活化氧化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)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(yùn)用到電子加速器，該裝置在運(yùn)行形成高能等離子體，針對(duì)煙氣內(nèi)部包含的氣態(tài)污染物進(jìn)行氧化處理，SO2、NOX等物質(zhì)受到高能電子的強(qiáng)烈氧化作用，開始和水蒸氣反應(yīng)，產(chǎn)生霧狀硫酸、硝酸。這兩種物質(zhì)和氨之間反應(yīng)形成硫酸銨、硝酸銨，最后產(chǎn)生的凈煙氣會(huì)直接排入到大氣中。脈沖電暈法會(huì)運(yùn)用到高壓脈沖電源達(dá)到發(fā)電的效果，可以去到傳統(tǒng)加速器電子束，從價(jià)格方面減少支出，與此同時(shí)這兩種模式的反應(yīng)機(jī)理也是電子束法相同。

分析電子束法的優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)在四個(gè)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(yīng)用，并且呈現(xiàn)出良好的適應(yīng)性，脫硫脫硝效率大于80%。針對(duì)電子束所用劑量、煙氣溫度進(jìn)行調(diào)整可以優(yōu)化脫硫脫硝效果，脫硫率設(shè)定水平不存在限制；第二，該方法的操作流程簡(jiǎn)潔，只需要操作冷卻塔、反應(yīng)器、加速器、靜電除器這四種裝置，對(duì)負(fù)載變化的適應(yīng)性極強(qiáng)，啟停更加快捷；第三，電子束法應(yīng)用全程均為干法操作，可以避免廢水與廢渣等物質(zhì)的產(chǎn)生；第四，副產(chǎn)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(duì)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(jī)處理銨鹽氣溶膠微粒，期間必然會(huì)消耗大量電量才能夠作為化肥。另外，工藝系統(tǒng)耗電量較大，可達(dá)到火電廠凈發(fā)電量3%左右，所以費(fèi)用成本較高。一些核心設(shè)備的高壓直流電源、電子加速器穩(wěn)定性有待提升，有可能會(huì)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障。

脈沖電暈法在脫硫脫硝中運(yùn)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(shù)相比，所需成本不高，并且不會(huì)導(dǎo)致二次污染。如果是在超窄脈沖作用時(shí)間范圍內(nèi)應(yīng)用脈沖電暈法，電子速度提升的同時(shí)，也不會(huì)因?yàn)殡x子自由基慣性較大無法實(shí)現(xiàn)加速，所以該方法也非常好的節(jié)能效果。脈沖電暈法還具有除塵的功效，煙氣內(nèi)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(yùn)行穩(wěn)定性與脈沖電源性能較差。

3.4 吸收劑噴射技術(shù)

3.4.1 增強(qiáng)活性石灰-飛灰化合物

增強(qiáng)活性石灰-飛灰化合物（LILAC 工藝）需要融合粉煤灰、石膏，根據(jù)固定比例將其消化制作成為活性吸收劑噴入至煙道內(nèi)，如此一來吸收劑顆粒、煙氣內(nèi)SO2、NOX之間充分反應(yīng)，可以達(dá)到高效的脫硫脫硝效果。LILAC工藝操作比較簡(jiǎn)單，不需要投入大量資金，后期系統(tǒng)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(fā)生反應(yīng)，節(jié)省了煙溫調(diào)整這一環(huán)節(jié)。

3.4.2 SNRB技術(shù)

SNRB 技術(shù)需要在脈沖噴射式布袋除塵室內(nèi)使用，同時(shí)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(yù)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(fā)生反應(yīng)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(fā)生氨反應(yīng)，從而完成脫除。結(jié)合SNRB技術(shù)應(yīng)用效果，并不會(huì)直接影響到鍋爐的性能，同時(shí)還具有占地面積小的特點(diǎn)。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(jié)渣或者造成腐蝕，適合在溫度較低的煙溫條件下運(yùn)用。

4 結(jié)語

綜上所述，火電廠鍋爐生產(chǎn)過程中形成煙氣，為了達(dá)到更低的避免煙氣中有害物質(zhì)導(dǎo)致環(huán)境污染，需要采用脫硫脫硝協(xié)同控制技術(shù)，通過脫硫脫硝處理提高鍋爐的運(yùn)行效率，減少火電廠有害物質(zhì)的形成，推進(jìn)環(huán)境保護(hù)工作的深入進(jìn)行，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)火電廠技術(shù)創(chuàng)新與改革。