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浅析火电厂脱硫脱硝技术与治理

发布时间:2018-08-23
  煤炭富含碳、氮、氧、硫等多种元素,一经燃烧,就会生成CO、CO2、NO、S02等有害气体,同时伴有矿物质微粒杂质形成的烟尘。我国目前的电力的近80%来自火力发电,其原料就是煤炭,在火电厂的专用锅炉中,燃煤温度可以达到1200℃以上,大量的有害气体通过烟囱排到大气中,污染周边环境,致使呼吸道疾病增加,农业减产,各种工业民用设施用品遭到酸雨腐蚀。NO、S02是产生酸雨的主要原因,我国的酸雨污染以硫酸,哨酸复合型为主要特征,烟气脱硫脱硝技术是自动化程度高,管理简便的脱硫脱硝技术,现阶段,该技术是有效控制SO2、NO等有害气体的最好办法,其方法分作:干法、湿法、生物法、活性炭再生法等。
1 烟气治理方法
火电厂排放的有害气体与烟气是相伴的,清理火电厂烟气,清除微粒杂质污染,是为了充分发挥烟气脱硫脱硝技术的应用。使用除尘器对微粒杂质进行处理。该方法主要是机械除尘、静电除尘、布袋除尘及湿式电除尘等。
机械除尘,是通过旋转运动产生离心力,吸附高温环境中漂流的尘埃物。成本低、自动化程度低,多适用于小型火电厂。其缺点是无法吸附直径小于10?m的微粒杂质,因此,机械除尘只是初级除尘。
静电吸尘,是利用静电吸附原理,在高温高压的锅炉管道中,将带有不同正负电荷的SiO、A12O3等粉尘,通过静电场的吸附作用,达到捕捉微粒杂质的目的。该方法可以吸附直径10?m以下的灰尘,成本不算太高,多用于大中型锅炉设施。
布袋除尘是另一种高效的除尘方法,是使用无纺布、针刺毡等材料做成的布袋,对微粒杂质进行过滤吸收,除尘率可以达到99.9%以上,是目前使用最为广泛的方法。其缺点是布袋受腐蚀、高温、水汽等影响较大,其使用的效率与方便性受到限制。
湿式电除尘,前面几种方法虽然有良好的除尘效果,但是都属于初级水平,不能达到精细化的除尘效果。在空气质量要求较高的地区,在脱硫系统后加装湿式电除尘器,其原理与静电除尘一样,具体的方式是用水冲代替了震动,通过三级加装,可以有效消除PM2.5以下的微尘。
2 脱硫脱硝技术综述
自上世纪60年代,发达国家开始研究脱硫脱硝,在70年代形成了比较成熟的脱硫脱硝技术,并逐渐开来。随着科学技术的不断进步,脱硫脱硝技术主要有干法、湿法、生物法、活性炭再生法等。在此做一个比较详细的论述。
2.1 干法脱硫脱硝技术
干法主要有脉冲电晕同步脱硫脱硝技术、电子束辐照烟气脱硫脱硝技术,主要优点是投资较低,流程简单,无废弃物。
(1)脉冲电晕同步脱硫脱硝技术
该技术与上世纪80年代被提出,其基本原理是:利用电晕放电产生高能电子,激活烟气中的H2O、O2等分子,使其发生裂解或电离,生成具有强氧化性的O-、OH-等自由基,与SO和NO等发生催化氧化反应,生成SO4和NO3或相应的酸,然后加入氨等化学原料,得到铵盐,最终沉降下来。该技术成本低,无二次污染,需要注意的是磁脉冲调制、脉冲电源Tes La变压器谐振充电等技术的匹配问题;烟气中飞灰,水蒸气等各种成分对脱除反应的影响问题。解决好这两方面的问题,才可以大范围使用。
(2)电子束辐照烟气脱硫脱硝技术
该技术是物理与化学原理相结合的脱硫脱硝技术。其工作原理是:安置电子加速器,用电子束撞击烟气中的NO和S0,将其氧化成N02和SO3,再与水蒸气反应,生成雾状的硝酸和硫酸,然后加入氨气,生成硝铵和硫铵,加以收集利用,最终达到脱硫脱硝的效果。该技术投资与运行成本低。
(3)其它干法技术
近年来,干法烟气脱硫脱硝技术在不断发展,新出现了一些技术,例如:活性焦吸附法、NH3/VO一TiOz法、流光放电等离子体法、电催化氧化法等。总之,干法烟气脱硫脱销技术依据同样的原理,使用不同的催化介质,派生出众多的新式方法,具有广阔的发展前景,但是,这些技术要从实验阶段进入到工业化生产阶段,还存在若干问题亟待解决。
2.2 湿法脱硫脱硝技术
湿法主要有钙基吸收剂催化氧化烟气脱硫脱硝法、KMnO4―NaOH溶液脱硫脱硝法、酸性NaCI02溶液脱硫脱硝法、臭氧氧化结合化学吸收脱硫脱硝法等,其主要优点是脱硫脱硝效率高,粉尘对外界的影响小。
(1)钙基吸收剂催化氧化烟气脱硫脱硝法
该技术是利用Ca(OH)2与SO根和NO根可以在常温下发生反应的原理,在传统的石灰石―石膏法中,用Ca(OH)2替代石灰石,作为吸收剂和反应物,利用OH根的氧化性,催化NO根,达到同时实现脱硫脱硝的目的。该技术使用方便,原料成本低廉,方便设备升级换代,唯一的问题是脱硝率比较低,需要加入高活性的添加剂。
KMnO4―NaOH溶液脱硫脱硝法,是在此基础上,使用KMnO4作为高活性的添加剂,提高脱硝率的方法。
(2)酸性NaC102溶液脱硫脱硝法
该项技术在上世纪70年代就有初步研究,其原理是:利用高浓度NaCIO2和NaOH溶液,对烟气中的NO根和SO根进行氧化吸收,最终达到脱硫脱硝的目的。其优点是脱硫脱硝的效率高,无结垢,投资成本与维护费用低等。
(3)臭氧氧化结合化学吸收脱硫脱硝法
O3具有高氧化性,其氧化能力来自臭氧的自由基,在脱硫脱硝的技术应用中,利用臭氧的自由基把NO根氧化为高价态的氨氧化物,输送到在洗涤塔内,把氮氧化物与二氧化硫转化为溶于水的物质,达到脱除的目的。结合尾部湿法洗涤装置,可以同时对SO根和NO根进行脱除,脱硫效率几近100%,脱硝率可达到85%以上。
2.3 生物脱硫脱硝法
生物脱硫脱硝法是利用自然界的嗜硫菌、嗜硝菌对硫离子、硝离子的吞噬性,通过生物降解方式,达到脱硫脱硝的目的。嗜硫菌、嗜硝菌本身就喜欢生活在高温高湿的环境中,上世纪80年代,我国科技人员利用轻质陶粒生物滴滤塔,模拟出了生物脱硫脱硝的试验状态。经研究表明,该技术一旦使用,具有脱硫脱硝效率高、设备简单、投资及运行费用低、操作维护简单、无污染等优点,是很好的研究发展方向。
2.4 活性炭再生法
活性炭材料复杂的微孔结构构成了活性位,吸附在活性位上的氧形成了富氧官能团。活性炭在脱硫脱硝中的物理吸附是指活性炭微孔吸附;化学吸附是富氧官能团的化学反应结果。
当没有水蒸汽和氧离子存在时,主要发生物理吸附,吸附量较小;当烟气中富含水蒸汽和氧离子时,主要发生化学吸附。其反应速度取决于活性炭中SO2的吸附量。当烟气中SO2的浓度比较高时,活性炭内进行的是SO2脱除反应,当烟气中SO2的浓度较低时,主要是NH根的催化还原法,NO根的脱除反应占主导地位。活性炭再生是指当活性炭在高温水蒸气状态中,活性炭中的C元素可以将H2SO4还原成SO2,从而可以增加活性炭中SO2的吸附量,继而提高反应速度。
3 结论
随着国家对环保要求的提高,脱硫脱硝技术成为治理大气污染的研究重点,开发出效果明显、经济实用的脱硫脱硝技术是科研工作者的努力方向。