探讨火电厂烟气脱硫脱硝一体化技术

国电电力大同湖东发电有限公司 梁 勇

关健词：火电厂；烟气；脱硫脱稍；一体化技术

据调查，我国氮化物和二氧化硫的排放量90%左右源于化石燃料的燃烧，其中的一半来源于火力发电厂。随着社会经济的发展，国家对电能的需求日益增加[1]。发电厂规模越来越大，环境污染问题严重，直接引发部分地区的酸雨，给人们的生活造成极大的影响。为了实现可持续发展，政府部门应全方位地控制酸雨及发电厂毒气排放问题，在发电厂中应用脱硫脱硝技术非常重要。一体化脱硫脱硝是利用一套工艺技术先后完成烟气脱硫和脱硝，使气体排放达到环保标准[2]。

随着工业的发展，雾霾天气给城市居民的身体造成严重的伤害。尤其火电厂在发电中的燃煤物质含有大量的氮、硫等有害元素，燃烧后产生SO2与NOx，这也是大部分燃煤电厂运行中普遍存在的问题。相关领导应积极地应用先进技术工艺，遏制环境污染。基于此，本文阐述了脱硫脱硝技术的应用，浅谈新式脱硫脱硝技术的发展，尤其突出了一体化脱硫脱硝技术的应用研究。

1 脱硫脱硝技术的应用

1.1 燃烧前的脱硫脱硝

在火电厂发电过程中，在燃烧化石燃料以前脱硫脱硝是常用的技术。主要分为三种方法：生物法、物理法、化学法。物理法是常用的脱硫方法。具有成本低廉、操作简易的特点。工作原理如下：利用硫化物、化石燃料及硝化物自身结构特点与密度，把化石燃料置入旋风分离器里予以压碎处理。然后产生分层现象，按照密度情况对硫化物、化石燃料与硝化物进行分离。采用物理方法无法精确地分离各物质，目前在国内应用技术不是很成熟，脱硫、脱硝效果低于世界发达国家[3]。

1.2 燃烧过程中的脱硫脱硝

在燃烧中的脱硫一般指的是利用碳酸钙等物质和二氧化硫发生反应，促使二氧化硫减量，这种方法在应用中无需大量成本，适合部分小厂使用，但燃烧中的脱硫脱硝技术效率偏低，不用固硫剂，给机器设备造成很大的影响，长此以往，会缩短机器的寿命，燃烧过程的脱硫一般分为两种方法，一是炉内法，一是型煤固硫法，上述列举的方法应用效率低，副作用大，在电厂投入应用会给设备造成极大的影响，但现阶段国内的设备无法达到大批量生产型煤的标准。

2 新式脱硫脱硝技术的发展

2.1 干法脱硫脱硝

2.1.1 固体吸附法

活性炭吸附指的是把废气里的二氧化硫吸至活性炭外表面，二氧化硫经过氧化变成三氧化硫，再被大气稀释形成稀硫酸，该物质可对废气里的二氧化硫含量产生直接影响。通过这种手段，既可节省化学原料、操作简单，又可有效地控制脱硫的含量，可高达99%的效果。但该技术在使用中也存在一定的弊端、如吸收难。因此，相关工作人员具体还要结合环境加以选择。

NOxSO 法是干式吸附法的一种，钠盐可作为吸附剂使用，可去除烟气里的二氧化硫、一氧化氮。先要去除烟气里的灰尘、杂质，把除杂质后的烟气导入吸附器内，在设备中去除二氧化硫与一氧化氮，同时把净化的烟道气导入烟囱。或者利用氧化铜吸附，达到的脱硫率可超过90%，可去除80%左右的氮氧化物。然而因这类吸附剂成本高、且在吸附中需高温条件，难以普及。

2.1.2 碱性铝酸盐吸附二氧化硫

在利用碱性铝酸盐的时候，可起到普通活性炭的作用，即以吸附的形式降低废气中二氧化硫的含量，给空气的呼吸效果造成影响。但是在使用的时候还需对废气进行加热，利用固化剂等原料促进活性炭的功能发挥最好效果，且活性炭具有重复利用的特点，经济价值较高，缺陷在于吸附流程复杂、效率低下，需工作人员熟练掌握操作技能，碱性铝酸盐应用成本高。

2.1.3 尿素法

利用尿素对废气予以脱硫、脱硝的处理，二氧化硫的去除效果显著，几乎实现100%脱硫，且一氧化氮的去除率也在95%以上。在该工艺应用过程中，吸收剂pH 值应保持在5～9以内，不会给设备造成腐蚀，二氧化硫与一氧化氮的去除率和烟气里二氧化硫与一氧化氮的浓度没有关系。当完成脱硫、脱氮时，烟气可直接向外排出。当脱硫、脱硝后可对吸收液与硫酸铵进行处理，该物质可循环利用。然而该技术也存在缺陷，可处理的烟气量少，不适用于大中型火电厂发展需求。

2.2 湿法脱硫脱硝

2.2.1 氧化法

利用氧化法脱硫脱硝，可通过湿式的洗涤系统一并去除设备里的二氧化硫、氮化物。该技术借助两个吸收塔，分别是氧化吸收塔与碱性吸收塔。在有效地去除二氧化硫与氮化物的前提下，还能够有效地去除部分重金属。石灰石溶液起到吸附剂功能，用于中和废气里的二氧化硫，进而达到火电厂的烟气排放要求。该脱硫脱硝技术是现阶段国内最为成熟的手段，由于石灰石市场价格低廉，利用率高，适用范围较广。但使用该技术前期投入资金很大，操作复杂，对工作人员的技能要求高，设备易受到腐蚀。

2.2.2 氨脱硫脱硝技术

主要用氨水对一氧化氮进行还原生成氮气，然后氨水和二氧化硫发生化学反应，生成亚硫酸铵，最后经过氧化生成硫酸铵。该脱硫技术具有反应效率高的特点，二氧化硫的吸收率、氨水的利用率均较高，前期投资少，对环境不会产生影响。反应生成的废物不污染环境，且管道也不能被堵塞或发生腐蚀，在国内得到良好的应用。

3 脱硫脱硝一体化技术

3.1 半干法脱硫及选择性催化脱硝

3.1.1 CFB 脱硫

在半干法脱硫技术中，现阶段应用作为广泛的是循环流化床（CFB）和喷雾干燥脱硫(SDA)。湿法脱硫技术在实际运用中表现出一定的缺陷，因为其在脱硫过程中会使用到氨水，产物虽然可用于提高土壤肥力，但结晶不稳定，石膏雨也是此类脱硫工艺中可能出现的污染问题，半干法脱硫有效的避免了此类不良因素。

在CFB 处理工艺中，烧结的烟气中存在大量的二氧化硫，当烟气从脱硫装置中通过时，会与其中的脱硫剂发生化学反应，脱硫剂以颗粒状存在，二氧化硫先与其表层反应，生成的产物会覆盖在这些颗粒物的表面。但烟气本身产生了一定的冲击作用力，导致脱硫颗粒物在反应装置内部不断碰撞、摩擦、运动，形成一种类似于湍流的状态，这一过程会褪去表层的反应物，内部的脱硫剂暴露出来，继续参与脱硫反应，但是这种处理方法在实际运用过程中也会出现一定的问题，例如脱硫剂颗粒外部的反应产物脱离不到位，进而造成反应中止或者反应效率低下，形成死床的现象。

3.1.2 SDA 工艺

这种技术称为旋转喷雾干燥法脱硫。其吸附剂主要为生石灰，先要对生石灰做消化处理，再将其与循环脱硫副产物形成熟石灰浆液，消化处理的温度通常要控制在90℃～100℃之间，这样做的主要目的是确保熟石灰的高活性。在吸收塔的顶部部署了旋转雾化器，由输送泵将熟石灰浆液输送到旋转雾化器处，在机械作用下将这些浆液制备成雾滴，其直径在30到80微米之间。这些细小的雾滴具有更大的表面积，烟气中的二氧化硫能更好地与之结合，发生脱硫的化学反应，因此，这种技术的脱硫效率比CFB 工艺更高。

根据此类工艺在实践过程中的经验总结出以下实施要点：

控制雾滴的粒径。半干法实际上其气体和液体发生反应，如果雾滴的粒径过小，很容易受温度的作用而蒸发，不能形成气液反应，根据理论研究结果，当雾滴的粒径处于50微米时，其效果最为突出。

接触时间。烟气应该与脱硫剂保持足够长的接触时间，否则无法实现充分反应，这一点主要决定于雾滴干燥所需的时长，根据长期实践结果，接触时间通常控制在10到12秒之间。

脱硫产物的再循环。脱硫反应的产物中还存在浓度较高的氢氧化钙雾滴，循环倍率要加以控制，这样可提高脱硫的效率。

3.1.3 选择性催化还原

这种工艺使用的还原剂主要为氨气，尿素可作为替代物。要促进还原反应的实现，就要利用催化剂来降低反应过程中的活化能，在实际应用中使用的催化剂体系为V2O5-TiO2-WO3。最佳的反应温度应该控制在350～400℃之间，脱硫反应结束之后，烟气的温度降低到90℃，距离最佳反应温度还存在一定的差距，对其进行加热升温是确保还原反应的重要措施。

脱硝实际上是除去烟气中存在的氮氧化物，主要为一氧化氮。脱硝处理的效率和氨气与一氧化氮的摩尔比具有密切的联系，当该比值为1时脱硝的效果最佳，一般可超过85%。这一点从脱硝的化学反应中即可判断，具体反应式如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

8NH3+6NO2→7N2+12H2O

3.2 活性焦脱硫脱硝一体化技术

3.2.1 活性焦的特点

活性焦是一种由煤炭制备而成的活性吸附材料，在功能上与活性炭非常类似，但优势在于这些这种材料的价格比活性炭低廉得多，在大规模的工业生产中可广泛使用。与此同时，这种材料在受热的情况下不易发生化学反应，内部结构均匀，其本身所具备的还原性能对脱硫脱硝反应具有很大的作用。因为在其表面存在大量的官能团，其中含有较多的氮、氧元素，正是因为这些官能团的存在，活性焦或者活性炭在吸附硫化物和氮氧化物之后会发生化学反应。

另外，脱硫脱硝反应式通过活性焦的表面物质和烟气中的氮氧化物和二氧化硫发生反应，但是随着反应的进行，其活性就会下降，阻碍了后续的反应，此时要通过再生处理来消除这种不良情况。

3.2.2 基于活性焦的脱硫脱硝一体化技术

具体的反应过程可划分为二部分。

第一，烧结后产生的烟气存在一定的温湿度，并且气体成分中还包括了大量的氧气分子，也就是说，烟气中同时存在氧气、水蒸气、二氧化硫、氮氧化物（主要为一氧化氮），将其通入到活性焦中，空隙会同时吸附这些气体和水分子，并且会产生化学反应，主要的反应过程是，反应所生成的硫酸也会吸附在活性焦的空隙内部。显然，经过这一反应过程之后，烟气中存在的二氧化硫就被有效去除。此时，在将活性炭移送到解析塔中，通过一系列物理化学作用将其中的二氧化硫解析出来，用于制备浓硫酸等副产品，实现了废气的回收利用。

第二，在脱硝反应中，主要使用了氨气。脱硫之后的烟气中还含有大量的一氧化氮，向其中通入氨气，将温度控制在120～180℃之间，高温作用下就会发生脱硝反应，最终的产物是氮气和水分子。这种工艺技术的成本相对较低，因为活性焦或者活性炭在反应之后可实现再生，不会大量消耗。与此同时，无论是二氧化硫，还是一氧化氮，去除的效率都比较高，烟气存在的其他污染物质在经过活性焦的吸附作用之后也能有效去除，因而其环保效应非常突出。这种脱硫脱硝一体化工艺技术在国内的火力发电企业、钢铁企业中得到了非常广泛的应用，并且取得了良好的环境效应。

4 结语

火电厂每天会产生大量的废气，废气里的二氧化硫、氮氧化物给周围环境带来极大的污染。随着时代的发展，我国电能的需求量与日俱增，火电厂是国家发电的重要载体，若不能有效地处理废气中的有毒有害物质，不利于企业长期的发展。相关领导应对此保持高度重视，增强自身的环境环保责任感，尽可能降低废气内有害物质的排放，最大化地对有害物质予以吸附、转化。结合企业发展实际，科学地选用脱硫、脱硝技术，脱硫脱硝工艺不宜过于复杂，以免排出的废物给环境造成破坏，在成本可接受的基础上，达到国家废气排放指标，促进发电、环保协调发展。