楊開遠(yuǎn)

（國家電投集團(tuán)貴州金元茶園發(fā)電有限公司 貴州金沙 551802）

探析燃煤火電廠脫硫脫硝技術(shù)研究與發(fā)展

楊開遠(yuǎn)

（國家電投集團(tuán)貴州金元茶園發(fā)電有限公司 貴州金沙 551802）

我國大氣污染成分中火電廠燃煤過程中釋放的氮氧化物、硫化物占據(jù)重要部分，為了緩解環(huán)境污染對(duì)社會(huì)發(fā)展造成的影響，采取先進(jìn)技術(shù)有效地控制燃煤火電廠有害物質(zhì)的排放具有重要意義。本文簡(jiǎn)要概述了燃煤火電廠脫硫脫硝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，并探究了燃煤火電廠脫硫脫硝技術(shù)的具體應(yīng)用，以期提高技術(shù)的發(fā)展水平，緩解燃煤火電廠對(duì)大氣造成的污染。

燃煤火電廠；脫硫脫硝；技術(shù)發(fā)展

前言

在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，一次能源消耗占據(jù)重要比重，其中尤以煤炭資源最為突出，將近70%的消耗比例使得其對(duì)大氣質(zhì)量造成了嚴(yán)重的威脅。其中燃煤火電廠是大氣中氮氧化物及二氧化硫的主要來源，嚴(yán)重制約著我國大氣污染治理工作的開展。近年來我國高度重視環(huán)境問題，在燃煤火電廠發(fā)展過程中嚴(yán)格控制二氧化硫等物質(zhì)的排放具有重要的意義。脫硫脫硝技術(shù)是我國燃煤火電廠進(jìn)行污染控制的重要手段，促進(jìn)其創(chuàng)新改革并提高其發(fā)展技術(shù)水平，對(duì)燃煤火電廠節(jié)能發(fā)展具有重要作用。

1 燃煤火電廠脫硫脫硝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 我國二氧化硫和氮氧化物排放控制情況概述

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的加速，其與環(huán)境發(fā)展之間的矛盾越來越突出，為了避免經(jīng)濟(jì)發(fā)展要以環(huán)境為代價(jià)的悲劇的出現(xiàn)，國家出臺(tái)相關(guān)政策，以求平衡環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展，從而有效地控制環(huán)境污染的日益嚴(yán)重化趨勢(shì)。據(jù)相關(guān)資料不完全統(tǒng)計(jì)，人工增長(zhǎng)，工業(yè)發(fā)展，造成能源資源需求量的不斷增加，到2030年我國大氣中氮氧化物的排放量總數(shù)會(huì)累積增加到3245×104t～4185×104t，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們具體生活造成了巨大威脅[1]。為了阻止上述后果的出現(xiàn)，我國較早地意識(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要性，出臺(tái)了一系列相關(guān)政策，為環(huán)境保護(hù)與工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供一定的政策約束。例如2003年我國出臺(tái)了《排污費(fèi)征收管理標(biāo)準(zhǔn)方案》，對(duì)氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)及收費(fèi)原則作了明確的說明，同時(shí)也頒布了《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，其中明確規(guī)定了火電廠燃煤過程中出現(xiàn)當(dāng)氧化物等污染物的控制與解決細(xì)則。同時(shí)，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展進(jìn)程中，國家對(duì)相關(guān)政策作以一定的調(diào)整，對(duì)其做出了更加嚴(yán)格的規(guī)定，以期適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀和環(huán)境保護(hù)要求。并且在這一過程中對(duì)脫硫脫硝技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，以電價(jià)補(bǔ)貼的方法在政策上支持脫硫脫硝技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新，從而更加有效地控制大氣污染。

1.2 我國脫硫脫硝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

就現(xiàn)階段我國脫硫脫硝技術(shù)發(fā)展情況而言，其主要依靠國外引進(jìn)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)相應(yīng)技術(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而更加適應(yīng)我國的具體實(shí)際，基于此我國脫硫脫硝技術(shù)仍處于探索研究層面，并未形成自身獨(dú)具特點(diǎn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國脫硫脫硝技術(shù)呈現(xiàn)一定的自主創(chuàng)新態(tài)勢(shì)，在結(jié)合國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，脫硫脫硝一體化技術(shù)發(fā)展成果顯著，其中以氧化銅吸附法、碳基催化法和脈沖電暈法較為成熟，基本可以達(dá)到工業(yè)規(guī)模應(yīng)用的趨勢(shì)。

2 燃煤火電廠脫硫脫硝技術(shù)探析

2.1 燃煤火電廠脫硫脫硝技術(shù)中氧化銅吸附法

氧化銅吸附法在操作過程中利用相應(yīng)的催化劑實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化硫和氮氧化物的吸附，從而較少燃煤火電廠排放中有毒氣體的含量[2]。①工作原理。在300～500℃溫度條件下，氧化銅可與二氧化硫反應(yīng)生成硫酸銅，即2CuO+2SO2+O2→2CuSO4，其中氧化銅和硫酸銅具有較高的活性催化作用，在氨氣環(huán)境下可利用SCR催化還原法產(chǎn)生氮氧化物，即4NH3+ 2NO2+O2→3N2+6H2O；②工藝特點(diǎn)在該技術(shù)使用過程中脫硫脫硝率較高，如果在750℃的吸附溫度環(huán)境下，可有90%以上的脫硫脫硝率，同時(shí)此過程中不存在廢渣、廢液，且其副產(chǎn)物具有較強(qiáng)的回收性；③具體工藝。煙氣混入一定量的氨氣之后再進(jìn)入吸收器，此時(shí)煙氣中的二氧化硫與氧化銅反應(yīng)生成硫酸銅，實(shí)現(xiàn)二氧化硫的脫離，并且二氧化氮在氨氣的作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氮?dú)鈱?shí)現(xiàn)氮氧化物的脫離，在此之后飽和的氧化銅進(jìn)入到再生器中，利用還原性氣體實(shí)現(xiàn)再生，進(jìn)而完成整個(gè)脫硫脫硝過程。具體流程如圖1所示。

圖1 氧化銅吸附法的工藝流程示意圖

2.2 燃煤火電廠脫硫脫硝技術(shù)中碳基催化法

在碳基催化法中會(huì)選取炭基材料時(shí)對(duì)其吸附能力要求較高，其必須具備豐富的空隙結(jié)構(gòu)，從而以催化劑或者催化劑載體出現(xiàn)在工藝操作之中[3]。①工作原理。脫硫的工作原理主要依據(jù)物理法或者化學(xué)法進(jìn)行相關(guān)的吸附操作，其中物理吸附要求無水蒸氣和氧氣的存在，并且其吸附量方面存在一定的不足；當(dāng)煙氣中含有水蒸氣和氧氣時(shí)，則應(yīng)選取化學(xué)吸附法，其中煙氣中的氧氣通過二氧化硫氧化還原反應(yīng)成三氧化硫，再與水蒸氣反應(yīng)，生成硫酸，實(shí)現(xiàn)脫硫，即2SO2+O2+2H2O→2H2SO4；脫硝的工作原理是在90～250℃的溫度條件下，炭基材料對(duì)一氧化氮進(jìn)行催化還原，使其以以氮?dú)夂退男问酱嬖?，在氨氣環(huán)境下，氮氧化物被還原成氮?dú)?，從而?shí)現(xiàn)脫硝，即4NO+O2+4NH3→4N2+6H2O；②技術(shù)特點(diǎn)。碳基催化法具有再生工藝特性，對(duì)煙氣中的硫回收具有較好的效果，其副產(chǎn)品具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。同時(shí)在操作與工藝方面其簡(jiǎn)單清晰，不需要加熱裝置。除了可有效地去除硫硝外，還能去除重金屬污染，并且催化物較為環(huán)保，二次污染現(xiàn)象有所緩解；③具體工藝。對(duì)煙氣先進(jìn)性冷卻，再從底部向上運(yùn)動(dòng)，最開始煙氣中二氧化硫被氧化成三氧化硫，進(jìn)一步生成為硫酸，吸附在催化材料中。隨后加入氨氣，氮氧化物被還原為氮?dú)夂脱趸瘹?，從而?shí)現(xiàn)脫離。在400℃溫度條件下，對(duì)活性炭材料進(jìn)行再生，生成二氧化硫，對(duì)硫酸等物質(zhì)進(jìn)行回收，其具體工藝流程如圖2所示。

圖2 碳基催化法工藝流程示意圖

2.3 燃煤火電廠脫硫脫硝技術(shù)中脈沖電暈法

脈沖電暈法實(shí)現(xiàn)了高能電子的取代，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。①工作原理。在放點(diǎn)電極上施加交直流電，促進(jìn)高壓脈沖電暈的產(chǎn)生，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)放點(diǎn)效果[4]。在這一過程中，增加煙氣分子能量，從而生成具有非平衡性質(zhì)的等離子體，其中含有較多活性粒子，使得煙氣中的二氧化硫和一氧化氮經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)與水相結(jié)合形成一定酸，其與氨結(jié)合形成硫酸氨與硝酸銨，可作為化肥原料再利用；②技術(shù)特點(diǎn)。在這一過程中擺脫了電子加速器的使用，進(jìn)而無X射線等問題的干擾，能夠在簡(jiǎn)單程序內(nèi)實(shí)現(xiàn)二氧化硫和氮氧化物的脫離，同時(shí)其副產(chǎn)品可做肥料，形成一定的經(jīng)濟(jì)效益；③具體工藝。煙氣在進(jìn)入反應(yīng)器前需要進(jìn)行加熱加濕處理，通過脈沖電源的作用，二氧化硫和一氧化氮得到氧化，并與水蒸氣作用形成酸，實(shí)現(xiàn)脫離，最后對(duì)副產(chǎn)物進(jìn)行回收收集。其具體工藝流程如圖3所示。

圖3 脈沖電暈法工藝流程示意圖

3 結(jié)束語

綜上所述，我國燃煤火電廠脫硫脫硝技術(shù)在發(fā)展過程中取得一定的進(jìn)步，但在具體作業(yè)中，氧化銅吸附法對(duì)溫度要求較高，脈沖電暈法則相對(duì)較為復(fù)雜，均制約了其工業(yè)化發(fā)展道路[5]。相比之下，碳基催化法具有較高的使用價(jià)值，因此在脫硫脫硝過程中要積極進(jìn)行工藝改進(jìn)，推動(dòng)其長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。一方面要對(duì)老舊機(jī)組進(jìn)行改造處理，另一方面要綜合發(fā)揮各脫硫脫硝技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，采取優(yōu)化組合的方式，盡早實(shí)現(xiàn)我國脫硫脫硝一體化技術(shù)工業(yè)化發(fā)展趨勢(shì)。

[1]詹瑋.燃煤火電廠脫硫脫硝技術(shù)發(fā)展分析[J].節(jié)能，2015，34（3）：8～13.

[2]張養(yǎng)靜.火電廠燃煤一體化脫硫脫硝工藝研究[J].能源與節(jié)能，2015（7）：102～103.

[3]萬季霖.我國燃煤火電廠煙氣脫硫脫硝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].科技資訊，2014，12（11）：104.

[4]聶鎏嬰，肖婷婷.燃煤火電廠脫硫脫硝技術(shù)發(fā)展分析[J].商品與質(zhì)量，2016（36）：178.

X773

A

1004-7344（2016）29-0048-02

2016-9-23

楊開遠(yuǎn)（1985-），男，漢族，重慶永川人，助理工程師，本科，主要從事工作和研究方向是火電廠熱控檢修，脫硫脫銷方面。