燃煤鍋爐的煙氣治理和脫硫脫硝關鍵技術(shù)分析

穆會群

摘 要：近年來，隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，國家經(jīng)濟水平持續(xù)上升，隨之而來的環(huán)境污染問題也日益嚴峻。人們的環(huán)境保護意識逐漸增強，燃煤鍋爐的煙氣治理力度逐漸增大，各種先進的脫硫脫硝技術(shù)被廣泛應用，煙氣治理取得了不錯的效果。為此，著重介紹了幾種典型的燃煤鍋爐煙氣治理和脫硫脫硝關鍵技術(shù)，希望可以為我國燃煤鍋爐煙氣治理提供一些有用的建議，促進工業(yè)和環(huán)境保護的協(xié)同發(fā)展。

關鍵詞：燃煤鍋爐;煙氣治理;脫硫脫硝技術(shù)

燃煤鍋爐是我國普遍使用的加熱設備，在工業(yè)生產(chǎn)中具有非常重要的作用。在使用過程中會產(chǎn)生大量的煙氣，如果不經(jīng)處理直接排放到大氣環(huán)境中會造成非常嚴重的大氣污染問題。所以，燃煤鍋爐在設計和使用過程中，都必須考慮煙氣治理問題，并且根據(jù)煙氣的特點，合理選用適合的脫硫脫硝技術(shù)，對煙氣進行綜合治理，提高煙氣凈化水平，以此保證燃煤鍋爐煙氣排放符合環(huán)境保護標準，減少環(huán)境污染問題。

1 ? ?燃煤鍋爐煙氣組成及危害

燃煤鍋爐在使用過程中，煤炭會發(fā)生兩種反應：一種是完全燃燒，會產(chǎn)生大量的二氧化碳和少量的二氧化硫;另一種是不完全燃燒，會產(chǎn)生一氧化碳、二氧化硫以及二氧化氮等。每種煙氣組成都是有害氣體，如果不經(jīng)過有效的處理就直接排放，會造成嚴重的大氣污染，影響人體健康[1]。燃煤鍋爐煙氣中的二氧化硫和二氧化氮是危害最大的兩種有害氣體，在大氣中積聚會形成酸雨，并且隨著雨水進入土壤中，導致土壤出現(xiàn)酸化，破壞土壤原有的平衡，導致農(nóng)作物減產(chǎn)。另外，酸雨對河流和生活水源造成的影響也不容忽視，會導致水質(zhì)酸性化，影響水生植物生長。

2 ? ?燃煤鍋爐煙氣治理

燃煤鍋爐的煙氣治理主要包括煙氣除塵、煙氣脫硫、煙氣脫硝等主要環(huán)節(jié)，涉及多個煙氣治理設備和治理技術(shù)，需要根據(jù)煙氣的特點選擇合適的設備和技術(shù)，不斷提高燃煤鍋爐煙氣治理效果。近年來，隨著國家不斷提高對環(huán)境污染的重視程度，越來越多的燃煤鍋爐都采取了有效的煙氣除塵方案，取得了很好的治理效果。目前，應用比較多的燃煤鍋爐煙氣除塵技術(shù)有機械式除塵、靜電除塵以及布袋除塵。

2.1 ?機械式除塵

機械式除塵是我國燃煤鍋爐煙氣治理中應用最多的方案。除塵原理是讓除塵機械設備不停地旋轉(zhuǎn)，打散燃煤鍋爐燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣，使煙氣中的塵埃被清除干凈。在機械式除塵過程中，燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣可以在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生離心力，并且不斷地向下運動，減少煙氣的排放。機械式除塵的特點是設備占地面積小、除塵成本低，并且技術(shù)含量比較低，是中小型企業(yè)普遍使用的煙氣除塵方案[2]。

2.2 ?靜電除塵

我國燃煤鍋爐煙氣除塵過程中，除了機械式除塵以外，靜電除塵也是一種應用比較廣泛、效果比較好的除塵方案。靜電除塵在治理燃煤鍋爐煙氣時，工作原理是使高溫且密閉環(huán)境中的二氧化硫、二氧化氮等煙氣帶電，并且形成一個高壓靜電場，讓帶電后的煙塵在物理作用下可以在吸附層上聚集，清除煙氣中的煙塵。靜電除塵的效果非常高，但是成本較高。

2.3 ?布袋除塵

布袋除塵是一種新型除塵方式，在處理含有二氧化硫等有害氣體的煙塵中具有非常好的效果。現(xiàn)如今，越來越多的企業(yè)開始使用布袋除塵方案，在排放鍋爐煙氣之前對其進行有效過濾[3]。企業(yè)使用布袋除塵技術(shù)時，應用最多的是無紡布布袋，具有很好的密封性，可以清除大部分的煙塵。但是因為煙氣具有一定的腐蝕性，在長時間除塵過程中會腐蝕布袋，影響除塵效果，因此，需要經(jīng)常更換布袋，無形中增加了除塵的成本。

3 ? ?煙氣脫硫技術(shù)

燃煤鍋爐的煙氣治理中經(jīng)常會使用煙氣脫硫技術(shù)，主要目的是除去煙氣中的硫氧化物，包括二氧化硫和三氧化硫。根據(jù)煙氣脫硫技術(shù)中使用的不同脫硫劑，可以將煙氣脫硫技術(shù)分為5種，包括以石灰石為基礎的鈣法、以氧化鎂為主的鎂法、以亞硫酸鈉為主的鈉法、以氨氣為基礎的氨法以及以有機堿為基礎的有機堿法。煙氣脫硫技術(shù)的原理是使用適當?shù)膲A性物質(zhì)與煙氣中的酸性氣體發(fā)生反應，除去煙氣中的硫氧化物。從煙氣脫硫的工藝方法上看，常用的煙氣脫硫技術(shù)有干式脫硫、濕法脫硫以及噴霧脫硫等[4]。

3.1 ?干式脫硫技術(shù)

干式煙氣脫硫工藝應用于20世紀80年代初，具有投資費用低、脫硫產(chǎn)物呈現(xiàn)為干態(tài)并與飛灰混合、不需要安裝除霧器和再熱器等優(yōu)點，同時在脫硫過程中對設備造成的腐蝕比較小，管道不容易出現(xiàn)堵塞或者結(jié)垢。但是該脫硫工藝的效率比較低，沒有濕式脫硫工藝那么高，目前使用較少，在一些中小型企業(yè)中有所應用，可以解決部分煙氣治理成本問題。

3.2 ?濕法脫硫技術(shù)

濕法脫硫工藝是當前比較流行的燃煤鍋爐煙氣脫硫技術(shù)，主要工藝原理是使用石灰石（CaCO3）、石灰（CaO）或碳酸鈉（Na2CO3）等漿液作洗滌劑，通過在反應塔中洗滌煙氣去除其中的大量硫氧化物。濕法脫硫工藝是世界各國都在使用的一種煙氣脫硫技術(shù)，并且工藝流程基本上一致，具有很多年的應用歷史，經(jīng)歷了多次設備改進和技術(shù)完善，是一種比較成熟的脫硫技術(shù)，脫硫效率在90%～98%[5]。另外，濕法脫硫技術(shù)適用于多種煤種，機組容量大，脫硫成本比較低，反應后形成的副產(chǎn)品也比較容易回收。

3.3 ?噴霧脫硫技術(shù)

噴霧脫硫技術(shù)是對干式煙氣脫硫技術(shù)的一種創(chuàng)新，在電力工業(yè)中的應用比較多，并且流行了很長一段時間。該脫硫技術(shù)的應用需要在噴霧干燥塔中完成，使用霧化后的石灰漿液直接接觸煙氣，石灰漿液在與二氧化硫發(fā)生反應后會形成一種干燥的固體，隨飛灰一起被除塵器收集。

4 ? ?煙氣脫硝技術(shù)

燃煤鍋爐煙氣治理中的另一個關鍵就是煙氣脫硝，包括干法（選擇性催化還原煙氣脫硝、選擇性非催化還原法脫硝）和濕法兩種。相比之下，干法煙氣脫硝技術(shù)的優(yōu)點在于投資少、設備簡單、工藝操作容易，并且脫硝效率也比較高，不會產(chǎn)生廢水和廢棄物，也不會造成二次污染[6]。燃煤鍋爐煙氣脫硝的工藝原理是將煙氣中存在的氮氧化物還原為氮氣，以此將鍋爐煙氣中的氮氧化物去除掉。

4.1 ?干法脫硝技術(shù)

干法脫硝技術(shù)可以分為選擇性催化還原脫硝和選擇性非催化還原法脫硝兩種技術(shù)。其中，選擇性催化還原脫硝工藝原理是將氨、CO或碳氫化合物等作為還原劑，使得煙氣產(chǎn)生和排放過程中與氧氣發(fā)生還原反應，將煙氣中的氮氧化物還原為氮氣。其中，使用氨作為還原劑時可以得到很高的脫硝效率。

選擇性非催化還原脫硝技術(shù)是一種成本低、技術(shù)成熟的脫硝工藝，反應器是爐膛或者預分解爐，工藝原理是在脫硝過程中將含有氨基的還原劑噴入反應爐中，使其與爐內(nèi)產(chǎn)生的氮氧化物進行反應，最終生成氨和水，去除煙氣中的氮氧化物。在實際操作時，需要將煙氣在尿素或者氨基化合物溫度較高的條件下注入反應爐，使氮氧化物被還原為氮氣[7]。一般情況下，會將還原劑注入爐膛或者與爐膛相鄰的煙道中。選擇性非催化還原脫硝效率與反應溫度、煙氣和還原劑的混合程度、時間以及氨氣和氮氧化物的化學計量比有關，尤其是反應溫度，對脫硝效率的影響最大。有研究表明，如果脫硝反應溫度過低，氨氣的反應是不完全的，并且容易出現(xiàn)氨氣泄漏，影響脫硝效率。反之，如果反應溫度過高，氨氣在反應中就會被氧化為氮氧化物，抵消了煙氣脫硝的效果。所以，無論是反應溫度過高還是過低，都會直接影響脫硝效率，在脫硝過程中控制好反應溫度是關鍵，也是難點。一般情況下，在設計選擇性非催化還原脫硝工藝時，脫硝的效率一般被設計為30%～50%。

4.2 ?濕法脫硝技術(shù)

濕法煙氣脫硝技術(shù)的原理是將氮氧化物和液體吸收劑混合起來，使得氮氧化物發(fā)生溶解，凈化燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣。該技術(shù)在應用中最大的難點在于一氧化氮很難溶于水，因此，需要在脫硝過程中先將一氧化氮氧化為二氧化氮，再使用堿性液體吸收劑進行吸收，實現(xiàn)煙氣脫硝。濕法煙氣脫硝技術(shù)在應用過程中使用的氧化劑通常是O3、ClO2或KMnO4。濕法煙氣脫硝技術(shù)包括稀硝酸吸收法、堿性溶液吸收法兩種，其中，稀硝酸吸收法原理是氮氧化物在硝酸中的溶解度比水大得多，在硝酸中的溶解度是水中溶解度的12倍，因此，可以使用稀硝酸作為溶解液，提高脫硝效率[8]。硝酸濃度越高，吸收效率也就越高，但是還需要考慮到工業(yè)成本問題，所以一般將硝酸質(zhì)量分數(shù)控制在15%～20%。堿性溶液吸收法主要是采用NaOH、KOH、Na2CO3、NH3·H2O等堿性溶液作為吸收劑，將煙氣中的氮氧化物去除。其中，NH3·H2O的吸收率最高。

5 ? ?結(jié)語

在工業(yè)不斷發(fā)展的背景下，燃煤鍋爐的使用越來越廣泛，如何處理好工業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境污染之間的矛盾問題是關鍵，要求各生產(chǎn)企業(yè)立足于工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀，對鍋爐煙氣的特點以及治理現(xiàn)狀進行深入研究，選擇合適的除塵技術(shù)、脫硫技術(shù)以及脫硝技術(shù)，提高煙氣治理效果，減少有害物質(zhì)排放。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的不斷發(fā)展，煙氣處理技術(shù)也在不斷發(fā)展，無論是除塵設備、脫硫脫硝設備，還是各種煙氣治理技術(shù)，都在不斷改進與創(chuàng)新中。煙氣治理效率不斷提升，工業(yè)生產(chǎn)造成的環(huán)境污染也得到了有效控制，可滿足我國可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實需求。

[參考文獻]

[1]史會瑩，喬文廣.燃煤鍋爐的煙氣治理和脫硫脫硝關鍵技術(shù)研究[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2019（4）：48.

[2]張歡，陳新順.燃煤鍋爐煙氣治理方法及脫硫脫硝技術(shù)研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（3）：61.

[3]付興，原芊芳.燃煤鍋爐煙氣治理方法及脫硫脫硝技術(shù)研究[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2018（6）：135.

[4]吳輝.燃煤鍋爐的煙氣治理策略和脫硫脫硝關鍵技術(shù)研究[J].化工設計通訊，2017，43（8）：13，19.

[5]張大慶.煙氣聯(lián)合除塵脫硫脫硝技術(shù)在燃煤供暖鍋爐煙氣治理中的應用研究[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2016（9）：10-11.

[6]耿雄躍.燃煤鍋爐煙氣治理方法及脫硫脫硝技術(shù)研究[J].信息周刊，2019（19）：1.

[7]吳麗華.鍋爐煙氣脫硫脫硝綜合治理技術(shù)分析[J].中小企業(yè)管理與科技，2019（15）：12-13.

[8]趙秀云.電廠鍋爐脫硫脫硝及煙氣除塵的技術(shù)淺析[J].區(qū)域治理，2019（6）：47.