燃煤锅炉脱硝与脱硫的发展.pdf

第 2 9卷第 2期 2 0 1 3 年 2月 电站系统工程 P o we r S y s t e m E n g i n e e r i n g V b 1 ． 2 9 No ． 2 7 0 文章编号1 0 0 5 0 0 6 X 2 0 1 3 0 2 - 0 0 7 0 ． 0 2 燃煤锅炉脱硝与脱硫 的发展 De ve l o pme nt o f De s ul f ur i z a t i o n a nd De ni t r a t i o n f o r Co a l fir e d Bo i l e r s 1 锅炉脱硫的发展概况 哈尔滨锅炉厂有限责任公司 王 融 随着国内火电市场的日渐发展，为了保护环境，控制二 氧化硫的排放， 在烟气中脱硫是锅炉中防止二氧化硫污染的 主要技术手段。发展的比较成熟的技术有石灰石一 石膏法、 烟气循环流化床法、 氨一 硫铵法等。 1 ． 1 烟气循环流化床脱硫 工艺 烟气循环流化床脱硫工艺又称C F B ． F GD，一般采用消 石灰作为吸收剂，用与喷雾干燥法类似的原理进行脱硫。将 空气预热器内的烟气通过循环反应器底部，向上与石灰反 应，产物随着烟气被带进反应塔后部，大部分固体返回循环 流化床。最后生成粉末状钙基混合物。采用该方法脱硫特点 有 ①固体颗粒吸收剂停留时间长 ②固态吸收剂利用率高； ③固体吸收剂内的传质过程强烈； ④脱硫剂利用率高； ⑤固 态的脱硫产物便于排放，同时粉尘收集系统不影响脱硫【 。 循环流化床 脱硫技术 比较成 熟 ，相 比较传 统的脱硫装 置， 这种投资、 维护及运行的费用底， 已经投入运行的电厂， 工业锅炉可以进行改造，其占地面积也相应较小。 1 ． 2 用海水脱除烟气 中S O 2 海水的p H为8 ． 2 左右 ， 含有碳酸盐，对于S O 2 等酸性物质 有一定的缓冲作用，用海水吸收s o 形成的产物是在海洋中 本来就存在的，对于环境的影响相对较小。 用海水脱硫的反 应如下 S O2 H2 O1 ／ 2 02 O2 ．- 4 2 H HCO3 “ H 一 CO2 H2 O 最早的海水吸收S O 装置，烟气经过静电除尘，然后硫 回收装置与无尘烟气汇合，在装置中采用海水直接喷入冷 却，之后经过洗涤器，在填料式装置中烟气与海水接触，最 后从上部脱雾器经过排出。可以除去9 5 ％以上的二氧化硫、 8 0 ％以上的三氧化硫。 基于这一原理，比奇特尔集团研发了一种新工艺，既用 海水加石灰，烟气经过可以除去其中9 0 ％以上的二氧化硫， 剩余的废液中含有低浓度的硫酸钙， 可排入大海。用这种工 艺脱硫， 废水易处理， 反应器的洗涤也可以用海水进行洗涤， 大大降低了脱硫成本，整个系统简单易行，但是需沿海锅炉 才便于采用。 2 锅炉脱硝的发展概况 2 ． 1 低氮燃烧器 L NB 收稿 日期2 0 1 2 1 0 。 1 0 王融 1 9 7 0 ． ，男，学士。哈尔滨，1 5 0 0 4 6 低氮燃烧器既L NB ，通过分级送风，从NO 的产生的源 头进行控制， 低氧燃烧技术把初始燃烧区域内多余的空气调 整，使之达到合适的范围，抑制燃烧初期产生的大量挥发性 的NO 产物，转化成燃料型NO x 。在适当的地方将燃尽风加 入燃烧过程， 通过降低燃烧区域氧气所占的比例和温度的高 低，抑制热力型N O 的大量产生。此种方法进行脱硝，投资 少，系统相对简单，无后续运行费用。从经济的角度出发是 比较理 想的脱硝方式 。也是被很 多锅炉燃烧器都采用 的技 术。但是这一技术只能达到一个控制N 0 的效果，能将排放 量浓度有效降至3 5 0 mg ／ m 以下。 2 ． 2 S C R 脱硝 此方法的原理是利用氮剂对NO 还原的选择性，避免还 原氮剂与烟 气中的氧气反应 ，所 以称之为选择行还原方法。 而且其 中加入 了催化剂 ，可 以在2 0 0 4 0 0 ℃范 围内脱硝 。 现在 电厂中实际采用 的多为S C R 脱硝 ， 技术成熟 ， 脱硝 率高， 可达到8 O ％～9 0 ％，可 以对现有 的电厂进行改造 。这种脱硝 的缺点是，占地面积大，初期投资费用大，催化剂有～定的 使用寿命，需要定期更换，增加了运行费用。催化剂中NO 与氨的摩尔比超过一定比值时，会造成氨的浪费，而且此时 容 易对下游设备造成堵塞 。大 型电厂一般多采用S C R 脱硝， 容量较小的工业锅炉，C F B 锅炉用S C R 进行脱硝则会使成本 增加过 多，达不到经济 目标{ 钔 。 2 ． 3 S NC R 脱硝 S NC R 脱硝工艺由输送泵、管道、还原剂储存罐、多层 喷入装置等部分组成。 脱硝系统的还原剂，一般有液氨、氨水、尿素几种。其 中液氨的脱硝储存罐最小，对锅炉本体影响小。 但是其本身 有毒，运行维护费用高，易发生事故。运输的管道需要特殊 处理，而且要求喷射的输送气能量要很高。从安全的角度考 虑一般不建议使用液氨作为还原剂。 氨水相对液氨比较危险 性有降低，但是有刺激性气味。也有一定安全操作要求。由 于有大量的稀释水，氨水在储存、输送系统中，比液氨系统 要复杂。尿素作为还原剂时，采用普通的工业尿素即可。其 在输送、运输和储存中都无特殊要求，普通包装就可以。从 长期费用比较，氨水的维护费用相对尿素差距不是很大，但 是从安全、环保、复杂性等方面的综合因素考虑，建议使用 尿素为氮氧化物的还原介质。 S NC R的脱硝效率虽然相对 S C R较低，但是设备简单， 投资少。 3 锅炉同步脱硫脱硝的发展概况 下转第7 2 页 7 2 电站系统工程 2 0 1 3年第 2 9卷 年耗标煤2 3 5 9 0 0 0 G J ／ 2 9 3 0 7 ／ 0 ． 5 0 0 ．9 7 1 6 ． 6 1 0 4 t 。 根据本地主要城市近几年能耗统计结果， 各分散锅炉房 能源耗量 耗电2 2 2 5 X 1 0 k Wh ，折合标煤 2 7 3 5 t 。 耗水2 1 3 ． 1 4 m ／ h ，折合标煤 1 8 2 ． 6 t 。 表集中供热锅炉房与分散小锅炉房能源耗量比较 从表中的能耗量对比可 以看出，集中供热锅炉房的供 热方式在节煤、节水、节电等方面效果显著。另外，集中供 热方式相比于分散小锅炉房采暖，通过实现 D CS控制比人 工控制，更能节省大量的人力和物力，并使得锅炉的效率提 高 3 ％～5 ％；同时，在减排方面，由于采用灰渣的综合高效 治理，主要污染物排放总量减少 2 0 ％以上。所以，实行集中 供热锅炉房的供热方式在节能方面是非常有效的途径。 5 结语 实施区域集中供热取代原有小区分散低效的采暖锅炉 的供热方式，符合国家能源的节能政策， 对城市发展建设起 到积极和加快作用； 并能解决城市现有供热热源不能适应热 负荷发展的问题，为将来城市的快速发展奠定良好基础。 通过对项 目耗用能源情况及节能措施进行论证、计算、 对能耗和能效水平进行的分析，集中供热方式节能措施得 当，节能效果 明显 。 改造和拆除原有低效分散的小锅炉， 并逐步实施集中供 热，以更高参数、更大容量、更高的机械化程度和更高效率 的大锅炉取代现有的分散小锅炉，是供热改造的必经之路， 也是将来发展的方 向。 口 编辑闻 彰 上接第7 0 页 3 ． 1 活性炭法 活性炭 同时脱硫脱硝技术最早 由日本开发， 在使用活性 炭 脱硫 的基 础上换用可 以脱去NO 种类的活性炭，即可 同时 脱硝脱硫 。 其原理是先把 二氧化硫氧化形成硫酸 ， 此反应为 2 S O2 O2 2 HO2 2 H2 S O4 然后在吸收塔} J H ／ X ．NH ，用于吸收NO，此反应为 4 N0 O2 4 NH3 4 N2 6 H2 0 同时，在吸收塔 内也发生别的副反应，可生成硫酸铵 活性炭吸收了硫酸、硫酸铵、硫酸氢铵后，送入下一个 反应塔， 在此过程中， 二氧化硫被释放出来可以进行再利用， 活性炭经过再生，冷却后可以继续循环至上一反应， 继续利 用 。此过程 的反应 为 H2 S O4 H2 0 S O2 N H3 2 S O 4 2 NH 3 S O 3 H 2 0 2 S O3 C一 2 S 02 CO2 3 S O3 2 NH3 3 O2 3 H2 0 N2 活性炭脱硫脱硝已经发展的较为成熟， 也得到了一定的 普及，它能有效的回收硫资源，避免了二次污染。净化费用 也相对较少， 其中活性炭可以经过再生反复使用，也不需要 工艺水， 不用处理废水。但是其活性炭的需求量大，在传送 过程中容易造成损坏；在吸收的过程中由于喷入氨，增加了 活性炭的粘附力，使气流的分布不均匀。 3 ． 2 钙基吸收剂催化氧化烟气同步脱硫脱硝 熟石灰作为主要的吸收剂， 再加入氧化剂即可达到同时 脱硝脱硫的目的。其主要原理为 C a O H 2 S O 2 - - - C a S O Ca S O4 P N0 一NO 2 C a O H 2 C a NO 2 2 C a N0 3 2 P 为氧化性添加剂。 这种方法大多处于实验室研究阶段， 烟气的温度也影响 了，同步脱硝脱硫的实现，不同的氧化剂也对脱硝脱硫的效 率有不小 的影响，高效率 的添加剂仍需研发 。最后生成的石 膏等废弃物的后续处理也会占用不少 的土地资源 ， 但是 由于 其主要原料简单，成本低廉，有一定的发展前景。 4 结束语 我 国大部分的电能都 是由燃煤锅炉产生的， 为 了保护环 境 ，锅炉烟气 的脱硝脱硫显的尤为重要 。用一套设备同时脱 去 NO 、S O 2 达到环保要求 ，大多还存在 于试验阶段，实用 性不强 。 目前单独脱硝或者单独脱硫 的技术发展已经趋于成 熟， 循环流化床 锅炉脱硫 已经被广泛的应用， S C R脱硝也是 大多数电厂选择的脱硝设备， 工业锅炉受成本影响多选择成 本底的S NC R作为脱硝设备。 在成熟的脱硝脱硫基础上开发 新的脱硝脱硫_体化设备将是今后发展的主要方向。 口 参考文献 [ 1 ] 李焕． 烟气脱硫技术的发展及应用前景[ J l环境保护科学，2 0 0 2 ， 2 8 1 1 4 1 l ～3 ． [ 2 ] 许勇毅，查智明， 赵翠仙． 烟气循环流化床脱硫脱硝工艺技术的特 点与现状[ J 】工业安全与环保， 2 0 0 7 ， 3 3 7 1 6 [ 3 ] 董勇，秦裕琨，马春元，等中小电站锅炉半干法烟气脱硫技术[ J ] 化学工程， 2 0 0 3 ， l 9 2 4 0 4 2 ． [ 4 ] 周伟，徐光．燃煤发电锅炉脱硝技术的选择与应用[ J ]2 0 1 1 ，6 2 9 2 9 6 ． 【 5 】 Ma s u d a S ，Hir a n o M，Ak u t s u K． E n h a n c e m e n t o f e l e c t r o n b e a m d e n i t r i z a t i o n p r o c e s s b y me a I l s o f e l e c t r i c fi e l d[ J ]R a d i a t ． P h y ． Ch e m ，1 9 8 1 ，1 7 2 2 3 2 2 8 [ 6 】 T o k u n a g a e ， S u z u k i N． R a d i a t i o n c h e mi c a l r e a c t i o n i n N Ox a n d S O x r e mo v a l f r o m fl u e g a s 【 J 】 l R a d i a t ． P h y s ． C h e m．， 1 9 8 4 ， 2 4 1 4 5 ～1 6 5 ． 编辑 巨 川