商洛除塵

煙氣的脫硫脫硝以及除塵技術(shù)

    摘要：脫硫(Desulfurization)、脫硝(Denitrifica-tion)(亦稱脫硫脫氮)是除去或減少燃煤過(guò)程中的SO2和NOx,如何經(jīng)濟(jì)有效地控制燃煤中SOX和NOx的排放量是我國(guó)乃至世界節(jié)能減排領(lǐng)域中急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本文主要闡述火電廠脫硫、脫硝技術(shù)和脫硫脫硝一體化技術(shù)以及煙氣除塵技術(shù)，并且分析了每種技術(shù)的原理及優(yōu)缺點(diǎn)。

    引言：煤炭是一種重要的能源資源,當(dāng)今世界上電力產(chǎn)量的60%是利用煤炭資源生產(chǎn)的。中國(guó)又是一個(gè)燃煤大國(guó),一次能源能源76%是煤炭,到2005年我國(guó)煤年產(chǎn)量達(dá)20億t,其中一半用于燃煤電廠,燃煤發(fā)電量約占全國(guó)總發(fā)電量的70%左右。煤燃燒排放煙氣中含有硫氧化物SOX(主要包括:SO2、SO3)和氮氧化物NOx（主要包括:NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5）,其中SO2、NO和NO2是大氣污染的主要成分,也是形成酸雨的主要物質(zhì)。

    脫硫(Desulfurization)、脫硝(Denitrifica-tion)(亦稱脫硫脫氮)是除去或減少燃煤過(guò)程中的SO2和NOx,如何經(jīng)濟(jì)有效地控制燃煤中SOX和NOx的排放量是我國(guó)乃至世界節(jié)能減排領(lǐng)域中急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本文主要闡述火電廠脫硝技術(shù)和脫硫脫硝一體化的發(fā)展趨勢(shì),有助于推動(dòng)我國(guó)火電廠脫硝和脫硫脫硝一體化技術(shù)的應(yīng)用,以減少燃煤電廠氮氧化物NOx的排放。氮氧化物排放量NOx排放量近70%來(lái)自于煤炭的直接燃燒,火力發(fā)電廠是NOx排放的主要來(lái)源之一,其中污染大氣的主要是NO和NO2。降低NOx的污染主要有二種措施:一是控制燃燒過(guò)程中NOx的生成,即低NOx燃燒技術(shù),亦稱一級(jí)脫氮技術(shù);二是對(duì)生成的NOx進(jìn)行處理,即煙氣脫硝技術(shù),亦稱二級(jí)脫氮技術(shù)。

一、煙氣脫硫技術(shù)

    目前針對(duì)燃煤中硫的脫除,國(guó)內(nèi)外早已進(jìn)行了大量的研究。從脫硫環(huán)節(jié)上可分為:燃燒前脫硫、燃燒中脫硫、燃燒后的煙氣脫硫。脫硫方法有上百種,但工業(yè)化應(yīng)用的只有十幾種，目前世界上大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫技術(shù)是燃燒后煙氣脫硫。煙氣脫硫按其所采用吸收劑介質(zhì)是固態(tài)還是液態(tài)可以分為干法、半干法、濕法。下面介紹幾種典型的煙氣脫硫工藝:

  1、石灰石—石膏法(Wet-FGD)

石灰石—石膏法是以石灰石漿液作為吸收劑,在吸收塔內(nèi)通過(guò)石灰石漿液對(duì)煙氣進(jìn)行洗滌,并發(fā)生反應(yīng),去除煙氣中的 SO2,反應(yīng)產(chǎn)生的亞硫酸鈣通過(guò)強(qiáng)制氧化,能夠生成含兩個(gè)結(jié)晶水的硫酸鈣,脫硫后的煙氣從煙囪排放。該工藝是目前世界上技術(shù)Z成熟、應(yīng)用Z廣泛的脫硫工藝,已有三十年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),其脫硫效率在 90%以上,副產(chǎn)品石膏一般被拋棄處置。然而其缺點(diǎn)也比較明顯:占地面積大,投資和運(yùn)行費(fèi)用高,產(chǎn)生廢水、固廢等二次污染。

  2、海水脫硫法

海水脫硫是利用海水的天然堿度來(lái)吸收 SO2,海水脫硫裝置投資運(yùn)行費(fèi)用適中、工藝簡(jiǎn)單、脫硫效率高,但海水脫硫技術(shù)嚴(yán)格受地域限制。根據(jù)現(xiàn)有的工程經(jīng)驗(yàn),海水脫硫技術(shù)適用于沿海且燃用低硫煤的電廠[30]。海水脫硫的Z大問(wèn)題是排海的水質(zhì)是否會(huì)對(duì)海洋環(huán)境造成二次污染,從已有的數(shù)據(jù)[31]看,海水脫硫后排水水質(zhì)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),但脫硫后增加的 Hg 和 As 等物質(zhì)是否會(huì)造成海水污染還有待研究,對(duì)海水水質(zhì)和區(qū)域海洋生態(tài)環(huán)境是否有影響目前尚有爭(zhēng)議。

  3、雙堿法

    雙堿法主要反應(yīng)步驟可分為:吸收、再生、固液分離。它是以鈉堿(NaOH、Na2CO3)作為吸收液,先吸收煙氣中二氧化硫,再用石灰漿液(Ca(OH)2)再生鈉堿,鈉堿可不斷循環(huán)使用。該法脫硫效率高,裝置占地面積小、吸收劑用量小,且不存在 FGD 法中堵塞、結(jié)垢的問(wèn)題。然而,由于雙堿法運(yùn)行成本較高,不適用于大中型鍋爐煙氣的脫硫。

  4、可再生胺脫硫技術(shù)

    可再生胺脫硫技術(shù)屬于濕法回收法,用胺液循環(huán)吸收煙氣中的 SO2,效率可高達(dá) 99%以上。該技術(shù)是依據(jù)汽提原理,利用低壓的蒸汽加熱已吸收了 SO2的胺液,將 SO2氣體從中解吸出來(lái),得到高純度的 SO2氣體可用來(lái)制酸或硫磺。再生出的胺液,回流到反應(yīng)系統(tǒng)循環(huán)再用。具有脫硫效率較高,系統(tǒng)操作、維護(hù)簡(jiǎn)單可靠?jī)?yōu)點(diǎn)。由于再生蒸汽消耗量較大,能耗成本高,需要有硫磺回收或硫酸等下游配套裝置,有機(jī)胺的抗氧化性、過(guò)程中生成的鹽需要很好地解決。

  5、循環(huán)流化床脫硫工藝(LCFB-FGD)

    該技術(shù)工藝的特點(diǎn)是煙氣直接進(jìn)入流化床反應(yīng)塔中與塔內(nèi)脫硫劑反應(yīng),完成脫硫過(guò)程。脫硫后的煙氣進(jìn)入電除塵器除塵凈化后,經(jīng)引風(fēng)機(jī)由煙囪排出。該方法系統(tǒng)阻力低,可用率高;占地少,有利于現(xiàn)有電站鍋爐的煙氣脫硫劑技術(shù)改造。然而,脫硫效率相對(duì)較低;適應(yīng)范圍較小,脫硫產(chǎn)物基本無(wú)法利用。

  6、爐內(nèi)噴鈣爐后增濕活化法(LIFAC)

    半干式煙氣脫硫方法是首先將脫硫劑吹入燃燒爐內(nèi)進(jìn)行第一次脫硫,然后再向活化反應(yīng)器中噴水使它與未反應(yīng)的 CaO 進(jìn)行第二次脫硫。脫硫過(guò)程如下:

       熱分解:CaCO3=CaO+CO2  (900℃以上)

       脫硫反應(yīng):2CaO+2SO2+O2=2CaCO4 (800℃~1200℃)

       氫氧化鈣的生成反應(yīng):CaO+H2O=Ca(OH)2

       脫硫反應(yīng):Ca(OH)2+ SO2=CaSO3+ H2O

    該方法具有爐內(nèi)噴鈣法與噴霧干燥法的雙重優(yōu)點(diǎn),綜合脫硫率可達(dá) 80%左右。反應(yīng)過(guò)程無(wú)廢水產(chǎn)生,設(shè)備占地面積小,投資運(yùn)行操作費(fèi)用低。

二、煙氣脫硝技術(shù)

    脫硝技術(shù)主要分為低 NOX燃燒技術(shù)和燃燒后煙氣脫硝。其中,低 NOX燃燒技術(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)新建電廠得到廣泛的應(yīng)用,主要方法有空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒、低氮燃燒、濃度偏差燃燒、煙氣再循環(huán)等。而燃燒后煙氣脫硝是目前發(fā)達(dá)國(guó)家普遍采用的減少 NOX排放的方法,具有較高的脫硝效率,應(yīng)用較為成熟和廣泛的有選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)、電子束法以及熾熱碳還原等技術(shù)。

  1、低 NOX燃燒技術(shù)

    為了控制燃燒過(guò)程中 NOX的生成量,采取的措施有:(1) 濃淡二次燃燒技術(shù):降低空氣過(guò)剩系數(shù)和氧氣濃度,先使煤粉在缺氧的條件下燃燒;(2)降低燃燒溫度,以防止產(chǎn)生局部高溫區(qū);(3)縮短煙氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間等。所有措施的目的是盡量減少熱力氮的產(chǎn)生。低氮燃燒法簡(jiǎn)單易行,可方便地用于現(xiàn)存裝置,但 NO 的降低幅度十分有限,且燃燒熱損失較多。

  2、選擇性催化還原法(SCR)

    選擇性催化還原法是在催化劑的作用下,―有選擇性‖地與煙氣中的 NOX反應(yīng),將鍋爐煙氣中的氮氧化物還原成氮?dú)夂退Ｏ到y(tǒng)中的反應(yīng)過(guò)程如下:

       NO 的還原:4NO+4NH3+O2=4N2+6 H2O

       NO2的還原:6NO2+8NH3=7N2+12H2O

       2NO2+4NH3=3N2+6H2O

    與其他技術(shù)相比,SCR 技術(shù)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不形成二次污染、技術(shù)成熟、脫硝效率高達(dá) 90%、運(yùn)行可靠,是目前國(guó)際上應(yīng)用Z為廣泛的煙氣脫硝技術(shù)。催化劑失效和尾氣中殘留 NH3是 SCR 系統(tǒng)存在的兩大關(guān)鍵問(wèn)題。為確保催化劑層的理想條件,避免催化劑中毒、堵塞或磨損,運(yùn)用 CFD 軟件對(duì) SCR 系統(tǒng)進(jìn)行流體力學(xué)模擬計(jì)算,對(duì)解決這些問(wèn)題有所幫助。

  3、選擇性非催化還原法(SNCR)

    SNCR 技術(shù)原理是在無(wú)催化劑存在的條件下向爐內(nèi)噴射化學(xué)還原劑使之與煙氣中的 NOx 反應(yīng),將其還原成 N2及 H2O。使用Z廣泛的還原劑為氨或尿素,反應(yīng)溫度在 900～1000℃范圍內(nèi)。其反應(yīng)式為:

       4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O

    當(dāng)溫度過(guò)高時(shí),NH3將發(fā)生副反應(yīng),生成 NO,反應(yīng)式如下:

       4NH3+5O2=4NO+6H2O

    溫度過(guò)低時(shí)反應(yīng)速度減慢,所以溫度的控制至關(guān)重要。該工藝不需要催化劑,但脫硝效率較 SCR 低。

  4、混合 SCR- SNCR 脫硝技術(shù)

    SNCR-SCR 脫硝技術(shù)是結(jié)合 SNCR 投資省、SCR 脫除效率高的優(yōu)點(diǎn)所發(fā)展起來(lái)的一種新型脫硝工藝,并非只是 SNCR 與 SCR 兩者簡(jiǎn)單的組合?；旌?SCR-SNCR 脫硝工藝,Z主要的技術(shù)改進(jìn)是省去 SNCR 工藝煙道內(nèi)復(fù)雜的 AIG(氨噴射)系統(tǒng),并減少了 SCR 技術(shù)中催化劑的用量。該工藝主要分為爐膛和反應(yīng)器兩個(gè)反應(yīng)區(qū),首先將還原劑通過(guò)位于鍋爐爐墻部位的噴射系統(tǒng),噴入作為第一個(gè)反應(yīng)區(qū)的爐膛。此時(shí)在高溫條件下,還原劑與煙氣中 NOx 發(fā)生非催化還原反應(yīng),實(shí)現(xiàn)初步的脫氮過(guò)程。然后,未反應(yīng)完的還原劑進(jìn)入混合工藝的第二個(gè)反應(yīng)區(qū),進(jìn)行進(jìn)一步脫氮。

  5、濕法煙氣脫硝技術(shù)

    濕法煙氣脫硝技術(shù)按吸收劑的種類可分為:水氧化吸收法、酸吸收法、堿液吸收法、氧化吸收法、還原吸收法、絡(luò)合吸收法、液膜法等。濕式絡(luò)合吸收法目前仍處于試驗(yàn)階段,NOX的脫除率較高。但螯合物的循環(huán)利用比較困難,在反應(yīng)中螯合物會(huì)有損失,利用率低,造成運(yùn)行費(fèi)用很高。

燃煤鍋爐上很少采用濕法脫硝。

三、煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)

    燃燒產(chǎn)生的硫氧化物和氮氧化物的濃度都不太高,但總量卻非常大。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有煙氣凈化技術(shù)中除塵、脫硫、脫硝往往是在多個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)中分別完成,不但占地面積大,而且投資、操作費(fèi)用高,并且隨著煙氣脫硫的普及,大氣中氮氧化物危害所占的比例將越來(lái)越大。因此,同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)日益受到各國(guó)的重視。

煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)主要有三類:煙氣脫硫和煙氣脫硝的組合技術(shù);對(duì)現(xiàn)有 FGD 系統(tǒng)進(jìn)行改造增加脫硝功能[37];利用吸附劑同時(shí)脫除 SO2和NOx。煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)按照其作用機(jī)理可以分為濕法、固相吸收再生法、氣固催化法、吸收劑噴射技術(shù)及高能電子活化氧化法五大類,以下對(duì)脫硫脫硝工藝做扼要介紹,

  1、電子束照射法

    電子束照射法(ER 法)屬于干式同時(shí)脫硫脫硝的方法。該方法利用陰極發(fā)射并經(jīng)電場(chǎng)加速形成 500～800 keV 高能電子束輻照煙氣產(chǎn)生輻射化學(xué)反應(yīng),生成OH、O 和 HO2等自由基,再和 SOx 和 NOx 反應(yīng)生成硫酸和硝酸,在通入氨氣(NH3)的情況下,產(chǎn)生(NH4)2SO4和 NH4NO3氨鹽副產(chǎn)品。

    在 20 世紀(jì) 70 年代初首先由日木荏原公司提出,經(jīng)過(guò) 20 幾年的研究開(kāi)發(fā),己經(jīng)從小試、中試和工業(yè)示范一步步走向工業(yè)化。具有不產(chǎn)生廢水廢渣;能同時(shí)脫硫脫硝,脫硫率 90%以上,脫硝率 80%以上;系統(tǒng)簡(jiǎn)單,操作方便,過(guò)程易控制;對(duì)于含硫量的變化有較好的適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)。但投資與運(yùn)行成本比其它方法都要高。

  2、電暈放電法

    半干式電暈放電脫硫脫銷技術(shù)是在脈沖電暈等離子體煙氣脫硫脫銷技術(shù)的基礎(chǔ)上改良而來(lái),將含有SO2和NOX的高溫?zé)煔庖雵婌F塔內(nèi)增濕降溫,然后引入電暈放電煙氣凈化器,施加高電壓,并加入氨氣,在電暈放電與氨的協(xié)同作用下,將SO2和NOX轉(zhuǎn)化為銨鹽顆粒,從煙氣中分離出來(lái),收集在極板(管)上,用水沖洗極板上的反應(yīng)產(chǎn)物。將產(chǎn)物溶液噴入噴霧干燥塔,霧滴蒸發(fā)干燥形成較大的銨鹽顆粒,加以回收,同時(shí)使煙氣增濕降溫。與現(xiàn)有方法相比,可解決產(chǎn)物粘結(jié)的問(wèn)題,提高凈化效果,減少氨泄漏和銨鹽外排,減少能耗,提高了運(yùn)行可靠性,簡(jiǎn)化了工藝,減小凈化裝置尺寸,降低脫硫投資和運(yùn)行成本。

  3、氣固催化法

    目前 , 氣 固 催 化 法 有 代 表 性 的 工 藝 有 : DESONOX 工 藝 和 SNRB(SOX-NOX-ROX-BOX)工藝。DESONOX 包含兩段催化轉(zhuǎn)化反應(yīng),煙氣經(jīng)靜電除塵后進(jìn)入具有兩層催化劑的固定床反應(yīng)器,第一層為 SCR 催化劑,在 450℃下發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng),NOx被 NH3還原生成 N2和 H2O;隨后,煙氣經(jīng)過(guò)含釩催化劑的第二層,SO2被氧化為 SO3,再經(jīng)冷凝后得到硫酸。該法脫除效率比較高,不產(chǎn)生二次污染,且技術(shù)簡(jiǎn)單,但是投資和運(yùn)行費(fèi)用較高。

    SNRB 工藝[42]是利用高溫布袋除塵器進(jìn)行煙氣凈化,能夠同時(shí)去除 SO2、NOx和煙塵。脫除過(guò)程可分為三步:①在高溫脈沖噴射布袋除塵器中進(jìn)行除塵;②利用 SCR 法將 NOx還原為N2;③利用石灰基或者鈉基吸收劑吸收煙氣中SO2。過(guò)濾袋采用可以承受 425-470℃高溫的陶瓷纖維過(guò)濾袋。SNRB 工藝成功的實(shí)現(xiàn)了煙氣脫硫脫硝除塵一體化,該工藝吸收劑利用率較高,設(shè)備投資少,且對(duì)設(shè)備腐蝕性較低,然而產(chǎn)生的廢渣較多,且副產(chǎn)物回收利用價(jià)值不高。

  4、CuO/γ-Al2O3一體化吸收/催化法

    該法采用CuO/Al2O3作吸附劑(CuO含量通常在4%～6%)進(jìn)行脫硫脫硝,整個(gè)反應(yīng)分兩步:①在吸附器中:脫硫時(shí),溫度在300～450℃內(nèi)時(shí),吸附劑與SO2反應(yīng),生成CuSO4;脫硝時(shí),由于CuO和生成的CuSO4對(duì)NH3還原NOx有很高的催化活性,結(jié)合SCR法進(jìn)行脫硝。②在再生器中:吸附劑吸收CuSO4飽和后用H2或CH4還原,還原后的Cu或Cu2O,在吸附劑處理器中用煙氣或空氣氧化成CuO后又可重復(fù)使用。

反應(yīng)式如下:

       6 NO+4NH3= 6H2O+ 5N2

       6NO2+ 8NH3= 12H2O+ 7N2

       2CuO+2SO2+ O2= 2CuSO4

    CuO 吸附法在吸附溫度為 750℃左右時(shí)脫硫脫硝率在 90%以上,不產(chǎn)生新的廢棄物,沒(méi)有二次污染,除塵率可達(dá) 99.9%。但反應(yīng)溫度要求高,需要加熱裝置,并且吸附劑的制備成本較高。

5、吸附法

吸附法是用活性焦炭進(jìn)行煙氣的同時(shí)脫硫脫硝。SO2的脫除是通過(guò)活性焦炭的微孔催化吸附作用,生成硫酸儲(chǔ)存于焦炭微孔內(nèi),然后通過(guò)熱再生。而 NOx的脫除是在加氨的條件下,經(jīng)活性焦炭的催化作用生成水和氮?dú)庠倥湃氪髿?。根?jù)吸附材料的不同又可分為活性炭吸附法和活性焦吸附法兩種,其脫硫脫硝原理基本相同,見(jiàn)圖 2-1。不同的是活性炭吸附法有兩個(gè)吸附塔,一個(gè)脫硫一個(gè)脫硝,而活性焦吸附法只有一個(gè)吸附塔,塔分兩層,上層脫硝,下層脫硫,活性焦在塔內(nèi)上下移動(dòng),煙氣橫向流過(guò)塔。

  6、濕法煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)

    濕式同時(shí)脫硫脫硝的方法目前尚處于研究階段。該方法通過(guò)加入添加劑來(lái)提高 NO 的溶解度。主要的濕法同時(shí)脫硫脫硝工藝有濕式絡(luò)合吸收法、氯酸氧化法、尿素凈化法、NaClO2/NaOH 法等。

      1) 濕式絡(luò)合吸收法

    濕式絡(luò)合吸收法是在現(xiàn)有的濕法脫硫液中加入一些金屬螯合物,如亞鐵螯合物 Fe(Ⅱ)EDTA 等絡(luò)合吸收劑,能與 NO 迅速發(fā)生反應(yīng)形成亞硝酰絡(luò)合物。因此,在傳統(tǒng)的在濕法工藝中加入金屬螯合物作為添加劑,使其在吸收 SO2的同時(shí),吸收 NOx,實(shí)現(xiàn)同時(shí)脫硫脫硝。但螯合物的循環(huán)利用比較困難,該法能否工業(yè)化的關(guān)鍵問(wèn)題是對(duì)絡(luò)合吸收形成的 Fe(Ⅱ)EDTANO 和被煙氣中的 O2氧化形成的Fe(Ⅲ)EDTA 的再生。

      2)氧化法

    氧化法同時(shí)脫硫脫硝是先將 NO 氧化為易溶于水的形態(tài),以此達(dá)到吸收脫除的效果。NO 的氧化速度是決定整個(gè)氧化法脫除 NOx的關(guān)鍵步驟,為了提高 NO的氧化效率,需要應(yīng)用氧化劑。氧化劑包含氣相與液相兩種,氣相氧化劑主要有ClO2、Cl2、O3等,價(jià)格昂貴,同時(shí)氣體在設(shè)備中運(yùn)行也具有危險(xiǎn)性。液相氧化劑有很多,如 HNO3、KMnO4、P4、H2O2、HClO3、NaClO、NaClO2、KBrO3、K2Br2O7等。其中,比較有效的液相氧化方法有氯酸氧化法、黃磷氧化法、亞氯酸鈉氧化法。

      3) 氯酸氧化法

    是采用含有氯酸的強(qiáng)氧化劑氧化吸收 SO2和 NO,該過(guò)程在氧化塔中進(jìn)行;后續(xù)工藝采用 NaOH 和 Na2S 來(lái)吸收殘余的酸性氣體,吸收過(guò)程在堿式吸收塔中完成。該工藝實(shí)現(xiàn)了在一套裝備中對(duì)煙氣同時(shí)脫硫脫硝,脫除效率可達(dá) 95%以上,并且與利用催化氧化原理的技術(shù)相比沒(méi)有催化劑中毒、失活等問(wèn)題。該工藝適用性強(qiáng),對(duì)入口煙氣的限制范圍不高,在常溫、吸收劑濃度較低時(shí)也可進(jìn)行氧化吸收。但存在氯酸吸收劑價(jià)格高、對(duì)設(shè)備腐蝕性強(qiáng)、產(chǎn)生廢酸造成二次污染等問(wèn)題。氯酸氧化 NO 的反應(yīng)機(jī)理:

       NO+2HClO= NO2+2ClO2

       5NO+2ClO2+ H2O=2HCl+5NO2

       5NO2+ ClO2+3H2O=HCl +5HNO3

    氯酸氧化 SO2反應(yīng)機(jī)理為:

       SO2+2HClO3=SO3+2ClO2+H2O

       Cl2+ H2O= HCl+HClO

       SO2+HClO=SO3+ HCl

       SO3+H2O=H2SO4

      4)尿素凈化法

    尿素凈化法是在 NH3還原法脫硫的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,是利用尿素的強(qiáng)還原性,在酸性條件下將 NOX還原為 N2,NOX濃度越高,脫除效率也越高,適合處理純氮氧化物[47]。該法治理效果好、無(wú)二次污染、操作彈性大,但吸收液尿素的濃度需較高,運(yùn)行成本過(guò)高,且處理能力低,無(wú)法在工業(yè)上得到推廣應(yīng)用

  8、活性炭纖維負(fù)載 TiO2法

    趙毅等在《活性炭纖維負(fù)載 TiO2同時(shí)脫硫脫硝實(shí)驗(yàn)研究》中提出將 TiO2和活性炭纖維（AFC）制成復(fù)合型光催化劑，即將 TiO2光催化活性和活性炭纖維的吸附性能結(jié)合于一體，ACF 的強(qiáng)吸附作用為T(mén)iO2的光催化提供了高濃度的反應(yīng)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了煙氣同時(shí)脫硫脫硝。

    實(shí)驗(yàn)得出：

    經(jīng)試驗(yàn)得出結(jié)論：ACF 的強(qiáng)吸附作用為 TiO2的光催化氧化提供了良好的反應(yīng)環(huán)境，在可見(jiàn)光條件下SO2和 NO 能夠達(dá)到較高的脫除效率。實(shí)驗(yàn)研究了影響煙氣同時(shí)脫硫脫硝效率的影響因素，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度、煙氣濕度和煙氣中氧氣濃度是主要因素。在Z佳實(shí)驗(yàn)條件下，如反應(yīng)溫度為 100℃，煙氣濕度為 0.006m3/m3，氧氣含量 6%，可見(jiàn)光照射，煙氣同時(shí)脫硫脫硝效率分別達(dá)到97.5%和 49.6%。尾氣如果采用稀氨水作吸收液，可發(fā)展為一種可資源化的煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)。

四、煙氣除塵

    由燃料及其他物質(zhì)燃燒過(guò)程產(chǎn)生的煙塵，以及對(duì)固體物料破碎、篩分和輸送等機(jī)械過(guò)程產(chǎn)生的煙塵，除塵就是把這些粒子從煙塵中分離出來(lái)并加以捕集、回收的過(guò)程。

煙氣除塵的技術(shù)包括袋式除塵器技術(shù)、電除塵器技術(shù)和電袋結(jié)合除塵器技術(shù)。

  1、袋式除塵器

    袋式除塵器是一種干式濾塵裝置。濾料使用一段時(shí)間后，由于篩濾、碰撞、滯留、

    擴(kuò)散、靜電等效應(yīng)， 濾袋表面積聚了一層粉塵，這層粉塵稱為初層，在此以后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，初層成了濾料的主要過(guò)濾層，依靠初層的作用，網(wǎng)孔較大的濾料也能獲得較高的過(guò)濾效率。隨著粉塵在濾料表面的積聚，除塵器的效率和阻力都相應(yīng)的增加，當(dāng)濾料兩側(cè)的壓力差很大時(shí)，會(huì)把有些已附著在濾料上的細(xì)小塵粒擠壓過(guò)去，使除塵器效率下降。另外，除塵器的阻力過(guò)高會(huì)使除塵系統(tǒng)的風(fēng)量顯著下降。因此，除塵器的阻力達(dá)到一定數(shù)值后，要及時(shí)清灰。清灰時(shí)不能破壞初層，以免效率下降。

工作原理：

    過(guò)濾式除塵器是指含塵煙氣孔通過(guò)過(guò)濾層時(shí)，氣流中的塵粒被濾層阻截捕集下來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)氣固分離的設(shè)備。過(guò)濾式除塵裝置包括袋式除塵器和顆粒層除塵器，前者通常利用有機(jī)纖維或無(wú)機(jī)纖維織物做成的濾袋作過(guò)濾層，而后者的過(guò)濾層多采用不同粒徑的顆粒，如石英砂、河砂、陶粒、礦渣等組成。

伴著粉末重復(fù)的附著于濾袋外表面，粉末層不斷的增厚，布袋除塵器阻力值也隨之增大;脈沖閥膜片發(fā)出指令，左右淹沒(méi)時(shí)脈沖閥開(kāi)啟，高壓氣包內(nèi)的壓縮空氣通了，如果沒(méi)有灰塵了或是小到一定的程度了，機(jī)械清灰工作會(huì)停止工作。

結(jié)構(gòu)如圖：

袋式除塵器具有適應(yīng)各種粉塵特性煙氣、除塵效率高、結(jié)構(gòu)緊湊占地面積小、布置靈活、濾袋拆裝方便、清灰高效徹底、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。

  2、電除塵器

    電除塵器是火力發(fā)電廠必備的配套設(shè)備，它的功能是將燃灶或燃油鍋爐排放煙氣中的顆粒煙塵加以清除，從而大幅度降低排入大氣層中的煙塵量，這是改善環(huán)境污染，提高空氣質(zhì)量的重要環(huán)保設(shè)備。它的工作原理是煙氣通過(guò)電除塵器主體結(jié)構(gòu)前的煙道時(shí)，使其煙塵帶正電荷，然后煙氣進(jìn)入設(shè)置多層陰極板的電除塵器通道。由于帶正電荷煙塵與陰極電板的相互吸附作用，使煙氣中的顆粒煙塵吸附在陰極上，定時(shí)打擊陰極板，使具有一定厚度的煙塵在自重和振動(dòng)的雙重作用下跌落在電除塵器結(jié)構(gòu)下方的灰斗中，從而達(dá)到清除煙氣中的煙塵的目的。由于火電廠一般機(jī)組功率較大，如60萬(wàn)千瓦機(jī)組，每小時(shí)燃煤量達(dá)180T左右，其煙塵量可想而知。因此對(duì)應(yīng)的電除塵器結(jié)構(gòu)也較為龐大。一般火電廠使用的電除塵器主體結(jié)構(gòu)橫截面尺寸約為25~40×10～15m，如果在加上6米的灰斗高度，以及煙質(zhì)運(yùn)輸空間高度，整個(gè)電除塵器高度均在35米以上，對(duì)于這樣的龐大的鋼結(jié)構(gòu)主體，不僅需要考慮自主、煙塵荷載、風(fēng)荷載，地震荷載作用下的靜、動(dòng)力分析。同時(shí)，還須考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

結(jié)構(gòu)如圖：

    電除塵器具有性能可靠、除塵效率高、抗高溫、二次揚(yáng)塵小、易于維護(hù)等特點(diǎn)。

  3、電袋復(fù)合式除塵器

    電袋復(fù)合式除塵器，作為一種新型的復(fù)合型除塵器，采用了靜電除塵和布袋除塵的原理，克服了之前單一功能除塵器的弊端，可謂是這一領(lǐng)域的重大突破。對(duì)于目前PM2.5的吸收也具有良好的效果。此外，這種復(fù)合型的除塵器吸塵率更高，高達(dá)70%—80%，而且更具環(huán)保的功效。

    電袋復(fù)合式除塵器是有機(jī)結(jié)合了靜電除塵和布袋除塵的特點(diǎn)，通過(guò)前級(jí)電場(chǎng)的預(yù)收塵、荷電作用和后級(jí)濾袋區(qū)過(guò)濾除塵的一種高效除塵器，它充分發(fā)揮電除塵器和布袋除塵器各自的除塵優(yōu)勢(shì)，以及兩者相結(jié)合產(chǎn)生新的性能優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了電除塵器和布袋除塵器的除塵缺點(diǎn)。

結(jié)構(gòu)如圖：

    電袋組合式除塵器是綜合利用和有機(jī)結(jié)合電除塵器與布袋除塵器的除塵優(yōu)點(diǎn)，先由電場(chǎng)捕集煙氣中大量的粉塵，再經(jīng)過(guò)布袋收集剩余細(xì)微粉塵的一種組合式高效除塵器。具有除塵穩(wěn)定（≤50mg/Nm3）、系統(tǒng)阻力小、設(shè)備使用壽命長(zhǎng)、性能優(yōu)異等特點(diǎn)。

    除塵器種類繁多，按除塵過(guò)程中是否采用潤(rùn)濕劑，除塵器可以分為干式除塵器和濕式除塵器。按除塵 過(guò)程中的基本作用原理可以分為機(jī)械除塵器、濕式除塵器（主要是洗滌式除塵器）、過(guò)濾式除塵器、電除塵器和聲波除塵器。以下將從后一種分類角度對(duì)各種除塵器的工作機(jī)理，特點(diǎn)、適用場(chǎng)合、除塵效率作一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

  1、重力沉降室

    重力沉降室是利用粉塵與氣體的密度不同，使含塵氣體中的塵粒依靠自身的重力從氣流中沉降下來(lái)，從而達(dá)到凈化目的的一種裝置。當(dāng)含塵氣流從管道進(jìn)入沉降室后，由于截面擴(kuò)大，氣體的流速減慢。沉降速度大于氣流速度的沉粒就沉降下來(lái)。

    重力沉降室分為水平氣流沉降室和垂直氣流沉降室兩種。重力沉降室的性能特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資小， 維修管理方便，體積大。其氣流速度一般為 0.5～1m/s，一般只能捕集粒徑大于 50μm 的塵粒，除塵效率， 干式沉降室為 50%～60%，濕式沉降室為 60%～80%。主要適用于煙氣量較小，塵粒較粗，現(xiàn)場(chǎng)較寬敞及 環(huán)境要求較低的場(chǎng)合，或者作為高效除塵的預(yù)處理裝置。

    重力沉降室具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，壓力損失小的特點(diǎn)，維修管理較容易，而且可以處理高溫氣體。但是體積大，效率相對(duì)低，一般只作為高效除塵裝置的預(yù)除塵裝置，來(lái)除去較大和較重的粒子。

  2、慣性除塵器

    慣性除塵器是使含塵氣流沖擊在擋板上，氣流方向發(fā)生急劇轉(zhuǎn)變，借助塵粒本身的慣性力作用使其與氣流分離的裝置。慣性除塵器分為碰撞式和回轉(zhuǎn)式兩種。前者是沿氣流方向裝設(shè)一道或多道擋板，含塵氣體碰撞到擋板上使塵粒從氣體中分離出來(lái)。顯然，氣體在撞到擋板之前速度越高，碰撞后越低，則攜帶的粉塵越少，除塵效率越高。后者是使含塵氣體多次改變方向，在轉(zhuǎn)向過(guò)程中把粉塵分離出來(lái)。氣體轉(zhuǎn)向的曲率半徑越小。轉(zhuǎn)向速度越多，則除塵效率越高。慣性除塵器的性能特點(diǎn)是壓力損失大、除塵效率較低。其煙流速度在 12～15m/s 范圍內(nèi)，適用于捕集 粒徑大于 20μm 的塵粒，除塵效率約為 50%～70%。主要適用于非黏性、非纖維性的且密度和粒徑較大的 金屬或礦物性粉塵，多用于多級(jí)除塵中的第一級(jí)除塵。

  3、旋風(fēng)除塵器

    除塵機(jī)理是使含塵氣流作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，借助于離心力將塵粒從氣流中分離并捕集于器壁，再借助重力作用使塵粒落入灰斗。旋風(fēng)除塵器的各個(gè)部件都有一定的尺寸比例，每一個(gè)比例關(guān)系的變動(dòng)，都能影響旋風(fēng)除塵器的效率和壓力損失，其中除塵器直徑、進(jìn)氣口尺寸、排氣管直徑為主要影響因素。在使用時(shí)應(yīng)注意，當(dāng)超過(guò)某一界限時(shí)，有利因素也能轉(zhuǎn)化為不利因素。另外，有的因素對(duì)于提高除塵效率有利，但卻會(huì)增加壓力損失，因而對(duì)各因素的調(diào)整必須兼顧。旋風(fēng)除塵器是由進(jìn)氣管、排氣管、圓筒體、圓錐體和灰斗組成。旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造、安裝和維護(hù)管理，設(shè)備投資和操作費(fèi)用都較低，已廣泛用于從氣流中分離固體和液體粒子，或從液體中分離固體粒子。它屬于中效除塵器，且可用于高溫?zé)煔獾膬艋?，是?yīng)用廣泛的一種除塵器，多應(yīng)用于鍋爐煙氣除塵、多級(jí)除塵及預(yù)除塵。它的主要缺點(diǎn)是對(duì)細(xì)小塵粒（<5μm）的去除效率較低。

  4、濕式除塵器：

    1）噴灑式：此類除塵器設(shè)備中，含塵氣流是連續(xù)相，液體可以是分散相，也可以是連續(xù)相，相接觸面有限，分離效率不高。這一類型包括淋灑式洗滌塔、旋風(fēng)水膜式洗滌器、填料塔洗滌器等。

    2）泡沫洗滌除塵器：氣體呈分散相，液體是連續(xù)相和分散相共存，泡沫的形成是由于氣體的鼓泡作用，湍動(dòng)程度和相際接觸面積大，除塵效率高。

    3）壓力噴射除塵器：氣體和液體在壓力作用下，噴射形成微粒分散在另一相中（多是液相分散在氣相中），湍動(dòng)程度和相接觸面均很高，沖擊強(qiáng)度也高，除塵效率高。噴霧洗滌塔、噴射洗滌器、文丘里洗滌 器等都是這一類型。

五、總結(jié)

    本文綜述了國(guó)內(nèi)外火電廠脫硫脫硝技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用以及脫硫脫硝一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。由此可見(jiàn),火電廠脫硫脫硝技術(shù)是一項(xiàng)涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的綜合性技術(shù)。為了減少煙氣中硫氧化物和氮氧化物對(duì)大氣的污染,一方面要改進(jìn)燃燒技術(shù)抑制其生成,另一方面要加強(qiáng)對(duì)排煙中硫氧化物和氮氧化物的煙氣凈化治理。目前,國(guó)內(nèi)外已開(kāi)發(fā)了多種脫硫和脫硝工藝,評(píng)價(jià)各種工藝應(yīng)從硫氧化物和氮氧化物凈化率、裝置成本、運(yùn)行費(fèi)用以及副產(chǎn)物處理和二次污染等多方面綜合評(píng)價(jià)。在這方面,國(guó)外技術(shù)開(kāi)發(fā)較早,已積累了豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。煙氣脫硝的工藝難度和成本都較大,因此,目前世界上只有少數(shù)國(guó)家有煙氣脫硝裝置運(yùn)行,主要是采用選擇性催化還原法(SCR)工藝。若用兩套裝置分別脫硫脫硝,不但占地面積大,而且投資、操作費(fèi)用高,而使用脫硫脫硝一體化工藝則結(jié)構(gòu)緊湊,投資與運(yùn)行費(fèi)用低、效率高。聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)是目前世界上應(yīng)用比較廣泛的煙氣脫硫脫硝工藝,同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)大多處于研究階段,煙氣同時(shí)脫硫脫硝工藝的研究又大多集中在干法上,尚未得到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。由于各種脫硫脫硝技術(shù)都有各自的應(yīng)用條件,具體工程項(xiàng)目必須因地制地進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較和評(píng)估,確定適宜的脫硫脫硝工藝。

    粉塵 PM2.5去除技術(shù)的應(yīng)用與推廣，符合《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》提出的十一五期間單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20%左右的約束性指標(biāo)；符合十二五時(shí)期我國(guó)將把大幅度降低能源消耗強(qiáng)度二氧化碳排放強(qiáng)度和主要污染物排放總量作為重要的約束性指標(biāo)（以重金屬排放指標(biāo)PPM2.5為主）k同時(shí)，對(duì)于我國(guó)鋼鐵行業(yè)及環(huán)保事業(yè)的建設(shè)和發(fā)展，自然環(huán)境的改善和凈化均具有重要的作用k因此，此項(xiàng)粉塵 PM2.5去除技術(shù)的應(yīng)用與推廣，具有必要性和可行性。

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