大型火电厂锅炉脱硫脱硝及烟气除尘方案探究

黄宇锋

（南京华泽环保工程有限公司，江苏 南京 210000）

目前，火力发电仍然是电力生产体系当中占比最大的方式之一，但火电厂在煤炭燃烧的过程中产生的氮氧化物、硫氧化物等却对环境产生了较大威胁，且这些有害物质极易形成酸雨等灾害，因此，必须要对火力发电燃烧过程进行有效改造。在生产过程中，锅炉的脱硫脱硝处理主要是依靠反应塔中的对流交换和理化吸附的方式予以处理，但不同的生产结构在选择处理方式时也会有一定的差异，所以，还需要相关技术人员结合实际需要进行优化调整，使锅炉的整体吸附率能够达到合格排放的标准。

1 大型火电厂锅炉环保化的技术研究

由于煤炭中含有的硫、氮和灰分，在锅炉燃烧的过程中会产生SO2、氮氧化物和粉尘，这些有害物质对空气质量、生态环境和人们身体健康造成了严重威胁，因此，必须要通过环保改造的方式予以处理，尽可能的实现洁净排放要求。

1.1 锅炉脱硫技术

从化学角度来看，SO2气体属于酸性物质，可以选择石灰、氨水等碱性物质和其进行中和反应，从而达到吸附处理的目的。常见的火电厂脱硫技术主要是WFGD法，是利用石灰浆体和石膏与烟气进行充分接触和反应，以此达到有效吸附的目的。在脱硫处理过程中，需要建立反应塔供烟气和石灰浆体之间发生化学反应。常见的反应塔形式主要包括喷淋式、液柱式和填料式三种[1]。

喷淋式的反应塔主要是指在塔内安装石灰浆体的喷射装置，和烟气能够在反应塔内形成接触互换，从而达到充分吸收的目的。由于烟气本身的质量大于空气，会自上而下逐步逸散，而反应塔内的喷射嘴通过调整角度、数量的方式持续喷淋吸收。液柱式结构是利用了液压差的原理使碱性的浆体和烟气之间形成充分的接触，液柱在吸收了SO2后下降，液滴则逐渐上升，在二者相互碰撞的过程中又能够实现对烟气的二次吸收反应，其整体的脱硫效率也得到了明显提升。而填料式的脱硫技术是指直接在反应塔内部填充固体状的碱性材料，使烟气在溢出的过程中可以形成接触吸收，但由于气、固材料本身的接触面积较为有限，其脱硫的效率较湿法会有一定的下降。同时，在烟气脱硫处理的过程中，所选用的反应药品种类较为丰富，常见有的氧化钙、氨气、石灰石等，且分别对应着湿法、干法和半干法。而具体的反应药品选择在吸收效率、反应塔的构成上会存在一定的差异，还需要技术人员分别从有效性和成本性等方面进行综合选择。具体的脱硫处理工艺流程如图1所示。

图1 脱硫喷淋反应塔结构

1.2 锅炉脱硝技术

脱硝处理是指将火电厂锅炉烟气中含有的氮氧化物予以吸附处理的过程，在这个反应过程中主要是利用氮氧化物气体和氧气、氨气之间发生的氧化还原反应，将氮氧化物转变为无污染的氮气和水蒸气后，再实现达标排放，使整个过程更加环保绿色。这种脱硝处理的方式也被称为SCR技术，在实际处理的过程中需要向锅炉的烟道内注入还原剂，使其将氮氧化物还原为氮气后达标排放[2]。在实现SCR反应的过程中，对于还原剂和催化剂材料的选择、炉膛温度的控制等都有较高的要求，一般会选择尿素和液氨参与反应，且烟道内的温度需要控制在350 ℃以上才能够达到90%的脱硝目标。但由于火力发电具体情况的差异性，所以在应用时还需要技术人员进行计算分析，以确保脱硝反应的完全性。

而SNCR脱销技术是在锅炉炉膛内完成的，此处距离燃烧室更近，其温度可以达到850 ℃，更有利于促进氮氧化物的还原分解。为了达到更高的脱硝效率，一些大型的火电厂也会选择将两种反应方式结合在一起应用，但整体造价成本较高、基础建设占地面积大，需要定期采购、更换炉膛和烟道内部的还原剂，造成火电生产成本上涨的情况[3]。此外，在锅炉脱销的反应过程当中，为了更好地促进烟气和药品之间的反应，要对使用的催化剂用量进行有效控制。而常见催化剂药品，如二氧化钛等需要定期进行更换，以保证其活力和催化效果，必要时还可使用空气预热设备对烟道内冷却的烟气进行加热处理，以此确保整个脱硝反应的完全性。具体的脱销处理工艺流程如图2所示。

图2 锅炉SCR脱硝处理

1.3 锅炉除尘技术

火电厂锅炉在燃烧过程中，由于煤炭灰分杂质、燃烧不充分等情况会造成一些烟尘、颗粒物的产生，这就需要采用有效的吸附处理对其进行捕获，避免直接排放后造成雾霾等污染问题。火电厂常见的烟尘处理方式为静电除尘，是利用了电极之间的电场作用，使烟尘能够被有效吸附捕获，从而达到控制烟气中颗粒物的目的[4]。

在一些大型火电厂中，烟气排放的流速较大，为更好地实现除尘目的，会选择将传统的静电除尘装置进行改造升级，将其中的固定电极转变为旋转电极，使颗粒物质在进入到烟道之前呈现出带正电荷，在经过除尘设备时，内部的阴极板会对带电电荷实现吸附作用。而有一些除尘装置是利用了击打阴极板的方式使其发生振动，其上附着的灰尘颗粒掉落后被收集清理，但由于灰尘掉落过程中可能会出现二次灰尘的情况，会给整体除尘效率带来一定的影响。还有一些除尘装置，当阴极板上灰尘积聚到一定厚度后，会利用旋转清灰刷对其进行扫除清理，使捕捉到的颗粒物质落入到下方的灰袋处，进行统一收集清理，确保所捕获到的颗粒物质不会再次逸散，其整体的除尘效率可达到70%以上[5]。而经过收集后的烟尘固体物质需要统一进行处理，也可将其转送至工厂用于制作建筑施工的原材料，以此达到循环利用的目的。

2 火电厂过滤系统的运行优化方案分析

2.1 脱硫工艺优化

为了达到节约成本的目的，在进行火电厂的锅炉改造过程中，可以考虑利用石灰石参与脱硫处理，可使分解后的氧化钙再次与SO2发生化学反应，从而达到一个更加高效的固硫目的。由于石灰石本身的化学性质不稳定，很容易出现潮解结块的现象，会影响和SO2反应的接触面积，因此，在大量含SO2烟气流经的过程中，吸附效率会明显下降，这时需要提前做好规划工作。而技术人员在选择石灰石材料时，要根据具体的火电生产需求、煤质量和场地布设等进行细化处理，要严格控制石灰石的颗粒细度，使其能够更好地保证反应效率。需要注意的是，在WFGD法的应用过程中，对于石灰浆体和石膏固体的脱硫比例也应该严格控制，要分别计算在每个反应过程中的脱硫率，在配合不同的反应塔结构，最终优化锅炉脱硫建设方案。

2.2 脱硝工艺优化

在对火电厂的锅炉进行脱硝处理的过程当中，SCR和SNCR技术在催化剂药品的选择上会存在一定差异，即SCR技术需要有二氧化钛等参与，才能够更好地促进氮的氧化还原作用。在脱硝的反应过程当中，两种反应物的比例会影响反应结果，根据相关技术人员的测算，当氨气和氮氧化物的比例控制在1～1.5之间时，锅炉的脱硝率能够达到76%以上[6]。同时，为了有效调节在反应过程中的环境温度，在脱硝工艺优化的过程中，需要严格控制氨水喷嘴的设置位置，使其能够符合350 ℃的烟道温度、850 ℃的炉膛温度需求。在实际运行中，经过相关技术人员的核算测试，将喷嘴安装在通风管道的风嘴位置处能够较好的满足这一温度，因此，在进行设备安装时要注意做好调节工作，使温度监测设备能够动态反映锅炉的温度状态，促使反应物能够达到最佳反应状态。此外，在锅炉系统内用于储存氨水的装置容量可优化调节至80 m3，根据火电厂的发电生产需求可满足五天的脱硝应用，而在其消耗后，需要定期进行补充，确保可完全处理烟气中的氮氧化物。

2.3 锅炉除尘优化

火电厂内的锅炉除尘是控制固体颗粒物排放的重要途径，不仅可以有效实现小直径的灰分物质吸收，还能够促使大直径的固体颗粒重新进行充分燃烧，以补充火力发电的热值，以此进一步实现了锅炉系统环保节能的发展需求。在一体化的锅炉除尘装置中，还存在颗粒污染物的烟气和湿法脱硫的药品之间形成了二次接触，在这个过程当中，一些附着在液体药品上的微小颗粒物已经能够达到清除效果，再配合静电除尘设备进行二次吸附处理，对整个烟气中颗粒物质的去除效率可达到90%以上，这更有利于控制火电厂在进行脱硫脱硝和烟气除尘处理过程中的建设成本投入，同时，也节约了烟气处理设备的占地面积，达到了更为高效的环保化处理目的。

3 大型火电厂的脱硫、脱硝及除尘案例分析

某火电厂内有功率为600 MW机组，需要进行一体化的脱硫脱硝和烟气除尘的环保改造工作，要将锅炉烟气排放口处的SO2、氮氧化物含量控制在35 mg/Nm3以下，颗粒物含量控制在5 mg/Nm3以下，以此确保和火电厂的电力生产规模之间形成更好地适配，以及充分满足国家的相关排放标准要求。具体的脱硫脱硝和烟气除尘处理工艺流程如图3所示。

图3 大型火电厂的脱硫脱硝、烟气除尘结构

在改造过程中，在火电厂的吸收塔处需要建立自上而下的顶层喷淋系统，确保含有SO2、氮氧化物的烟气能够实现更大面积、更长时间的接触。因火电厂原有吸收塔的高度较低，实际的吸附处理效果难以达到预期效果，所以，在改造过程中将其抬高，并在内部安装有专门的旋汇耦合装置，保证引导经过燃烧后的气体全部进入到吸收塔内，实现自下而上的吸附贯穿处理，有效避免烟气的外溢和偏流，精确地实现了气流的引导和吸附处理，使整体脱硫脱硝的效率更高[7]。而吸收塔内的石灰浆体喷射嘴处还需要安装监测调节装置，使其喷射压力、角度等能够根据烟气的流动进行动态化调整，以达到更好地脱硫目的。同时，在吸收塔内部有专门的浆液循环泵设备，会使石灰浆体能不断循环直至吸收饱和，而泵机的功率必须要和抬高后的吸收塔、石灰浆体总量之间形成更好地适配，在该火电厂内的改造方案中，经核算选择了1120 kW功率的电机以满足循环泵的使用。为了更好地实现脱硫脱硝的效果，可利用石膏对其进行二次吸附，这更有利于洁净排放的需求。通过以上两种烟气吸收设备更好地优化了吸收效率，符合改造的标准要求。

在完成了脱硫脱硝处理后的烟气中，还会含有大量的颗粒物质需要进行进一步地除尘处理。因此，在改造方案中选择了吸附效果更好的除尘器，其工作原理主要是利用了烟气和石灰浆体中的雾滴进行碰撞和捕捉的作用，从而达到除尘除雾的效果。烟气在经过脱硫脱硝处理后，气体中的颗粒物会和空气中的小液滴之间形成剧烈的碰撞混合，并通过高速旋流运动的过程使其不断聚集后下沉，从而有效实现了除尘的目的[8]。在火电厂的环保改造过程中，要将除尘器装在石灰浆体喷淋层的顶端，使其更符合应用原理，且整体除尘吸附效果表现较好。需要注意的是，在应用除尘机时要注意定期对其内部进行清洗处理，避免长时间应用后内部被小液滴、颗粒物堵塞，影响了其作用效果。此外，由于烟气在上排的过程中会与喷淋系统的液体之间发生摩擦，会使整体的气阻有明显的增加，所以，内部的风机设计也应予以调整，要为风机保留一定的余量，确保其应用过程中的安全。

4 结语

火电厂在生产过程中会产生大量的能源消耗，一些废气废物的排放也会给环境造成较大影响，但通过科技改造有效保证了排放物的无污染性，促进了火电厂的绿色化与环保化。且在对火电厂的锅炉排放进行改造建设的过程中，采用的一体化建设方案更有利于节约工程成本和占地面积，同时也可以利用湿法脱硫脱销反应过程中的液体对烟气当中的固体颗粒物质进行初步吸附，从而达到更为高效地脱硫脱硝和烟气除尘目的，也为火电厂的可持续发展奠定了良好基础。