大型火電廠鍋爐脫硫脫硝及煙氣除塵方案研究

　　 大型燃煤機(jī)組采用SCR脫硝方式，石灰石-石膏濕法脫硫，并在脫硫裝置前布置低溫省煤器，脫硫裝置后再加裝濕式電除塵器，能夠滿(mǎn)足目前最為苛刻的環(huán)保要求。

　　1 脫硝技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

　　脫硝技術(shù)從技術(shù)途徑上可分為低氮燃燒技術(shù)和SCR煙氣脫硝技術(shù)。低氮燃燒技術(shù)主要是采用復(fù)合式的空氣分級(jí)低NOx燃燒技術(shù)，SOFA風(fēng)的比例從25%提高到35%，該燃燒技術(shù)在獲得較高的燃燒效率、確保煤粉安全穩(wěn)定燃燒的同時(shí)能有效降低NOx的排放，緩解爐后脫硝的壓力。爐后煙氣脫硝目前主要采用SCR煙氣脫硝技術(shù)、SNCR煙氣脫硝技術(shù)、SNCR/SCR聯(lián)合煙氣脫硝技術(shù)。

　　1.1 SCR煙氣脫硝技術(shù)

　　該技術(shù)是在煙氣中加入還原劑(如尿素)，反應(yīng)后生成N2和水。在有催化劑的情況下，該反應(yīng)活化溫度為300 ℃~400 ℃，相當(dāng)于鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間的煙氣溫度。目前該技術(shù)脫硝效率約為60%~90%。

　　1.2 SNCR煙氣脫硝技術(shù)

　　該技術(shù)為非選擇性還原劑脫硝技術(shù)，因此需要較高的反應(yīng)溫度，還原劑噴入爐膛溫度為850 ℃~1 100 ℃的區(qū)域，還原劑(尿素)迅速分解為NH3并與煙氣中的NOx進(jìn)行SNCR反應(yīng)生成N2，該方法是以爐膛為反應(yīng)器。SNCR脫硝技術(shù)效率較低，一般為20%~50%，最新的研究結(jié)果表明，用尿素做還原劑時(shí)，有可能會(huì)產(chǎn)生破壞大氣層中臭氧的N2O。

　　1.3 SNCR/SCR聯(lián)合煙氣脫硝技術(shù)

　　該技術(shù)為上述兩種脫硝技術(shù)的綜合，效率較高，一般為60%~80%效率介于SCR與SNCR兩者之間，并且SNCR-SCR聯(lián)合脫硝工藝中的SCR 脫硝效率不宜大于30%，該技術(shù)系統(tǒng)及運(yùn)行更為復(fù)雜，目前采用該技術(shù)的工程極少。

　　綜上所述，脫硝技術(shù)在今后的發(fā)展趨勢(shì)是低NOx燃燒技術(shù)與爐后SCR煙氣脫硝技術(shù)相結(jié)合齊頭并進(jìn)的策略。同時(shí)需要開(kāi)發(fā)低負(fù)荷(此時(shí)反應(yīng)溫度更低，SCR脫硝系統(tǒng)的催化劑效率較低)脫硝技術(shù)，具體的實(shí)現(xiàn)可以采用省煤器分段，在鍋爐低負(fù)荷時(shí)，溫度亦能達(dá)到催化劑活化反應(yīng)溫度的區(qū)域增設(shè)脫硝裝置，另一種方法就是開(kāi)發(fā)低溫催化劑。

　　2 脫硫技術(shù)

　　目前大型鍋爐的脫硫技術(shù)基本上都是采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，其原理大同小異，在此不再贅述。濕法脫硫的核心部分在于吸收塔，其型式主要有填料塔、液柱塔、噴淋塔、鼓泡塔和雙回路塔，其特點(diǎn)及比選介紹如下。

　　2.1 填料塔

　　填料塔內(nèi)裝設(shè)固體填料，漿液由填料層表面流下，煙氣在穿過(guò)填料過(guò)程中與漿液接觸反應(yīng)，完成脫硫過(guò)程，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但壓損大，易堵塞，目前很少使用。

　　2.2 液柱塔

　　液柱塔為無(wú)填料塔，液柱由下往上垂直噴射，形成液柱，煙氣由塔頂或塔底進(jìn)入吸收塔，氣、液兩相擾動(dòng)激烈，充分傳質(zhì)，完成SO2 吸收，其特點(diǎn)是效率高，無(wú)堵塞，缺點(diǎn)是煙氣阻力損失大。

　　2.3 噴淋吸收塔

　　噴淋吸收塔為目前運(yùn)用最多的塔型，煙氣自下而上運(yùn)動(dòng)，吸收機(jī)漿液則由塔頂?shù)膰娮斐世葼畲怪被蛞砸欢ǖ慕嵌认蛳聡娚?。噴淋塔中的煙氣和吸收劑漿液兩相接觸面積與噴淋密度成正比。該噴淋塔的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，壓降小，脫硫效率較高，缺點(diǎn)為煙氣分布欠均勻。噴淋塔又有好多具體方案，在此不再展開(kāi)。

　　鼓泡塔通過(guò)噴射管將煙氣鼓入石灰石漿液面以下的部分，讓煙氣被漿液充分洗浴后鼓泡冒出，因此得名。該技術(shù)主要特點(diǎn)是脫硫效率高，煤種適應(yīng)性好，除塵效果好，煙氣流量分配均勻，缺點(diǎn)是阻力較大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

　　目前高硫煤要達(dá)到低于50 mg/Nm3的排放標(biāo)準(zhǔn)，需采用串聯(lián)吸收塔技術(shù)，即采用分級(jí)脫硫，兩個(gè)吸收塔中各自設(shè)置噴淋層，煙氣先在預(yù)洗塔中脫除部分SO2和其它污染物之后進(jìn)入后吸收塔脫除剩余的污染物。兩塔串聯(lián)運(yùn)行，共同脫硫，能夠滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)，但系統(tǒng)復(fù)雜，占地較大。此外中國(guó)自主開(kāi)發(fā)出液柱+噴淋雙塔技術(shù)，前塔采用液柱塔，除去煙氣中70%的SO2，然后進(jìn)入逆流噴淋塔，進(jìn)一步脫除殘余的SO2，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，最高脫硫效率可達(dá)98.5%。這兩種串聯(lián)吸收塔技術(shù)，前者初投資及施工難度均大于后者，而脫硫效率相當(dāng)，故推薦采用液柱+噴淋雙塔技術(shù)。

　　3 除塵技術(shù)

　　因袋式除塵器受濾袋質(zhì)量的影響較大，且無(wú)長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定的業(yè)績(jī)，故本文只討論電除塵器。目前采用干式電除塵器+濕式電除塵器的組合，可使煙囪出口粉塵濃度控制在5 mg/Nm3。

　　影響電除塵效率的因素很復(fù)雜，但大體上可分為三類(lèi)：a) 工況條件：燃煤特性(成分、揮發(fā)分、發(fā)熱量、灰熔特性等)，飛灰性質(zhì)(成分、力度、密度、比電阻、粘附性等)，煙氣性質(zhì)(溫度、濕度、煙氣成分、露點(diǎn)溫度等);b) 電除塵器的技術(shù)狀況：如極配型式、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、振打方式及其加速度大小、氣流分布的均勻性及電場(chǎng)劃分情況、電氣控制特性等;c) 運(yùn)行條件：如運(yùn)行電壓、板電流密度、積灰情況、振打周期等。

　　靜電除塵器的優(yōu)點(diǎn)如下：a) 效率高，一般可達(dá)到99.8%以上，能夠捕集0.01 μm以上的細(xì)粒粉塵;b) 阻力損失比較小，一般為300 Pa以下，可以處理溫度高達(dá)400 ℃;c) 處理煙氣量大，壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是設(shè)備較復(fù)雜，設(shè)備安裝、調(diào)試、運(yùn)行及維護(hù)的管理水平要求高，其次對(duì)粉塵比電阻有一定的要求，對(duì)粉塵有一定的選擇性，對(duì)較細(xì)的粉塵除塵效率不高。

　　目前國(guó)內(nèi)火電廠運(yùn)行的燃煤機(jī)組設(shè)計(jì)排煙溫度一般為125 ℃~130 ℃，燃用褐煤時(shí)為140 ℃，且機(jī)組實(shí)際運(yùn)行排煙溫度普遍高于設(shè)計(jì)值約20 ℃~50 ℃，遠(yuǎn)高于煙氣露點(diǎn)溫度。排煙溫度偏高、造成了鍋爐效率下降、電除塵器效率下降、脫硫耗水量增加等結(jié)果。采用低溫省煤器和低溫電除塵器技術(shù)是解決此問(wèn)題的一種有效新方法。其原理如下：煙氣熱量回收裝置分為串聯(lián)的兩級(jí)，第一級(jí)布置在除塵器進(jìn)口，將煙氣溫度從123 ℃冷卻到105 ℃。第二級(jí)布置在吸收塔進(jìn)口，將煙氣溫度從約110 ℃冷卻到約96 ℃。采用主凝結(jié)水與煙氣通過(guò)換熱器進(jìn)行熱交換，其流程為從六號(hào)低加出口的主凝結(jié)水引出一路凝結(jié)水經(jīng)加壓后依次通過(guò)第二級(jí)、第一級(jí)煙氣回收裝置后回到七號(hào)五號(hào)低加入口處。通過(guò)排擠回?zé)岢槠麃?lái)減少汽機(jī)的熱耗，同時(shí)也降低了煙氣溫度，使進(jìn)入除塵器的煙氣量減少，粉塵比電阻降低，從而實(shí)現(xiàn)余熱利用和提高除塵效率的雙重目的。煙氣回?zé)嵫b置的優(yōu)點(diǎn)如下：a) 可提高電除塵器的效率，降低煙氣溫度;b) 降低煤耗及廠用電率;c) 布置靈活，位置無(wú)限制，甚至可以布置在除塵器內(nèi)。

　　電除塵器技術(shù)的另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)就是采用旋轉(zhuǎn)電極。該型除塵器與常規(guī)除塵器原理相同，由前級(jí)常規(guī)電場(chǎng)與后級(jí)旋轉(zhuǎn)電廠組成。旋轉(zhuǎn)電極電場(chǎng)中陽(yáng)極部分采用回轉(zhuǎn)的陽(yáng)極板和旋轉(zhuǎn)的清灰刷。附著與回轉(zhuǎn)陽(yáng)極板上的煙塵在上位達(dá)到形成反電暈厚度時(shí)，就被布置在非收塵區(qū)的旋轉(zhuǎn)請(qǐng)會(huì)刷徹底清除，因此不會(huì)產(chǎn)生反電暈現(xiàn)象且無(wú)二次揚(yáng)塵，從而提高電除塵器的除塵效率，降低排放濃度。旋轉(zhuǎn)電極除塵器的優(yōu)點(diǎn)如下：a) 陽(yáng)極板永久清潔、避免反電暈，有效解決高比電阻粉塵收塵難的問(wèn)題;b) 減少二次揚(yáng)塵;c) 減少煤、灰對(duì)電除塵性能影響的敏感性;d) 可使除塵器小型化，減小占地面積;e) 特別適用于老機(jī)組電除塵器的改造。缺點(diǎn)有兩點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)部件的設(shè)備可用率要低一些;其次對(duì)安裝要求較高。

　　對(duì)于粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)比較高的地區(qū)，單純使用電除塵器已不能滿(mǎn)足要求，解決的途徑是增設(shè)濕式靜電除塵器。

　　濕式靜電除塵器的主要工作原理與干式除塵器基本相同，即煙氣中的粉塵顆粒吸附負(fù)離子而帶電，通過(guò)電場(chǎng)力的作用，被吸附到積塵極上;與干式電除塵器通過(guò)振打?qū)O板上的灰振落至灰斗，不同的是，濕式電除塵器將水噴至極板上使粉塵沖刷到灰斗中隨水排走。同時(shí)噴到煙道中的水霧既能捕捉微小煙塵又能降低電阻率，有利于微塵向極板移動(dòng)，濕式電除塵器效率可達(dá)70%，并可長(zhǎng)期穩(wěn)定高效地去除煙氣中的PM2.5、SO3、石膏雨、汞、多種重金屬、二噁英及多環(huán)芳烴(PAHs)等污染微小顆粒。已投運(yùn)濕式電除塵器的成功經(jīng)驗(yàn)表明，燃煤電廠在濕法脫硫后建設(shè)濕式電除塵器，完全可以作為進(jìn)煙囪前的最后一道技術(shù)把關(guān)措施。

　　除塵技術(shù)建議采用脫硫前干式旋轉(zhuǎn)電極除塵器，脫硫后濕式除塵器，并且在煙氣系統(tǒng)中增加熱量回收裝置，以提高除塵效率。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)有日益苛刻的趨勢(shì)，給火電廠煙氣處理技術(shù)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，通過(guò)簡(jiǎn)要分析，提出了煙氣脫硝、脫硫、除塵工藝的新技術(shù)路線，對(duì)大型電廠的設(shè)計(jì)有顯著的借鑒意義。