探讨锅炉超低排放控制方法

摘要：由于目前火电厂面临严峻的环保压力，因此实行超低排放改造是必须的步骤。然而燃煤电站燃烧大量煤，排放大量二氧化硫、氮氧化物及烟尘等成分复杂污染物浓度低的烟气，实现超低排放对大气污染防治要求较高。本文通过对燃煤电站大气污染物排放特征进行分析，提出燃煤电厂锅炉超低排放控制技术，以期为燃煤电站超低排放控制措施设计提供参考。引 言

燃煤电厂锅炉会排放大量成分复杂且污染物浓度高的烟气，因此实施超低排放控制对技术要求较高。 对于燃煤电厂锅炉超低排放控制这方面的研究主要在于：

①湿法脱硫设备性能增强技术，如双循环、旋汇耦合、双托盘、高效除雾器；

②以低温电除尘器、湿式电除尘器、电袋除尘器、移动电极、高频电源等除尘设备为核心的技术路线研究；

③省煤器、 烟气冷却器、GGH 等换热设备的调温与节能；

④低氮燃烧、SCR 增效、宽负荷脱硝等脱硝技术优化；

⑤流化床超低排放技术。 本文拟结合燃煤电站排放的大气污染物以及控制系统技术来明确燃煤电厂超低排放控制方法，为超低排放的实现提供参考。

1 燃煤电站大气污染物分析

燃煤电站的燃煤煤质复杂，烟尘、二氧化硫和氮氧化物的排放浓度较高。 烟尘特征取决于锅炉类型，煤粉炉具有燃烧迅速、完全、容量大并且效率高的特征，然而煤粉燃烧后形成的一小部分颗粒较粗的灰形成灰渣，落入冷灰斗内，最后冷却成固体灰渣，绝大部分颗粒较细的灰则是被烟气带走，通常被称为灰飞，煤粉炉产生的灰飞量高达 80~90%。 流化床燃烧被视为清洁燃烧， 脱硫率达到脱硫率可达 80～95%，NOx排放可减少 50%，燃烧效率较高，高达 95～99%。 燃煤电站燃煤产生的氮氧化物主要是 NO 和 NO2，统称为 NOx。 主要危害性在于对臭氧层的破坏、 对动物和人体的伤害以及导致光化学烟雾及酸雨等。

2 燃煤电锅炉站超低排放控制方法分析

2.1 烟尘超低排放控制技术

根据烟尘超低排放控制技术的工作原理，主要有这几种：静电式、旋转电极式以及湿式静电。 静电除尘技术的优势在于工作时不易受到外界温度的影响，工作效率较高，能够除掉绝大多数的粉尘，并且静电除尘可以连续的高强度作业，不会对设备造成太大的损耗，节省作业成本。 静电式除尘的不足在于几乎无法将微尘除去； 旋转电极式除尘的优势在于反电晕的出现的概率降低，并且使用的设备体型较小。 无需太多的使用面积，而旋转电极式除尘的不足之处在于适用范围小，对设备操作工专业技能要求高，安装工艺流程较为复杂；湿式静电除尘的优势在于既能够将残留在尘板上的微尘清除掉， 还能够降低阻力的影响，加强集尘板对带电微尘的吸附能力。 此外，该除尘方式还能够高效率的抑制微尘和酸性污染物等复合型污染物的含量，然而湿式静电除尘由于使用水进行除尘，很可能会给环境带来二次污染， 有背目前国家提出的可持续发展理念。

2.2 SO2超低排放控制技术

对燃煤电厂烟气进行脱硫常见的处理方式有干法、 半干法以及湿法。 其中传统的干法脱硫所用到的方法有两种，分别是氧化法和固相吸附法， 该脱硫方式在烟气中硫含量较低的情况下效果较明显， 然而该脱硫方式不能科学利用脱硫后的产物；半干法脱硫所用到的方法较多，常见的有喷雾半干法，炉内喷钙炉后活化法、灰渣外循环半干法和流化床脱硫法等，该脱硫方式虽然效果明显， 但是脱硫后的产物进行灰循环效率会下降；至于湿法脱硫方式，该方式有不少优点：

①脱硫效果显著；

②可以胜任大排量烟气脱硫任务；

③脱硫处理成本不高；

④可以科学利用脱硫后的产物。

但是湿法脱硫处理系统比较复杂，对技术人员要求较高。 近几年，许多学者对此进行研究，提出一些先进的脱硫技术。 比如将尿素溶液作为吸收剂在超重力环境进行脱硫处理，该方式有设备占地小，成本较低等优点。

2.3 HgO超低排放控制技术

2.3.1 燃煤烟气中汞的形态分布

一般情况下燃煤锅炉排出的烟气中汞所占的比重为 1～20μg/m3，其多数由元素态 Hg0、 氧化态 Hg2+（ 主要是 HgCl2） 和颗粒汞 HgP这三种组成，其中 Hg2+能够溶解在水里，因此可以借助于烟气湿法脱硫或脱氮工艺将少量 Hg2+除掉， 并可在除尘装置中用粉尘协同除去颗粒汞 HgP。 然而 ，另外 20～50%的元素汞则以气相形式存在， 由于元素汞热力学性质非常的稳定，几乎无法在低温的环境被氧化，且不会被水溶解，因此用常规的方法在低温下不易氧化， 其热力学性质稳定， 不溶于水，难以去除烟气中的元素 Hg0，目前常用的方法就是将烟气中的元素 Hg0变一个形态，然后用常规的手段去除。

2.3.2 燃煤电厂中脱汞技术

针 对 燃 煤 电 厂 排 放 物 脱 汞 问 题 ， 美 国 电 力 研 究 协 会（EPRI）也做过研究，其研究结果表明：在燃煤电厂使用催化剂除硝的时候也能将烟气中的元素汞转化成氧化汞， 以便能够在后续的工艺流程中将汞脱除掉。 在对这个过程的工作原理的研究分析时发现，元素汞首先是被催化剂吸附，然后经过一系列的化学反应与空气中的氧元素结合形成氧化汞， 反应结束后氧化汞从催化剂上脱离。 但是这一化学过程受到多个因素影响，比如排烟的速度、氨浓度以及两者的共同作用。 低流速有利于氧气氧化过程，但是同时增加了氨的还原过程。 因此应该找到最佳停留时间来提高 SCR 脱硝系统对汞的协同脱除效率。

2.4 多污染物控制技术

多污染物控制技术主要针对 NOx和 SOx两种污染物的排放控制，常见的方法有固相吸附/再生法、气相氧化法、电子束辐射、湿式洗涤等。 其中，固相吸附/再生法和气相氧化法适用范围较广，本文作详细阐述。

2.4.1 固相吸附/再生技术

固相吸附/再生技术是指利用固体吸附剂的自身属性，对废气中的污染物进行吸收或使其与之产生化学反应， 然后再转化为容易去除的污染物， 该技术可以使固体吸附剂重复被使用。 用于固相吸附/再生技术的常见工艺有活性炭/活性炭吸附/再 生 工 艺 、CuO 吸 附/再 生 工 艺 、NOxSO 吸 附 再 生 工 艺 和SNAP 吸附/再生工艺 ， 其中活性炭活性焦吸附/再生工艺使用较普遍，下文做重点分析。

在活性炭/活性焦吸附/再生过程中，SO2会被活性炭/活性焦吸附，在氧复合基团环境下被催化氧化，最终会产生硫酸并附着在活性焦的孔上，从而完成二氧化硫去除工作。 活性焦的微孔结构和官能团同样能吸附 NOx， 并可以将反应活性较低的 NO 氧 化 为 反 应 活 性 较 高 的 NO2， 在 有 水 的 条 件 下 变 成HNO3，从而实现脱硝 。 图 1 所示为典型的活性焦脱硫工艺示意图。

2.4.2 气相氧化法技术

气相氧化法是通过臭氧发生器产生臭氧， 喷射到烟道中或者在 NOx反应器中与 NO 和 NO2发生反应，NO 和 NO2可在适当的 O3/NOx摩尔比下氧化成更高阶的氮氧化物并溶于水，且单质汞被氧化成水溶性的氧化汞， 在后续湿法吸收的过程中与 SO2一起被脱除。

在静电除尘器或袋式除尘器的出口处， 臭氧制造机释放出的臭氧直接注入无尘的烟气中， 一氧化氮即刻被氧化还原成二氧化氮，然后烟气转移到逆流式洗涤塔，随后将有机亚砜催化剂和水混合液喷入塔内。 硫氧官能团存在于有机亚砜催化剂中， 因此该催化剂可以被认为是一种可循环利用的吸附材料。 洗涤塔中的排烟与催化剂混合液均匀结合，在烟气中形成化学性质不稳定的产物：亚硫酸（H2SO3）和亚硝酸 （HNO2），之后被有机吸附剂吸入，与之发生化学反应，生成性质稳定的稳定亚砜基类络合物， 最终沉入溶液中的有机吸附剂与亚硫酸和亚硝酸盐结合，形成稳定的亚砜基络合物沉入浆液池中。在氧化剂的助推下， 亚硫酸和亚硝酸盐被氧化形成化学性质稳定的产物———硫酸和硝酸。 此时，将络合物分解，并将氢氧化铵加入到混合溶液中， 与硫酸和硝酸反应生成硫酸铵和硝酸铵。 然后，混合溶液首先通过湿式过滤器除去颗粒，然后转移到分离装置中。 在分离装置中，将混合溶液分为两层。 将上层有机催化剂重新放回到原工艺中， 促使形成更多的二氧化硫和二氧化氮，并在下层处理硫酸铵和硝酸铵溶液，得到硫酸铵、硝酸铵，这些可用于加工化肥的原料。

3 结 语

结合以上分析，为了达到对烟气超低排放的控制标准，必然需要综合考虑各种单项的整体控制， 采用多种技术协同高效运作，在烟气超低排放实施过程中尽可能达到低耗能，高效益的双重效果。使得使超低排放技术越来越可靠。 本文结合燃煤电站排放的大气污染物的特征， 分析了针对燃煤电站各类不同锅炉产生污染物应该实行的超低排放控制技术。 然后重点分析了多污染物排放控制技术。 另外，本文最后研究了多污染物超低排放控制技术各自的特点以及协同效应， 希望未来学者能充分利用超低排放控制设备之间的串联优势， 寻求合理有效的污染物控制方案， 以提高燃煤电站的超低排放控制效果。