论文：火电厂燃煤一体化脱硫脱硝工艺研究

摘要：根据工作实践着重介绍了几种先进的脱硫脱硝技术及其特点、工艺流程和应用前景，并对未来一体化脱硫脱硝工艺提出了看法，以供相关从业人员和企业作为参考。

关键词：火电厂;燃煤;脱硫脱硝技术

0 引言

现代工业的发展是一把双刃剑，一方面给人类带了前所未有物质文明，另一方面也带来了严重的环境问题。由于大气污染排放物导致的雾霾问题已经成为中国切实需要解决的重大环境问题。工业生产中使用煤作燃料而排放的废气是导致大气污染最主要的原因。煤炭燃烧后会排出的SO2和NOx，NOx会和碳氢化合物一起形成光化学烟雾，严重危害人类的健康;SOx和NOx是形成酸雨的主要因素。中国是产煤大国也是用煤大国，新中国成立以来，煤炭在中国发电和工业活动中占据非常重要的位置，年用煤量的一半左右都用于燃煤发电。研究表明，火电厂是中国大气污染物排放大户。在这样的背景下，控制火电厂锅炉烟气中的SO2和NOx迫在眉睫[1]。

1 火电厂脱硫工艺

减少SO2排放，可从两方面入手：a) 在煤炭燃烧过程中控制SO2的产生;b) 利用烟气脱硫技术，消除已生成的SO2。

国内外脱硫技术共有几百种，效果较好且常用于工业实践的包括以下几种：湿式石灰石(石灰)—石膏法烟气脱硫工艺、旋转喷雾干燥法(SDA)、炉内喷钙与尾部增湿活化(LIFAC)、流化床燃烧脱硫、电子束照射法、回流式循环流化床烟气脱硫法、NID法、移动床活性炭吸附法、海水脱硫法等[2]。本文重点探讨前两种工艺。

1.1 湿式石灰石石灰石膏法烟气脱硫工艺

此种工艺在反应塔(吸收塔)中使用石灰石(CaC03)或石灰(CaO)浆液洗涤煤炭的烟气，以此去除烟气中的SO2。具体流程为：首先经除尘器消除粉尘，由底部进入反应塔(吸收塔)向上流动，将石灰石或石灰浆液由反应塔顶部向下喷淋，与烟气接触产生化学反应，结合生成沉淀物，即CaSO3和CaSO4，脱硫后的烟气经烟囱排出。

该工艺化学原理可表达为：

石灰法：2SO2+2CaO+H2O→2CaSO3•H2O

石灰石法：2SO2+2CaO+H2O→2CaSO3•H2O

在脱硫反应塔底部的循环氧化槽中吹入O2，可沉淀物中的CaSO3充分氧化生成副产品石膏，以充分利用资源。使用这种工艺，煤炭烟气脱硫率高达90%～98%，机组容量大，煤炭种类适应性广，工作性能可靠，洗涤剂价格低廉，副产品可以回收，但是需要较大的占地面积和耗水量，初期投产和运行费用较高，实力和空间较小的火电厂不适合采用。

1.2 旋转喷雾干燥法

旋转喷雾干燥法(SDA)以石灰作为脱硫剂，首先将石灰制成消石灰浆，再通过反应塔顶部的快速离心喷雾剂以雾状喷出，与自下向上的烟气充分接触，接触后产生化学反应，烟气中的SO2与石灰生成反应物，随灰尘一起进入除尘器被收集，可循环利用，也可妥善处理。

本工艺的化学反应式为：

石灰消化制浆：CaO+H2O=Ca(OH)2

SO2吸收：Ca(OH)2+SO3=CaSO4+H2O

使用该工艺，火电厂的脱硫率达85%左右，虽然脱硫率较湿式石灰石(石灰)—石膏法略低，但优势在于技术成熟，机组系统运行可靠，工艺流程较简单，占地面积和耗水量较小，流程中没有任何污水和污酸排出。该工艺在1980年被美国一个发电厂投入使用，很快受到欧美各大火电厂的欢迎和应用，中国山东黄岛热电厂和四川自马热电厂使用的就是此种工艺。

2 火电厂脱硝工艺

火电厂降低NOx的排放有两种方法：a) 在煤炭燃烧过程中减少NOx的生成;b) 尽量消除已生成的NOx[3]。

2.1 低NOx燃烧技术

低NOx燃烧技术是以控制煤炭燃烧条件和方法来控制烟气中N向NO的转化以减少NO产生的一种技术。在燃烧过程中控制NOx的生成量应按照以下几个方面要求：a) 降低燃烧过程中的空气和O2含量，使煤炭处于缺氧状态燃烧;b) 控制锅炉中燃烧的温度，谨防局部温度过高;c) 保持锅炉及烟道畅通，缩短烟气在高温环境下停留的时间。

2.2 烟气脱硝技术

对煤炭燃烧后已产生的NOx，可以采取湿法或干法消除，具体常见的方法为：气象反应法、液体吸收法、吸附法等。

a) 气相反应法。该方法又包括三类：电子束照射法和脉冲电晕等离子体法;选择性催化还原法、选择性非催化性还原法和炽热碳还原法;低温常压等离子体分解法。(a)电子束照射法和脉冲电晕等离子体法是利用高能电子产生自由基将NO氧化为NO2，再与H2O和NH3作用生成沉淀物，可作化肥;(b)选择性催化还原法、选择性非催化性还原法和炽热碳还原法，是借助催化或非催化条件下，用NH3、C等还原剂将NOx还原成无害的N2的方法;(c)低温常压等离子体分解法，是利用超高压窄脉冲电晕放电产生的高能活性粒子撞击NOx分子，使其化学链断裂分解为O2和N2的方法;

b) 液体吸收法。这是一种常见的脱硝方法，液体吸收法中所谓的“液体”包括水、碱溶液、HNO3、H2SO4等。但因为NOx非常难溶于水或碱溶液的因素，所以该方法脱硝效率较低;

c) 吸附法。利用分子筛、活性炭、天然沸石、硅胶及泥煤等作为吸附剂来脱除NOx的方法，其中一些吸附剂还有催化的作用，可以把烟气中的NO转变为可以用水或碱吸附回收的NO2。该方法具有脱硝效率较高的优点，但需要的吸附剂剂量、场地、设备较大，因此在实际生产中使用较少。

3 火电厂一体化脱硫脱硝工艺

3.1典型的烟气一体化脱硫脱硝工艺

一体化脱硫脱硝工艺是当前火电厂环保工程的新方向。当前比较通行的是Wet-FGD+SCR组合工艺，即湿式烟气脱硫(Wet-FGD)和NH3选择性催化还原(SCR)技术融合而成的新工艺。

a) Wet-FGD是利用碱性浆液或溶液作吸收剂，与SO2反应生成硫酸盐产物来除去SOx。以石灰石或石灰作为吸收剂的强制氧化湿式脱硫方式是其中典型代表。使用这种工艺脱硫率和吸收剂利用率均可高于90%，但这种工艺的缺点是：设备工程和用地庞大、初期投产费用较高、生产过程中容易产生二次污染;

b) NH3选择性催化还原脱硝工艺的原理是利用催化剂在含氧环境中将煤炭废气中NOx经NH3还原为N2和水。该工艺技术成熟可靠，良好状态下脱硝率最高可达90%，在发达国家使用广泛，但该工艺投资较大，生产时增加了提前预热烟气处理环节，所需的催化剂价格昂贵，还有NH3泄漏和设备腐蚀等安全隐患。目前业界正在研究以CH4、C3H6、C3H8及C8H18等有机化合物代替NH3作为催化剂在低温中进行生产的工艺改良方法，并已初步投入实际使用。

3.2新兴的烟气一体化脱硫脱硝技术

为更好地同时脱硫脱硝，除了对原有的工艺进行改良外，还发明了更新型的技术，如高能辐射化学法和脉冲电晕等离子体法。

a) 高能辐射化学法又叫做烟道气照射法，目前主要有电子束照射法和脉冲电晕等离子体法。电子束照射法(EBA)是用阴极发射并经电场加速形成的高能电子束来辐照烟气，进而生成自由基，在通入NH3的环境下与废气中的SOx和NOx反应，生成NH3NO3和(NH4)2SO4等可以回收利用的副产品;

b) 脉冲电晕等离子体法(PPCP)是一种与高能辐射化学法基本原理相似的工艺，只是用于照射的高能电子有不同来源。PPCP法的高能电子是从电晕自身放电而来的，然后利用上升前沿陡、窄脉冲的高压电源与电源负载一电晕电极系统(电晕反应器)组合，在电晕与电晕反应器电极的气隙间产生流光电晕等离子体，从而对SO2和NO进行氧化去除。

4 结语

火电厂脱硫脱硝工艺方面，国内外已经开发了多种实用的工艺，新的工艺也在不断改进和开发过程中。火电厂燃煤烟气中的SOx和NOx的浓度虽然不高，但因为火电厂燃煤量大，因此SOx和NOx产生总量非常巨大，严重危害环境。对火电厂来说，使用两套装备分别对两种有害物质进行处理，必然会面临资金投入高、占地面积大、人力资本高、运行管理复杂等问题。近年来世界各国纷纷开展了同时脱硫脱硝工艺的研发与应用，但目前技术仍不成熟，没有大规模应用。根据中国的实际情况，现在火电厂脱硫脱硝技术的研究和应用应注重缩小占地面积、减少工艺流程、降低投资运行金额、提高生产效率、提升产业化应用水平，并且重点研究切实可行的一体化脱硫脱硝技术。

参考文献：

[1]葛荣良.火电厂脱硝技术与应用以及脱硫脱硝一体化发展趋势[J].上海电力,2007(5):458.

[2]宋曾林,王丽萍.火电厂烟气同时脱硫脱硝技术进展[J].热力发电,2005(2):6.

[3]杨巧云.火电厂脱硫技术综述[J].环境保护科学,2008(6):8-10.

原标题：火电厂燃煤一体化脱硫脱硝工艺研究