燃煤鍋爐,同時脫硫脫氮,技術分析
摘要:詳細介紹幾種(zhong)典(dian)型電廠燃煤鍋爐同時脫硫脫氮技術，并對其進行(xing)技術和(he)經濟比(bi)較(jiao)。認(ren)為活性焦吸附法屬(shu)于干法處理技術，最具有競爭力。

關鍵詞：燃煤鍋爐,同時脫硫脫氮,技(ji)術分析

1、前言

隨著經濟的快速發展，我國因燃煤排放的二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）急劇增加，二氧化硫、氮氧化物是大氣污染的主要物質。據統計我國每年 NOx、SO2排放量分別約為770萬t和2400萬t，然而NOx、SO2是形成“酸雨”和“酸霧”的主要原因之一，氮氧化物與碳氫化合物結合形成光化學煙霧，所以NOx、SO2污染帶來的后果嚴重危及人體健康，對自然環境造成嚴重損害。
 
我國每年(nian)因NOx、SO2及形成酸(suan)雨造成損失(shi)達1100億(yi)元，其損失(shi)約占國民經濟生產總(zong)值的7%～8%。

在(zai)我國，SO2主(zhu)要來自燃(ran)煤(mei)燃(ran)燒(shao)排放的煙氣約占(zhan)90%，其中火(huo)電廠(chang)燃(ran)煤(mei)排放占(zhan)SO2總量的1/4左右；NOx90%來自燃(ran)料燃(ran)燒(shao)，因此脫硫脫氮及(ji)除塵是中國治理燃(ran)煤(mei)污染(ran)改善(shan)大(da)氣環境的最主(zhu)要目標。

2、幾種典型的脫硫脫氮技術

對于電廠燃(ran)煤鍋爐排放的SO2和NOx，近年來各國相繼(ji)開發(fa)了許多同時脫(tuo)硫脫(tuo)氮的方法，下面就幾種方法進行技術、經(jing)濟比(bi)較。

2.1　排煙循環流化床

排煙(yan)循(xun)(xun)環流(liu)化(hua)床(chuang)(chuang)（FGD-CFB）是80年代初由德國Lurgi公(gong)司開發(fa)(fa)的，該公(gong)司也是世界上第一臺燃(ran)燒(shao)煤的循(xun)(xun)環流(liu)化(hua)床(chuang)(chuang)鍋爐(lu)的開發(fa)(fa)者，后(hou)來又(you)把循(xun)(xun)環流(liu)化(hua)床(chuang)(chuang)技術(shu)引(yin)入脫硫(liu)領域，取得了良好的效果。該技術(shu)在(zai)德國有三家公(gong)司進行開發(fa)(fa)研究(jiu)，丹麥的FLS正在(zai)做。該法(fa)脫硫(liu)脫氮屬于燃(ran)燒(shao)中處理，脫硫(liu)采用(yong)循(xun)(xun)環流(liu)化(hua)床(chuang)(chuang)，脫氮采用(yong)低氮燃(ran)燒(shao)。2001年我國在(zai)四川白馬電廠300MW機組(zu)建示范(fan)工程(cheng)。

排煙循(xun)環流化床優點：

①投資費用較低。

②脫硫裝(zhuang)置(zhi)不(bu)需要太大空間。

③固硫(liu)劑(ji)產(chan)物以固態排放。

排煙循環(huan)流化床問題：

①燃燒中采用低(di)氮燒燃，脫氮效果不能(neng)保證(zheng)。

②由于鍋爐內噴射(she)CaO吸收(shou)劑進行脫硫，產(chan)生CaCO3和(he)煤(mei)灰一起排(pai)出(chu)，易造(zao)成二次污染。

③控制排(pai)煙溫度70℃，需(xu)要有排(pai)煙加熱裝置。

2.2　組合法（FGC）

這種方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)是(shi)用石灰石石膏法(fa)(fa)(fa)(fa)濕式(shi)脫SO2：（FGD）和選擇性催化(hua)(hua)還原法(fa)(fa)(fa)(fa)（SCR）脫NOx組合的(de)技術(shu)。據資(zi)料介紹，德(de)國、日本、美國等國家(jia)多數采用這種方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)。該(gai)(gai)組合技術(shu)中(zhong)濕法(fa)(fa)(fa)(fa)脫硫效率高（90%～98%），吸收(shou)塔自身(shen)緊湊，但該(gai)(gai)法(fa)(fa)(fa)(fa)的(de)問題(ti)是(shi)耗水量大(da)，而(er)且必須進行(xing)排(pai)水的(de)深度處理(li)，生成的(de)大(da)量副產品石膏應用也(ye)有(you)限，煙氣在進入(ru)煙囪(cong)前需要加熱(re)提高溫度。該(gai)(gai)組合技術(shu)中(zhong)氨選擇性催化(hua)(hua)劑(ji)還原法(fa)(fa)(fa)(fa)的(de)缺點是(shi)，脫氮的(de)催化(hua)(hua)劑(ji)壽(shou)命維護比較麻煩，工(gong)藝中(zhong)生成的(de)胺化(hua)(hua)合物有(you)堵(du)塞系統(tong)的(de)弊(bi)病(bing)等，因此使該(gai)(gai)組合法(fa)(fa)(fa)(fa)的(de)推(tui)廣應用受到影響。

2.3　電(dian)子(zi)束(shu)法（EBA）

為了(le)克服以上(shang)方(fang)法(fa)的(de)缺(que)點，國(guo)際上(shang)開發了(le)許(xu)多(duo)同時脫硫(liu)脫氮的(de)技術(shu)，電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)束法(fa)既是屬(shu)于同時脫硫(liu)脫氮的(de)典型方(fang)法(fa)之一。電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)束法(fa)是利(li)用電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)加速器產生(sheng)的(de)高(gao)能(neng)(neng)粒子(zi)(zi)(zi)照射煙氣，使其SO2和NOx氧化生(sheng)成(cheng)硫(liu)酸和硝(xiao)酸，再與添加的(de)氨反應生(sheng)成(cheng)硫(liu)酸氨和硝(xiao)酸氨。該技術(shu)首先是日本茬原制作所(suo)1970年著手研究(jiu)(jiu)，又(you)經過與原子(zi)(zi)(zi)能(neng)(neng)研究(jiu)(jiu)所(suo)合作研究(jiu)(jiu)，1974年進(jin)行(xing)了(le)1000/Nm3h-1、1萬(wan)(wan)/Nm3h-1規(gui)模不同的(de)氣體試(shi)驗(yan)(yan)，從而肯定了(le)這種干法(fa)技術(shu)。受美國(guo)能(neng)(neng)源部委托，在椹薩斯洲(zhou)又(you)進(jin)行(xing)了(le)1.4萬(wan)(wan)/Nm3h-1的(de)改進(jin)試(shi)驗(yan)(yan)，在西德(de)進(jin)行(xing)了(le)2.0萬(wan)(wan)//Nm3h-1規(gui)模的(de)試(shi)驗(yan)(yan)，都取(qu)得了(le)很好的(de)結果。其它有些國(guo)家(jia)也在研究(jiu)(jiu)。我國(guo)2000年由中國(guo)工程物理(li)研究(jiu)(jiu)院(yuan)在四川綿(mian)羊投資(zi)2000萬(wan)(wan)元建(jian)造一套(tao)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)束輻(fu)射煙氣脫硫(liu)脫氮工業(ye)試(shi)驗(yan)(yan)裝置，煙氣處理(li)量3000～12000//Nm3h-1，脫硫(liu)率(lv)90%，脫氮率(lv)70%電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)束法(fa)處理(li)煙氣的(de)優點：

①用一個過(guo)程能同時脫硫(liu)脫氮，且去(qu)除效率高(gao)。

②能(neng)夠生成(cheng)硫酸氨和硝酸氨副產品作化肥用，沒有(you)廢(fei)棄物。

③是干法過程，沒有廢水(shui)及其處(chu)理設施。

④因為不(bu)用(yong)催(cui)化(hua)劑，所以(yi)不(bu)存在催(cui)化(hua)劑中毒，影響使用(yong)壽命的問題(ti)。

⑤設備結構(gou)簡單，對煙氣條件變化適應性強，容易控制。

電子(zi)束處(chu)理法存(cun)在問題(ti)：

①該法耗電(dian)量大，由(you)此占的運行費用很(hen)高。

②煙氣輻(fu)射裝置還(huan)不適合用(yong)于大規(gui)模應用(yong)系統(tong)。

③處理后(hou)的煙氣(qi)仍然(ran)存在排(pai)放氮(dan)、硫酸(suan)和一(yi)氧(yang)化二氮(dan)的可能性(xing)。

2.4　活(huo)性(xing)焦吸(xi)附(fu)法

該法是(shi)(shi)用(yong)(yong)活(huo)性(xing)焦(jiao)(jiao)(jiao)進(jin)行煙(yan)氣(qi)(qi)的(de)同時脫(tuo)硫和脫(tuo)氮(dan)。SO2是(shi)(shi)通過活(huo)性(xing)焦(jiao)(jiao)(jiao)的(de)微孔催(cui)化吸(xi)附作用(yong)(yong)，生成(cheng)硫酸儲存于焦(jiao)(jiao)(jiao)碳(tan)微孔內，通過熱再(zai)生，生成(cheng)總(zong)量(liang)雖少，但含SO2濃(nong)度很高氣(qi)(qi)體，根據需要再(zai)去轉換成(cheng)各(ge)種有價值的(de)副產品，如高純(chun)硫磺、液態(tai)SO2、濃(nong)硫酸、化肥等。NOx是(shi)(shi)在(zai)(zai)加氨的(de)條件下(xia)(xia)，經活(huo)性(xing)焦(jiao)(jiao)(jiao)的(de)催(cui)化作用(yong)(yong)生成(cheng)水和氮(dan)氣(qi)(qi)再(zai)排入大氣(qi)(qi)。該工程(cheng)的(de)主要設(she)備是(shi)(shi)脫(tuo)硫脫(tuo)氮(dan)塔，活(huo)性(xing)焦(jiao)(jiao)(jiao)在(zai)(zai)塔內由上(shang)往下(xia)(xia)移(yi)動，煙(yan)氣(qi)(qi)橫向交叉通過活(huo)性(xing)焦(jiao)(jiao)(jiao)炭層，因此煙(yan)氣(qi)(qi)中(zhong)的(de)塵也被(bei)除掉(diao)〔7〕。

活性焦和活性炭是不同的兩種炭質吸附材料。活性炭的綜合強度（耐壓、耐磨損、耐沖擊）低，而且表面積大，若用移動床，因吸附、再生往返使用損耗大，存在著經濟性問題，因此人們研究出比活性炭比表面積小，但強度高的成型活性焦炭，具有更好的脫硫、脫氮性能，用于煙氣的同時脫硫脫氮。
 
活性焦(jiao)吸附(fu)法(fa)是西德(de)BF（Bergbau-Forschung）公司在1967年開發的(de)(de)，日(ri)本的(de)(de)三(san)(san)井礦山（株）公司根據日(ri)本的(de)(de)環(huan)境標(biao)準對其(qi)進(jin)行了(le)(le)(le)(le)(le)改進(jin)，吸收(shou)了(le)(le)(le)(le)(le)西德(de)BF公司的(de)(de)成(cheng)(cheng)功經驗(yan)，于(yu)1981年到1983年進(jin)行了(le)(le)(le)(le)(le)1000/ Nm3h-1規模的(de)(de)試驗(yan)，在此基礎上又(you)于(yu)1984年10月在自家的(de)(de)燃煤電廠建立了(le)(le)(le)(le)(le)處理(li)能力3萬/ Nm3h-1的(de)(de)工業(ye)(ye)試驗(yan)裝置。經過改進(jin)和調整，達到長期、穩定(ding)、連(lian)續地運轉，脫(tuo)(tuo)硫率幾乎100%，脫(tuo)(tuo)氮率在80%以(yi)上，被日(ri)本通商(shang)產業(ye)(ye)省認定(ding)為第一號商(shang)品(pin)化裝置。（根據設備運轉結果，獲得了(le)(le)(le)(le)(le)各(ge)種資(zi)料，肯定(ding)了(le)(le)(le)(le)(le)該技術，并定(ding)名為三(san)(san)井BF法(fa)。同時建立了(le)(le)(le)(le)(le)3000/ta-1成(cheng)(cheng)型活性焦(jiao)的(de)(de)商(shang)品(pin)化制造廠。

在我國1991年，由遼寧省環境保護科(ke)學研(yan)(yan)究所承擔“同時脫(tuo)硫脫(tuo)氮(dan)綜合利用(yong)一(yi)體(ti)化”項目(mu)，并于2001年通過(guo)了(le)遼寧省科(ke)技(ji)廳技(ji)術鑒定。該成果(guo)主(zhu)要在三井(jing)BF方(fang)法基礎上進行改進，利用(yong)我國煤炭特點（灰分(fen)高(gao)＞10%）研(yan)(yan)制出活性焦(jiao)，其比表面積低，強度高(gao)，脫(tuo)硫率90%，脫(tuo)氮(dan)率80%，并且初期脫(tuo)硫率、脫(tuo)氮(dan)率均高(gao)于三井(jing)BF法，取得滿意效果(guo)〔8〕。

活性(xing)焦吸(xi)附法(fa)脫硫脫氮的(de)優點(dian)：

①具(ju)有很高的脫硫率(lv)（98%）。

②能除去濕法難以除去的SO3。

③能(neng)除去廢(fei)氣中(zhong)的HCl、HF、砷、硒(xi)、汞，是(shi)深度處理的技(ji)術。

④在低溫下（100～200℃）能得到高的(de)脫氮率(lv)（80%），因而不(bu)需要(yao)廢氣升溫裝(zhuang)置(zhi)。

⑤具有除塵功能。

⑥過程中不用(yong)水，無(wu)需廢水處理裝置，沒(mei)有二次污(wu)染問(wen)題。

⑦堿、鹽類對活性焦炭沒有影響(xiang)，不存在吸附劑中毒問題(ti)。

⑧建設費用低(di)，使用動力小則運行費用低(di)。

⑨廠(chang)地面積小(xiao)也可以建設。

⑩可以回(hui)收副產品，高(gao)純硫(liu)磺（99.95%）或(huo)濃硫(liu)酸(suan)（98%）或(huo)高(gao)純液(ye)態SO2，其(qi)中任選一副產品。

活性焦吸附法(fa)脫硫(liu)脫氮的主要問題：

①固態的(de)熱吸收劑循(xun)環使用，是機械(xie)的(de)方式，操作較復雜。

②吸附劑在運行中有磨損(sun)消(xiao)耗，是成本的主要(yao)部分。

③煙(yan)氣(qi)通過吸附(fu)床(chuang)有較(jiao)大的(de)(de)壓力降由于以上(shang)特點，因此(ci)在美國政(zheng)府調查報告(gao)中認為，該(gai)技術(shu)是最先進的(de)(de)煙(yan)氣(qi)脫硫脫氮技術(shu)。

3、經濟分析

由于排煙(yan)循環流化床是(shi)屬于燃燒中(zhong)進行脫硫脫氮(dan)，處理方法不同于其他三(san)種(zhong)方法（燃燒后煙(yan)氣處理），所以不列入(ru)經濟比較之內。

根據(ju)美國能(neng)源(yuan)部(bu)（DOE）報(bao)告，一個500MW的火力發電廠，用(yong)(yong)濕法(fa)脫(tuo)(tuo)硫（FGD）其設備費(fei)用(yong)(yong)為(wei)(wei)175/kw，運行(xing)費(fei)用(yong)(yong)18mille/kwh，在(zai)其后組(zu)合進SCR法(fa)脫(tuo)(tuo)氮(dan)(dan)，設備費(fei)為(wei)(wei)125/kw，運行(xing)費(fei)為(wei)(wei)6.2mille/kwh（催化劑(ji)使用(yong)(yong)壽命按(an)6年計算，若按(an)4年壽命則為(wei)(wei)7.6mille/kwh），因此合計起來該組(zu)合法(fa)脫(tuo)(tuo)硫脫(tuo)(tuo)氮(dan)(dan)的設備費(fei)用(yong)(yong)為(wei)(wei)300/kw，運行(xing)費(fei)為(wei)(wei)24.2mille/kwh。

活性焦(jiao)吸附(fu)法按(an)300MW規模的火電廠煙氣同時脫(tuo)硫脫(tuo)氮，其設(she)備費用為175～225/kw，運行費用為10.8mille/kwh。

電(dian)(dian)(dian)子(zi)束法100MW規模(mo)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)廠(chang)(chang)，煙(yan)氣(qi)同時脫硫脫氮(dan)，根據(ju)美(mei)國(guo)能源(yuan)部(bu)報(bao)(bao)告的(de)(de)數據(ju)，設備費用是(shi)(shi)247/kw，運行費是(shi)(shi)21.6mille/kwh。根據(ju)日本資料(liao)報(bao)(bao)道(dao)，電(dian)(dian)(dian)子(zi)束法用于(yu)500MW規模(mo)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)廠(chang)(chang)，設備費是(shi)(shi)組合(he)法的(de)(de)70%～80%，運行費是(shi)(shi)組合(he)法的(de)(de)90%，由此計算，500MW規模(mo)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)廠(chang)(chang)，電(dian)(dian)(dian)子(zi)束法的(de)(de)設備費是(shi)(shi)210～240/kw，運行費是(shi)(shi) 21.7mille/kwh，這(zhe)個數值與美(mei)國(guo)能源(yuan)部(bu)報(bao)(bao)告的(de)(de)數值是(shi)(shi)一致的(de)(de)。

4、結語

活性焦吸附(fu)法雖然開發歷(li)史(shi)較短(duan)，但是進(jin)展速(su)(su)度非(fei)常快(kuai)，日本(ben)在(zai)1981年開始進(jin)行了1000/Nm3h-1煙氣(qi)脫硫(liu)脫氮試驗，到1989年即(ji)在(zai)西德(de)建(jian)立(li)了32/萬Nm3h-1的(de)電廠燃(ran)煤煙氣(qi)處理(li)裝置，處理(li)效果(guo)非(fei)常好。相比(bi)之(zhi)下，電子(zi)束法盡管開發的(de)歷(li)史(shi)較早（1970年），在(zai)技術上也(ye)有許多優(you)點，但是由于大容量(liang)的(de)電子(zi)加速(su)(su)器功率(lv)較大，耗電高，價(jia)格昂貴，建(jian)設燃(ran)煤電廠大型的(de)實(shi)用規模(mo)的(de)處理(li)裝置比(bi)較困難，因此實(shi)際進(jin)展速(su)(su)度并不快(kuai)。

活性焦吸附法脫硫脫氮有完整的工藝系統，最終可以得到高質量的副產品，隨著我國經濟的快速發展，對環境質量要求將愈來愈高，必將對二氧化硫、氮氧化物制定更加嚴格的排放標準，所以一方面可以滿足當前對SO2控制的要求，又要為控制NOx作技術準備。因此，這種技術即屬于超前性，又具有推動環境可持續發展的戰略意義。
 

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