火电厂大气污染治理中烟气脱硫脱硝技术运用分析

逄少堃，孙 鹏

（潍坊市生态环境监控中心，山东 潍坊 261041）

1 火电厂排污现实情况

火电厂在运行期间，主要的生产材料为煤炭，因此，会生成多种大气污染物，如粉尘、氮氧化物、二氧化硫等。由于各类生成物具有较高的环境污染性，所以需采取必要措施加以整治。当前，国内火力发电生成的氮氧化物，其生成量一直处于逐年增长的状态，但结合国内能源结构的实际情况，煤炭的需求量较大，仍然作为未来能源结构的主要类型。为此，需加强氮氧化物的整治，以维护大气环境的清洁。火电厂重要区域燃煤锅炉的排污限值要求详见表1。

表1 火电厂重要区域中燃煤锅炉的排污限值要求

2 脱硫脱硝各项工艺应用分析

2.1 现有工艺应用分析

2.1.1 湿法脱硫

湿法脱硫工艺主要是充分利用石灰石相关物料，将其制备成乳浊液，用于消除烟气中混有的二氧化硫，一般这种脱硫比例不小于95%。在实际处理过程中，由于石灰石原材料多用于容量较大的锅炉中，从而可保证高浓度二氧化硫的去除效果。但在此工艺运行期间，会引起烟气系统形成较高的阻力、较大功率、占用空间较大，导致系统技改有难度，且脱硫副产品的市场销路较窄，多数充当固废加以处理，增加了二次污染的可能性。

2.1.2 氨法脱硫

氨法脱硫工艺的使用条件较高，要求锅炉运行时保持氮能供应稳定，才能保证氮肥利用效率。在利用氨法脱硫工艺时，脱硫能效不小于95%，且氨气未参与脱硝反应的数量不高于3 mg/m3。但应用此工艺的投入资金量较多，每吨脱硫剂氨的市价在2 500～3 000元之间；且系统运行会产生较高的电能、水源消耗；同时，在工艺运行期间会形成较严重的结晶、冲刷等腐蚀作用，这主要是因为氨法脱硫试剂内含有一定量的硫酸铵等物质，会到达防腐层位置，从而形成严重的腐蚀作用。而反应生成的硫酸铵，会在设备中处于持续循环状态，形成较强的冲刷腐蚀作用。若设备处于长期腐蚀运行工况下，会形成严重的设备腐蚀问题，有碍于脱硫工艺的运行。

2.1.3 石灰石脱硫

炉内脱硫工艺，是一种二氧化硫净化的有效方式，适用于循环流化床净化处理工序。其工艺流程是，在炉内加入石灰石原材料，这时碳酸钙会在热量的作用下分解成氧化钙，分解后会与二氧化硫进行充分反应，由此可减少烟气中混有的二氧化硫含量。石灰石脱硫成效详见表2。

表2 石灰石除硫结果

此工艺操作方法简单，但由表2可以看出，脱硫比例的浮动性较大，因此，适用于规格较小的燃机设备。

2.1.4 SCR脱硝

选择性脱硝处理方法，是在催化工况中使用还原剂，有选择地进行烟气反应，以此分解氮氧化物，使其转化成氮气与水。通常，SCR工艺的处理温度介于300～400℃ 之间，脱硝能效不小于60%。而多数火电厂在生产期间，只对机组进行性能调整，采取深度调峰措施，这时机组会进入低负荷运行工况，同步控制烟气温度，但却间接削弱了SCR脱硝能力，致使氮氧化物排除浓度较高[1]。针对此问题，需加强烟气温度调整，采取锅炉水混合、多级省煤设备等方法，以顺应调峰工况下的脱硝需求。

2.1.5 SNCR脱硝

SNCR脱硝法是采取控制氮氧化物排出量的形式，达到脱硝目标。在此工艺使用期间，不需要添加催化剂，只是将NH3转变成NOx时的温度条件设定为900 ℃，且温度上下波动不超过100 ℃。这种温度控制方法，可使脱硝能效达到30%～50%。需要注意的是，还原剂地添加点位要选在炉膛上侧位置，取烟气温度为900 ℃的点位。

2.1.6 低氮燃烧法

该方法是初期对氮氧化物进行低浓度燃烧，主要含有燃料分级处理、空气分级处理、低浓度处理等多种形式。此类燃烧处理方法，旨在控制氮氧化物的生成量。而且，初期进行低氮燃烧处理，具有较高的工艺控制难度，通常脱硝比例为10%～20%，多用于氮氧化物含量较小的工况。但如果燃烧生成物中氮氧化物的占比较高，就不可以单用低氮燃烧处理方法，主要是因为此种燃烧处理无法保证氮氧化物的规范排放。同时，低氮燃烧处理完成，氮氧化物的含量较小，但会增加一氧化碳的占比，形成二次污染问题。

2.2 新型工艺应用分析

2.2.1 海水脱硫

海水脱硫工艺是利用吸收塔，使烟气与海水处于全面接触状态，利用海水的清洗作用，吸附二氧化硫。其工艺流程是，当烟气与海水相互接触时，海水内的碱性物质具有一定去硫能力，而烟气净化后会加热排出；吸收塔传出的海水添加至曝气池后，使其与未反应的海水融合，对其进行集中曝气处理，可去除海水中吸附的二氧化硫，并保证海水质量。此项工艺的脱硫比例不小于95%，显著减少了火电厂脱硫支出。而且，在进行脱硫工艺时，无需添加药剂，能有效防止二次污染问题的出现。海水脱硫工艺效果显著，但在使用该工艺时应保证火电厂周边区域有较多的海水资源，以保证去硫程序运行顺利。目前，海水脱硫工艺逐步成熟。比如，某火电厂使用吸收塔去硫时，采取海水添加、烟气降温、海水除硫的处理顺序，此流程的去硫比例达到了98%。

2.2.2 低温SCR脱硝

低温SCR脱硝工艺，延伸了初期火电厂脱硝催化的反应条件，选择低温工况，并借助催化剂作用，增强了锅炉氮氧化物的净化效果。比如，使用浸渍法工艺生产的钒钼基，在此种催化剂“钼”的作用下，有效控制了反应温度。在实际应用过程中，如果烟气空速工况为60 000 h－1，氧气量占比为5%，氮氧化物浓度为500 µL/L，在300 ℃的条件下可净化至少90%的氮氧化物，符合火电厂去氮的工艺要求。

例如，在某热电厂去氮工艺研究中，创建了“NH3－SCR”去硝程序，此系统可在去硫除尘后，进行了低尘SCR设计，再用金属氧化物进行催化处理。此种工艺在去氮实践中，烟气添加系统的温度为100 ℃，氨氮比值结果为1.2，二氧化硫浓度不足3.5 mg/Nm3，烟气空速参数测定为4 200 h－1，工况脱硝成效最佳。由于“NH3－SCR”去硝程序投入成本少，脱硝效率佳，符合超低排放需求。

3 联合脱硫脱硝的整体工艺应用分析

3.1 净化工艺

在烟气净化期间，需创建脉冲射流除尘项目，以保证除尘、去硝、去硫各项工作进展顺利。通常，火电厂排出的烟气会含有较高比例的二氧化硫，因此，需使用纳基脱硫剂，可将其添加在除尘设备中，并借助袋外过滤功能，有效净化二氧化硫，同时，以氨气为媒介，有效去除氮氧化物，保证烟气的去除效果。在实际应用中，烟气去硫去硝的联合工艺，能有效保证烟气的净化比例达到85%，保障污染物的净化质量，有效控制了净化装置的占用空间，且工艺成本投入较少。

3.2 活性炭

在实际应用中，使用活性炭能高效去除二氧化硫，首先要设定氧化催化条件，使其转化成硫酸，然后获取无害作用的硫化物，最后再对其余硫化物进行排出处理，增强硝化物的去除效果。通常，在去硫去硝联合工艺中应用活性炭，当系统温度介于100～200 ℃时，应替换使用活性炭，以维持其作用。同时，还要密切关注活性炭的变化，准确观察液氧、烟气排出量、烟气添加温度等各类参数，从而逐步优化活性炭的去硫去硝体系，以切实提升烟气的净化质量。

4 借助活性炭的特点，以优化烟气净化体系为实例进行分析

4.1 项目概述

H火电厂的烟气净化程序，以CFGC联合去除工艺为主，是借助活性炭的较强吸附能力，有效去除二氧化硫、氮氧化物。同时，保持活性炭加料程序运行的平稳性，以此提升烟气净化的高效性，确保排烟的清洁性。在2019年末，活性炭去硫去硝联合工艺系统开始运行，但初期运行时活性炭程序表现出不足，污染物净化效果欠佳。因此，为了保证系统运行的平稳性，要对此净化工艺进行改进，以顺应清洁生产的各项政策。

4.2 CFGC工艺方案

CFGC工艺方案：首先抽取200 ℃烟气，使用“GGH+GAH”换热程序，有效降低了烟气温度，使其温度达到了130 ℃；然后在吸附塔中添加烟气，对其进行净化处理，当烟气净化完成，再将净化处理完成的烟气，传回烟囱，烟囱内壁温度应不低于130 ℃；当在活性炭净化程序中，含有去硫、去硝两个单独程序，去硫获得的烟气，会流进除硝程序，此时添加氨气去除氮氧化物，烟气净化完成，最后从烟囱排出烟气。

4.3 活性炭净化程序

在活性炭净化体系中含有多个组成部分，如电动葫芦、布料设施、锁气斗等。而在设计缓冲仓时，应以单个吸附塔为主体，由此设计出活性炭用料的添加方案。而在设备检修期间，要清除吸附塔内的物质。在活性炭净化程序运行期间，设定为负压工况，以此防止粉尘生成。活性炭净化程序：添加新的活性炭；当去硫去硝完成，循环添加活性炭。而吸附塔中传出的活性炭，会在链斗机的运行下，成功传送至吸收塔，有效放出二氧化硫气体，并对其进行净化处理；净化完成再传送至酚氰废水中心，将活性炭进行深层处理[2]。需要注意的是，在活性炭传送期间，会生成较多的粉料，此时系统会回收粉料，可与粉尘共同输送至高炉喷煤点，以提升活性炭余料资源处理的有效性。

4.4 活性炭净化工艺现存的不足

4.4.1 活性炭料位调整不精确

在实际的处理过程中，去硫去硝程序中的活性炭填料高度，是降低去硫去硝能效的关键条件。逆流吸附的关键在于：活性炭层位置具有一定的可调整性，如果烟气含有的硫化物、氮化物占比较高，可调整活性炭层位置，以顺应烟气的净化需求。因此，为了保证活性炭分布的均衡性，吸附塔单元添加了匀速排出活性炭的程序，以此保持活性炭用料的可用性。同时，为了保证活性炭层位置的控制效果，可使用阻旋式料位调整设备。但在项目正式生产后，活性炭加料程序会持续冲刷料位计，致使料位叶片处于严重磨损状态，当叶片磨损导致功能失效后，就会降低接触程序的应用性，从而会减少料位计的运行时间，引起料层位置失控，导致无法保证净化质量。

4.4.2 活性炭排料程序的运行能力欠佳

活性炭输料程序，是净化程序的关键组成，且在外界气动活塞的作用下，此装置在运行期间会下调活性炭层的位置；输料程序可进行各个方向的位置调整，以保证活性炭层位置变动的有序性，防止活性炭层位置发生偏移问题。但在输料程序加料期间，加料路径表现出控制难度，极易引起两侧加料失衡问题，而排料装置气缸反应迟缓，会降低活性炭输料能力，进而会减缓去硫去硝的处理进程。

4.5 系统改进方案

4.5.1 料位计改进

吸附塔单元合理添加了5个料位控制程序，添加方案如图1所示。

图1 料位控制程序的添加方案

由图1可以看出，在水平视角对称添加了两组料位计，顶层中心方位添加了一组高料位计，其中，左右两侧同步添加的料位计，可增强料位反馈的精确性，能有效应对料位计位置失衡问题。而在吸附塔单元顶层位置添加高料位计，可回避活性炭冲刷问题，且增加了料位计的使用时间，以保证高度调整的有效性。而横向料位计方位，为叶片添加了保护板，能有效抵消活性炭形成的冲刷作用，切实回避了叶片磨损问题，有效增加了料位计的运行时间，同时也保证了料位计运行的平稳性。

4.5.2 优化活性炭输料程序

在净化程序改进时，应保持活性炭输料程序运行的平稳性。而在程序检修期间，要排空处理吸附、解吸两个处理单元，以去除程序残存的活性炭，便于检修人员测定程序性能。第一，经系统性能检测发现：各组模块的系统定位参数表现出一定差异问题，证明模块、输料等程序，前期系统设计时存在定位偏差，由此降低了活性炭输料的平稳性。因此，为了保证输料程序的运行质量，提升定位准确性，可在定位位置添加机械挡块，替换行程汽缸；且在输料、模块内侧等位置，添加雷达测距设备，以动态获取输料程序的位置信息，但如果位置信息发生波动，就要再次进行择机处理。第二，拆除活性炭输料程序的减速装置，调整气源压力，增加输料速度。同时，减速程序调整的完成，可显著增强系统的运行能力，且气缸运行无异常。

4.5.3 链斗机改进

第一，在系统运行期间，链斗输料程序表现出漏料问题，这时可采取调整链斗设备的运转速度，下调料斗程序位置，使其位于原有高度的2/3，以此解决漏料问题。第二，为了有效控制物料损失，减少链斗机运行产生的磨损问题，可在设备尾部添加一组管链机，以传出地面表层的活性炭，并将其输送至解吸塔中，再经下料传送至链斗内。这种系统的改进方法，可增强活性炭用料输料的自动性。

4.5.4 振动筛改进

在系统运行期间，振动筛箱板发生了穿孔事件。因此，应及时处理此事故，可采取补焊措施，添加了304板，板厚为6 mm，以此减少筛板腐蚀问题。在工艺优化处理后，能有效降低活性炭形成的粉尘数量，且活性炭粒度不高于5.6 mm的占比较高。初期使用的振动筛，在烟气含水量较大时，筛面会黏附较多数量的物料，极易形成物料堵塞问题，无法保证筛分能效，也由此增加了系统故障次数。所以，为了有效解决这种故障问题，系统优化方案为：引进活性炭旋振筛。这种新型振筛能有效去除活性炭，且后续筛网运维操作简便，筛网更换便利，具有较强的运维优势，同时，还可以降低筛板的腐蚀、筛分低效等故障问题的发生概率。

5 结论

综上所述，火电厂生产形成的烟气，表现出了较高的环境污染性，因此，需使用烟气处理工艺，并加强去硫去硝联合工艺的研发，从而有效增强烟气净化质量。在2020年，H企业去硫去硝项目改进完成，系统运行至今并未发生故障，活性炭程序运行平稳，切实达到了超低排出废物的目标，且活性炭用量相比之前减少了5 t/周，实现了节能降耗的生产的目标。同时，在系统改进完成后，保证了硫化物、氮化物的去除能力，烟气净化比例高达98%，具有较高的空气环保功能。在未来，可从物料损耗、设备运维、烟气净化等多个方面进行深度研发，增强烟气净化质量，从而切实发挥出CFGC的工艺价值。