火电厂脱硫脱硝除尘技术及其发展现状文献综述

火电厂脱硫、脱硝、除尘技术及其发展现状摘要：本文结合国家新颁布的《火电厂人气污染物排放标^GB1322-2011）》，综合目前国内外火电厂脱硫、脱硝、除尘的各项前沿及广泛应用的技术与工艺，提出了火电厂控制污染物排放的控制优化措施，以使满足国家最新环保标准的要求。关键词：火电厂，脱硫，脱硝，除尘，污染控制TheStatusofDesulfurization,DenitrificationandDust-removingTechnologyforThermalPowerPlantsAbstract:Thispapercombmesthenewissued“Emissionstandardofairpollutantsforthermalpowplants（GB1322-2011）",thetechnologyandprocessofdesulfurization,denitrificationanddustremovingoffire-coalfluegasareintroduced.Controlcountermeasuresofairpollutantsareputfbnvard.inordertomeettherequirementsofthelatestemissionstandard.Keywords:thermalpowerplants.FGD.DeNOx.dustremoval,pollutioncontrol一、 背景伴随着我国经济的快速增长，能源的消耗也畅之迅速上升，伴随而来的人气污染问题逐渐受到人们的关注。火电厂排放的二氧化硫、氮氧化物、粉尘是人气污染物的主要来源之所形成的酸雨、雾霾等环境污染严重威胁着人类的生活及健康，逐渐上升为国内外•致关切的并影响人类生存环境的严重问题。多年以来，我国•次能源消费总量中煤炭占75%以上。以煤炭为主的能源消耗结构是引起我国二氧化硫、氮氧化物和粉尘污染日趋严重的最重要原因。在今后相当长的时期内，以煤为主的能源供应与消耗格局不会改变。如不进行治理，我国二氧化硫、氮氧化物和粉尘污染情况将会更加恶化。国家环境保护总局于1991年批准颁布了《燃煤电厂人气污染物排放标准》；1996年进行了第・次修订，首次增加了氮氧化物排放浓度限值：2003年进行了第二次修订，根据时段及燃料特性，划分了不同的才II：放标准限值：2011年，对《火电厂人气污染物排放标准》进行了第三次修订，进•步严格了人气污染物才II：放浓度的限值。省级地方政府还可根据当地实际情况颁布更为严格的地方性才II：放标准。2004年出台的《拙污费征收使用管理条例》和2006年《燃煤烟气脱硝技术装备》的制定完善了环境保护的法律体系。《火电厂大气污染物押放标准（GB1322-2011）》于2011年7月29日发布,2012年1月1日实施〈二它规定新建及现有锅炉分别于2012年1月1日、2014年7月1日起执行，所有3（W型火焰炉，CTB,以及2003火电机组氮氧化物排放量不得超过100mg/m年12月313）,200mg/m烟日前建成投产或通过建设项目环境影响报告书审批的火力发电锅炉不得超过333200mg/m标准，现有锅炉为尘浓度不得超过30mg/m,二氧化硫新建锅炉执行lOOmg/m（广西，重庆，四川，贵州除外）。此外重点地区污染物才II：放浓度限值更为严格，烟尘浓度33。这对我国火力发电行业脱硫、脱硝、20mg/m50mg/m,二氧化硫限制浓度达到了标准为除尘系统的优化改造和设备选择提出了更高的要求。二、 烟气脱硫技术分类及研究现状对于电力行业，烟气脱硫（FGD）•般是指应用化学物理方法，从烟气中将硫氧化物除去类。3可以分为湿法、干法和半干法FGD的工艺过程。根据操作过程的物相不同，1、湿法脱硫技术湿法脱硫•般是指吸收剂在浆状或者液态的条件下进行脱硫，系统•般设置在烟道的末端、除尘器后，由于脱硫过程中的反应温度低（低于露点），•般脱硫后还需要加热烟气（如加装GGH）才能排出，以减轻腐蚀性的低温烟气对净烟道和烟囱的腐蚀，捉高烟气中污染物的扩散度。湿法脱硫的优点是脱硫反应速度快、效率高且脱硫添加剂利用率高，技术全而，适用而广。它的缺点是初投资人、系统复杂、占地而积和运行费用高，防腐措施麻烦，耗水量人且脱硫废水需要处理。•般适合人型燃煤电站，在众笋的脱硫技术中，湿法脱硫技术成熟，运行可靠，始终占据主导地位。湿法脱硫技术有石灰石一石音法、间接石灰石一石音法、海水脱硫法、柠檬吸收法、磷氨肥法、液相催化法等众多的湿法脱硫技术。其中，石灰石一石音法是利用石灰石或石灰浆液吸收烟气中的SO,生成亚硫酸钙，经分离的亚硫酸钙（CaSO）可以抛弃，也可以氧化32为硫酸钙（CaSO）以石音形式回收，石灰石一石膏法是目前世界上技术最成熟、运行状况4最稳定的脱硫工艺，脱硫效率可以达到90%以上。2、 干法脱硫技术干法烟气脱硫•般是指应用粉状或粒状吸收剂、吸附剂或催化剂来脱除烟气中的SO。2干法烟气脱硫技术为气固反应，它的优点是工艺过程简单，无污水、污酸处理问题，能耗低；净化后烟气温度较高，有利于烟囱排气扩散，不会产生“白烟”现象，净化后的烟气不需要二次加热，腐蚀性也较小。干法脱硫的不足之处就是脱硫效率较低（•般为不超过80%），设备庞人、投资大、占地面积大，操作技术要求高。干法脱硫技术有活性碳吸附法、电/束辐射法、干法喷射法、荷电干式吸收剂喷射脱硫法及金属氧化物脱硫法，下面分别对以上几种干法脱硫技术作简单介绍。（1） 活性碳吸附法是利用汹性炭吸附SO并催化氧化成SO•再与水反应生产硫酸。32活性碳还可以在饱和后进行水洗或加热而再生，洁性炭得到循环利用，副产品是硫酸、液态SO和单质硫。该法优点是活性炭材料本身具有非极性、疏水性、较高的化学稳定性和热稳2定性，可进行活动和改进型，还具有催化能力、负载性能和还原性能以及独特的空隙结构和农面化学特性，脱硫效率高；缺点是活性炭价格高，使用中由于强度低损耗人，脱硫的速度慢（只能在低气速下运行），水洗耗水量大，而且脱硫过程需间歇而费用高、能耗大。（2） 电了束辐射法是当烟气被高能电（束照射时，生成人量的括性物质，将烟气中的SO和氮氧化物氧化为SO和NO,进•步生成HSO和硝酸（NaNO），以氨或者石灰石3次田2为吸收剂进行的•种工艺手段。该法的优点是反应速度快，可同时脱硫脱硝，无废水排放，生产的副产品可用作氮肥，无固体废弃物，对烟气条件变化的适应能力强，自动控制，操作较简单。缺点是电/束和电了束加速器造价昂贵，电了•枪使用寿命短、射线需要防辐射屏蔽、单位造价高等。（3）干法喷肘法有2种方式：L膛内喷钙脱硫；2.烟道喷钙脱硫。炉膛内喷钙脱硫由于CaSO覆盖阻II：反应进•步发生，加上高温容易导致CaO烧结，所以脱硫效率比较低：烟4道喷钙脱硫由于需要的烟道长度大约4060m左右，而且吸收剂在烟道内易沉降，这样导致投资、占地而积和脱硫效率都不是很理想。这2种方式由于脱硫效率低，运行费用高，实际的供应厂商并不多，只有部分商业化运行和示范运行。）荷电干式吸收剂喷射脱硫法是吸收剂以高速流过喷射单元产生的高压静电晕充电4（.区，使得吸收剂得到强大的静电而互相排斥来让吸收剂颗粒悬浮，衣面可以充分暴露增加与SO的反应机会•优点是投资小，收效人且工艺简单有效，可靠性强，占地而积也小。他的缺2点是对脱硫剂的要求太高，一般的石灰难以满足要求。（5）金属氧化物脱硫法是利用在高温条件下，SO和金属氧化物发生化学反应生成金2属盐然后对吸附物和金属盐，通过热分解法、洗涤法等去使氧化物再生。这种方法优点是没有污水、废酸，不造成污染。缺点是脱硫效率比较低，设备庞大，操作要求和成本较高。3、 半干法脱硫技术（1）NID（NovelIntegratedDesulfurization）是ALSTOM公"J在循环流化床原理基础上开发的•种新型半干法脱硫工艺，其原理是利用消石灰作为脱硫剂，把电除尘器捕集下来的飞灰和加入的脱硫剂进行混合、增湿后，作为为吸收剂注入到除尘器入口烟道，最后被除尘器收集，如此反复循环利用。特点是系统简洁，结构紧凑，易于布置：运行简单，电耗小，维护费用低，脱硫效率可达到90%以上，无系统腐蚀且无污水产生。（2）CFB循环流化床烟气脱硫技术是80年代末德国鲁奇（LURGI）公司开发的•种新的半干法脱硫工艺，它是以循环流化床原理为基础以干态消石灰粉Ca（OH）作为吸收剂，2通过吸收剂多次循环，使得吸收剂在脱硫塔内与烟气有充分的接触时间，以达到高效脱硫的目的，同时人人捉高了吸收剂的利用率。特点是脱硫效率比较高（脱硫90%98%）脱硫后烟气露点低，设备和烟道无需做任何防腐措施，脱硫系统能耗低、占地面积小，是目前干法、半干法等类脱硫技术中单塔处理能力最大，综合效益最优越的一种方法。（3） 旋转喷雾干燥法（SDA）是美国JOY公司和丹麦NIRO公司联合研制出的工艺。该法是利用机械或气流的力量将吸收剂分散成极细小的雾状液滴，雾状液滴与烟气形成比较大的接触衣面积，在气液两相之间发生的•种热量交换、质量传递和化学反应的脱硫方法。•般用的吸收剂是碱液、石灰乳、石灰石浆液等，目前绝人多数装置都使用石灰乳作为吸收剂。•般情况下，此种方法的脱硫率75%〜90%左右。其特点是工艺设备简单，生成物为干态较易处理，没有严重的设备腐蚀和堵塞情况，耗水也比较少。其不足之处是自动化要求比较高，吸收剂的用量难以控制，吸收效率不高（低于湿法脱硫）。（4） 粉末颗粒喷动床半干法是将含SO的烟气经过预热器后引入粉粒喷动床，脱硫剂2（石灰石或消石灰）制成粉末状预先与水混合，以浆料形式从喷动床的顶部连续喷入床内和喷动粒了•充分混合，因与热烟气的接触使得脱硫与干燥同时进行。其特点是脱硫反应后的产物为干态粉末，可以从分离器中吹出，具有很高的脱硫率及脱硫剂利用率，而且对环境的影响很小。缺点是进气温度、床内相对湿度、反应温度之间有严格的要求，如果浆料的含湿虽和反应温度控制不当，会有脱硫剂粘壁现象发生。（5） 烟道喷射半干法烟气脱硫是利用锅炉与除尘器之间的烟道作为反应器进行脱硫，不需要另外加吸收容器，使工艺投资人人降低，操作简单，需场地较小，适合于在我国开发应用。半干法烟道喷射烟气脱硫即往烟道中喷人吸收剂浆液，浆滴边蒸发边反应，反应产物以干态粉末出烟道。三、烟气脱硝技术分类及研究现状目前烟气脱硝技术主要有低氮燃烧、选择性催化还原（SCR）、非选择性催化还原（SNCR）O1、 低氮燃烧技术燃料分级燃烧技术、空气分级燃烧技术、燃烧器技术、NOx低低氮燃烧技术主要包括：烟气再循环技术和循环流化床锅炉燃烧技术。低氮燃烧技术的脱硝效率仅有25%〜40%o各种各样的低NOx燃烧技术中，燃尽风技术（OFA）和低NOx燃烧器（LNB）被认为是最切实可行的，并在电站锅炉中得到了广泛应用。它们既可以单独使用也可以联合使用，这两种方法联合使用可以脱除高达50%的NOxo2、 选择性催化还原技术（SCR）选择性催化还原技术（SCR）的脱硝率可达90%以上，已成为国际上火电厂NOxIII：放控制的主流技术。国内的10多家环保工程公司中，除浙江能源采用SNCR法脱硝技术之外，其余的均引进美B&W公司和燃料技术公司、德国鲁奇和FBE公司、日本三菱和日立公司、恿大利TKC公司、丹麦托普索公司和美国康美泰克公司等的SCR法脱硝技术。截至2012年，国内仅有约15%的火电机组投产脱硝项目，其中采用SCR法的9331%。3之间，脱〜57rng/rn放浓度在SCR技术来看，脱硝效果良好，NOx38从目前运行的火电厂slOOmg/m的一2011）82/7%以上，均能符合《火电厂大气污染物才II：放标准》（GB13223硝效率在标准限值要求。3、 非选择性催化还原（SNCR）SNCR脱硝技术是把含有NHxM的还原剂喷入炉膛温度800'C〜1100C的区域，还原剂分解NH和其他副产物，随后NH与烟气中的NOx进行SNCR反应而生成N。SNCR脱233硝技术具有系统简单、投资少、阻力小、系统占地面积小等优点。SNCR系统可以在低NOx燃烧技术的基础上降低NOx押放25%〜40%,目前我国已有江苏阚山电厂、利港电厂、北京国华热电厂、华能伊敬电厂、广东瑞明电厂采用了SNCR技术。由于SNCR的脱硝效率较低，尤其随着炉膛容量的增人，混合性能差，氨逃逸量会增人，脱硝效率低于40%；锅炉负荷波动频繁，温度窗口偏移大，自动无法投入。因此SNCR系统更适合中小燃煤锅炉或者改造空间受限的老机组，而且必须和其它脱俏技术组合在•起才能满足日益严格的才II：放标准。在尚未取得技术突破的情况下，采用SNCR技术脱硝将很3标准限值要求。100mg，’m2011）难达到《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-的截至2012年，全国投运的火电机组脱硝项目中，采用SNCR技术的仅占6.23%,采用SCR+SNCR技术的仅占0.41%。四、烟气除尘技术分类及研究现状1、 电除尘技术电除尘技术是利用强电场电晕放电使烟气电离、粉尘荷电，在电场力的作用下将粉尘从烟气中分离出来的技术。电除尘的优点非常突出：除尘效率高，处理烟气量大，可用于高温、高压和高湿场合，阻力小等：缺点为一次投入大，除尘效率受比电阻影响等。我国从20世纪60年代起开始电除尘的研究工作，到90年代末，已基本赶上同期国际先进水平。进入21世纪，电除尘作为控制人气污染、解决环保与经济发展矛质的主要技术之得到了飞速发展，已广泛应用于火电、有色冶金、化工、钢铁等行业，其中火电行业的用量约占全国的75%,目前已在1000MW超超临界火电机组中得到了成功运用。2、 袋式除尘技术袋式除尘技术是利用纤维状编织物做成的袋式过滤元件来捕集烟尘的技术。与电除尘相比，袋式除尘不受飞灰比电阻的影响，飞灰浓度和粒度的变化、锅炉运行负荷的变化、烟气3。lOmg/Nm甚至达到50量的波动等对出口浓度的影响也极为有限，出口浓度可以低于上世纪80年代，我国在多个电厂开始试用袋式除尘器，但由于滤袋寿命等问题，之后的10余年没有人的发展。2001年底，德国Luigi公司袋式除尘技术育次在我国内蒙古丰泰电厂200MW机组上使用。此后，国电电科院、武汉天澄、南京龙源等•批单位纷纷介入布袋除尘器的研究和应用领域。袋式除尘器的优点：3；2）不受粉尘特性的影响；W30mg，Nm3）可捕集淀量的二嗯1）除尘效率高，可以英和SO等有害气体。2不足：1）阻力大，•般为1500Pa〜2OOOPa，能耗大，运行费用较高：2）滤袋存命有限，更换费用高，工作量大；3）滤袋不能承受麻温，对烟气中的水分和油性物质有要求。布袋除尘器的发展史基本上是滤料的发展史。可以说滤袋的性能、寿命和造价在很人程度上决定了袋式除尘器的发展进程。国内滤料的应用环境衣现为“四高•大•低”（烟温高；SO、NOx、O含量高：含尘浓度人：要求滤料阻力低）。因此，在滤料的使用上应充分考22虑国内锅炉的实际，有针对性地选用。近年来，袋式除尘技术有了长足的进步，主机、滤料、自动控制水平都有了很人捉高，对于烟气的高温、高湿、高浓度、微细粉尘、吸湿性粉尘、易燃易爆粉尘等有了更强的适应性，在加强清灰提高效率、降低消耗、减少故障、方便维修方面达到-个新的高度。3、 电一袋复合除尘技术电除尘器和袋式除尘器均属高效除尘器，但它们又都分别存在着不足。因此，•种新的电一袋复合式除尘技术越来越受到人们的关注。它集电除尘和袋式除尘的优点于•身，成为高效除尘的新选择。电一袋除尘器在前部设置•个电场的电除尘，收集人部分粉尘，而在后部装设滤袋，使含尘浓度大大降低的烟气通过滤袋进-•步除尘。具体思路如下：1）采用与常规除尘器相同的占地和布置方式；2）前级布置电除尘器，收集的粉尘占总量的80%〜90%：3）后级采用袋式除尘器，此时粉尘负荷大人降低，滤袋阻力减少、清灰周期延长：同时袋式除尘对粉尘特性要求低、效率高的优点得以发挥，收集的粉尘占总量的10%〜20%。3）30mg，，Nm、不受粉尘特电一袋除尘器与传统除尘设备相比，具有效率高（可以实现性影响、能满足不同工况条件运行要求、高效稳定、阻力低、滤袋粉尘负荷小、滤袋寿命长、维护量小等特点。有研究显示，纯袋式除尘器的粉尘沉积在滤袋衣面时呈密实平整结构，而带电荷的粉尘积聚在滤袋衣而时呈现凹凸不平的松散结构，更有利于气流的通过，降低滤袋阻力。参考文献桑绮,乐园园，徐险火电厂人气污染物排放标准、现状及减才II：技术[J].浙江电力,2011,(12)⑵赵毅,朱洪涛，安晓玲等-燃煤电厂SCR烟气脱硝技术的研究[J].电力环境保护,2009,25(1):7-10薛继纬•SCR催化剂的制备和脱硝性能影响因素的研究[D].北京:北京交通人学,2010,2007,38(2):13-17浙江化工[J].燃煤电厂烟气脱硫技术进展.蔡振云，罗绍强[4][5]刘峰•煤质变化对电厂设备的影响及应对措施[JJ.煤质技术,2009,19(6):73-74⑹朱法华，王圣.GB13223-2011《火电厂大气污染物押放标准》分析与解读[M].北京：中国电力出版社,2013[7]朱法华，杜维鲁.燃煤电厂SO排放量确定方法研究山•电力环境保炉,2009.25(2):1-42[S]付蓉.火电厂大气污染物押:放新标准的技术经济分析[几能源技术经济,2011,(12)JerzyWarek.etal.OptimumValuesofProcessParametersoftheWetLimestoneFlueGasDesulfurizationSystem[J].ChemEngTechnol,2002,25(4):427-432林永明，韦志高•湿法石灰石/石灰一石膏脱硫技术应用综述[J].广西电力工程,2000:92-98刘书德.煤的硫分变化对脱硫系统安全运行的影响P]-华电技术,2009,31(7):16-17陈志刚.火电厂石灰石一石膏法烟气脱硫装置简介[几有色冶金设计与研究,2006,27(4):15-19NightW,WooldridgeB.BigalbalJ.RecentSCRretrofitexperienceoncoal-firedboilers[C].NewOrleans:Power-GenInternational,1999王彬.石灰石一石膏法系统优化[D].山东：山东大学,2010[⑸岳涛,庄德安，杨明珍,邓九兰，张迎春-我国燃煤火电厂烟气脱硫脱硝技术发展现状[J].能源研丸与信息,2008,24(03):126-129刘静•电厂湿法脱硫系统优化研究[D].河北:华北电力大学,2008郭静娟.现行电厂湿法脱硫系统优化研究[D].河北:华北电力人学,2010陈秀芳，冯淼，火电厂烟气脱硝技术及应用[J].山西电力,2008(04):51-53宋增林，王丽萍，程璞.火电厂锅炉烟气同时脱硫脱硝技术进展[J].热力发电,2005(2):6-10ALaszuk.Industrialuseofvesselswithatliree-phasefluidizedbed[J].ChemicalandPetroleumEngineering,2004,40(11):705〜709侯臻错.火电机组锅炉运行对人气污染物押放控制措施探讨[J].科技风,2013,(10)潘光,李恒庆，卢守舟等.烟气脱硝技术及在我国的应用[J].中国环境管理干部学院学报,2008(01):90-93.李爱军.我国燃煤发电技术进步的节能减押效果分析[J].能源技术经济•2010,22(11):44-48朱法华.GB13223修订后火电用袋式除尘技术发展状况探讨[J]•电力科技与环保,2011,(4)[2习PuiK.Chiia.Gyar.Troehelle.Limestonedissolution-effectsofPHACO.andbuffersmodeled?bymasstransfer[C].ACSSyinp,1982,188:75-97[26]卜春祥.2X300NIW燃煤发电机组电除尘改造方案设计[J].中国环境管理干部学院学报,2012,(5)热电技[J].火电厂人气污染物才I#放标准的修订及除尘设备选择.王韬明，龚立贤[27]术.2012(1):443-446高玮,叶勇健.利用现有环保设备降低火电厂PM_(2.5)颗粒才I#放的方法[J].电力勘测设计,2012,(2)葛荣良.火电厂脱硝技术应用以及脱硫脱硝•体化发展趋势[J].上海电力,2007,(05):458-468GaoXiang,GuoRui-tang,Dingetal.Dissolutionrateoflimestoneforwetfluegasdesulfurizationinthepresenceofsulfite[J],JournalofHazardousMaterials,2009;1059-1064HuangZhong.XiaoPing,JiangJian-zhongetal.DesulfiirizationCharacteristicsofCarbideSlagandLimestonesInCirculatingFluidizedBedBoilerfA].ProceedingsOfThe21InternationalConferenceFluidizedBedCombustion[C].ItalyNaples,2012朱叶卫•电袋复合除尘器在300NIW循环流化床锅炉上的应用[J].神华科技,2012,(5)杨阳.旋转电极式电除尘器技术研究、应用及效益分析[J].安徽电f信息职业技术学院学报,2012,(5)X.Zhang.A.B.Waiters,M.AAaiinice.NOadsorption,decomposition,andreductionbymethaneoverrareearthoxides.JCatal.199