探討鍋爐超低排放控制方法
摘要：由于目前火電廠面臨嚴峻的環保壓力，因此實行超低排放改造是必須的步驟。然而燃煤電站燃燒大量煤，排放大量二氧化硫、氮氧化物及煙塵等成分復雜污染物濃度低的煙氣，實現超低排放對大氣污染防治要求較高。本文通過對燃煤電站大氣污染物排放特征進行分析，提出燃煤電廠鍋爐超低排放控制技術，以期為燃煤電站超低排放控制措施設計提供參考。引言
燃煤電廠鍋爐會排放大量成分復雜且污染物濃度高的煙氣，因此實施超低排放控制對技術要求較高。對于燃煤電廠鍋爐超低排放控制這方面的研究主要在于：
①濕法脫硫設備性能增強技術，如雙循環、旋匯耦合、雙托盤、高效除霧器；
②以低溫電除塵器、濕式電除塵器、電袋除塵器、移動電極、高頻電源等除塵設備為核心的技術路線研究；
③省煤器、煙氣冷卻器、GGH等換熱設備的調溫與節能；
④低氮燃燒、SCR增效、寬負荷脫硝等脫硝技術優化；
⑤流化床超低排放技術。本文擬結合燃煤電站排放的大氣污染物以及控制系統技術來明確燃煤電廠超低排放控制方法，為超低排放的實現提供參考。
1燃煤電站大氣污染物分析
燃煤電站的燃煤煤質復雜，煙塵、二氧化硫和氮氧化物的排放濃度較高。煙塵特征取決于鍋爐類型，煤粉爐具有燃燒迅速、完全、容量大并且效率高的特征，然而煤粉燃燒后形成的一小部分顆粒較粗的灰形成灰渣，落入冷灰斗內，最后冷卻成固體灰渣，絕大部分顆粒較細的灰則是被煙氣帶走，通常被稱為灰飛，煤粉爐產生的灰飛量高達80~90%。流化床燃燒被視為清潔燃燒，脫硫率達到脫硫率可達80～95%，NOx排放可減少50%，燃燒效率較高，高達95～99%。燃煤電站燃煤產生的氮氧化物主要是NO和NO2，統稱為NOx。主要危害性在于對臭氧層的破壞、對動物和人體的傷害以及導致光化學煙霧及酸雨等。
2燃煤電鍋爐站超低排放控制方法分析
2.1煙塵超低排放控制技術
根據煙塵超低排放控制技術的工作原理，主要有這幾種：靜電式、旋轉電極式以及濕式靜電。靜電除塵技術的優勢在于工作時不易受到外界溫度的影響，工作效率較高，能夠除掉絕大多數的粉塵，并且靜電除塵可以連續的高強度作業，不會對設備造成太大的損耗，節省作業成本。靜電式除塵的不足在于幾乎無法將微塵除去；旋轉電極式除塵的優勢在于反電暈的出現的概率降低，并且使用的設備體型較小。無需太多的使用面積，而旋轉電極式除塵的不足之處在于適用范圍小，對設備操作工專業技能要求高，安裝工藝流程較為復雜；濕式靜電除塵的優勢在于既能夠將殘留在塵板上的微塵清除掉，還能夠降低阻力的影響，加強集塵板對帶電微塵的吸附能力。此外，該除塵方式還能夠高效率的抑制微塵和酸性污染物等復合型污染物的含量，然而濕式靜電除塵由于使用水進行除塵，很可能會給環境帶來二次污染，有背目前國家提出的可持續發展理念。
2.2SO2超低排放控制技術
對燃煤電廠煙氣進行脫硫常見的處理方式有干法、半干法以及濕法。其中傳統的干法脫硫所用到的方法有兩種，分別是氧化法和固相吸附法，該脫硫方式在煙氣中硫含量較低的情況下效果較明顯，然而該脫硫方式不能科學利用脫硫后的產物；半干法脫硫所用到的方法較多，常見的有噴霧半干法，爐內噴鈣爐后活化法、灰渣外循環半干法和流化床脫硫法等，該脫硫方式雖然效果明顯，但是脫硫后的產物進行灰循環效率會下降；至于濕法脫硫方式，該方式有不少優點：
①脫硫效果顯著；
②可以勝任大排量煙氣脫硫任務；
③脫硫處理成本不高；
④可以科學利用脫硫后的產物。
但是濕法脫硫處理系統比較復雜，對技術人員要求較高。近幾年，許多學者對此進行研究，提出一些先進的脫硫技術。比如將尿素溶液作為吸收劑在超重力環境進行脫硫處理，該方式有設備占地小，成本較低等優點。
2.3HgO超低排放控制技術
2.3.1燃煤煙氣中汞的形態分布
一般情況下燃煤鍋爐排出的煙氣中汞所占的比重為1～20μg/m3，其多數由元素態Hg0、氧化態Hg2+（主要是HgCl2）和顆粒汞HgP這三種組成，其中Hg2+能夠溶解在水里，因此可以借助于煙氣濕法脫硫或脫氮工藝將少量Hg2+除掉，并可在除塵裝置中用粉塵協同除去顆粒汞HgP。然而，另外20～50%的元素汞則以氣相形式存在，由于元素汞熱力學性質非常的穩定，幾乎無法在低溫的環境被氧化，且不會被水溶解，因此用常規的方法在低溫下不易氧化，其熱力學性質穩定，不溶于水，難以去除煙氣中的元素Hg0，目前常用的方法就是將煙氣中的元素Hg0變一個形態，然后用常規的手段去除。
2.3.2燃煤電廠中脫汞技術
針對燃煤電廠排放物脫汞問題，美國電力研究協會（EPRI）也做過研究，其研究結果表明：在燃煤電廠使用催化劑除硝的時候也能將煙氣中的元素汞轉化成氧化汞，以便能夠在后續的工藝流程中將汞脫除掉。在對這個過程的工作原理的研究分析時發現，元素汞首先是被催化劑吸附，然后經過一系列的化學反應與空氣中的氧元素結合形成氧化汞，反應結束后氧化汞從催化劑上脫離。但是這一化學過程受到多個因素影響，比如排煙的速度、氨濃度以及兩者的共同作用。低流速有利于氧氣氧化過程，但是同時增加了氨的還原過程。因此應該找到最佳停留時間來提高SCR脫硝系統對汞的協同脫除效率。
2.4多污染物控制技術
多污染物控制技術主要針對NOx和SOx兩種污染物的排放控制，常見的方法有固相吸附/再生法、氣相氧化法、電子束輻射、濕式洗滌等。其中，固相吸附/再生法和氣相氧化法適用范圍較廣，本文作詳細闡述。
2.4.1固相吸附/再生技術
固相吸附/再生技術是指利用固體吸附劑的自身屬性，對廢氣中的污染物進行吸收或使其與之產生化學反應，然后再轉化為容易去除的污染物，該技術可以使固體吸附劑重復被使用。用于固相吸附/再生技術的常見工藝有活性炭/活性炭吸附/再生工藝、CuO吸附/再生工藝、NOxSO吸附再生工藝和SNAP吸附/再生工藝，其中活性炭活性焦吸附/再生工藝使用較普遍，下文做重點分析。
在活性炭/活性焦吸附/再生過程中，SO2會被活性炭/活性焦吸附，在氧復合基團環境下被催化氧化，最終會產生硫酸并附著在活性焦的孔上，從而完成二氧化硫去除工作。活性焦的微孔結構和官能團同樣能吸附NOx，并可以將反應活性較低的NO氧化為反應活性較高的NO2，在有水的條件下變成HNO3，從而實現脫硝。圖1所示為典型的活性焦脫硫工藝示意圖。
2.4.2氣相氧化法技術
氣相氧化法是通過臭氧發生器產生臭氧，噴射到煙道中或者在NOx反應器中與NO和NO2發生反應，NO和NO2可在適當的O3/NOx摩爾比下氧化成更高階的氮氧化物并溶于水，且單質汞被氧化成水溶性的氧化汞，在后續濕法吸收的過程中與SO2一起被脫除。
在靜電除塵器或袋式除塵器的出口處，臭氧制造機釋放出的臭氧直接注入無塵的煙氣中，一氧化氮即刻被氧化還原成二氧化氮，然后煙氣轉移到逆流式洗滌塔，隨后將有機亞砜催化劑和水混合液噴入塔內。硫氧官能團存在于有機亞砜催化劑中，因此該催化劑可以被認為是一種可循環利用的吸附材料。洗滌塔中的排煙與催化劑混合液均勻結合，在煙氣中形成化學性質不穩定的產物：亞硫酸（H2SO3）和亞硝酸（HNO2），之后被有機吸附劑吸入，與之發生化學反應，生成性質穩定的穩定亞砜基類絡合物，最終沉入溶液中的有機吸附劑與亞硫酸和亞硝酸鹽結合，形成穩定的亞砜基絡合物沉入漿液池中。在氧化劑的助推下，亞硫酸和亞硝酸鹽被氧化形成化學性質穩定的產物———硫酸和硝酸。此時，將絡合物分解，并將氫氧化銨加入到混合溶液中，與硫酸和硝酸反應生成硫酸銨和硝酸銨。然后，混合溶液首先通過濕式過濾器除去顆粒，然后轉移到分離裝置中。在分離裝置中，將混合溶液分為兩層。將上層有機催化劑重新放回到原工藝中，促使形成更多的二氧化硫和二氧化氮，并在下層處理硫酸銨和硝酸銨溶液，得到硫酸銨、硝酸銨，這些可用于加工化肥的原料。
3結語
結合以上分析，為了達到對煙氣超低排放的控制標準，必然需要綜合考慮各種單項的整體控制，采用多種技術協同高效運作，在煙氣超低排放實施過程中盡可能達到低耗能，高效益的雙重效果。使得使超低排放技術越來越可靠。本文結合燃煤電站排放的大氣污染物的特征，分析了針對燃煤電站各類不同鍋爐產生污染物應該實行的超低排放控制技術。然后重點分析了多污染物排放控制技術。另外，本文最后研究了多污染物超低排放控制技術各自的特點以及協同效應，希望未來學者能充分利用超低排放控制設備之間的串聯優勢，尋求合理有效的污染物控制方案，以提高燃煤電站的超低排放控制效果。
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