沈陽信成環(huán)境技術(shù)有限公司 劉春宇
燃煤電廠煙氣脫硫脫硝技術(shù)發(fā)展應(yīng)用淺析
沈陽信成環(huán)境技術(shù)有限公司 劉春宇
隨著國家對燃煤煙氣排放標準的不斷提升和對環(huán)境保護工作不斷加強,加強煙氣脫硫脫硝工作勢在必行。本文對燃煤煙氣脫硫脫硝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進行了分析,并對其未來的發(fā)展趨勢進行了探討,對我國燃煤脫硫脫硝工藝的應(yīng)用和發(fā)展可起到一定借鑒作用。
燃煤煙氣;脫硫脫硝技術(shù);發(fā)展現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢
隨著我國工業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提升,國民經(jīng)濟在過去幾十年來一直維持著高速增長的態(tài)勢,這有力地推動了我國社會經(jīng)濟的發(fā)展和進步,但工業(yè)生產(chǎn)過程中制造的污染物也相繼增多,進而給自然環(huán)境帶來了嚴重危害。煤炭作為我國社會生產(chǎn)和生活中所廣泛使用的一種礦石能源,其燃燒使用過程中會排放一定的污染物,而在這些污染排放物中,SO2和NOx是對環(huán)境和人體健康危害最大的兩種有毒氣體,同時也是導(dǎo)致酸雨、光化學(xué)煙霧等很多環(huán)境問題的元兇之一。為了保證經(jīng)濟社會可以獲得持續(xù)發(fā)展的動力,我國近年來加強了對環(huán)境保護工作的重視,而且頒布的環(huán)境法規(guī)對燃煤煙氣的排放標準也在不斷提升。在這種情況下,加強對燃煤脫硫脫硝技術(shù)的研究和應(yīng)用成為了我們當前迫切需要解決的問題之一。本文正是基于這一立場,對燃煤煙氣脫硫脫硝技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進行了分析,并對其未來的發(fā)展趨勢進行了探討,希望對我國的燃煤脫硫脫硝工藝的應(yīng)用和發(fā)展工作能夠有所借鑒。
燃煤電廠在進行發(fā)電的過程中會耗費大量的煤炭,而煤炭燃燒就會產(chǎn)生煙氣,這些煙氣中包含了大量的CO、CO2、SO2和NOx等有害氣體,如果將其直接排放到大氣環(huán)境中,那么必將造成嚴重的環(huán)境危害,進而給人類的生存和發(fā)展也產(chǎn)生諸多不利影響。現(xiàn)實中,雖然不同的燃煤電廠所使用的設(shè)備、工藝和煤炭種類存在差異,所以排放煙氣的量及其有害成分含量也不一定相同,但由于燃煤電廠的額定蒸發(fā)量大的緣故,所以相較于其他工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,燃煤電廠排放的煙氣總量還是明顯較高。燃煤煙氣一般會攜帶大量的熱,進而就會造成附近環(huán)境的溫度升高,而這就會給處于該環(huán)境中的人的生活和工作造成不利影響。雖然一些電廠為了降低煙氣高溫給人帶來的直接危害,采用了高煙囪排煙的方式,但這種方式又在一定程度上加大了煙氣的擴散范圍和傳輸距離,從長遠來看反而會增加危害程度。另外,燃煤電廠排放的煙氣中含有較多有毒成分,這些成分會對自然環(huán)境和人類的身體健康造成不利影響,同時煙塵飄落還會造導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量下降,煙氣中的SO2還會腐蝕建筑物,而這些都會給人類的正常生活造成嚴重困擾,必須引起充分的重視。
氨法脫硫(如圖1所示)是利用氨水來吸收煙氣中的SO2,進而實現(xiàn)對煙氣的凈化作用。這種脫硫技術(shù)屬于典型的濕法脫硫技術(shù),具有脫硫率高、能耗低、反應(yīng)速率快、吸收劑利用率高等優(yōu)點。同時,采用該方法時產(chǎn)生的副產(chǎn)品還可以作為農(nóng)用肥料,進而達到節(jié)能環(huán)保的效果。與其他脫硫技術(shù)相比,氨法脫硫是一種比較適合我國國情的脫硫技術(shù),但其在使用過程中可能會出現(xiàn)氨逃逸的問題,進而產(chǎn)生新的環(huán)境污染問題。另外,采用這種方法時產(chǎn)生的副產(chǎn)品(NH4)2SO4受市場價格波動的影響較大,而且將其作為肥料也會受到季節(jié)的影響,所以技術(shù)的經(jīng)濟性也會隨之發(fā)生波動。
在濕法脫硫技術(shù)中,石灰石/石灰-石膏法是最具有代表性的一種工藝。與其他脫硫技術(shù)相比,該技術(shù)具有成熟度高、實現(xiàn)簡單以及脫硫率高等優(yōu)勢,但這種方法的缺陷也很明顯,技術(shù)的投資應(yīng)用成本較高,同時耗水量也較大,如果對水沒有進行妥善的再處理,那么就可能造成二次污染問題。尤其是當采用鈣基脫硫劑來吸收SO2時,產(chǎn)生的硫酸鈣和亞硫酸鈣因為溶解度較小的緣故,極易在脫硫塔和管道內(nèi)結(jié)垢,進而對管道造成阻塞。為了解決這一問題,現(xiàn)在發(fā)展出了一種用石灰石漿清洗燃燒廢氣的脫硫技術(shù)。這種方法的特征是在分離工序中采用了可以使?jié){液分離成上溢流和下溢流的分離器,從而可以使石膏粒子從石灰石粒子中被有效分離出來。
除了上述介紹的兩種主流脫硫工藝之外,目前還存在一些其他脫硫技術(shù)被應(yīng)用于燃煤煙氣的脫硫處理中,比如天然海水脫硫技術(shù)等。
SCR脫硝技術(shù)最早誕生于美國,但是卻由日本發(fā)揚光大,也是目前應(yīng)用最為廣泛的一種脫硝工藝,該方法的脫硝率可以達到90%。SCR脫硝技術(shù)利用還原劑和煙氣中的NOx在催化劑和一定條件下產(chǎn)生反應(yīng),進而生成NH3和H2O等無污染或低污染物質(zhì)。該技術(shù)具有成熟度高且應(yīng)用簡便的優(yōu)勢,缺點是技術(shù)的投資和應(yīng)用成本較高。目前燃煤電廠中所廣泛使用的SCR反應(yīng)器通常都安裝在省煤器和空預(yù)器之間,這主要是因為該位置屬于高粉塵高溫布置,利于SCR脫硝反應(yīng)的進行,同時將氨噴射于省煤器和SCR反應(yīng)器之間的煙道位置,也利于其和煙氣混合后與NOx發(fā)生進一步的反應(yīng),進而使脫硝效果達到更優(yōu)。
NOx是一種對自然環(huán)境危害很大的物質(zhì),更是造成酸雨、光化學(xué)煙霧等環(huán)境問題的元兇之一。目前我國將脫硝技術(shù)分為了以下三類:第一,燃燒前脫硝技術(shù)。該類技術(shù)主要包括加氫脫硝和洗選,其主要實現(xiàn)原理是對煤進行脫硝處理,這種方式的應(yīng)用成本較高,而且實現(xiàn)困難,在實際工程中應(yīng)用較少;第二,燃燒中脫硝技術(shù)。該類技術(shù)主要指低氮燃燒技術(shù);第三,燃燒后脫硝技術(shù)。該類技術(shù)也是目前實際應(yīng)用最為廣泛的脫硝技術(shù),主要包括SCR脫硝技術(shù)、SNCR脫硝技術(shù)、活性炭吸附等等。
圖1 氨法脫硫系統(tǒng)的工藝流程圖
在燃煤電站中,需要對鍋爐燃燒中產(chǎn)生的SO2和NOx含量都進行控制,如果分別安裝兩套工藝系統(tǒng),那么不僅會占用較大的空間,而且還會增大投資成本。而將脫硫脫硝技術(shù)進行集成應(yīng)用,則不僅可以節(jié)省空間,而且還能減少技術(shù)的投資和應(yīng)用成本,同時增加脫硫脫硝的工作效率。鑒于此,脫硫脫硝一體化技術(shù)已經(jīng)逐漸成為了未來發(fā)展的趨勢之一。現(xiàn)實中,脫硫脫硝一體化技術(shù)主要包括聯(lián)合脫硫脫硝工藝和同時脫硫脫硝工藝這兩類,下面將對這兩類技術(shù)及其利用方式進行詳細討論。
聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)是將脫硫和脫硝兩種工藝結(jié)合在一起使用的技術(shù)手段。根據(jù)現(xiàn)有的統(tǒng)計資料顯示,聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)大約發(fā)展出了60多種,而其中具有代表性且應(yīng)用價值較大的技術(shù)主要包括以下三種:第一,SNOX法。SNOX法具有較高的脫硫率和脫硝率,其使用中必須用到NH3。這種方法的優(yōu)勢在于運行使用和維護成本較低,而且脫硫脫硝效果較好,幾乎適用于所有的鍋爐設(shè)備,但同時也存在著能耗較高的缺陷,主要被應(yīng)用于排放標準較嚴格的場合。第二,煙氣脫硫脫硝一體化工藝。該方法先用NH3將NOx轉(zhuǎn)化成N2和H2O,而煙氣通過脫硫并與石灰發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成石膏,再經(jīng)由分離提取到粉煤灰以便二次使用。第三,活性炭脫硫脫硝的方式。這種方法的工作原理與活性炭液化床的吸附原理相似,具有廣闊的應(yīng)用前景。
同時脫硫脫硝的方法是將脫硫和脫硝兩個反應(yīng)集成在一步中實現(xiàn),這樣的工作效率最高。同時脫硫脫硝方法主要包括以下兩類:第一,干法同時脫硫脫硝的方式。目前我國正在廣泛推廣應(yīng)用的噴霧干燥法就是這種方式中的一種,它可以同時實現(xiàn)脫硫和脫硝處理,而且其得到的副產(chǎn)品還能被作為二次利用的化肥使用,具有良好的經(jīng)濟性。第二,濕法同時脫硫脫硝的方式。這種方法的代表技術(shù)是氯酸氧化法,其主要包括吸附塔和堿式吸附塔兩方面,目前對這種方法的研究還處于不斷開發(fā)和優(yōu)化完善的階段。
隨著我國對燃煤煙氣有毒成分排放標準的不斷提升和社會對環(huán)境保護工作的不斷加強,加強煙氣脫硫脫硝工作勢在必行。因此在日后的工作中,我們必須對煙氣脫硫脫硝技術(shù)不斷加強研究、應(yīng)用和創(chuàng)新,積極探索出更有效、節(jié)能、低廉的煙氣脫硫脫硝技術(shù)。
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