火电厂烟气脱硫脱硝技术的节能环保问题分析 张巍巍1 姚国华2

发表时间:2021/5/13   来源:《中国电力企业管理》2021年2月   作者:张巍巍1 姚国华2
[导读] 改革后,在我国社会经济的发展中,工业的发展十分重要,工业生产也是支撑我国经济发展的重要内容。目前,工业生产过程中会排出大量的烟气,烟气中的二氧化硫、氮氧化物等成分会给社会环境带来污染,也会影响大气质量,并给人们的健康带来极大地危害。

1内蒙古霍林郭勒金源口热电有限公司  张巍巍1   029200 
2内蒙古通辽吉源热电有限责任公司   姚国华2    028000

摘要:改革后,在我国社会经济的发展中,工业的发展十分重要,工业生产也是支撑我国经济发展的重要内容。目前,工业生产过程中会排出大量的烟气,烟气中的二氧化硫、氮氧化物等成分会给社会环境带来污染,也会影响大气质量,并给人们的健康带来极大地危害。这些有害气体的主要排放源来自火电厂,火电厂在发电的过程中会排放出大量的烟气,主要包含硫氧化物与氮氧化物,要想有效地避免污染,减少有害气体排放,对火电厂烟气进行脱硫脱硝治理十分关键。
关键词:火电厂;烟气;脱硫脱硝技术;节能环保;相关思考
        引言
        我国火电厂是以煤炭作为主要能源,所以在生产过程中势必会产生大量含有二氧化硫、氮氧化物的烟气,如何有效地解决有害气体排放是我国大气污染防治工作的重点。目前烟气脱硫脱硝技术的节能环保问题,已经成为火电厂要面对的紧要问题。虽然我国已经掌握了许多关于烟气脱硫脱硝环保技术,但是在具体应用中因为许多限制条件导致应用效果并不理想。对此,分析当前国内火电厂脱硫脱硝技术应用,为推动生态环保可持续发展提供参考。
        1火电厂烟气脱硫脱硝技术使用的价值
        随着工业化进程不断深入,其所造成的环境污染问题日益严重,随着人们的环保意识不断提高,开始对火电厂排气污染进行严格防控。现阶段我国不断提升火电厂排放标准,火电厂烟气脱硫脱硝技术在70年代初期被研发,受到经济技术的因素影响,诸多技术尚未被有效推广,相关技术需要深层次发展。在火电厂生产期间,选取烟气脱硫脱硝技术目的重点是处理烟气污染问题、节约能源,一般来说脱硫技术根据脱硫剂的区别分为钙基脱硫、氨基脱硫与钠基脱硫技术等,根据脱硫脱硝产物来进行划分可以分为干法、半干法与湿法。国际范围内工业生产中所使用的脱硫脱硝技术有十几种,我国经常使用的湿法脱硫脱硝技术包括双碱法、石灰石-石膏法、氨法、钠碱法等;半干法主要有喷雾干燥法、循环流化床法等;干法主要有电子束法、活性炭法等,以上技术的科学使用可妥善处理烟气污染物,使得火电厂生产存在一定环保性。
        2火电厂烟气脱硫脱硝技术应用
        2.1烟气脱硝工艺
        对于烟气脱硝工艺而言,目前最常使用的就是还原法与氧化法两种类型,其主要原理在于将烟气通过物理或者化学方式进行处理,将烟气中的NOx反应生成无毒无污染的N2和H2O。
        在烟气脱硝还原工艺当中,主要分为选择性催化工艺(SCR)和选择性非催化还原工艺(SNCR)两种类型。其中,选择性催化还原工艺主要是在专门的设备当中,喷入尿素或者其他类型的氨基还原剂,还原剂可以将烟气当中的NOx还原为N2和H2O。SCR法一般的NOx脱除效率可维持在70%-90%,整个工艺产生的二次污染物质很少,且不会给处理系统增加压力,氨逃逸率也会很低,这也是目前较为成熟的一种脱硝工艺。对于这种工艺的应用,关键点在于选择合理的催化剂,一般而言,需要选择腐蚀性和耐损性较高的催化剂,还要保证催化剂的抗硫性能较强、寿命较长。SCR工艺的运行成本很高,其主要表现在催化剂的更换费用高、还原剂(液氨、氨水、尿素等)消耗费用高等。选择性非催化还原工艺是以炉膛作为反应器,是目前旧机组脱硝技术改造时主要采用的脱硝技术。一般可获得30%~50%的NOx脱除率,所用的还原剂一般为氨、氨水和尿素等。由于尿素比氨具有更好的锅炉分布性能,且尿素是一般化学药品,运输存储简单安全、货源易得,而氨属于危险化学药品,SNCR一般采用尿素作为还原剂。选择性非催化还原(SNCR)脱除NOx技术是把含有NHx基的还原剂,喷入炉膛,该还原剂迅速热分解成NH3选择性地与烟气中的NOx反应生成N2、CO2、H2O等无害气体。这种处理方式的操作较为简单,且成本相对较低,但是脱硝率较低,且氨逃逸率较高,所以,在实际生产中应用相对较少。
        除了上面介绍的还原法,氧化法脱硝主要是利用臭氧、过氧化氢或次氯酸钠等氧化剂,将不可溶的低价态氮氧化物氧化为可溶地高价态氮氧化物,然后在洗涤塔内用碱液将氮氧化物吸收,达到脱硝目的。该脱硝工艺在不同的NOx等污染物浓度和比例下,可以同时高效率脱除烟气中的NOx、二氧化硫和颗粒物等污染物,同时还不影响其他污染物控制技术,是传统脱硝技术的一个高效补充或替代技术。虽然这种技术的应用优势较为明显,但是其成本较高,且臭氧的制备要求很高,给其实际应用带来了局限性。
        2.2小苏打干法脱硫+布袋除尘+低温SCR脱硝
        采用小苏打(NaHCO3)作为脱硫剂,在脱硫反应器内喷入碳酸氢钠超细粉,碳酸氢钠超细粉在高温烟气(200℃~260℃)的作用下分解出高活性碳酸钠和二氧化碳,活性强的Na2CO3与烟道内烟气中的SO2及其他酸性介质充分接触发生化学反应,被吸收净化。脱硫后粉状颗粒产物随气流进入布袋除尘器收集脱硫副产物,之后烟气进入SCR脱硝反应器,NOx与喷入的还原剂(NH3)反应生成N2和N2O。


该技术具有的优势:系统简单,初始投资较少,占地面积小,工期短;整套系统阻力低,降低了运行费用;而且先脱硫再脱硝,有利于脱硝催化剂的保护;工艺安全性高,维护、运营简单;整个过程没有废水产生,烟气不需要脱白,没有腐蚀性。该技术同样具有脱硫副产物钠盐(Na2SO4)难处理的问题。
        2.3活性焦炭技术
        当前活性焦炭技术属于我国火电厂中烟气脱硫脱硝的主要技术之一,这一项技术的应用主要是借助活性焦炭的吸附性能,有效地吸附掉火电厂在生产烟气中的二氧化硫,在一定程度上促使硫与硝实现脱离。活性焦炭技术当中需要加入适当的催化剂,促使硝与硫中的有害物质可以直接转化为硝酸或硫酸,在附着脱硫脱硝设备之后实现分离处理,这一过程可以将硫和硝从烟气当中脱离出来。
        2.4湿法烟气脱硫脱硝技术的应用
        在应用该项技术时,先将烟气输送到 SCR 设备中,在此设备中催化剂通过化学反应可以将NO转化为N2。然 后烟道中的气体会被输送到改质器中,SO2会在催化剂的作用下被转换为 SO,通过冷凝器过滤冷凝。硫酸与冷凝水混合后,可以产生浓度较高的硫酸。在火电厂运行过程中会有一部分氨气被消耗,不会给火电厂生产带来影响,可见使用此项技术可以达到良好的脱硫脱硝效果,并可以整体过程的稳定性与性,但是该项技术的成本相对较高,且过滤后所产生的浓硫酸不好储存,因此并没有得到广泛的应用。
        2.5氯酸氧化工艺
        氯酸氧化技术是将氯酸形成喷雾状的强氧化剂,实现NO和SO2之间全方位氧化。使用过程中把氯酸氧化剂与烟道体系中脱硫脱硝器结合起来,这样氯酸可以和烟道中SO2及NO互相转换,完成硫酸盐与硝酸盐等物质的净化处理。此项技术大的优点就是可在同一时间、同一设备中对硫酸、硝酸进行处理。此外,在使用此项处理技术时可以在设备的辅助下将处理时间进行分段,先将基本吸收设备、氧化吸收设备进行组装,进而提升硫酸、硝酸的去除率。并且在此项技术运用期间其中的氧化剂可以将烟气内有害元素以及金属元素清除。在使用此项技术时不需要运用化学氧化还原剂,以此来控制催化剂中毒现象出现。氯酸氧化技术稳定性较高,处于常温状态或吸收低浓度状态都可完成烟道内脱硫脱硝作业。
        2.6烟气脱硫脱硝一体化工艺
        目前,针对烟气脱硫脱硝工艺,也出现了脱硫脱硝一体化工艺,其中,湿式洗涤方式较为常用。湿式洗涤一体化脱硫脱硝主要是利用除尘器,对烟气进行处理,将处理之后的烟气加热到350℃~400℃之间,之后让其进入选择性催化还原反应装置当中,氮氧化物会被催化、还原,成为氮气。之后,相关人员需要利用固相催化剂进行处理,将二氧化硫转为三氧化硫,将烟气进行冷却处理,温度为250℃~360℃,并且利用冷凝器与水进行转化,形成硫酸,最后将烟气当中的硫化物清除。这种方式的烟气脱硫率可以达到98%左右,且氮化物等的脱除率可以达到95%以上,并且可以将烟气当中的颗粒物等清除干净。这种工艺在使用过程中,需要对氨气进行消耗,操作的可靠性较强,且成本不高,安全性和稳定性较好,但是不足之处在于需要对浓硫酸进行存储和运输等,存在相应地风险因素。此外,也可以选择氧化铜脱硫脱硝工艺进行处理,氧化铜可以作为系统吸收剂,在流化床的吸附器当中,与逆向流动的烟气产生反应,并且可以向反应器当中喷入适量的氨气。这样一来,在温度达到300℃~450℃的时候,可以将烟气当中的硫化物、氮化物与硝化物等去除干净。氧化铜可以作为氮化物的还原剂进行继续处理,而硫化的催化剂,在后续高温的反应下,可以进行加热与再生产,从而将生成的二氧化硫进行再回收和再利用。
        3环保效益提升措施
        内化烟气污染物加工装置。因为火电厂处于电业生产体系内的较大份额,要想提升烟气处理环保效益,应立足于火电生产污染问题进行思考,火电生产煤炭质量管理成为控制烟气污染的首要步骤,最为关键的是烟气污染物处理技术要合理性设置,要结合火电生产原料与设备综合选取污染物的控制方案,同时通过脱硫脱硝融合操作强化污染物管理成效,落实脱硫脱硝二次污染的管理问题,科学进行污染物加工投入。因火电生产过程中废气处理操作不会生成利润,运行期间还需大量的人力与物力等资源,所以火电厂实际生产中总会选择成本低的烟气污染处理方案,由此提高污染物处理效率。火电行业中要贯彻污染防控思想,结合现有的生产技术和排放标准进行烟气脱硫脱硝技术投入,在一体化技术推广下确保火电厂烟气处理效果足够高,恰当进行烟气污染物设备维护与人力资源投入,使得污染处理设备稳定运行,增强火电厂烟气污染处理有效性,增强脱硫脱硝操作环保性。全方位记录喷氮量与进口NOx现有浓度,分析两者与烟气流量间关系,开展管理控制工作,合理设置喷氮量,控制氨逃逸率数值过大的现象。
        结语
        火电厂烟气脱硫脱硝技术的节能环保问题研究课题开展存在深远的意义和价值,脱硫脱硝技术应用在火电厂的烟气节能环保操作中,可显著提高污染物处理效率,给火电厂带来更多经济效益。同时对于环境保护工作的落实也可以提供显著的帮助。新时期下火电厂管理者要深入重视脱硫脱硝一体化技术的使用,设计切合可行的节能环保方案与计划,满足社会对火电厂生产与管理工作的需求,带动火电厂前进与发展,为和谐美好的家园建设打下坚实基础。
参考文献
[1]王勇.焦化厂焦炉烟气脱硫脱硝工艺技术分析[J].化工管理,2018(13):190-191.
[2]汪龙浩,李烨.烟气脱硫脱硝工艺的现状分析[J].当代化工研究,2017(11):94-95.
[3]吕蒙.略论火电厂烟气脱硫脱硝技术应用及节能环保技术[J].山东工业技术,2019,11.

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