摘要：針對(duì)脫硫脫硝處理中煙氣吸收效率較低的問題，本文提出對(duì)燃煤電廠石灰石-石膏法煙氣脫硫脫硝技術(shù)進(jìn)行研究。根據(jù)當(dāng)前的脫硫脫硝需求，先進(jìn)行煙氣引入和煙氣換熱，采用多層級(jí)的方式，提高煙氣吸收效率，并實(shí)現(xiàn)層級(jí)吸收處理。在此基礎(chǔ)上，完成漿液循環(huán)與氧化處理，進(jìn)行石膏生成與脫水，最終采用煙氣排放的方法來實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝的目標(biāo)。測(cè)試結(jié)果表明：利用石灰石-石膏法進(jìn)行脫硫脫硝處理最終所消耗的費(fèi)用為3431萬元，費(fèi)用消耗較低，較容易把控，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值和實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠；石灰石-石膏法；煙氣脫硫；脫硝技術(shù)；燃煤處理；脫化模式

中圖分類號(hào)：X70""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

燃煤電廠在全球能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要地位，然而，其運(yùn)行過程中產(chǎn)生的二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）等污染物對(duì)環(huán)境和人類健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[1]。石灰石-石膏法是一種成熟的煙氣脫硫技術(shù)，與傳統(tǒng)的煙氣脫硫脫硝形式不同的是，以石灰石或石灰為脫硫劑，通過吸收煙氣中的SO2生成石膏，實(shí)現(xiàn)了硫資源的回收和利用。石灰石-石膏法具有脫硫效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、副產(chǎn)物利用價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)，一定程度上也縮短了整體的處理時(shí)間，增強(qiáng)了煙氣脫硫脫硝的實(shí)際效果[2]。因此本文對(duì)燃煤電廠石灰石-石膏法煙氣脫硫脫硝技術(shù)進(jìn)行研究。通過選定真實(shí)的燃煤電廠作為測(cè)試環(huán)境，結(jié)合石灰石的處理需求，從多個(gè)角度不斷強(qiáng)化處理效果，簡化對(duì)應(yīng)的實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，形成一體化的煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)，促使其成為燃煤電廠污染控制的新趨勢(shì)[3]。與此同時(shí)，在石膏法煙氣脫硫脫硝過程中，還會(huì)融合選擇性催化還原（SCR）和選擇性非催化還原（SNCR）等技術(shù)，能夠有效降低NOx排放，順利解決投資成本高、運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜等問題，為燃煤電廠的綠色轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。

1設(shè)計(jì)電廠石灰石-石膏法煙氣脫硫脫硝技術(shù)

1.1煙氣引入

一般情況下，煙氣引入是脫硫脫硝的初始環(huán)節(jié)，也是奠定基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，目的是將燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣有效地導(dǎo)入脫硫系統(tǒng)進(jìn)行處理，煙氣捕捉及處理對(duì)最終的脫硫脫硝結(jié)果會(huì)產(chǎn)生極大影響[4]。通過鍋爐排煙系統(tǒng)產(chǎn)生煙氣，使用引風(fēng)機(jī)采集煙氣，將其引入脫硫系統(tǒng)的煙道。在引入的過程中，盡量保證煙氣的流量與壓力，使用專業(yè)裝置保證煙氣平穩(wěn)、順暢地進(jìn)入脫硫裝置。另外，當(dāng)引入時(shí)，還要對(duì)煙氣預(yù)處理[5]。這部分可以使用除塵器，對(duì)煙氣中的大顆粒粉塵、砂物質(zhì)或者異物等作出處理，避免對(duì)后續(xù)脫硫脫硝設(shè)備造成磨損和堵塞。在此基礎(chǔ)上，通過脫硝裝置，簡單去除煙氣中的氮氧化物（NOx），滿足綠色環(huán)保的要求。另外，當(dāng)煙氣引入時(shí)，還需要保證煙氣的均勻分布和穩(wěn)定流動(dòng)。通過調(diào)整引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和葉片角度的方式，更好地控制煙氣的流量和流速，并重新設(shè)計(jì)煙道的形狀和尺寸，保證煙氣在煙道內(nèi)均勻分布，避免局部流速過高或過低。

1.2石灰石及石膏漿液處理

選擇合適的石灰石，要求石灰石純度高于95%，以保證其脫硫效率，活性指數(shù)大于80%，以提高反應(yīng)速率，石灰石經(jīng)破碎后，粒度應(yīng)控制在0.5～2mm，以保證反應(yīng)均勻性。使用破碎機(jī)將石灰石破碎至所需粒度，應(yīng)通過篩分設(shè)備檢驗(yàn)破碎后的石灰石粒度分布，保證符合工藝要求。石灰石應(yīng)儲(chǔ)存在干燥、通風(fēng)的倉庫中，防止受潮。濕度應(yīng)控制在5%以下，并定期檢測(cè)。采用密閉式運(yùn)輸車輛，防止石灰石在運(yùn)輸過程中混入雜質(zhì)。

將石灰石與水按1∶10的質(zhì)量比進(jìn)行混合，使用高速攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，將攪拌速度控制在100r/min～150r/min，攪拌時(shí)間不少于30min，保證石灰石與水充分反應(yīng)，通過研磨設(shè)備進(jìn)一步細(xì)化混合液，使石膏漿液更加均勻。通過加入酸或堿來調(diào)節(jié)石膏漿液的pH，一般控制在5.5～6.5。通過添加水或濃縮液來調(diào)節(jié)石膏漿液的濃度，通常為20%～30%（質(zhì)量百分比）。通過加熱或冷卻設(shè)備對(duì)石膏漿液的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，通常控制在40℃～60℃，保證反應(yīng)速度適中。

1.3煙氣換熱及層級(jí)吸收處理

燃煤電廠鍋爐產(chǎn)生的煙氣溫度相對(duì)較高，通常在120℃

150℃，而脫硫脫硝反應(yīng)的最佳溫度通常在50℃～90℃，當(dāng)前的溫度差較大，控制難度增加。為保證后期煙氣脫硫脫硝的穩(wěn)定性，進(jìn)行煙氣換熱及層級(jí)吸收處理。使用煙氣換熱器（GGH）將引入的高溫?zé)煔饨抵吝m宜的反應(yīng)溫度。分3個(gè)階段階梯式降溫，將溫差控制在20℃～25℃即可。煙氣與冷卻介質(zhì)的逆流換熱會(huì)使煙氣溫度降至所需水平，從而形成適宜的溫度條件。接下來是層級(jí)吸收處理，當(dāng)煙氣通過吸收塔時(shí)，與從噴淋系統(tǒng)噴出的霧狀石灰石漿液接觸，石灰石漿液中的碳酸鈣（CaCO3）充分與煙氣中的二氧化硫（SO2）和氧氣（O2）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成亞硫酸鈣（CaSO3）。亞硫酸鈣進(jìn)一步氧化為硫酸鈣（CaSO4），即石膏，此時(shí)可以測(cè)定SO2初始的濃度，如公式（1）所示。

g=α2×況（1K）（1）

式中：g為SO2初始的濃度；α為脫硫總量；w為催化劑利用率；？為脫硫效率；κ為脫硫次數(shù)。

結(jié)合當(dāng)前測(cè)定，將SO2的初始濃度設(shè)定為煙氣的脫硫處理標(biāo)準(zhǔn)，為進(jìn)一步保證煙氣中的SO2能夠充分吸收，將吸收塔設(shè)計(jì)為多層噴淋結(jié)構(gòu)，即層級(jí)吸收。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

結(jié)合圖1，對(duì)多層噴淋結(jié)構(gòu)進(jìn)行吸收處理。多層噴淋吸收處理主要是對(duì)煙氣進(jìn)行區(qū)域性或者局域性地吸收處理，提高吸收的穩(wěn)定性與實(shí)時(shí)性[6]。但是在執(zhí)行的過程中，需要對(duì)設(shè)定的每層噴淋系統(tǒng)都噴射一定量的石灰石漿液，與煙氣進(jìn)行充分接觸和反應(yīng)。當(dāng)煙氣向上流動(dòng)時(shí)，逐漸去除煙氣中的SO2，直到煙氣中的SO2含量達(dá)到預(yù)期設(shè)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。此外，還需要對(duì)漿液進(jìn)行循環(huán)和補(bǔ)充，使?jié){液中的碳酸鈣濃度保持穩(wěn)定，從而保證脫硫脫硝反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。

1.4漿液循環(huán)與氧化

在吸收塔內(nèi)，石灰石漿液一般會(huì)通過噴淋系統(tǒng)均勻地噴灑到煙氣流中，與煙氣中的二氧化硫等污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)后的漿液會(huì)流入吸收塔底部的反應(yīng)槽中，內(nèi)部含有大量的反應(yīng)產(chǎn)物和未反應(yīng)的石灰石。為了保證脫硫脫硝反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，循環(huán)使用反應(yīng)槽中的漿液，同時(shí)分兩個(gè)周期來調(diào)整循環(huán)處理指標(biāo)參數(shù)，見表1。

結(jié)合表1，對(duì)多周期漿液循環(huán)處理指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定與實(shí)踐。通過脫硫循環(huán)泵來進(jìn)行操作。抽出反應(yīng)槽中的漿液，使用噴淋系統(tǒng)將其噴灑到煙氣流中，這樣石灰石漿液就能夠不斷地與煙氣中的污染物接觸和反應(yīng)，從而持續(xù)脫除污染物。在漿液循環(huán)的過程中，在吸收塔的反應(yīng)槽內(nèi)部，亞硫酸鈣（CaSO3）也會(huì)與空氣中的氧氣（O2）發(fā)生氧化反應(yīng)。具體如圖2所示。

在此基礎(chǔ)上，為加快亞硫酸鈣的氧化速度，一般可以使用外置的氧化風(fēng)機(jī)向反應(yīng)槽中引入適量的空氣或氧氣。氧化風(fēng)機(jī)將空氣吹入反應(yīng)槽中，使空氣中的氧氣與亞硫酸鈣充分接觸并氧化。隨著氧化反應(yīng)的進(jìn)行，硫酸鈣的濃度逐漸升高，最終會(huì)形成石膏晶體?？梢酝ㄟ^石膏漿液排出泵抽出這些石膏晶體，后續(xù)再進(jìn)一步處理。

1.5石膏生成、脫水

在吸收塔的反應(yīng)槽中生成石膏。在整個(gè)過程中，噴淋系統(tǒng)噴灑的石灰石漿液與煙氣中的二氧化硫發(fā)生反應(yīng)，亞硫酸鈣在氧化風(fēng)機(jī)的作用下與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為硫酸鈣，即石膏。隨著硫酸鈣在反應(yīng)槽中不斷積累，最終會(huì)形成石膏晶體。但是在不同的環(huán)境下，生成的石膏自身的純度以及質(zhì)量也存在較大的差異。為了控制生成石膏的純度和質(zhì)量，可以先計(jì)算所需漿液的pH。具體計(jì)算方法如公式（2）所示。

（2）

式中：L為控制漿液pH值；t為石膏漿液初始濃度；β為石膏漿液總質(zhì)量；ρ為雜質(zhì)去除率；k1和k2分別為兩個(gè)周期的石膏純度。

首先，根據(jù)兩個(gè)周期控制漿液pH值的變化，調(diào)節(jié)漿液濃度，控制石膏晶體的生長速度和結(jié)晶度，在處理的過程中，最大程度上防止石膏晶體溶解或發(fā)生其他不良反應(yīng)，使用專業(yè)裝置或者設(shè)備對(duì)漿液進(jìn)行離心處理或者過濾處理，進(jìn)一步保證石膏的純度。

其次，要對(duì)石膏進(jìn)行脫水處理。如果石膏中的水分含量較少，那么真空過濾會(huì)將石膏漿液輸送到真空過濾機(jī)上，利用真空吸力將水分從石膏中吸出，形成含水率較低的石膏濾餅。如果石膏中的水含量較多，就選擇使用離心分離，利用離心力將石膏漿液中的水分甩出，得到更干燥的石膏。最后，需要注意當(dāng)前的石膏脫水處理流程并不是固定的，可以根據(jù)上述脫硫脫硝的處理效果來設(shè)定對(duì)應(yīng)的脫水方式，提高該項(xiàng)技術(shù)的靈活度與穩(wěn)定性，提高脫硫脫硝實(shí)際效率。

1.6煙氣排放實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝

煙氣排放是脫硫脫硝的核心目標(biāo)，可以有效去除煙氣中的硫氧化物（SOx）和氮氧化物（NOx），從而實(shí)現(xiàn)清潔排放的目標(biāo)。經(jīng)過脫硫脫硝處理后的煙氣，其SOx和NOx含量大幅降低，內(nèi)部的雜質(zhì)也得到了有效去除。目前的氣體狀態(tài)滿足環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

可以使用除霧器先去除煙氣中攜帶的水滴，通過換熱器進(jìn)行再熱，防止其在煙囪中凝結(jié)產(chǎn)生“白煙”。經(jīng)過處理的煙氣還需要使用專業(yè)的設(shè)備與裝置對(duì)內(nèi)部元素及結(jié)構(gòu)進(jìn)行剖析，經(jīng)過反復(fù)核驗(yàn)，保證內(nèi)部未含有有害物質(zhì)后，以煙囪作為載體，排放到大氣中，對(duì)電廠煙氣進(jìn)行清潔排放，完成脫硫脫硝技術(shù)性處理。

2試驗(yàn)

本次研究主要對(duì)燃煤電廠石灰石-石膏法煙氣脫硫脫硝技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析，考慮到最終測(cè)試的真實(shí)性與穩(wěn)定性，將某燃煤電廠作為測(cè)試的目標(biāo)對(duì)象，結(jié)合當(dāng)前的實(shí)例分析要求，進(jìn)行對(duì)比，并設(shè)定基礎(chǔ)測(cè)試環(huán)境。

2.1試驗(yàn)準(zhǔn)備

針對(duì)燃煤電廠石灰石-石膏法煙氣脫硫脫硝處理，設(shè)定初始測(cè)試環(huán)境，并接入輔助性的測(cè)試裝置，穩(wěn)定測(cè)試背景。為了準(zhǔn)確地配制模擬氣體，首先，選擇精度0. 1×106的配氣儀和毛細(xì)管流量計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)。將溫度差控制在0. 1℃以下，使用可見光分光光度計(jì)進(jìn)行脫硫脫硝溫度采集與對(duì)比分析。其次，模擬引入煙氣的濃度，預(yù)設(shè)氣體的體積分?jǐn)?shù)，對(duì)應(yīng)用測(cè)試漿液進(jìn)行基礎(chǔ)性制備。完成處理后，靜置存放，以備后續(xù)使用與對(duì)比驗(yàn)證。最后，測(cè)試環(huán)境數(shù)值，結(jié)果見表2。

結(jié)合表2，對(duì)測(cè)試環(huán)境數(shù)值進(jìn)行設(shè)定，根據(jù)石灰石—石膏法的輔助測(cè)定需求，做出適當(dāng)調(diào)整和平衡試驗(yàn)控制，完成測(cè)試環(huán)境搭建。

2.2試驗(yàn)過程及結(jié)果分析

在上述搭建的測(cè)試環(huán)境中，結(jié)合石灰石—石膏法，對(duì)煙氣脫硫脫硝技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證。目前，用調(diào)整測(cè)試數(shù)值的方式來穩(wěn)定測(cè)試環(huán)境，并對(duì)隨機(jī)選定3個(gè)廠區(qū)進(jìn)行測(cè)定，按照設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)流程進(jìn)行脫硫脫硝處理。與氨—硫酸銨法相比，從經(jīng)濟(jì)的角度對(duì)應(yīng)用效果進(jìn)行分析，得出具體的測(cè)試數(shù)據(jù)和信息，見表3。

由表3可以得知，在相同的測(cè)試環(huán)境下，最終氨-硫酸銨法所消耗的費(fèi)用為4674萬元，而石灰石—石膏法最終所消耗的費(fèi)用為3431萬元，通過對(duì)比各項(xiàng)目及總費(fèi)用，在實(shí)際應(yīng)用中，用石灰石—石膏法的脫硫脫硝效果相對(duì)更加可靠、真實(shí)，費(fèi)用消耗也明顯降低，較容易把控，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值和實(shí)踐意義。

3結(jié)語

本文對(duì)燃煤電廠石灰石-石膏法煙氣脫硫脫硝技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐和對(duì)比研究。與初始的脫硫脫硝方式相比，本次所設(shè)計(jì)的方法更加靈活、多變，自身具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和可靠性。在不同的背景環(huán)境下，石灰石—石膏法作為一種成熟且高效的脫硫脫硝技術(shù)，能最大程度地減少大氣中硫氧化物的排放量，利于追求更低排放標(biāo)準(zhǔn)，以此進(jìn)一步滿足設(shè)計(jì)的應(yīng)用處理需求，不僅可以對(duì)燃煤電廠的綠色轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)，還可以共同推動(dòng)燃煤電廠污染控制技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。

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