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        燃煤鍋爐煙氣治理技術(shù)及應(yīng)用

        2020-09-22 13:36:04楊韋
        理論與創(chuàng)新 2020年14期
        關(guān)鍵詞:燃煤鍋爐

        楊韋

        【摘? 要】燃煤電廠需要密切關(guān)注生產(chǎn)過程中對(duì)各類環(huán)境污染物的治理,并采取有效的控制措施以減低大氣污染物的排放。本文將對(duì)燃煤鍋爐煙氣治理技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)分析,以供參考。

        【關(guān)鍵詞】燃煤鍋爐;煙氣危害;治理技術(shù)

        引言

        煤的燃燒過程釋放出大量的煙氣,其中含有的硫、氮、重金屬等污染物質(zhì)會(huì)嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境,是霧霾、酸雨、光化學(xué)煙霧等重點(diǎn)環(huán)境污染的源頭,對(duì)人類健康和生存環(huán)境造成極大威脅。

        1.燃煤電廠煙氣的特點(diǎn)和危害

        在煤炭燃燒所排出的煙氣中含有大量的污染物,包括SO2、NOx、煙塵、CO、重金屬、SO3、氯化物、氟化物等,煙氣中的污染物所占有的比例和各種元素在煤炭中的比例直接相關(guān),盡管目前燃煤鍋爐煙氣普遍采取治理措施,排放的污染物濃度較低,但是由于煙氣量較大,排放到空氣中的污染物總量遠(yuǎn)多于其他行業(yè)。通常燃煤電廠中鍋爐排放的煙氣具有一定的溫度和濕度,而且煙氣通過高煙囪排放出去,加上排煙量較大,煙氣溫度相比周圍環(huán)境溫度要高出很多,再受一定風(fēng)速的影響,煙氣的擴(kuò)散范圍就會(huì)更加廣泛,在風(fēng)中傳播的過程中就會(huì)形成具有連續(xù)性的煙流,存留在煙氣中的污染物的沉降和轉(zhuǎn)化過程較為緩慢,促使這些污染物能夠傳播到幾百公里甚至幾千公里之外。煙氣中含有的SO2等酸性物質(zhì)會(huì)形成酸雨,腐蝕金屬材料及建筑物;煙氣中NOx作為重要的前體物,在陽光中紫外線的影響下會(huì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng),形成臭氧,當(dāng)濃度達(dá)到一定范圍時(shí),會(huì)影響人體呼吸道和心血管系統(tǒng);煙氣中的粉塵含有重金屬等物質(zhì),通過自然沉降進(jìn)入自然界中影響動(dòng)植物的正常生長、污染水源。燃煤電廠煙氣具有污染物種類多、總量大、傳播距離廣等特點(diǎn),對(duì)自然環(huán)境造成嚴(yán)重的危害,還會(huì)影響人類健康。因此,在現(xiàn)有的燃煤電廠大氣污染控制措施的基礎(chǔ)上,對(duì)煙氣污染物進(jìn)行深度治理很有必要。

        2.煙氣治理分系統(tǒng)說明

        2.1臭氧脫硝系統(tǒng)

        在鍋爐出口和脫硫洗滌塔的前面有臭氧脫硝技術(shù)。根據(jù)氣相混合的動(dòng)態(tài)原理,臭氧輸入裝置將臭氧均勻地噴入煙氣適應(yīng)點(diǎn)的煙道中,以確保注入臭氧和煙氣中的氮氧化物緊密接觸混合,氧化劑在煙道氣中迅速分解,并與煙道氣中的NOx反應(yīng)生成NO2,N2O3,O2,但通常不與煙道氣中的二氧化硫相互作用。再通過調(diào)節(jié)脫硫吸收塔中吸收液的噴霧量和濃度,一氧化氮被吸收劑同時(shí)吸收并除去。

        臭氧反硝化技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):建立臭氧反硝化系統(tǒng)是一次性的投資,在反硝化過程中不使用催化劑,臭氧脫硝系統(tǒng)的安裝面積小,在煙道中進(jìn)行了臭氧脫硝過程的全氧化過程,不需要額外的反應(yīng)器;臭氧脫硝過程簡單,施工時(shí)間短;臭氧脫硝技術(shù)不需要改變鍋爐燃燒設(shè)備和加熱表面。

        2.2濕法除塵器

        濕式除塵器使煙道氣與水緊密接觸,不僅可以凈化煙道氣中的固體顆粒污染物,還可以去除氣態(tài)污染物并同時(shí)起到冷卻作用。濕式除塵器的下部是噴霧除塵區(qū),上部是脫水區(qū),下部裝有氣柵。除塵水以液態(tài)霧的形式從頂部噴到底部,并與從底部到頂部進(jìn)入塔的煙道氣接觸,氣流和除塵水完全混合并相互接觸。在重力的影響下,含水煙霧和灰塵沉淀在塔的底部。除塵區(qū)的高度對(duì)于確保除塵后的煙道氣水含量低以及集塵器的除塵效率為95%以上是必要的。預(yù)除塵器和除塵器位于脫硫塔的前后,使?jié)袷诫姵龎m器進(jìn)口處的粉塵濃度小于50mg/Nm3,系統(tǒng)的最終煙塵排放濃度小于5mg/Nm3。

        2.3濕法脫硫系統(tǒng)

        系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),脫硫循環(huán)泵將堿性脫硫漿液從循環(huán)池輸送到脫硫塔頂部噴淋區(qū),通過多個(gè)錐形噴嘴噴出液霧形式的漿液向下噴,與從底部到頂部進(jìn)入塔的煙氣反向接觸,煙氣穿過塔的棒狀柵欄的水膜層,以3-5m/s的速度向上旋轉(zhuǎn),與噴灑的漿液充分接觸并與吸收煙氣中的SO2反應(yīng)以產(chǎn)生亞硫酸鹽,硫酸鹽等,實(shí)現(xiàn)脫硫。凈化后的煙道氣進(jìn)入濕式靜電除霧器,然后從煙囪中排出,脫硫副產(chǎn)物石膏可綜合利用。

        3.燃煤電廠煙氣深度治理的措施

        3.1脫硫技術(shù)措施

        脫硫技術(shù)措施的使用主要分為三種情況,分別為煤炭燃燒前、中、后脫硫。針對(duì)燃燒前脫硫情況,主要是將煤炭中含有的硫成分采用物理方式進(jìn)行去除,結(jié)合煤炭中硫成分含有磁性的特點(diǎn),減少煤炭中的硫含量。針對(duì)燃燒中脫硫的情況,主要是在鍋爐內(nèi)的煤炭高溫狀態(tài)下進(jìn)行燃燒時(shí),添加碳酸鹽類物質(zhì),與燃燒過程產(chǎn)生的硫化物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),在高溫條件下形成固體硫酸鹽,和鍋爐中的灰渣一同排出。針對(duì)燃燒后脫硫的情況,又稱為末端治理技術(shù),包括三種脫硫技術(shù)路線,分別為濕法、半干法和干法。濕法脫硫是利用氫氧化鈉、氫氧化鈣、石灰石等堿性吸收劑,與煙氣中的SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硫酸鹽類物質(zhì),這種方式在燃煤電廠中應(yīng)用較為廣泛,技術(shù)成熟,脫硫效率高,但是會(huì)產(chǎn)生廢水。半干法脫硫是在高溫?zé)煔庵袊娙朐鰸竦南业葔A性吸收劑,在煙氣熱量的作用下吸收劑顆粒含有的水分蒸發(fā),同時(shí)發(fā)生離子化反應(yīng)脫除煙氣中的SO2,半干法脫硫設(shè)備簡單占地小,但脫硫效率較低,不適用于SO2濃度很高的煙氣。干法脫硫是在煙氣中直接噴入消石灰、小蘇打等堿性吸收劑,通過氣固相直接反應(yīng)脫除SO2,干法脫硫的效率比前兩種工藝都要低,一般用于對(duì)SO2濃度極高的煙氣進(jìn)行預(yù)脫除,降低后續(xù)脫硫工藝的負(fù)荷,在燃煤電廠應(yīng)用較少。

        3.2漿液冷卻技術(shù)措施

        針對(duì)目前燃煤電廠主流的濕法脫硫工藝,采用漿液冷卻技術(shù)措施,在吸收塔最頂端噴淋層對(duì)應(yīng)的漿液循環(huán)泵出口處增加漿液冷卻器,當(dāng)煙氣進(jìn)入吸收塔后與噴淋漿液接觸,經(jīng)過常溫蒸發(fā)、低溫冷凝、相變凝聚等過程,深度脫除煙氣中的污染物。低溫冷凝環(huán)節(jié)主要發(fā)生在漿液冷凝器的噴淋層,是在常溫蒸發(fā)區(qū)域中存在飽和狀態(tài)的煙氣噴入低溫漿液,煙氣中存在的一些水蒸氣就會(huì)冷凝為液態(tài),從而也將煙氣的濕度降低。相變凝聚環(huán)節(jié)主要是引導(dǎo)經(jīng)過低溫冷凝后的煙氣通過相變和碰撞產(chǎn)生凝聚情況,再加上除霧器的利用,使得灰塵和霧滴逐漸凝聚增大,其慣性和離心力也會(huì)越大,更加易于脫除。經(jīng)過吸收塔排放的煙氣依舊處于飽和狀態(tài),但是溫度和濕度比之前會(huì)降低,這種狀態(tài)下的煙氣被排放出去,由于溫差減少,凝結(jié)效果會(huì)削弱,煙羽現(xiàn)象就不會(huì)那么明顯。根據(jù)計(jì)算,假如煙氣的溫度下降在5℃,冬季和夏季煙囪出口煙氣凝結(jié)水量相近,煙羽現(xiàn)象削弱會(huì)更加明顯。

        3.3脫硝技術(shù)措施

        脫硝技術(shù)措施的使用主要是為了減少煙氣中存在的氮氧化物,并減少氮氧化物對(duì)自然環(huán)境造成的危害。該技術(shù)的使用主要應(yīng)用在鍋爐燃燒中和燃燒后過程,采用非催化還原、催化還原、活性炭吸附等方式。非催化還原是在合適的鍋爐溫度區(qū)間噴入還原劑,利用還原劑與氮氧化物中氮元素化合價(jià)不同,將具有毒害性的氮氧化物還原生成氮?dú)?。催化還原則是在催化劑的幫助下,在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)氮氧化物還原?;钚蕴课绞抢没钚蕴康奈⒖捉Y(jié)構(gòu)和較大的比表面積吸附煙氣中的氮氧化物,再通過解析制酸,實(shí)現(xiàn)了資源化利用。目前燃煤電廠主流的脫硝工藝還是以非催化還原和催化還原為主,因此脫硝效果和還原劑的濃度、反應(yīng)溫度條件等有很大關(guān)系,還原劑用量越大,煙氣中的氮氧化物脫除效率就越高,但是會(huì)造成還原劑利用率低,產(chǎn)生氨逃逸現(xiàn)象。此外,由于脫硝還原反應(yīng)對(duì)于溫度區(qū)間要求較為嚴(yán)格,為保證一定脫硝效率,勢必要影響鍋爐的運(yùn)行工況。

        4.結(jié)束語

        總之,燃煤鍋爐煙氣治理要引起我們足夠重視,并通過有效的煙氣治理方法降低煙氣的污染性,盡可能降低煙氣排放對(duì)大氣的危害。

        參考文獻(xiàn)

        [1]蔣文舉,趙君科.煙氣脫硫脫硝技術(shù)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2018

        [2]周立新,諸毅,陳朝東.工業(yè)脫硫脫硝技術(shù)問答[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2019

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