大型火電廠鍋爐脫硫脫硝及煙氣除塵方案研究

　　導讀：大型燃煤機組采用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，能夠滿足目前zui為苛刻的環保要求。
　　
　　1脫硝技術發展趨勢
　　
　　脫硝技術從技術途徑上可分為低氮燃燒技術和SCR煙氣脫硝技術。低氮燃燒技術主要是采用復合式的空氣分級低NOx燃燒技術，SOFA風的比例從25%提高到35%，該燃燒技術在獲得較高的燃燒效率、確保煤粉安全穩定燃燒的同時能有效降低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、SNCR煙氣脫硝技術、SNCR/SCR聯合煙氣脫硝技術。
　　
　　1.1SCR煙氣脫硝技術
　　
　　該技術是在煙氣中加入還原劑(如尿素)，反應后生成N2和水。在有催化劑的情況下，該反應活化溫度為300℃~400℃，相當于鍋爐省煤器與空氣預熱器之間的煙氣溫度。目前該技術脫硝效率約為60%~90%。
　　
　　1.2SNCR煙氣脫硝技術
　　
　　該技術為非選擇性還原劑脫硝技術，因此需要較高的反應溫度，還原劑噴入爐膛溫度為850℃~1100℃的區域，還原劑(尿素)迅速分解為NH3并與煙氣中的NOx進行SNCR反應生成N2，該方法是以爐膛為反應器。SNCR脫硝技術效率較低，一般為20%~50%，的研究結果表明，用尿素做還原劑時，有可能會產生破壞大氣層中臭氧的N2O。
　　
　　1.3SNCR/SCR聯合煙氣脫硝技術
　　
　　該技術為上述兩種脫硝技術的綜合，效率較高，一般為60%~80%效率介于SCR與SNCR兩者之間，并且SNCR-SCR聯合脫硝工藝中的SCR脫硝效率不宜大于30%，該技術系統及運行更為復雜，目前采用該技術的工程極少。
　　
　　綜上所述，脫硝技術在今后的發展趨勢是低NOx燃燒技術與爐后SCR煙氣脫硝技術相結合齊頭并進的策略。同時需要開發低負荷(此時反應溫度更低，SCR脫硝系統的催化劑效率較低)脫硝技術，具體的實現可以采用省煤器分段，在鍋爐低負荷時，溫度亦能達到催化劑活化反應溫度的區域增設脫硝裝置，另一種方法就是開發低溫催化劑。
　　
　　2脫硫技術
　　
　　目前大型鍋爐的脫硫技術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，其特點及比選介紹如下。
　　
　　2.1填料塔
　　
　　填料塔內裝設固體填料，漿液由填料層表面流下，煙氣在穿過填料過程中與漿液接觸反應，完成脫硫過程，其結構簡單，但壓損大，易堵塞，目前很少使用。
　　
　　2.2液柱塔
　　
　　液柱塔為無填料塔，液柱由下往上垂直噴射，形成液柱，煙氣由塔頂或塔底進入吸收塔，氣、液兩相擾動激烈，充分傳質，完成SO2吸收，其特點是效率高，無堵塞，缺點是煙氣阻力損失大。
　　
　　2.3噴淋吸收塔
　　
　　噴淋吸收塔為目前運用zui多的塔型，煙氣自下而上運動，吸收機漿液則由塔頂的噴嘴呈喇叭狀垂直或以一定的角度向下噴射。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。該噴淋塔的結構簡單，造價低，壓降小，脫硫效率較高，缺點為煙氣分布欠均勻。噴淋塔又有好多具體方案，在此不再展開。
　　
　　鼓泡塔通過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。該技術主要特點是脫硫效率高，煤種適應性好，除塵效果好，煙氣流量分配均勻，缺點是阻力較大，結構較復雜。
　　
　　目前高硫煤要達到低于50mg/Nm3的排放標準，需采用串聯吸收塔技術，即采用分級脫硫，兩個吸收塔中各自設置噴淋層，煙氣先在預洗塔中脫除部分SO2和其它污染物之后進入后吸收塔脫除剩余的污染物。兩塔串聯運行，共同脫硫，能夠滿足排放標準，但系統復雜，占地較大。此外中國自主開發出液柱+噴淋雙塔技術，前塔采用液柱塔，除去煙氣中70%的SO2，然后進入逆流噴淋塔，進一步脫除殘余的SO2，達到排放標準，zui高脫硫效率可達98.5%。這兩種串聯吸收塔技術，前者初投資及施工難度均大于后者，而脫硫效率相當，故推薦采用液柱+噴淋雙塔技術。
　　
　　3除塵技術
　　
　　因袋式除塵器受濾袋質量的影響較大，且無長期運行穩定的業績，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5mg/Nm3。
　　
　　影響電除塵效率的因素很復雜，但大體上可分為三類：a)工況條件：燃煤特性(成分、揮發分、發熱量、灰熔特性等)，飛灰性質(成分、力度、密度、比電阻、粘附性等)，煙氣性質(溫度、濕度、煙氣成分、露點溫度等);b)電除塵器的技術狀況：如極配型式、結構特點、振打方式及其加速度大小、氣流分布的均勻性及電場劃分情況、電氣控制特性等;c)運行條件：如運行電壓、板電流密度、積灰情況、振打周期等。
　　
　　靜電除塵器的優點如下：a)效率高，一般可達到99.8%以上，能夠捕集0.01μm以上的細粒粉塵;b)阻力損失比較小，一般為300Pa以下，可以處理溫度高達400℃;c)處理煙氣量大，壽命長。缺點是設備較復雜，設備安裝、調試、運行及維護的管理水平要求高，其次對粉塵比電阻有一定的要求，對粉塵有一定的選擇性，對較細的粉塵除塵效率不高。
　　
　　目前國內火電廠運行的燃煤機組設計排煙溫度一般為125℃~130℃，燃用褐煤時為140℃，且機組實際運行排煙溫度普遍高于設計值約20℃~50℃，遠高于煙氣露點溫度。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果。采用低溫省煤器和低溫電除塵器技術是解決此問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的兩級，*級布置在除塵器進口，將煙氣溫度從123℃冷卻到105℃。第二級布置在吸收塔進口，將煙氣溫度從約110℃冷卻到約96℃。采用主凝結水與煙氣通過換熱器進行熱交換，其流程為從六號低加出口的主凝結水引出一路凝結水經加壓后依次通過第二級、*級煙氣回收裝置后回到七號五號低加入口處。通過排擠回熱抽汽來減少汽機的熱耗，同時也降低了煙氣溫度，使進入除塵器的煙氣量減少，粉塵比電阻降低，從而實現余熱利用和提高除塵效率的雙重目的。煙氣回熱裝置的優點如下：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，位置無限制，甚至可以布置在除塵器內。
　　
　　電除塵器技術的另一個發展趨勢就是采用旋轉電極。該型除塵器與常規除塵器原理相同，由前級常規電場與后級旋轉電廠組成。旋轉電極電場中陽極部分采用回轉的陽極板和旋轉的清灰刷。附著與回轉陽極板上的煙塵在上位達到形成反電暈厚度時，就被布置在非收塵區的旋轉請會刷*清除，因此不會產生反電暈現象且無二次揚塵，從而提高電除塵器的除塵效率，降低排放濃度。旋轉電極除塵器的優點如下：a)陽極板*清潔、避免反電暈，有效解決高比電阻粉塵收塵難的問題;b)減少二次揚塵;c)減少煤、灰對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)特別適用于老機組電除塵器的改造。缺點有兩點：旋轉部件的設備可用率要低一些;其次對安裝要求較高。
　　
　　對于粉塵排放標準比較高的地區，單純使用電除塵器已不能滿足要求，解決的途徑是增設濕式靜電除塵器。
　　
　　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離子而帶電，通過電場力的作用，被吸附到積塵極上;與干式電除塵器通過振打將極板上的灰振落至灰斗，不同的是，濕式電除塵器將水噴板上使粉塵沖刷到灰斗中隨水排走。同時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，濕式電除塵器效率可達70%，并可長期穩定地去除煙氣中的PM2.5、SO3、石膏雨、汞、多種重金屬、二噁英及多環芳烴(PAHs)等污染微小顆粒。已投運濕式電除塵器的成功經驗表明，燃煤電廠在濕法脫硫后建設濕式電除塵器，*可以作為進煙囪前的zui后一道技術把關措施。
　　
　　除塵技術建議采用脫硫前干式旋轉電極除塵器，脫硫后濕式除塵器，并且在煙氣系統中增加熱量回收裝置，以提高除塵效率。
　　
　　4結語
　　
　　大氣污染排放標準有日益苛刻的趨勢，給火電廠煙氣處理技術帶來了新的挑戰，通過簡要分析，提出了煙氣脫硝、脫硫、除塵工藝的新技術路線，對大型電廠的設計有顯著的借鑒意義。