电厂锅炉脱硫脱硝及烟气除尘技术

石学刚

（国家能源泰安热电有限公司，山东泰安 271000）

燃料发电厂是我国能源消耗和污染物排放量最大的源头，燃料电厂的生产系统急需进行脱硫脱硝改造和烟气除尘技术的改造，以此减少电厂生产过程中排放的污染量，使能源利用效率得以提升。按照国家有关计划限制电厂的燃煤排放，在满足电厂安全生产的基础下保证电厂锅炉的负荷能力和抗震性，并采用最新技术和设备，保证燃煤发电装置实现超低排放。

1 燃煤脱硝技术概述

煤炭的主要成分是各种易燃的矿物质，煤炭作为一种重要材料，在我国的工业生产和采矿领域中应用广泛。各种氮氧化物产生于煤炭的剧烈燃烧过程。氮氧化物形成的主要方法有三种：第一种是快速的氮氧化反应。在高温环境下，煤中的烃正离子基团与周围空气中的气态氮发生反应，形成氮氧化物。第二种是热氮氧化过程，大量的热量产生于煤炭燃烧过程中，加快了N2和O2在干净空气中进行化学反应生成NOx 的速率；第三种是制作NOx 燃料。煤炭经过剧烈燃烧在高温下分解成正离子化合物后与CO2在干净的空气中发生一系列化学反应，最终形成NOx 的过程。当将上述三种不同形式的NOx 彼此分离时，许多有危害的气体会转变成以液体形式存在的元素和物质，由此带来的结果是降低了缓慢形成的有害气体的排放量。通过利用以上的三种方法可从最大程度上减少由于燃煤引起的污染物排放量，进而实现我们保护环境的最终目的[1]。

2 电厂锅炉脱硫脱硝及烟气除尘技术的技术特点和现状

2.1 意义和技术特点

除了碳之外，原煤还包含其他可能对大气造成危害的元素，例如硫和氮。这些元素的氧化物会破坏大气环境和生态环境。倘若直接燃烧原煤，不仅会减少碳元素的利用，原煤中有害元素的氧化物也会直接排放到大气中，这些氧化物被释放到大气中会产生酸雨和光化学烟雾等大气污染现象。电厂的脱硫脱硝、烟气除尘技术的应用改善了这一现象，不仅大大减少了污染物的排放，而且在一定程度上提高了煤炭资源的利用率，降低了电力成本。

脱硫脱硝和烟气除尘技术具有许多其它技术不具备的独特的优势。第一，该技术无需大量人力，过程并不复杂，操作方便。第二，无需大量人力，所需的电力成本也不多，运行成本低是该技术的另外一个优势。最后，这项技术具有很好的适应性。该技术可以在任何型号和规模的发电厂锅炉运行中使用，也不会有二次污染的产生，这样一来可以保证在发电过程中产生的污染物排放量处于最低。

2.2 现状

我国社会不断发展，经济也越来越好，在此基础上国家对环境保护的要求越来越高，在不愁衣食住行的情况下，当代人也开始追求“绿水青山”的优美环境。在这种情况下，迫切需要治理在电厂发电过程中产生的大量空气污染物。火力发电厂的发电过程中使用最多的减排技术就是脱硫脱硝技术和烟气除尘技术，该技术为我国环保事业做出了巨大的贡献。但是，我国的脱硫脱硝技术和烟气除尘技术还远远比不上国外的先进技术[2]。所以，火电厂企业应参照自己的实际情况积极创新和改进该技术，使该技术更好地服务于企业，推动企业节能减排工作的进行，让企业在市场具有更好的竞争力。

3 锅炉脱硫脱硝及烟气除尘技术

由于燃煤而产生的硫和硝若是不经过一系列的净化处理就直接排放到大气中，这样做肯定会对周围环境和大气带来严重的影响，还会破坏整个生态系统的平衡。由于环境污染导致人类的生存环境受到侵害，由此造成的经济损失将无法估量。从我国社会和经济的长远发展来看，要想实现工业、资源和环境的可持续发展，我们必须采取措施降低由电厂锅炉燃烧煤炭产生的硫和硝排放量。相关部门制定了相应的烟气排放标准来约束这种行为，而且在通过各部门的核查和监督后取得了较好的效果。

3.1 干法烟气脱硫脱硝技术

该技术需要在相对干燥的环境中完成，在脱硫脱硝过程中，我们可以利用一些特殊粉末、颗粒和吸收剂等来除去烟气中的硫和酸。为了防止锅炉设备被强酸腐蚀，技术处理的整个过程都需要在干燥的环境中进行。该技术应用于企业的过程中，大多数企业使用等离子体法和荷电干喷法。等离子体法是通过高能电子在烟气处理过程中有效分解（NH4）2SO4和NH4NO3化肥，这样便能达到脱硫脱硝的目的，可以减少烟气中硫和硝的含量，达到减少环境污染的目标。荷电干喷法是把吸收剂当作一种介质，吸收剂能快速流过机器的充电区域，反应时间大大缩短，这样就能对烟气进行脱硫脱硝并除尘。

3.2 湿法烟气脱硫脱硝技术

该技术是锅炉中最常用的脱硫脱硝和除尘技术，具有突出的技术优势。这项技术能够实施的关键是吸收剂的使用，该吸收剂用于在不同阶段下吸收烟道气中的SO2和SO，从而对锅炉废气进行脱硫处理。高碱度的物质在此过程中常被用作吸收剂，废电石渣便是其中一种吸收剂。利用碱性硫酸镁这样的类似碱性物质能够有效地中和掉存在于烟气中的硫，从而去除SO2。

在某些锅炉工厂里，烟气脱硫脱硝主要利用的是石灰石-石膏这种湿法工艺,该工艺效果也很好。充分利用石灰石-石膏来吸附废硫和废硝是该工艺的关键之处。该技术经过多年的革新，目前它的脱硫率已高达91%。副产物可以在脱硫后再利用是该技术的最大优势。废物利用率得到了最大限度的提高，同时也降低了烟气中脱硫脱酸浓度，避免了废物的积累和浪费，并且满足相关的环保要求[3]。

3.3 半干法烟气脱硫脱硝技术

该技术有以下特点：工艺复杂，需要固、液、气的协同作用、是一种湿热蒸发化学反应，结合袋式除尘器来提升脱硫脱硝效率。该技术有以下两种方法：一种是旋转喷雾干燥法，此方法投资成本低。炉内喷雾钙加湿活化法是另外一种方法，该方法最后能达到80%以上的脱硫率，在脱硫脱硝设备中放置活化反应器，通过喷水加湿来加快烟气和吸收剂的化学反应，同时提高脱硫率，最大程度地节省了投资成本。

3.4 活性炭应用

在低温环境中的烟气，对除尘和脱硫脱硝的技术要求更为严格，关键环节是要选择更合适的吸附剂。活性炭表面上存在大量不规则的细孔，具有强大的吸附能力。烟道气中的水蒸气在通过活性炭脱硫时与SOx 和稀HSO4发生化学反应，产生大量的质子，SO2的还原性因此得到大大的提升[4]。当物理吸附和化学吸附同时使用时，烟道气中的水蒸气和O2高于标记值时，化学吸附可以减少烟道气中SOx 的含量。需要我们注意的是：整个过程吸附能力越高，需要不断扩大设备的体积。因此，只有活性炭的结构和化学特性得到合理利用才能达到除尘和脱硫脱硝的目的。

3.5 湿式电除尘器

火电厂里，蒸汽锅炉在初期运行时的除尘技术很稳定，能达到很好的除尘效果。从长远来看，电极高速旋转的使用以及静电除尘的后续处置工作是未来发展的主要方向。在热电厂中，旋转快速的正极是由清洁刷和转动阳极金属板一起在阴极反应区中形成的。在存在很多灰尘并累积达到某种厚度时，为了防止产生二次烟尘，必须将灰尘清理干净。在实际生产中进行静电除尘时，在粉尘排放污染的基本标准很高时就需要用到加湿的静电除尘器。

1）加湿式静电除尘器。现在市场上有各种各样的真空设备，使用真空设备能避免二次扬尘污染。不仅如此，它的除尘效率还很高，一般都能达到70%左右。在制造和生产蒸汽锅炉时，烟气的脱硫脱硝技术和除尘技术的应用还受到很大的限制，具有局限性。我们可以在工作时通过利用干式预旋转电极表面除尘器，再在锅炉烟气完成后采用湿式除尘器工作，以此来增加热量达到完成任务的目的，一次除尘效率可以得到明显的提高。

这个时候，空间中的各种气体会形成H2O2，正在燃烧的各种液滴和小颗粒将被人体吸附，最后捕获污染物中的小颗粒。可以把它们放在自动集尘盘中，用此来吸附较小的灰尘颗粒，这些颗粒一般都是金属材质。相比较而言，干式电动旋风除尘器将灰尘收集在一起是通过振动和声音的不同来工作的。

2）湿式电袋除尘器。这种除尘器可以将烟雾中的有毒小颗粒收集在集尘器表面上，以达到当前的一种下溢状态。合理地利用某些洗涤方法能够有效收集灰斗中的灰尘。两种技术之间有着许多不同之处，浓烟之间的差异性也很大。干燥静电旋风分离器在运行时的温度和湿度都很高，这个时候室内温度也随之升高，湿式静电袋式除尘器的湿度比干燥静电旋风分离器还要高，在运行时还会有很多液滴形成。因为有机过程有不同的类型，配备水分配系统的运作将由湿式静电旋风分离器的阴极板来控制，水蒸气被喷入到反电极中去。

电场里小小的白雾被雾化到电极上。电场的作用是使小的水蒸气和较大的金属质地的灰尘颗粒粘附在一起，从而去凝结一些小的加湿颗粒，电场在这里的作用是收集较小的金属颗粒，其中灰尘颗粒的作用是使其产生驱动力。集尘器中的水雾可以在其表面层上形成水膜,且水膜的质量很高，收集到的灰尘就会被水膜洗干净后流入到烟灰桶中去，这样一来仪器上的灰尘就清理干净了[5]。

有一些湿式静电袋式集尘器中没放置可以喷射该系统的任何设施，而且烟道气中多余的水处于一个饱和又稳定的状态。集尘器可以把水蒸气收集起来，而水蒸气薄雾仍会在表面上形成可以除去灰尘的水膜。我们只有确定了通过叶面喷水实施精制系统，才能使操作结果最优化。

3.6 布袋除尘器

这种除尘器的工作原理是通过滤袋（一种滤器组件）将固体、细小的液体颗粒或者气体分离后收集，是一种高效除尘装置。

布袋除尘器的主要组成部分是滤袋，它是由滤料制成的，形状像一个袋子，所以称其为滤袋。集尘器的内部有固定的金属框架，纤维材料是过滤材料的基础。针对新的袋式集尘器而言，长纤维层是过滤器的次要功能是否能体现的决定因素，实际上长纤维层的孔径较大，而且该集尘器的除尘效果不好，除尘滤低。在过滤过程中随着时间的推移，过滤材料的表层上滞留了一些较大的灰尘颗粒，这些颗粒会在灰尘氧气流开始时形成一个小的颗粒层，过滤袋表面的孔径也会因此慢慢变小，这样一来就能拦截更多更小的灰尘颗粒，除尘效果得到提高，除尘率也增加了。

主过滤器是一种灰尘喷射室，增大多孔结构的直径会造成静电除尘器和一次集尘器的除尘率降低。位于过滤材料的外表面上的灰尘是袋式旋风除尘器除尘率高的关键之处。

所以，设计合理时可以使用灰尘层，配备有较大滤网的滤布也可以除去过大或过小的灰尘颗粒。而袋式过滤器也存在一些缺点，比如因为操作过程中阻力大，过滤材料的寿命会受到灰尘和酸露点的总体温度的影响；通过振动操作清洁袋子时有可能损坏袋子。在过滤过程中，无论大的煤尘颗粒还是小的煤尘颗粒都会使袋子遭到磨损，袋子的实际使用寿命会受到影响，袋式除尘器的平均寿命一般还不到2 年，这就导致袋式除尘器在发电厂中的应用受到很大的限制。

3.7 旋转电极除尘技术

旋转电极除尘技术与静电除尘技术之间在工作内容上没有本质的区别。电场的阴极和阳极两个部分组成了旋转电极除尘设备，除尘装置被装在阳极处。在烟气除尘过程中，只有设备中的粉尘积累到一定程度时，烟气中的粉尘才能完全被去除。设备需要清洁的区域不限于灰尘积累的区域。在设备旋转过程中，烟气中的灰尘也可以被清除。

锅炉必须确保除尘设备在其运作时具备较高的稳定性，保证烟气除尘达到最佳效果和效率。除尘技术已经经历了多个阶段的发展和改善，旋转电极除尘设备在企业中被用得最多，该设备在阳极部分使用旋转的灰尘清洁刷，当累积的灰尘达到一定厚度时被完全清除，避免了设备中二次灰尘的产生。在设备运行过程中，除尘效果更好，在最终排放过程中可最大程度降低其溶解度。

4 各项技术的未来发展

4.1 脱硝技术的发展

脱硝技术主要采用两种方法，一种是低氮燃烧技术；另一种是SCR 烟气脱硝技术。两种技术都可以使燃烧更加充分，并实现充分的脱硝效果。目前，火力发电厂的烟气脱硝技术通常采用以下三种方法：一种是将还原剂放入烟气中，并利用化学反应生成N2和水,温度达到350℃左右时，脱硝率可达90%。第二种是SNCR 烟气脱硝技术。这项技术的反应器是一个炉膛。当炉膛温达到850～1100℃时，脱硝还原剂分解的氨气与炉内产生的氮氧化物进行SNCR 化学反应生成氮气。该技术的脱硝效率不高，只有20%～50%左右，产生的N2O 对臭氧有不利影响。第三是SNCR/SCR 烟气脱硝联合技术，其效率为60%～80%，是前两种技术的结合，但是由于该系统太过于复杂，在电场中的实际应用很少。

4.2 分析脱硫技术的发展

石灰石-石膏湿法通常用在脱硫技术当中。但是，火力发电厂脱硫技术的关键在于吸收塔。不同类型的吸收塔将产生不同的效果。通常，吸收塔有四种类型：一种是填料塔。填料塔使用内部固体填料，使浆液从填料层的表面流入其中，并与炉内的烟气融合以实现脱硫的目的。但是，应用此方法时，可能会发生阻塞；第二个是液柱塔。通过烟气，气体和液体的熔融，完全传质和完全脱氮，尽管脱硫效率很高，但炉内没有阻塞，烟气产生的阻力会引起更多的脱硫损失；第三个是喷雾吸收塔。喷雾吸收塔脱硫技术得到了广泛的应用。通常，炉子中的烟气从上到下移动，并且形状为喇叭状，或者可以以特定角度向下喷洒以充分吸收烟气。尽管烟道气在结构和成本上都优于前两者，但烟道气分布不均；第四个是鼓泡塔。石灰石用于压住烟气，但烟气和浆液熔融后会产生鼓泡，脱硫效果好，效率高，烟气流量分布均匀，唯一的缺点是阻力大并且结构更复杂[6]。

4.3 分析除尘技术的发展

谈及运行稳定性方面，电除尘效率更高，这是毫无疑问的。采用旋转电极的方法是电除尘技术的发展方向。旋转的阳极板和旋转的灰尘清洁刷置于旋转电极电场的阳极处，当烟雾和灰尘达到反电晕厚度时将被完全清除。此外，在粉尘排放标准较高的热电厂中，通常采用湿式静电除尘器除尘。带电的负离子可以被烟道气中的灰尘颗粒吸收，因此灰尘可以被湿式静电除尘器吸收。与干式电除尘器相比，湿式电除尘器的效率可达到70%。

为了更好、更稳定地满足人们的需求和企业的发展，火电厂有必要对发电过程中产生的各种空气污染物进行处理。由此可见烟气除尘技术的重要性。火力发电厂应更加重视这项技术的应用，更加积极地开展节能减排工作，增强企业在市场上的竞争力。