燃煤锅炉烟气治理技术及应用

杨韦

【摘  要】燃煤电厂需要密切关注生产过程中对各类环境污染物的治理，并采取有效的控制措施以减低大气污染物的排放。本文将对燃煤锅炉烟气治理技术及应用进行详细分析，以供参考。

【关键词】燃煤锅炉;烟气危害;治理技术

引言

煤的燃烧过程释放出大量的烟气，其中含有的硫、氮、重金属等污染物质会严重破坏生态环境，是雾霾、酸雨、光化学烟雾等重点环境污染的源头，对人类健康和生存环境造成极大威胁。

1.燃煤电厂烟气的特点和危害

在煤炭燃烧所排出的烟气中含有大量的污染物，包括SO2、NOx、烟尘、CO、重金属、SO3、氯化物、氟化物等，烟气中的污染物所占有的比例和各种元素在煤炭中的比例直接相关，尽管目前燃煤锅炉烟气普遍采取治理措施，排放的污染物浓度较低，但是由于烟气量较大，排放到空气中的污染物总量远多于其他行业。通常燃煤电厂中锅炉排放的烟气具有一定的温度和湿度，而且烟气通过高烟囱排放出去，加上排烟量较大，烟气温度相比周围环境温度要高出很多，再受一定风速的影响，烟气的扩散范围就会更加广泛，在风中传播的过程中就会形成具有连续性的烟流，存留在烟气中的污染物的沉降和转化过程较为缓慢，促使这些污染物能够传播到几百公里甚至几千公里之外。烟气中含有的SO2等酸性物质会形成酸雨，腐蚀金属材料及建筑物;烟气中NOx作为重要的前体物，在阳光中紫外线的影响下会发生光化学反应，形成臭氧，当浓度达到一定范围时，会影响人体呼吸道和心血管系统;烟气中的粉尘含有重金属等物质，通过自然沉降进入自然界中影响动植物的正常生长、污染水源。燃煤电厂烟气具有污染物种类多、总量大、传播距离广等特点，对自然环境造成严重的危害，还会影响人类健康。因此，在现有的燃煤电厂大气污染控制措施的基础上，对烟气污染物进行深度治理很有必要。

2.烟气治理分系统说明

2.1臭氧脱硝系统

在锅炉出口和脱硫洗涤塔的前面有臭氧脱硝技术。根据气相混合的动态原理，臭氧输入装置将臭氧均匀地喷入烟气适应点的烟道中，以确保注入臭氧和烟气中的氮氧化物紧密接触混合，氧化剂在烟道气中迅速分解，并与烟道气中的NOx反应生成NO2，N2O3，O2，但通常不与烟道气中的二氧化硫相互作用。再通过调节脱硫吸收塔中吸收液的喷雾量和浓度，一氧化氮被吸收剂同时吸收并除去。

臭氧反硝化技术具有以下优点：建立臭氧反硝化系统是一次性的投资，在反硝化过程中不使用催化剂，臭氧脱硝系统的安装面积小，在烟道中进行了臭氧脱硝过程的全氧化过程，不需要额外的反应器;臭氧脱硝过程简单，施工时间短;臭氧脱硝技术不需要改变锅炉燃烧设备和加热表面。

2.2湿法除尘器

濕式除尘器使烟道气与水紧密接触，不仅可以净化烟道气中的固体颗粒污染物，还可以去除气态污染物并同时起到冷却作用。湿式除尘器的下部是喷雾除尘区，上部是脱水区，下部装有气栅。除尘水以液态雾的形式从顶部喷到底部，并与从底部到顶部进入塔的烟道气接触，气流和除尘水完全混合并相互接触。在重力的影响下，含水烟雾和灰尘沉淀在塔的底部。除尘区的高度对于确保除尘后的烟道气水含量低以及集尘器的除尘效率为95%以上是必要的。预除尘器和除尘器位于脱硫塔的前后，使湿式电除尘器进口处的粉尘浓度小于50mg/Nm3，系统的最终烟尘排放浓度小于5mg/Nm3。

2.3湿法脱硫系统

系统运行时，脱硫循环泵将碱性脱硫浆液从循环池输送到脱硫塔顶部喷淋区，通过多个锥形喷嘴喷出液雾形式的浆液向下喷，与从底部到顶部进入塔的烟气反向接触，烟气穿过塔的棒状栅栏的水膜层，以3-5m/s的速度向上旋转，与喷洒的浆液充分接触并与吸收烟气中的SO2反应以产生亚硫酸盐，硫酸盐等，实现脱硫。净化后的烟道气进入湿式静电除雾器，然后从烟囱中排出，脱硫副产物石膏可综合利用。

3.燃煤电厂烟气深度治理的措施

3.1脱硫技术措施

脱硫技术措施的使用主要分为三种情况，分别为煤炭燃烧前、中、后脱硫。针对燃烧前脱硫情况，主要是将煤炭中含有的硫成分采用物理方式进行去除，结合煤炭中硫成分含有磁性的特点，减少煤炭中的硫含量。针对燃烧中脱硫的情况，主要是在锅炉内的煤炭高温状态下进行燃烧时，添加碳酸盐类物质，与燃烧过程产生的硫化物产生化学反应，在高温条件下形成固体硫酸盐，和锅炉中的灰渣一同排出。针对燃烧后脱硫的情况，又称为末端治理技术，包括三种脱硫技术路线，分别为湿法、半干法和干法。湿法脱硫是利用氢氧化钠、氢氧化钙、石灰石等碱性吸收剂，与烟气中的SO2发生化学反应生成硫酸盐类物质，这种方式在燃煤电厂中应用较为广泛，技术成熟，脱硫效率高，但是会产生废水。半干法脱硫是在高温烟气中喷入增湿的消石灰等碱性吸收剂，在烟气热量的作用下吸收剂颗粒含有的水分蒸发，同时发生离子化反应脱除烟气中的SO2，半干法脱硫设备简单占地小，但脱硫效率较低，不适用于SO2浓度很高的烟气。干法脱硫是在烟气中直接喷入消石灰、小苏打等碱性吸收剂，通过气固相直接反应脱除SO2，干法脱硫的效率比前两种工艺都要低，一般用于对SO2浓度极高的烟气进行预脱除，降低后续脱硫工艺的负荷，在燃煤电厂应用较少。

3.2浆液冷却技术措施

针对目前燃煤电厂主流的湿法脱硫工艺，采用浆液冷却技术措施，在吸收塔最顶端喷淋层对应的浆液循环泵出口处增加浆液冷却器，当烟气进入吸收塔后与喷淋浆液接触，经过常温蒸发、低温冷凝、相变凝聚等过程，深度脱除烟气中的污染物。低温冷凝环节主要发生在浆液冷凝器的喷淋层，是在常温蒸发区域中存在饱和状态的烟气喷入低温浆液，烟气中存在的一些水蒸气就会冷凝为液态，从而也将烟气的湿度降低。相变凝聚环节主要是引导经过低温冷凝后的烟气通过相变和碰撞产生凝聚情况，再加上除雾器的利用，使得灰尘和雾滴逐渐凝聚增大，其惯性和离心力也会越大，更加易于脱除。经过吸收塔排放的烟气依旧处于饱和状态，但是温度和湿度比之前会降低，这种状态下的烟气被排放出去，由于温差减少，凝结效果会削弱，烟羽现象就不会那么明显。根据计算，假如烟气的温度下降在5℃，冬季和夏季烟囱出口烟气凝结水量相近，烟羽现象削弱会更加明显。

3.3脱硝技术措施

脱硝技术措施的使用主要是为了减少烟气中存在的氮氧化物，并减少氮氧化物对自然环境造成的危害。该技术的使用主要应用在锅炉燃烧中和燃烧后过程，采用非催化还原、催化还原、活性炭吸附等方式。非催化还原是在合适的锅炉温度区间喷入还原剂，利用还原剂与氮氧化物中氮元素化合价不同，将具有毒害性的氮氧化物还原生成氮气。催化还原则是在催化剂的帮助下，在较低的温度下实现氮氧化物还原。活性炭吸附是利用活性炭的微孔结构和较大的比表面积吸附烟气中的氮氧化物，再通过解析制酸，实现了资源化利用。目前燃煤电厂主流的脱硝工艺还是以非催化还原和催化还原为主，因此脱硝效果和还原剂的浓度、反应温度条件等有很大关系，还原剂用量越大，烟气中的氮氧化物脱除效率就越高，但是会造成还原剂利用率低，产生氨逃逸现象。此外，由于脱硝还原反应对于温度区间要求较为严格，为保证一定脱硝效率，势必要影响锅炉的运行工况。

4.结束语

总之，燃煤锅炉烟气治理要引起我们足够重视，并通过有效的烟气治理方法降低烟气的污染性，尽可能降低烟气排放对大气的危害。

参考文献

[1]蒋文举，赵君科.烟气脱硫脱硝技术手册[M].北京：化学工业出版社，2018

[2]周立新，诸毅，陈朝东.工业脱硫脱硝技术问答[M].北京：化学工业出版社，2019