火電廠大氣污染治理中煙氣脫硫脫硝技術(shù)運(yùn)用分析

逄少堃，孫 鵬

（濰坊市生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心，山東 濰坊 261041）

1 火電廠排污現(xiàn)實(shí)情況

火電廠在運(yùn)行期間，主要的生產(chǎn)材料為煤炭，因此，會生成多種大氣污染物，如粉塵、氮氧化物、二氧化硫等。由于各類生成物具有較高的環(huán)境污染性，所以需采取必要措施加以整治。當(dāng)前，國內(nèi)火力發(fā)電生成的氮氧化物，其生成量一直處于逐年增長的狀態(tài)，但結(jié)合國內(nèi)能源結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，煤炭的需求量較大，仍然作為未來能源結(jié)構(gòu)的主要類型。為此，需加強(qiáng)氮氧化物的整治，以維護(hù)大氣環(huán)境的清潔。火電廠重要區(qū)域燃煤鍋爐的排污限值要求詳見表1。

表1 火電廠重要區(qū)域中燃煤鍋爐的排污限值要求

2 脫硫脫硝各項(xiàng)工藝應(yīng)用分析

2.1 現(xiàn)有工藝應(yīng)用分析

2.1.1 濕法脫硫

濕法脫硫工藝主要是充分利用石灰石相關(guān)物料，將其制備成乳濁液，用于消除煙氣中混有的二氧化硫，一般這種脫硫比例不小于95%。在實(shí)際處理過程中，由于石灰石原材料多用于容量較大的鍋爐中，從而可保證高濃度二氧化硫的去除效果。但在此工藝運(yùn)行期間，會引起煙氣系統(tǒng)形成較高的阻力、較大功率、占用空間較大，導(dǎo)致系統(tǒng)技改有難度，且脫硫副產(chǎn)品的市場銷路較窄，多數(shù)充當(dāng)固廢加以處理，增加了二次污染的可能性。

2.1.2 氨法脫硫

氨法脫硫工藝的使用條件較高，要求鍋爐運(yùn)行時保持氮能供應(yīng)穩(wěn)定，才能保證氮肥利用效率。在利用氨法脫硫工藝時，脫硫能效不小于95%，且氨氣未參與脫硝反應(yīng)的數(shù)量不高于3 mg/m3。但應(yīng)用此工藝的投入資金量較多，每噸脫硫劑氨的市價(jià)在2 500～3 000元之間；且系統(tǒng)運(yùn)行會產(chǎn)生較高的電能、水源消耗；同時，在工藝運(yùn)行期間會形成較嚴(yán)重的結(jié)晶、沖刷等腐蝕作用，這主要是因?yàn)榘狈摿蛟噭﹥?nèi)含有一定量的硫酸銨等物質(zhì)，會到達(dá)防腐層位置，從而形成嚴(yán)重的腐蝕作用。而反應(yīng)生成的硫酸銨，會在設(shè)備中處于持續(xù)循環(huán)狀態(tài)，形成較強(qiáng)的沖刷腐蝕作用。若設(shè)備處于長期腐蝕運(yùn)行工況下，會形成嚴(yán)重的設(shè)備腐蝕問題，有礙于脫硫工藝的運(yùn)行。

2.1.3 石灰石脫硫

爐內(nèi)脫硫工藝，是一種二氧化硫凈化的有效方式，適用于循環(huán)流化床凈化處理工序。其工藝流程是，在爐內(nèi)加入石灰石原材料，這時碳酸鈣會在熱量的作用下分解成氧化鈣，分解后會與二氧化硫進(jìn)行充分反應(yīng)，由此可減少煙氣中混有的二氧化硫含量。石灰石脫硫成效詳見表2。

表2 石灰石除硫結(jié)果

此工藝操作方法簡單，但由表2可以看出，脫硫比例的浮動性較大，因此，適用于規(guī)格較小的燃機(jī)設(shè)備。

2.1.4 SCR脫硝

選擇性脫硝處理方法，是在催化工況中使用還原劑，有選擇地進(jìn)行煙氣反應(yīng)，以此分解氮氧化物，使其轉(zhuǎn)化成氮?dú)馀c水。通常，SCR工藝的處理溫度介于300～400℃ 之間，脫硝能效不小于60%。而多數(shù)火電廠在生產(chǎn)期間，只對機(jī)組進(jìn)行性能調(diào)整，采取深度調(diào)峰措施，這時機(jī)組會進(jìn)入低負(fù)荷運(yùn)行工況，同步控制煙氣溫度，但卻間接削弱了SCR脫硝能力，致使氮氧化物排除濃度較高[1]。針對此問題，需加強(qiáng)煙氣溫度調(diào)整，采取鍋爐水混合、多級省煤設(shè)備等方法，以順應(yīng)調(diào)峰工況下的脫硝需求。

2.1.5 SNCR脫硝

SNCR脫硝法是采取控制氮氧化物排出量的形式，達(dá)到脫硝目標(biāo)。在此工藝使用期間，不需要添加催化劑，只是將NH3轉(zhuǎn)變成NOx時的溫度條件設(shè)定為900 ℃，且溫度上下波動不超過100 ℃。這種溫度控制方法，可使脫硝能效達(dá)到30%～50%。需要注意的是，還原劑地添加點(diǎn)位要選在爐膛上側(cè)位置，取煙氣溫度為900 ℃的點(diǎn)位。

2.1.6 低氮燃燒法

該方法是初期對氮氧化物進(jìn)行低濃度燃燒，主要含有燃料分級處理、空氣分級處理、低濃度處理等多種形式。此類燃燒處理方法，旨在控制氮氧化物的生成量。而且，初期進(jìn)行低氮燃燒處理，具有較高的工藝控制難度，通常脫硝比例為10%～20%，多用于氮氧化物含量較小的工況。但如果燃燒生成物中氮氧化物的占比較高，就不可以單用低氮燃燒處理方法，主要是因?yàn)榇朔N燃燒處理無法保證氮氧化物的規(guī)范排放。同時，低氮燃燒處理完成，氮氧化物的含量較小，但會增加一氧化碳的占比，形成二次污染問題。

2.2 新型工藝應(yīng)用分析

2.2.1 海水脫硫

海水脫硫工藝是利用吸收塔，使煙氣與海水處于全面接觸狀態(tài)，利用海水的清洗作用，吸附二氧化硫。其工藝流程是，當(dāng)煙氣與海水相互接觸時，海水內(nèi)的堿性物質(zhì)具有一定去硫能力，而煙氣凈化后會加熱排出；吸收塔傳出的海水添加至曝氣池后，使其與未反應(yīng)的海水融合，對其進(jìn)行集中曝氣處理，可去除海水中吸附的二氧化硫，并保證海水質(zhì)量。此項(xiàng)工藝的脫硫比例不小于95%，顯著減少了火電廠脫硫支出。而且，在進(jìn)行脫硫工藝時，無需添加藥劑，能有效防止二次污染問題的出現(xiàn)。海水脫硫工藝效果顯著，但在使用該工藝時應(yīng)保證火電廠周邊區(qū)域有較多的海水資源，以保證去硫程序運(yùn)行順利。目前，海水脫硫工藝逐步成熟。比如，某火電廠使用吸收塔去硫時，采取海水添加、煙氣降溫、海水除硫的處理順序，此流程的去硫比例達(dá)到了98%。

2.2.2 低溫SCR脫硝

低溫SCR脫硝工藝，延伸了初期火電廠脫硝催化的反應(yīng)條件，選擇低溫工況，并借助催化劑作用，增強(qiáng)了鍋爐氮氧化物的凈化效果。比如，使用浸漬法工藝生產(chǎn)的釩鉬基，在此種催化劑“鉬”的作用下，有效控制了反應(yīng)溫度。在實(shí)際應(yīng)用過程中，如果煙氣空速工況為60 000 h－1，氧氣量占比為5%，氮氧化物濃度為500 μL/L，在300 ℃的條件下可凈化至少90%的氮氧化物，符合火電廠去氮的工藝要求。

例如，在某熱電廠去氮工藝研究中，創(chuàng)建了“NH3－SCR”去硝程序，此系統(tǒng)可在去硫除塵后，進(jìn)行了低塵SCR設(shè)計(jì)，再用金屬氧化物進(jìn)行催化處理。此種工藝在去氮實(shí)踐中，煙氣添加系統(tǒng)的溫度為100 ℃，氨氮比值結(jié)果為1.2，二氧化硫濃度不足3.5 mg/Nm3，煙氣空速參數(shù)測定為4 200 h－1，工況脫硝成效最佳。由于“NH3－SCR”去硝程序投入成本少，脫硝效率佳，符合超低排放需求。

3 聯(lián)合脫硫脫硝的整體工藝應(yīng)用分析

3.1 凈化工藝

在煙氣凈化期間，需創(chuàng)建脈沖射流除塵項(xiàng)目，以保證除塵、去硝、去硫各項(xiàng)工作進(jìn)展順利。通常，火電廠排出的煙氣會含有較高比例的二氧化硫，因此，需使用納基脫硫劑，可將其添加在除塵設(shè)備中，并借助袋外過濾功能，有效凈化二氧化硫，同時，以氨氣為媒介，有效去除氮氧化物，保證煙氣的去除效果。在實(shí)際應(yīng)用中，煙氣去硫去硝的聯(lián)合工藝，能有效保證煙氣的凈化比例達(dá)到85%，保障污染物的凈化質(zhì)量，有效控制了凈化裝置的占用空間，且工藝成本投入較少。

3.2 活性炭

在實(shí)際應(yīng)用中，使用活性炭能高效去除二氧化硫，首先要設(shè)定氧化催化條件，使其轉(zhuǎn)化成硫酸，然后獲取無害作用的硫化物，最后再對其余硫化物進(jìn)行排出處理，增強(qiáng)硝化物的去除效果。通常，在去硫去硝聯(lián)合工藝中應(yīng)用活性炭，當(dāng)系統(tǒng)溫度介于100～200 ℃時，應(yīng)替換使用活性炭，以維持其作用。同時，還要密切關(guān)注活性炭的變化，準(zhǔn)確觀察液氧、煙氣排出量、煙氣添加溫度等各類參數(shù)，從而逐步優(yōu)化活性炭的去硫去硝體系，以切實(shí)提升煙氣的凈化質(zhì)量。

4 借助活性炭的特點(diǎn)，以優(yōu)化煙氣凈化體系為實(shí)例進(jìn)行分析

4.1 項(xiàng)目概述

H火電廠的煙氣凈化程序，以CFGC聯(lián)合去除工藝為主，是借助活性炭的較強(qiáng)吸附能力，有效去除二氧化硫、氮氧化物。同時，保持活性炭加料程序運(yùn)行的平穩(wěn)性，以此提升煙氣凈化的高效性，確保排煙的清潔性。在2019年末，活性炭去硫去硝聯(lián)合工藝系統(tǒng)開始運(yùn)行，但初期運(yùn)行時活性炭程序表現(xiàn)出不足，污染物凈化效果欠佳。因此，為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性，要對此凈化工藝進(jìn)行改進(jìn)，以順應(yīng)清潔生產(chǎn)的各項(xiàng)政策。

4.2 CFGC工藝方案

CFGC工藝方案：首先抽取200 ℃煙氣，使用“GGH+GAH”換熱程序，有效降低了煙氣溫度，使其溫度達(dá)到了130 ℃；然后在吸附塔中添加煙氣，對其進(jìn)行凈化處理，當(dāng)煙氣凈化完成，再將凈化處理完成的煙氣，傳回?zé)焽瑁瑹焽鑳?nèi)壁溫度應(yīng)不低于130 ℃；當(dāng)在活性炭凈化程序中，含有去硫、去硝兩個單獨(dú)程序，去硫獲得的煙氣，會流進(jìn)除硝程序，此時添加氨氣去除氮氧化物，煙氣凈化完成，最后從煙囪排出煙氣。

4.3 活性炭凈化程序

在活性炭凈化體系中含有多個組成部分，如電動葫蘆、布料設(shè)施、鎖氣斗等。而在設(shè)計(jì)緩沖倉時，應(yīng)以單個吸附塔為主體，由此設(shè)計(jì)出活性炭用料的添加方案。而在設(shè)備檢修期間，要清除吸附塔內(nèi)的物質(zhì)。在活性炭凈化程序運(yùn)行期間，設(shè)定為負(fù)壓工況，以此防止粉塵生成。活性炭凈化程序：添加新的活性炭；當(dāng)去硫去硝完成，循環(huán)添加活性炭。而吸附塔中傳出的活性炭，會在鏈斗機(jī)的運(yùn)行下，成功傳送至吸收塔，有效放出二氧化硫氣體，并對其進(jìn)行凈化處理；凈化完成再傳送至酚氰廢水中心，將活性炭進(jìn)行深層處理[2]。需要注意的是，在活性炭傳送期間，會生成較多的粉料，此時系統(tǒng)會回收粉料，可與粉塵共同輸送至高爐噴煤點(diǎn)，以提升活性炭余料資源處理的有效性。

4.4 活性炭凈化工藝現(xiàn)存的不足

4.4.1 活性炭料位調(diào)整不精確

在實(shí)際的處理過程中，去硫去硝程序中的活性炭填料高度，是降低去硫去硝能效的關(guān)鍵條件。逆流吸附的關(guān)鍵在于：活性炭層位置具有一定的可調(diào)整性，如果煙氣含有的硫化物、氮化物占比較高，可調(diào)整活性炭層位置，以順應(yīng)煙氣的凈化需求。因此，為了保證活性炭分布的均衡性，吸附塔單元添加了勻速排出活性炭的程序，以此保持活性炭用料的可用性。同時，為了保證活性炭層位置的控制效果，可使用阻旋式料位調(diào)整設(shè)備。但在項(xiàng)目正式生產(chǎn)后，活性炭加料程序會持續(xù)沖刷料位計(jì)，致使料位葉片處于嚴(yán)重磨損狀態(tài)，當(dāng)葉片磨損導(dǎo)致功能失效后，就會降低接觸程序的應(yīng)用性，從而會減少料位計(jì)的運(yùn)行時間，引起料層位置失控，導(dǎo)致無法保證凈化質(zhì)量。

4.4.2 活性炭排料程序的運(yùn)行能力欠佳

活性炭輸料程序，是凈化程序的關(guān)鍵組成，且在外界氣動活塞的作用下，此裝置在運(yùn)行期間會下調(diào)活性炭層的位置；輸料程序可進(jìn)行各個方向的位置調(diào)整，以保證活性炭層位置變動的有序性，防止活性炭層位置發(fā)生偏移問題。但在輸料程序加料期間，加料路徑表現(xiàn)出控制難度，極易引起兩側(cè)加料失衡問題，而排料裝置氣缸反應(yīng)遲緩，會降低活性炭輸料能力，進(jìn)而會減緩去硫去硝的處理進(jìn)程。

4.5 系統(tǒng)改進(jìn)方案

4.5.1 料位計(jì)改進(jìn)

吸附塔單元合理添加了5個料位控制程序，添加方案如圖1所示。

圖1 料位控制程序的添加方案

由圖1可以看出，在水平視角對稱添加了兩組料位計(jì)，頂層中心方位添加了一組高料位計(jì)，其中，左右兩側(cè)同步添加的料位計(jì)，可增強(qiáng)料位反饋的精確性，能有效應(yīng)對料位計(jì)位置失衡問題。而在吸附塔單元頂層位置添加高料位計(jì)，可回避活性炭沖刷問題，且增加了料位計(jì)的使用時間，以保證高度調(diào)整的有效性。而橫向料位計(jì)方位，為葉片添加了保護(hù)板，能有效抵消活性炭形成的沖刷作用，切實(shí)回避了葉片磨損問題，有效增加了料位計(jì)的運(yùn)行時間，同時也保證了料位計(jì)運(yùn)行的平穩(wěn)性。

4.5.2 優(yōu)化活性炭輸料程序

在凈化程序改進(jìn)時，應(yīng)保持活性炭輸料程序運(yùn)行的平穩(wěn)性。而在程序檢修期間，要排空處理吸附、解吸兩個處理單元，以去除程序殘存的活性炭，便于檢修人員測定程序性能。第一，經(jīng)系統(tǒng)性能檢測發(fā)現(xiàn)：各組模塊的系統(tǒng)定位參數(shù)表現(xiàn)出一定差異問題，證明模塊、輸料等程序，前期系統(tǒng)設(shè)計(jì)時存在定位偏差，由此降低了活性炭輸料的平穩(wěn)性。因此，為了保證輸料程序的運(yùn)行質(zhì)量，提升定位準(zhǔn)確性，可在定位位置添加機(jī)械擋塊，替換行程汽缸；且在輸料、模塊內(nèi)側(cè)等位置，添加雷達(dá)測距設(shè)備，以動態(tài)獲取輸料程序的位置信息，但如果位置信息發(fā)生波動，就要再次進(jìn)行擇機(jī)處理。第二，拆除活性炭輸料程序的減速裝置，調(diào)整氣源壓力，增加輸料速度。同時，減速程序調(diào)整的完成，可顯著增強(qiáng)系統(tǒng)的運(yùn)行能力，且氣缸運(yùn)行無異常。

4.5.3 鏈斗機(jī)改進(jìn)

第一，在系統(tǒng)運(yùn)行期間，鏈斗輸料程序表現(xiàn)出漏料問題，這時可采取調(diào)整鏈斗設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，下調(diào)料斗程序位置，使其位于原有高度的2/3，以此解決漏料問題。第二，為了有效控制物料損失，減少鏈斗機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的磨損問題，可在設(shè)備尾部添加一組管鏈機(jī)，以傳出地面表層的活性炭，并將其輸送至解吸塔中，再經(jīng)下料傳送至鏈斗內(nèi)。這種系統(tǒng)的改進(jìn)方法，可增強(qiáng)活性炭用料輸料的自動性。

4.5.4 振動篩改進(jìn)

在系統(tǒng)運(yùn)行期間，振動篩箱板發(fā)生了穿孔事件。因此，應(yīng)及時處理此事故，可采取補(bǔ)焊措施，添加了304板，板厚為6 mm，以此減少篩板腐蝕問題。在工藝優(yōu)化處理后，能有效降低活性炭形成的粉塵數(shù)量，且活性炭粒度不高于5.6 mm的占比較高。初期使用的振動篩，在煙氣含水量較大時，篩面會黏附較多數(shù)量的物料，極易形成物料堵塞問題，無法保證篩分能效，也由此增加了系統(tǒng)故障次數(shù)。所以，為了有效解決這種故障問題，系統(tǒng)優(yōu)化方案為：引進(jìn)活性炭旋振篩。這種新型振篩能有效去除活性炭，且后續(xù)篩網(wǎng)運(yùn)維操作簡便，篩網(wǎng)更換便利，具有較強(qiáng)的運(yùn)維優(yōu)勢，同時，還可以降低篩板的腐蝕、篩分低效等故障問題的發(fā)生概率。

5 結(jié)論

綜上所述，火電廠生產(chǎn)形成的煙氣，表現(xiàn)出了較高的環(huán)境污染性，因此，需使用煙氣處理工藝，并加強(qiáng)去硫去硝聯(lián)合工藝的研發(fā)，從而有效增強(qiáng)煙氣凈化質(zhì)量。在2020年，H企業(yè)去硫去硝項(xiàng)目改進(jìn)完成，系統(tǒng)運(yùn)行至今并未發(fā)生故障，活性炭程序運(yùn)行平穩(wěn)，切實(shí)達(dá)到了超低排出廢物的目標(biāo)，且活性炭用量相比之前減少了5 t/周，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的生產(chǎn)的目標(biāo)。同時，在系統(tǒng)改進(jìn)完成后，保證了硫化物、氮化物的去除能力，煙氣凈化比例高達(dá)98%，具有較高的空氣環(huán)保功能。在未來，可從物料損耗、設(shè)備運(yùn)維、煙氣凈化等多個方面進(jìn)行深度研發(fā)，增強(qiáng)煙氣凈化質(zhì)量，從而切實(shí)發(fā)揮出CFGC的工藝價(jià)值。