熱電廠燃煤鍋爐脫硫脫硝影響因素優(yōu)化

大唐寶雞熱電廠 曹曉平

1 引言

熱電廠是煤炭燃燒排放大氣污染物的主要源頭之一。燃煤鍋爐是熱電廠的核心設(shè)備之一，其排放的SO2和NOx是主要的大氣污染物之一。因此，熱電廠必須采取有效的脫硫脫硝技術(shù)來減少污染物的排放。目前，主要的脫硫脫硝技術(shù)包括干法脫硫、濕法脫硫和選擇性催化還原（SCR）技術(shù)。本文將介紹這些脫硫脫硝技術(shù)的原理和實施方案，并提出優(yōu)化方案以提高燃煤鍋爐的脫硫脫硝效率和經(jīng)濟效益。

2 燃煤鍋爐煙氣組成及危害

應(yīng)用燃煤鍋爐設(shè)備，會引起煤炭反應(yīng)，產(chǎn)生如下兩種反應(yīng)類型：其一，煤炭發(fā)生完全燃燒，產(chǎn)生大量CO2和少量的SO2；其二，煤炭燃燒不充分不徹底，產(chǎn)生CO、SO2、NO2等產(chǎn)物。燃煤鍋爐煙氣中的SO2和NO2氣體危害均相對較大，如果此類氣體在大氣中大量積聚，則會形成酸雨，使得農(nóng)作物大量減產(chǎn)[1]。

3 煙氣脫硫脫硝技術(shù)現(xiàn)狀分析

煙氣脫硫脫硝技術(shù)一般也可以將其統(tǒng)稱作是“煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)”，能夠在相同的反應(yīng)塔中實現(xiàn)兩個步驟的同時操作，一般一次性能夠同時剔除不少于2種的污染物，工藝步驟精減，能夠盡可能地縮減反應(yīng)裝置的占地面積，并且還能夠進一步減少一次性投資費用。對此，這一技術(shù)逐漸成為全球業(yè)內(nèi)學(xué)者高度重視的一個主要客題，不過大多數(shù)處在實驗階段，并未在工業(yè)化領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模推廣。

3.1 煙氣脫硫技術(shù)

煙氣脫硫技術(shù)是熱電廠中常用的環(huán)保措施之一，能夠有效地去除煙氣中的二氧化硫（SO2），從而減少大氣污染物的排放。然而，當(dāng)前煙氣脫硫技術(shù)也存在一些局限性。

首先，煙氣脫硫技術(shù)需要消耗大量的能源和化學(xué)藥劑，增加了生產(chǎn)成本。目前市場上的脫硫劑價格較高，且脫硫過程需要大量水和電力支持，這增加了企業(yè)的運營成本。

其次，煙氣脫硫技術(shù)只能去除SO2等部分污染物，對于其他的大氣污染物，如氮氧化物、顆粒物等，效果并不理想。這就需要結(jié)合其他環(huán)保技術(shù)來綜合治理大氣污染。

最后，煙氣脫硫技術(shù)還面臨著運維管理難度大、對設(shè)備材料耐腐蝕性能要求高、脫硫設(shè)備容易受到煙氣中的水汽腐蝕等問題。這些問題也會增加設(shè)備的維護成本和安全風(fēng)險。煙氣脫硫技術(shù)分類介紹見表1。

3.2 煙氣脫硝技術(shù)

當(dāng)前煙氣脫硝技術(shù)主要有選擇性催化還原法（SCR）和選擇性非催化還原法（SNCR）兩種方法。盡管這些技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于燃煤電廠中，但是其仍然存在一些局限性。

首先，SCR技術(shù)需要使用大量的催化劑，這些催化劑需要定期更換，成本較高。此外，SCR反應(yīng)需要高溫（通常在200～400℃）下進行，因此需要大量的能源來維持反應(yīng)溫度。這導(dǎo)致SCR技術(shù)的能耗比較高，成本較高。

其次，SNCR技術(shù)的脫硝效率對于煙氣中的氨逸度和溫度十分敏感，因此在實際應(yīng)用中難以控制。此外，SNCR技術(shù)的脫硝效率受到燃燒過程中的氧含量、煙氣流速、反應(yīng)時間等因素的影響，因此需要根據(jù)具體的工況條件進行優(yōu)化。

另外，SCR技術(shù)和SNCR技術(shù)都無法同時達(dá)到高效脫硝和低氮氧化物（NOx）排放的目標(biāo)。在實際應(yīng)用中，必須在高效脫硝和低NOx排放之間進行權(quán)衡。此外，SCR技術(shù)和SNCR技術(shù)都無法同時處理大氣中的氧化物、二氧化碳和其他污染物。煙氣脫硝技術(shù)分類介紹見表2。

4 熱電廠燃煤鍋爐脫硫脫硝優(yōu)化方案

電廠是我國排放NO與SO2的一個不容忽視的重要來源。在2011年年底，國家頒布《熱電廠打氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，其中明確指出排放SO2必須符合限值規(guī)定，使其≤100mg/m3，同樣NO的排放限值也需要≤100mg/m3。在這種情況下，熱電廠實施SO2與NO減排戰(zhàn)略需要盡快推進。國內(nèi)大多數(shù)熱電廠對應(yīng)的脫硫設(shè)施相對完善，而且對應(yīng)的技術(shù)也相對成熟，是有條件進行大規(guī)模工業(yè)化推廣。不過國家已經(jīng)對NO設(shè)置了約束性減排指標(biāo)，所以國內(nèi)煙氣脫硝市場也得以創(chuàng)建與發(fā)展。對此在嚴(yán)格限制SO2排放量的過程中，也要加強NO排放量的嚴(yán)格控制與調(diào)整，并進一步研發(fā)出一些高效節(jié)能低成本的熱電廠鍋爐脫硫脫硝技術(shù)。

針對目前相繼應(yīng)用的鍋爐脫硫脫硝技術(shù)而言，盡管其技術(shù)成熟，但是投入成本偏高，工藝操作步驟煩瑣。其中最關(guān)鍵的是鍋爐脫硫脫硝技術(shù)，其不僅能夠縮減用地，而且還能夠針對性地減少投資成本，操作步驟精減，以便于對其實施自動化控制與調(diào)整。當(dāng)然在進行鍋爐脫硫脫硝技術(shù)優(yōu)化的過程中，必須要注意選擇不同的方向。

4.1 煤種選擇

熱在熱電廠燃煤鍋爐脫硫脫硝優(yōu)化方案中，煤種的選擇是非常重要的。一般來說，低硫煤、低灰分煤和高熱值煤的脫硫脫硝效果較好，而高硫煤、高灰分煤和低熱值煤的脫硫脫硝效果相對較差。在實際選擇煤種時，需要考慮多種因素，如煤的價格、供應(yīng)穩(wěn)定性、熱值、硫分、灰分、水分等指標(biāo)以及燃燒對環(huán)境的影響等。同時還需要綜合考慮鍋爐設(shè)計、燃燒方式、煙氣特性、脫硫脫硝工藝等方面的因素，制定合理的燃煤策略，確保脫硫脫硝效果和燃煤成本的平衡。

4.2 燃燒優(yōu)化

在熱電廠燃煤鍋爐脫硫脫硝優(yōu)化方案中，燃燒優(yōu)化措施是一項非常重要的方案之一。燃燒優(yōu)化通過調(diào)整燃燒工藝和控制系統(tǒng)來改善燃燒效率、降低煙氣排放、減少燃燒設(shè)備的維護和運行費用，同時提高熱效率和經(jīng)濟效益。

4.2.1 風(fēng)量控制優(yōu)化

燃燒空氣對于煤的燃燒有著至關(guān)重要的作用。風(fēng)量的不足或過多都會影響燃燒效率和煙氣排放。因此，風(fēng)量控制優(yōu)化是一項非常重要的燃燒優(yōu)化措施。通過調(diào)整燃燒風(fēng)量和氧量的配比，可以達(dá)到最佳燃燒效果和最低的煙氣排放。

4.2.2 燃燒控制優(yōu)化

燃燒控制是燃燒過程中的重要環(huán)節(jié)，通過調(diào)整燃燒器的燃料供給和空氣流量，可以控制燃燒溫度、燃燒時間和煙氣排放。同時，還可以減少設(shè)備損耗和延長設(shè)備壽命。

4.2.3 煙氣循環(huán)利用優(yōu)化

煙氣循環(huán)利用技術(shù)可以將部分煙氣循環(huán)回鍋爐中再次燃燒，從而提高燃燒效率和熱效率，同時降低煙氣排放和燃燒設(shè)備的維護成本。

4.2.4 調(diào)整煤粉細(xì)度

煤粉粒度會影響燃燒過程中的氧氣分布和燃燒速率，進而影響燃燒產(chǎn)物的排放。一般來說，煤粉粒度越細(xì)，燃燒效率越高，但也容易產(chǎn)生顆粒物和NOx。因此，應(yīng)根據(jù)實際情況選擇適當(dāng)?shù)拿悍哿６龋⑼ㄟ^調(diào)整進風(fēng)量和煤粉噴入量等參數(shù)來實現(xiàn)最佳的燃燒效果。

4.2.5 預(yù)混合燃燒技術(shù)

預(yù)混合燃燒技術(shù)是一種燃燒優(yōu)化措施，在熱電廠燃煤鍋爐脫硫脫硝優(yōu)化中具有廣泛的應(yīng)用。預(yù)混合燃燒技術(shù)通過將燃料和空氣預(yù)先混合，形成均勻的燃燒混合物，從而改善燃燒過程，減少煙氣中的氮氧化物和二氧化硫排放。

4.3 脫硫脫硝設(shè)備優(yōu)化

針對現(xiàn)有脫硫脫硝設(shè)備存在的問題，需要對設(shè)備進行優(yōu)化，以提高脫硫脫硝效率、降低能耗、減少運行成本。

4.3.1 脫硝催化劑優(yōu)化

脫硝催化劑是SCR脫硝系統(tǒng)的核心組件，對脫硝效率和能耗有著重要影響。一般來說，催化劑的選擇應(yīng)考慮其催化活性、耐久性、毒性抗性和價格等因素。此外，需要根據(jù)煤種和燃燒參數(shù)等實際情況，調(diào)整脫硝催化劑的配比和運行參數(shù)，以達(dá)到最佳的脫硝效果。

4.3.2 脫硫吸收劑優(yōu)化

脫硫吸收劑是煙氣脫硫系統(tǒng)的核心組件，對脫硫效率和能耗有著重要影響。

4.3.3 設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化

脫硫脫硝設(shè)備的結(jié)構(gòu)對于脫硫脫硝效率和能耗有著重要影響。一般來說，需要通過優(yōu)化脫硫脫硝設(shè)備的結(jié)構(gòu)，提高脫硫脫硝效率，減少能耗和運行成本。具體措施如下。一是優(yōu)化吸收塔結(jié)構(gòu)，改善氣液分布，減少液滴飛散，提高脫硫效率。二是優(yōu)化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，增加催化劑數(shù)量和活性，提高脫硝效率和NOx轉(zhuǎn)化率。三是采用低壓捕集器和高效過濾器等先進設(shè)備，降低顆粒物排放和能耗。

5 結(jié)語

熱電廠燃煤鍋爐脫硫脫硝是減少大氣污染的重要環(huán)節(jié)。本文提出的熱電廠燃煤鍋爐脫硫脫硝優(yōu)化方案包括選煤、燃燒優(yōu)化和脫硫脫硝設(shè)備優(yōu)化三個方面。通過選用優(yōu)質(zhì)煤炭、燃燒優(yōu)化和設(shè)備優(yōu)化，可以提高脫硫脫硝效率，降低能耗和運行成本，從而達(dá)到減少大氣污染的目的。