火電廠煙氣脫硫脫硝技術應用與節(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重的污染。為了保護環(huán)境，國家出臺了相關政策，要求火力發(fā)電廠嚴格控制污染物質(zhì)的排放。為了減少排放，火力發(fā)電廠紛紛運用脫硫脫硝技術，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，有效保護大氣環(huán)境[1]。可見，脫硫脫硝技術在火力發(fā)電廠之中的運用具有重要的環(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，不同的脫硫脫硝技術都具有不同優(yōu)勢與缺陷，在眾多脫硫脫硝技術之中，運用活性炭進行脫硫脫硝具有重要的應用前景，本文就活性炭脫硫脫硝技術進行了分析了，主要分析了活性炭脫硫脫硝技術在火力發(fā)電廠之中的應用與環(huán)保。

1 活性炭脫硫脫硝技術

對于活性炭脫硫脫硝技術而言，該技術是一個技術系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由三部分構成，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，具有十分強勁的吸附能力。活性炭還含氧官能團的豐富性而具備較強的催化能力，促使污染物質(zhì)與氧化劑能夠快速發(fā)生反應。由于其特殊的性質(zhì)，也可以將其運用于脫硫脫硝技術之中，運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，但是在綜合考慮強度，耐磨性，吸附能力的基礎之上，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)生化學反應實現(xiàn)對于水和氧氣的吸附，因此吸附環(huán)節(jié)之中，既包括運用活性炭所進行的物理吸附，還包括依靠化學反應所產(chǎn)生的化學吸附，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)所進行的化學吸附過程。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，實現(xiàn)脫硝目的，具體反應過程如下：

1.3 解吸

解吸是與吸附相反的環(huán)節(jié)，當利用活性炭進行吸附之后，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，能夠將活性炭之中所吸附的物質(zhì)釋放出來，從而讓其重新恢復吸附能力與催化能力。

解吸的關鍵在于對飽和度較高的活性炭進行高溫處理，高溫處理的溫度一般在350℃至400℃[2]。通過高溫處理，能夠將其中的污染物，硫化物等進行充分釋放，高溫處理之后的活性炭進行冷卻處理，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行篩除，而后將完好的活性炭再次進行利用。在解吸環(huán)節(jié)之中，管式換熱器是重要的解吸設備，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，需要對溫度進行嚴格控制，控制的目的在于既能夠實現(xiàn)充分解吸，有能夠防止溫度過高導致活性炭燃燒。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，通過對活性炭進行解吸所釋放出來的二氧化硫濃度可以達到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重過剩，所制作的硫酸和硫酸銨也嚴重過剩，市場價格不斷下降，火力發(fā)電廠利潤薄弱，經(jīng)濟效益較低[3]。

在市場經(jīng)濟的推動下，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)的二氧化硫進行制備，且具有廣泛的應用前景，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)濟效益。在制備焦亞硫酸鈉的過程之中，需要在解吸的基礎之上，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 脫硫脫硝技術對比

除上述介紹的活性炭脫硫脫硝技術之外，目前各大火力發(fā)電廠也運用其他多類型的脫硫脫硝技術，這些技術表現(xiàn)出不同的技術優(yōu)勢與缺陷。主流的脫硫技術可以分為濕法脫硫與半干法脫硫，而主流的脫硝技術主要為SCR 脫硝技術，為了實現(xiàn)脫硫脫硝的目的，火力發(fā)電廠往往需要進行脫硫與脫硝技術的組合，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進行了對比。對比結果如表1所示。

表1 脫硫脫硝技術對比表

通過表1中脫硫脫硝技術的對比發(fā)現(xiàn)，三種脫硫脫硝技術各有優(yōu)缺點，但總體而言，活性炭脫硫脫硝技術表現(xiàn)出較為突出的脫硫脫硝技術優(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。活性炭可以用煤炭作為原材料進行制作，在火力發(fā)電廠之中豐富易得。在脫硫脫硝運用過程之中，活性炭在達到較高飽和度之后，能夠對活性炭進行解吸處理，通過活性炭解吸能夠讓活性炭重新運用于脫硫脫硝技術之中，過程之中的損耗較小，能夠有效節(jié)約技術成本[4]。在脫硫脫硝后期，活性炭脫硫脫硝技術也能夠對所吸附的污染物進行合理的處理以及回收利用，同時產(chǎn)生附加的經(jīng)濟收益，這對于以上三種脫硫脫硝技術而言，活性炭脫硫脫硝技術在表現(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運用

活性炭脫硫脫硝技術作為突出的脫硫脫硝技術，在我國火力發(fā)電廠之中都得到了較為廣泛的運用，但是在活性炭的基礎之上，誕生出來了不同的活性炭脫硫脫硝技術運用方案，主要分為錯流式活性炭技術和逆流式活性炭技術兩種不同的活性炭脫硫脫硝技術。具體技術工藝如下所示。

3.1 錯流式活性炭技術

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

圖1 錯流式活性炭技術工藝流程圖

通過圖1可以發(fā)現(xiàn)，錯流式活性炭技術需要兩個吸附塔，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置分層吸附室，均分為前室、中室與后室，煙氣通過進氣煙箱分別通過前室、中室與后室，隨后再次進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，都設置有活性炭去解吸環(huán)節(jié)，能夠及時對吸附產(chǎn)物進行處理，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，不能夠實現(xiàn)對于活性炭的合理科學應用，部分活性炭不能夠充分發(fā)揮其吸附功能。總體而言，錯流式活性炭技術存在活性炭運用不合理，成本控制不科學的技術工藝缺陷。

3.2 逆流式活性炭技術

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

圖2 逆流式活性炭技術工藝流程

逆流式活性炭技術工藝整體上為單塔結構，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層與脫硝層兩層。所排放的煙氣首先需要經(jīng)過脫硫層，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入煙氣，煙氣在內(nèi)部自下而上運動，在運動過程之中分別通過脫硫層與脫硝層。

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，其結構有可以實現(xiàn)活性炭的充分利用，在達到良好脫硫脫硝效果的同時，也將系統(tǒng)運行成本大幅降低[5]。通過實踐證明，運用逆流式活性炭技術工藝，脫硫效率可以達到99%，脫硝效率也可以高于85%，逆流式活性炭技術工藝在應用于火力發(fā)電廠脫硫脫硝的同時，也廣泛應用于鋼鐵廠等具有脫硫脫硝技術需求的企業(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。

4 結語

活性炭脫硫脫硝技術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，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的對比之中，其表現(xiàn)出較大的技術優(yōu)勢，在實際運用之中，活性炭脫硫脫硝技術主要分為錯流式活性炭技術和逆流式活性炭技術兩種不同工藝，而其中逆流式活性炭技術又以其高效率，環(huán)保性等工藝優(yōu)勢得到廣泛認可和運用。