低碳经济中的燃煤电厂脱硫脱硝除尘工艺发展分析

孙华 冯婷 寿冬金

浙江天蓝环保工程有限公司 浙江 杭州 311202

引言

在工业经济时代下，煤炭资源属于我国能源体系的重要组成部分，与国家经济发展存在密切的关联。其中，火力发电厂对煤炭的需求量和消耗量巨大，但煤炭燃烧会产生大量的有毒有害物质，这些物质会在破坏环境的同时，危害人体的健康。因此，在低碳经济时期，对燃煤电厂脱硫脱硝除尘工艺的发展进行探析，具有十分重要的意义。

1 燃煤电厂脱硫脱硝除尘工艺的作用

脱硫脱硝除尘工艺在燃煤电厂中的作用主要体现在以下方面：

1.1 节省能源

燃煤电厂的发电方式为热能发电，简言之，就是利用煤炭燃烧产生的热能进行发电，因此在发电过程中需要消耗大量的煤炭资源，而脱硫脱硝除尘工艺的使用，有利于降低煤炭资源消耗量，有利于低碳经济发展目标的实现。

1.2 确保低碳环保生产目标的达成

燃煤电厂在发电过程中会向大气排放二氧化硫、氮氧化物和粉尘，这些排放物会污染和破坏大气环境，严重时，甚至会导致酸雨问题和光化学烟雾问题的产生，从而使人们的健康安全受到了严重威胁。而脱硫脱硝除尘工艺的应用，能够使这些问题得到改善，为低碳环保生产目标的达成提供工艺方面的支持[1]。

1.3 降低生产经营成本

在绿色经济发展的背景下，国家大力提倡发展绿色经济，燃煤发电作为高耗能产业，应积极响应国家的号召，积极使用先进的脱硫脱硝除尘工艺，在控制污染的同时，实现对废物的回收再利用，以降低生产经营成本。

2 低碳经济中的燃煤电厂脱硫脱硝除尘工艺发展

2.1 脱硫工艺

目前，湿法脱硫和干法脱硫是燃煤电厂常用的脱硫工艺，还有吸附法和半干法等工艺。其中，湿法脱硫工艺的代表性工艺为石灰石/石灰-石膏湿法脱硫。其流程如下：在烟气进入吸收塔后，会接触吸收剂浆液，并与之生成化学和物理反应，最后会生成固化二氧化硫的石膏副产品。具体流程分为以下部分：第一，气态二氧化硫在与吸收浆液混合后，会被逐渐溶解；第二，二氧化硫在反应后会生成亚硫根；第三，在氧化后，亚硫根会生成硫酸根；第四，硫酸根会与吸收剂发生反应，然后生成硫酸盐；第五，硫酸盐会被分离出去，最终实现脱硫的目的。目前，这种方法已经被燃煤电厂广泛应用，且取得了良好的效果。

干法脱硫工艺：与湿法脱硫工艺相比，干法脱硫工艺的环保性较强。对湿法脱硫工艺中的细颗粒物浓度变化情况进行优化处理，是干法脱硫工艺的实质。这里以荷电式喷射脱硫法为例，该方法的工作原理如下所述：在吸收剂进入高压静电电晕区后，其速度会显著上升，此时，吸收剂所获得的静电荷非常强大，被喷射到烟气中后，其状态会转变为均匀的悬浊状态，吸收剂粒子表面也会因此而暴露，与二氧化硫之间的反应机会随之上升。与此同时，在离子表面电晕的作用下，其活性大幅度增加，反应所需的滞留时间被缩短，有利于脱硫效率的提升，该方法的优点主要包括投资较少、工艺简单、效果好和占地面积小，在新建锅炉中应用可以取得良好的效果，同时，还有助于改造锅炉技术，不容易产生二次污染。

吸附法主要是指活性炭纤维，活性氧化铝和活性炭，其中，活性炭的应用最为广泛，其原理如下所述：SO2会被活性炭吸附，并在催化的作用下变为SO3，然后与水发生反应，之后会生成H2SO4，饱和后，在水洗和加热再生后，会生成H2SO4和高浓度的二氧化硫。同时，还会获得一系列的副产品，如单质S、液态二氧化硫等，这样可以取得事倍功半的效果，在减少二氧化硫排放量的同时，还能实现对硫资源的回收再利用。这种技术的优点包括脱硫剂消耗量少和运行费用低。

半干烟法脱硫技术主要包括半干半湿法脱硫、烟道喷射脱硫、粉末-颗粒喷动床脱硫等：

喷雾干燥法。这种方法通过对机械和气流力量的应用，分散吸收剂，使其成为细小的雾状液滴，以此来扩大吸收剂与烟气之间的接触面积，在气液相交后，二者会发生热量交换、质量交换和化学反应。石灰石浆液、碱液属于常用吸收剂，但就实际情况来看，石灰乳依然是最常用的吸收剂。通常情况下，使用这种方法的脱硫率为85%，其优点如下所述：脱硫在气、液和固三相下完成，对工艺设备的要求较低，并且生成物容易被处理，不会对设备正常运行产生过大的影响。

半干半湿法。这种方法介于干法脱硫和湿法脱硫之间，脱硫效率和脱硫剂利用率也同样如此，在治理中小锅炉烟气时使用这种方法可以取得良好的效果。其特点如下：第一，投资较少；第二，运行成本低廉。脱硫率高达70%，并且在脱硫过程中不会产生过大的腐蚀，占地面积远小于其他方法，且工艺成熟。相较于湿法脱硫工艺，这种脱硫工艺还能节省制浆系统，究其原因，主要是湿法脱硫系统中喷入的CaOH水溶液，会变为喷入CaO粉末。而与干法脱硫相比，这种方法使CaO和SO2反应效率低下的问题得到了解决，同时，还能促进反应效率的提升，脱硫剂利用率也会随之提升，正因如此，这种脱硫工艺受到了相关领域的高度重视，有望成为脱硫工艺未来的发展趋势。

2.2 脱硝工艺

燃烧法和催化还原法是常用的脱硝工艺。燃烧法：在燃煤燃烧过程中，所产生的温度和氧气浓度与氮氧化合物生成量存在密切关联。因此，燃煤电厂需要在确保燃烧温度的基础上，控制氧气浓度，通过二段燃烧方法的应用，实现这一目的。催化还原法：SCR是常用的催化还原脱硝方法，其原理如下：首先将氨气、尿素加入到生产工艺流程之中，促使氨气在有催化剂条件下，与一氧化氮发生还原反应，生成氮气和水。碳酰二胺可以与一氧化氮发生还原反应，生成水、二氧化碳和氮气。相较于其他脱硝工艺，这项工艺的脱硝效果较为显著，耗能也非常少。

除催化还原法外，脱硝工艺还包括离子化学处理方式和高能电子束处理技术等，所谓的离子化学处理方法，其原理如下：通过对高压脉冲中电晕粒子闪射电流的利用，促使烟尘中气体与电子之间碰撞速度进一步提升，在这个过程中，一氧化氮会被转化成硝酸，然后结合氨，生成硝酸铵，脱酸的目的也会因此而实现。并且，这个工艺还可以将二氧化硫转化为硝酸铵，故同时兼具脱硫脱酸的目的。

高能电子束处理技术：这种技术作为一种新技术，虽然已经被应用于实际生产之中，但理论尚未成熟，故使用成本高昂，实现难度偏高，故笔者对其进行简单介绍。这个技术可以收集过滤后的气体，然后以70摄氏度为标准，对温度进行把控，与此同时，还会将氨气输入到废气之中，输入量以废气体积为依据，待两种气体相互混合后，使用高能电子束照射容器内的气体，其内部的各种气体会生成辐射反应，原子、电子等会大量生成，最终达到脱硝的目的。处理后的废品，所产生的活性极低，因此对环境的影响微乎其微。

2.3 除尘工艺

燃煤电厂在生产过程中会排放大量的烟尘，在燃煤电厂中，静电除尘、颗粒过滤、陶瓷过滤等工艺最为常用，这些工艺的除尘标准如下：

静电除尘。在有效范围内，对直径超过6μm的烟尘颗粒进行捕捉。与其他除尘工艺相比，这项工艺的成本较高。

颗粒过滤。燃煤电厂应用颗粒过滤器，有利于滤除现场10μm左右的烟尘颗粒。在经过对比后得知，这项工艺的有效捕获范围大于静电除尘，实际除尘效果也好于静电除尘，但这种装置容易在燃煤电厂环境的影响下被堵塞，一旦出现堵塞问题，设备除尘效率就会下降。

陶瓷过滤。主要是指陶瓷过滤装置，其材质以陶瓷为主，样式包括纤维带式和蜂房式，将其应用于燃煤电厂，有利于控制烟尘的排放量。其优势主要体现在材质上，与其他物质相比，陶瓷的耐温性能良好，能够适应燃煤电厂的生产环境，无需对其进行大量的维护。

2.4 脱硫脱硝工艺

在低碳经济时代下，国家针对燃煤电厂污染物排放量制定了一系列的标准，要求燃煤电厂在排放污染物前对其进行处理，在达标后方能排放，在这一背景下，传统的脱硝脱氮工艺不再适用，各燃煤电厂开始应用脱硫脱硝工艺。在调查后得知，干式脱硫脱硝工艺在燃煤电厂中的应用较为普遍，其控制原理如下：将1,3,5-均三嗪醇为原料，通过喷射的方式，使这些原料附着于高温烟道附近，在温度的作用下，这些原料会逐渐气化，生成NHCO。在燃煤电厂周围烟气形成的湍流作用下，上述产物会朝着炉膛的方向扩散。在炉膛内的高温条件下，气体HNCO生成的活性单体数量较多，这些活性单体会在炉膛内与二氧化硫和氮氧化合物发生化学反应，最终使脱硫和脱硝的目的达成。相较于其他工艺，其优势主要体现在以下方面：

工艺流程不复杂。燃煤电厂在应用这项工艺时，仅需将锅炉烟气量、氮氧化合物和二氧化硫浓度作为依据，对原料用量进行明确，并将其喷射到炉膛周边即可。

产物的处理难度较低。在使用这项工艺后，化学反应所生成的化合物可以与煤灰充分混合，并被输送到除尘袋之中。并且，产物没有污染，无须对其进行单独处理，可直接排放。

效率高。在这种工艺模式下，脱硫和脱硝可同时完成，相较于单一的脱硫和脱硝工艺，具有效率上的优势。

2.5 脱硫脱硝除尘工艺

在进入低碳经济时代后，燃煤电厂需要严格控制污染物的排放量，尤其是硫、硝和烟尘。脱硫脱硝除尘工艺作为一种新型工艺，在燃煤电厂中应用，可以促进燃煤电厂实现可持续发展的目标。与上文所研究的几种工艺相比，该工艺的原理是将水作为原材料，利用炉膛内的高温，将水由液态转化云状物，并在炉膛内的气流中悬浮。云状物在接触烟道内的二氧化硫和氮氧化合物时会产生化学反应，从而实现脱硫脱硝除尘的目的[2]。在调查后得知，该燃煤电厂使用了烟气脱硫塔进行脱硫和除尘，该塔具有脱硫效率高，压力损失小的优点，其工作原理如下：锅炉内烟尘和硫氧化物会通过进口烟道进入塔体，脱硫塔上部塔嘴处会喷出碱液，形成与烟气方向相反的多排高速雾化水幕，促使烟尘、硫氧化物和水之间的碰撞概率，同时，还能使雾化液滴的高速作用实现充分发挥，具体表现为雾化液滴的速度所造成的气液相对速度也非常高，从而使脱硫塔除尘和脱硫效率有效提高。并且，气体在通过旋流板时，对板上液层产生的作用为鼓泡，气液传质的表面积和湍动状态也会随之扩大，有利于传质速率的提升，在二氧化碳与碱液发生气液传质后，脱硫除尘效果会显著增强，最后，被净化的气体会在除雾器除雾后排出，最终使脱硫和除尘的目标实现。

2.6 采用高性能过滤器

将过滤方式作为依据，可以将高性能过滤器分为以下几种：颗粒过滤器。该过滤器在去除废气中微小颗粒时的效果较为显著，但此类装置的缺陷为清理频率较短，如果长时间不清理，过滤器会因为堵塞而无法发挥作用[3]。金属网过滤器。这种过滤器可以通过对金属纤维的使用，过滤尘粒，其缺点为无法长时间承受高温，容易在高温条件下受损，其过滤效果也会随之下降，因此在高温除尘中不宜使用。但在查阅文献资料后得知，在燃煤电厂中，陶瓷过滤器的使用并不常见，为此，建议燃煤电厂基于自身实际情况，采用高性能过滤器，增强除尘的效果。

3 结束语

综上所述，在科学工艺高速发展的背景下，各种先进工艺的应用，为脱硫脱硝除尘一体化工艺的发展提供了工艺方面的保障。建议燃煤电厂在总结传统脱硫脱硝除尘工艺不足的基础上，基于电厂实际情况，选择符合低碳经济发展要求的环保工艺，以增强自身的发展潜力。