電廠煙氣脫硫脫硝技術(shù)應(yīng)用與節(jié)能環(huán)保技術(shù)探討

國能（福州）熱電有限公司 蒲東海 陳永光 倪雨婷

1 引言

二氧化硫、氮氧化物作為大氣污染主要物質(zhì)，具有極大危害性。而該類物質(zhì)是電廠主要排放源，對大氣環(huán)境、空氣質(zhì)量造成嚴(yán)重?fù)p害。煙氣中包含大量的硫硝，為實現(xiàn)環(huán)境保護(hù)發(fā)展目標(biāo)，需要提高對環(huán)境的電廠煙氣脫硫脫硝技術(shù)的重視程度，選擇合理的脫硫脫硝技術(shù)，降低對生產(chǎn)環(huán)境的不良影響。

2 煙氣脫硫脫硝工藝

2.1 固相吸收再生工藝

2.1.1 活性炭

對于活性炭脫硫脫硝工藝來說，其主要的工藝原理是指對含碳量較高的物質(zhì)進(jìn)行碳化，制成相應(yīng)的活性炭。經(jīng)過碳化后的物質(zhì)吸附性較強(qiáng)，有效將廢氣中的有害物質(zhì)清除、脫除干凈。在工業(yè)廢氣凈化中的應(yīng)用較為廣泛，業(yè)內(nèi)也較為認(rèn)可該種脫除方法。硫酸的形成原理為：2SO2+O2+2H2O→2H2SO4，在吸收完塔內(nèi)氨后，即可脫除NO。當(dāng)煙氣中的SO2濃度較高的情況下，活性炭以SO2脫除為主。隨著入口煙氣中的SO2濃度的提升，所要消耗的氨也越多，其工藝流程如圖1所示。通常情況下，SO2的脫除率可達(dá)98%以上，吸收塔出口煙氣粉塵的含量低于25mg/m3。有效去除廢氣中的碳?xì)浠衔铮诉^程中無須添加工藝水即可達(dá)到實際的應(yīng)用效果。通過降低廢水處理頻率，減少廢水處理環(huán)節(jié)的方式，使得反應(yīng)溫度能夠合理控制在煙氣排放溫度范圍內(nèi)。當(dāng)完成凈化后煙氣并不需要加熱處理，該種方式有助于實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。

圖1 活性炭脫硫脫硝工藝流程

2.1.2 CuO 脫硫脫硝

CuO 脫硫脫硝過程中溫度通常控制在350～450℃，在與煙氣中SO2發(fā)生反應(yīng)后可形成較高的催化活性，CuSO4吸收飽和后將再一次再生，此過程中釋放出的SO2能夠制酸，得出金屬銅。在溫度為400℃左右的吸收塔內(nèi)產(chǎn)生的反應(yīng)式為：2SO2+2CuO+O2→2CuSO4。CuO 脫硫脫硝的優(yōu)勢在于不會產(chǎn)生固態(tài)二次污染問題，經(jīng)過脫硫后的煙氣無須再次加熱。脫硫劑則能達(dá)到再生循環(huán)利用的目的，有效降低鍋爐排煙的溫度。

2.1.3 固催化脫硫脫硝工藝

該脫硫脫硝工藝是使用氧化、氫化進(jìn)行催化反應(yīng)，并將元素硫當(dāng)作副產(chǎn)物予以回收。WSASNOX 工藝作為濕式洗滌技術(shù)的脫硝率可達(dá)95%，與此同時，能耗量較低，粉塵排放量也較少。SNRB技術(shù)可將SO2和NOx 的顆粒收集到統(tǒng)一設(shè)備內(nèi)，并噴入鈣基吸收劑，從而脫除SO2，SCR 催化劑則可清除NOx，為保證反應(yīng)溫度的適宜性，在此過程中應(yīng)用的布袋除塵器一般放置在換熱器附近。該種方式能夠?qū)⒚摿蛎撓跖c除塵有機(jī)結(jié)合起來，確保吸收劑的利用效率，提高設(shè)備的應(yīng)用效率的基礎(chǔ)上，節(jié)省資金投入[1]。

2.2 高能電子活化氧化脫硫脫硝

對于高能電子活化氧化脫硫脫酸來說，其內(nèi)容是以產(chǎn)生高能自由基的方式完成SO2和NOx 后和氨反應(yīng)生成鹽。該技術(shù)由電子束氨法和脈沖電暈氨法組成。電子束氨法是在高能電子束輻射能量的影響下，產(chǎn)生大量的自由基，同時生成相應(yīng)的硫酸與硝酸的過程。電子束氨法工藝流程如圖2所示。其優(yōu)勢在于無須處理廢水，可直接排放到大氣中，在此過程中資金投入較低。脈沖電暈氨法是以電子束法為依托，電極中加入高壓脈沖電源的方式進(jìn)行放電。為電子在自由程中的加速提供能量支持。常溫下的非平衡等離子將產(chǎn)生高能電子與O2-、OH-活性子，可氧化工業(yè)中的分子，盡可能減少污染物的產(chǎn)生。該種脫硫脫硝工藝去除率可達(dá)85%以上，去除效果較佳。僅提高電子溫度且設(shè)備較為簡單，降低了造價與運(yùn)行成本。

圖2 電子束氨法工藝流程

3 煙氣脫硫脫硝技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

煙氣脫硫是對電廠煙氣內(nèi)的SO2進(jìn)行吸收與去除，尋找治理效率更高的脫除效率方法，達(dá)到經(jīng)濟(jì)適用的發(fā)展目標(biāo)。煙氣脫硫脫硝技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢在于能夠?qū)崿F(xiàn)煙氣凈化的同時，管理簡單、操作簡單，且無須投入大量的運(yùn)行費(fèi)用。因此，得到了廣泛的關(guān)注，在脫硫脫硝過程中是將氧化鈣與水作為主要的原材料。當(dāng)采用石灰石石膏法進(jìn)行脫硫時，其反應(yīng)式為：2Ca(OH)2+2SO2→2CaSO3+2H2O。煙氣脫硝則主要是解決煙氣廢氣中的氮氧化合物排放，以選擇催化還原以及非選擇性催化還原法為主。現(xiàn)階段，煙氣脫硫脫硝技術(shù)在電廠中的應(yīng)用愈加廣泛，環(huán)保法對電廠煙氣脫硫脫硝有了更高的要求，其中脫硫率高于95%、脫硝率高于90%。由于煙氣中的硫與硝混雜在一起，傳統(tǒng)的分解技術(shù)在有害物質(zhì)處理效率方面并不理想，無法滿足污染氣體的處理要求。與此同時，將為環(huán)境帶來破壞和影響，在經(jīng)濟(jì)上、環(huán)保上都體現(xiàn)出了該技術(shù)的弊端[2]。因此，有必要進(jìn)一步探究現(xiàn)代化的煙氣脫硫脫硝技術(shù)。

4 電廠煙氣脫硫脫硝技術(shù)應(yīng)用

4.1 海水脫硫技術(shù)

電廠煙氣脫硫脫硝技術(shù)中選擇合適的技術(shù)才能確保脫硫效率。脫硫效率的公式為：脫硫效率=（裝置進(jìn)口二氧化硫濃度（mg/m3）－裝置出口二氧化硫濃度（mg/m3））/裝置進(jìn)口二氧化硫濃度（mg/m3）×100%。對于海水脫硫技術(shù)來說，其優(yōu)勢較為明顯。該種技術(shù)可借助海水中存在的堿去除煙氣中的二氧化硫，進(jìn)而降低煙氣中的二氧化硫濃度，實現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)。在實際的應(yīng)用過程中的主要原材料為海水，并不涉及化石燃料，因而具有良好的清潔作用。而海水資源較為豐富，因此成本也較低，但所獲得的經(jīng)濟(jì)效益卻極高。該種技術(shù)的應(yīng)用對電廠的廠址選擇尤為重要，只有在距離海水資源較近的位置才能發(fā)揮海水脫硫技術(shù)的積極作用。如果電廠與海水資源的距離較遠(yuǎn)，此時則需要長距離運(yùn)輸海水資源，處理的成本過高，因此，在實際應(yīng)用過程中應(yīng)結(jié)合實際情況選擇是否選擇該種方式。

4.2 石灰石-石膏脫硫脫硝技術(shù)

現(xiàn)階段，石灰石-石膏脫硫脫硝技術(shù)在電廠中應(yīng)用較為廣泛，該種技術(shù)清潔、環(huán)保性能較好。在長時間的應(yīng)用過程中工藝流程已經(jīng)十分成熟，且應(yīng)用效果較好、處理效率高。與其他脫硫脫硝技術(shù)相比，石灰石-石膏脫硫脫硝技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在能夠確保煙氣中的硫與硝得到有效的控制，降低煙氣對空氣質(zhì)量的影響。在石灰漿液制備系統(tǒng)、煙氣粉塵系統(tǒng)以及脫硝系統(tǒng)的支持下，煙氣內(nèi)的硫硝物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)下被吸收。如果在反應(yīng)時發(fā)生空氣混入的情況，亞硫酸鈣在發(fā)生氧化反應(yīng)的同時生成相應(yīng)的石膏，確保煙氣凈化效果。煙氣脫硫中物理和化學(xué)反應(yīng)相對復(fù)雜，吸收塔包括吸收區(qū)、氧化區(qū)以及結(jié)晶區(qū)。吸收塔漿池的層存并不相同，其物理化學(xué)過程原理主要有四種。一是SO2溶于液體，吸收區(qū)內(nèi)的煙氣以及液體在接觸中SO2在溶解后將轉(zhuǎn)化為亞硫酸。二是酸離析，SO2離解過程中，H+轉(zhuǎn)為游離態(tài)，pH 酸堿度隨之降低。漿液中的H+不斷增加過程，使得SO2的溶解量降低。為此，需要及時清除H+。三是中間產(chǎn)物的中和反應(yīng)，Ca2+和溶解后的酸反應(yīng)發(fā)生在吸收區(qū)，有效降低了HSO3-的濃度，有助于提升脫硫效率。四是硫酸氫鈣氧化。HSO3-氧化后，pH 值一般在5.5左右，并產(chǎn)生H+，生成溶解的硫酸鈣。

但該種方式也存在一定的弊端，即煙氣在處理過程中容易產(chǎn)生廢氣，若處理不當(dāng)容易對空氣質(zhì)量造成不利影響。所以，在應(yīng)用該技術(shù)時，操作人員一方面需要明確操作流程，保證各環(huán)節(jié)操作的有效性；另一方面則應(yīng)充分了解電廠的實際運(yùn)行環(huán)境，再進(jìn)行技術(shù)的應(yīng)用，使得技術(shù)應(yīng)用合理、可靠。

4.3 高能輻射技術(shù)

高能輻射技術(shù)是在煙氣處理時，在輻射的作用下去除煙氣內(nèi)的硫、硝物質(zhì)。目前，多數(shù)電廠使用的高能輻射技術(shù)包括脈沖電暈等離子以及電子照射法。電子照射在實際的應(yīng)用過程中依賴電子加速器對煙氣內(nèi)的硝酸和硫酸以氣化處理的方式完成有害物質(zhì)清除。運(yùn)用電子加速器使得煙氣中存在的硫、硝物質(zhì)發(fā)生高強(qiáng)度的氧化反應(yīng)形成硫酸硝，煙氣得到凈化和處理。脈沖電暈等離子則主要是依靠高能電子分裂煙氣中的水分子和氧分子，有害物質(zhì)即可分解為氧化型離子。二氧化硫可從煙氣中脫離，為煙氣凈化奠定基礎(chǔ)[3]。

4.4 氯酸氧化技術(shù)

電廠煙氣脫硫技術(shù)中的氯酸氧化技術(shù)，通常需要將氯酸轉(zhuǎn)為噴霧狀強(qiáng)氧化劑，在完成上述步驟后，才能氧化為一氧化氮與二氧化硫。氯氣氧化技術(shù)中形成的氯酸養(yǎng)護(hù)噴劑噴入到煙道脫硫脫硝容器后，即可達(dá)到轉(zhuǎn)換氯酸中有害物質(zhì)的效果。氯酸氧化技術(shù)的優(yōu)勢表現(xiàn)在能夠有效節(jié)約時間，可同時處理硝酸與硫酸，在輔助設(shè)備的幫助下展開分段處理，經(jīng)過氧化吸收后可降低硫酸去除率。氧化劑的作用下，對煙氣中的金屬進(jìn)行全面清除而無須再次選擇化學(xué)氧化還原劑，保證操作人員的安全。氯酸氧化技術(shù)穩(wěn)定性較強(qiáng)，在常溫下、濃度吸收較低的環(huán)境下都能正常使用，在煙氣脫硫脫硝中具有良好的表現(xiàn)。

5 煙氣脫硫脫硝技術(shù)節(jié)能環(huán)保發(fā)展趨勢

目前，電廠在脫硫脫硝技術(shù)的應(yīng)用方面，相關(guān)技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)依然存在一定的不足。為滿足節(jié)能環(huán)保的要求，電廠需要根據(jù)自身的實際發(fā)展情況，制定符合自身生產(chǎn)的技術(shù)規(guī)范。作為相關(guān)部門應(yīng)積極成立技術(shù)研究小組，探索更具兼容性的技術(shù)規(guī)范，提升技術(shù)應(yīng)用效果。例如，通過開發(fā)智能系統(tǒng)的方式收集和整理相關(guān)信息內(nèi)容，將環(huán)保規(guī)范要求輸入到智能系統(tǒng)中，積極構(gòu)建知識庫實現(xiàn)信息的快速檢索和查詢[4]。

6 結(jié)語

電廠在生產(chǎn)運(yùn)行中產(chǎn)生的煙氣對空氣質(zhì)量產(chǎn)生了不良影響，甚至對人體的健康造成損害。為實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)，保護(hù)人體生命健康，需要提高對煙氣脫硫脫硝的重視程度，通過深入分析電廠實際運(yùn)行情況的方式，選擇科學(xué)、合理的脫硫脫硝技術(shù)，滿足電廠可持續(xù)發(fā)展要求的同時，提高煙氣凈化效果和能源的利用率，為實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)奠定良好的基礎(chǔ)條件。