锅炉烟气超低排放改造及运用的技术探讨
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锅炉烟气超低排放改造及运用的技术探讨
摘要：随着我国经济持续快速发展，城镇化和工业化进程日益加快，大气污染物排放急剧增加，大气环境污染日益严重。目前我国部分地区大气污染严重，火电厂面临严峻的环保压力，锅炉烟气超低排放改造是国内电厂都要进行的一次系统改造，超低排放有多种工艺方案，如何确 定方案至关重要，关系到投资成本、二次废物排放、运营成本、安全危险程度等，笔者在下文中跟大家探讨一下。
关键词：锅炉烟气；超低排放改造；技术应用
一、我国大气污染的现况
中国大气污染的主要来源是生活和生产用煤，主要污染物是颗粒物、SO2、NOx。是影响城市空气质量的主要污染物，SO2、NOx 污染也保持在较高水平，是形成雾霾、酸雨天气的主要因素，燃煤烟气排 放成为大气污染的主要污染源之一。
二、锅炉烟气超低排放处理技术
锅炉烟气发电厂的烟气处理是根据烟气排放标准对烟气中的飞灰、酸性污染物（HCl、HF、SOx）、重金属及二英等有机污染进行控制。锅炉烟气发电厂中烟气的处理一般分两步进行：一步是脱除烟气 中的酸性污染物，主要有干法工艺、半干法工艺、湿法工艺等，酸性
气体脱除工艺各有其优缺点，须综合权衡工程的各因素进行选择；另 一步是粉尘的脱除，其中采用布袋除尘器是公认的最佳选择。
2.1脱酸处理工艺
目前，生活锅炉烟气发电厂采用的脱酸处理工艺主要是半干法、湿法脱酸以及半干法与湿法的组合。半干法工艺融合干法与湿法两种工艺的优点，Ca(OH)2 的活性随相对湿度的增加而增加，保持脱酸塔内相对湿度对提高脱酸效率非常重要。半干法脱酸技术与干法工艺脱酸相比，较大幅度地提高了脱酸效率；与湿法工艺相比，其设备构造 简单、投资相对较低、能耗较少。
半干法脱酸技术应用较多的主要有旋转喷雾半干法和循环悬浮式半干法两种工艺，且各有优点。与干法和湿法工艺相比，两种工艺均 能使处理后的烟气达到生活垃圾烟气超低排放标准，投资运行成本较低，且本身产生的环境污染较少。
2.2脱硝处理工艺
目前，国内的锅炉烟气发电厂大多采用 SNCR 脱硝技术，SCR 工艺脱硝效率较高，可达
80% 左右，用于生活锅炉烟气发电厂的主要是低温 SCR 工艺，低温 SCR 反应器多布置在脱酸与袋式除尘系统之后，考虑到烟气温度需高于酸性气体露点温度 15℃，一般运行温度在150℃～ 180℃。
部分生活锅炉烟气发电厂采用 SNCR/ 低温 SCR 组合脱硝工艺，脱硝效率可达 80% 左右，但生活垃圾烟气中的重金属以及粉尘容易导致催化剂失活，实际运行效果较差。
三、国内主要的超低排放方案的比较 《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020 年）》中提出：“因厂制宜采用成熟适用的环保改造技术，除尘可采用低（低）温静电除 尘器、电袋除尘器、布袋除尘器等装置，鼓励加装湿式静电除尘装置； 脱硫可实施脱硫装置增容改造，必要时采用单塔双循环、双塔双循环 等更高效率脱硫设施；脱硝可采用低氮燃烧、高效率 SCR（选择性催化还原法）脱硝装置等技术”。
3.1脱硝技术
脱硝系统多采用低 NOx 燃烧器 +SCR 催化剂组合的方式，该类系统技术成熟，运行可靠。烟气超低排放改造与常规电站相比较，脱硝 系统区别主要在于 SCR 催化剂的填装层数，改造工程多将原有备用层直接装填，改造后系统脱硝效率可以提升至 85% ～ 90%，采用现有技术基本可以满足超低排放 NOx ﹤ 50mg/Nm3 的要求。
3.2脱硫技术
脱硫装置出口 SO2 浓度控制与煤质的含硫量、脱硫装置脱硫效率等密切相关。其中合理控制煤质的含硫量，可有效降低脱硫装置的负荷， 更加科学合理地控制 SO2 排放。
湿法脱硫是通过气- 液两相接触，将气体中的 H2S 转移到液相， 从而得到气体的净化，然后对脱硫液进行再生，循环使用。常用的 湿法脱硫有催化氧化法和醇胺法等，其中世界上应用最广泛的是醇 胺法。醇胺法通常用甲基二乙醇胺、二乙醇胺等脱硫液将天然气中的 H2S与 CO2 吸收下来，并与醇胺溶液发生反应的过程 [3]。醇胺结构中含有羟基和氨基，羟基可以降低化合物的蒸汽压，并增加化合物 在水中的溶解度；氨基则使化合物水溶液呈碱性，以促使其对酸性 组分的吸收。
脱硫装置出口 SO2 浓度控制与煤质的含硫量、脱硫装置脱硫效率
等密切相关。其中合理控制煤质的含硫量，可有效降低脱硫装置的负荷， 更加科学合理地控制 SO2 排放。
超低排放技术采用的新技术有：双托盘、性能增强环、增加喷淋层、 增加浆液泵等；对于改造机组，可采用增加一座吸收塔的方式，改进后系统脱硫效率达到 98% ～ 99%，可以满足超低排放 SO2 ﹤ 35mg/ Nm3 要求。
3.3除尘技术
燃煤电厂超低排放改造的重点和关键在于粉尘的达标排放 [4]。针对国内燃煤电厂使用的除尘设备 80% 以上为电除尘器，同时借鉴发达国家先进的电除尘技术，可采用“协同控制”和“末端治理”的技术路线。
（1）以低低温 ESP 为核心的烟气协同治理技术路线：即通过烟气冷却器或烟气换热系统降低电除尘入口烟气温度至酸露点以下，一 般为 90℃左右，烟气中大部分 SO3 会在烟气冷却器中凝结，并被吸附在粉尘表面，使粉尘性质发生很大变化，大幅度提高除尘效率，同时
除去大部分 SO3。
（2）湿式电除尘技术路线：主要在脱硫塔后增加湿式电除尘装置，保证粉尘达标排放。
四、锅炉烟气超低排放改造存在的局限性
锅炉烟气发电厂烟气净化工艺目前主要采用“半干法脱硫 + 活性炭喷射 + 布袋除尘”，并根据 NOx 排放情况设有选择性非催化还原
（SNCR）脱硝。 湿法脱酸会产生大量废水，需配置废水处理设施，设备占地面积大，投资运行费用高，普遍存在着腐蚀、结垢、阻塞、风机带水等问题， 目前在国内的应用案例较少，一般只作为干法和半干法工艺后尾气的深度净化措施。
锅炉烟气烟气中的烟尘含量大、烟气灰分黏度高，催化剂如布置 在省煤器之后容易堵塞，且锅炉烟气烟气中氯化氢与硫氧化物极易造 成催化剂活性降低。因此 SCR 装置一般设置在脱酸除尘之后，多采用低温型 SCR 催化剂。但湿法脱硫和湿式电除尘之后烟气温度较低，烟气湿度较大，对低温催化剂的影响较大。
目前实验研究报道的低温 SCR 催化剂在低温条件下都具有一定的脱硝效率，但在低温条件下，催化剂容易受SO2 和H2O 的影响而失去活性。SO2 和H2O 的毒性作用是低温催化剂难以实际应用的主要原因。在低温 SCR 催化剂应用方面较为领先的是壳牌公司（Shell），该公司研究的低温 DENOx 系统（SDS）包含一种专有适用锅炉烟气发电厂的V/Ti 颗粒状催化剂和一个低压降的侧流反应器（LFR），可以同步催化 NOx 和分解二英。典型的商业应用级 SDS，在 170℃～ 300℃条件下， 可在很小的氨逃逸下达到 95% 的 NOx 转换率。
此外，为维持催化剂的活性，需要选择在 200℃以上环境中进行催化反应，但是为防止二英类再合成，要求温度不断下调，在 300℃ 以下时，会生成氯化铵，导致催化剂中毒。
结论
实施超低排放应充分考虑行业的实际情况循序渐进地推进，尽管 相关燃煤锅炉超净排放技术已趋于成熟，但应用于锅炉烟气烟气净化 还存在一定的问题。随着环保要求的不断提高，我们可以从以下方面 入手：1 对垃圾实施分类收集运输及对垃圾进行相应的预处理，减少重金属及含氯类垃圾进炉焚烧，以减少烟气污染物的生成；2 研究如何提高半干法脱酸工艺的效率以减少后续湿法废水排放；3 开发高效催化剂用于二英及 NOx 的综合降解，以减少系统的复杂性；4 对高效、经济、实用的低温催化剂需做进一步研究。
参考文献
[1]李壮 , 张杨 , 朱跃 . 燃煤机组烟气超低排放改造对细颗粒物的影响[J]. 电力科技与环保,2018,34(01):27-31.
[2]杨力. 某电厂烟气超净排放改造工程研究[D]. 南昌大学,2018.
[3]张勇 , 蔡银科 , 阮东亮 , 曹小利 . 垃圾焚烧烟气超低排放改造技术探讨[J]. 中国环保产业,2017(09):59-61+65.
[4]胡金亮 . 锅炉烟气超低排放改造方案的选用 [J]. 煤矿现代化,2017(03):106-107.
