火电厂脱硫脱硝除尘一体化技术分析

火电厂脱硫脱硝除尘一体化技术分析

陈耿 

安徽淮南洛能发电有限责任公司 安徽省淮南市 232001

摘要：随着我国经济快速发展和生活水平不断提高，能源消费总量迅速增加，火力发电量进一步扩大，火电厂烟气污染物排放量激增，严重影响大气环境质量。为解决火电厂烟气污染治理难题，本文以某火电厂为例，对烟气脱硫脱硝除尘一体化技术进行探讨，提出了结合膨润土吸附技术的新型烟气治理工艺路线。研究成果以期为我国电力行业污染物治理和绿色发展提供切实可行的技术参考。

关键词：火电厂；脱硫脱硝除尘；一体化技术；膨润土吸附法

引言

“双碳”目标和2060年前碳中和愿景的实施，火电厂烟气治理技术的创新与提升对保护环境和实现绿色低碳发展具有重要战略意义。当前，我国火电厂烟气治理中脱硫脱硝除尘系统分散，设备利用效率较低，亟待统筹规划和技术革新。文章通过探讨烟气脱硫脱硝除尘一体化技术，实现污染治理效率和经济性的提高，为促进能源行业高质量发展提供重要技术支持。

一、火电厂脱硫脱硝除尘的重要性

火电厂的燃煤发电过程中会产生大量的二氧化硫、氮氧化物和飞灰等污染物排放，对空气环境造成严重污染。脱硫脱硝除尘技术的应用，可以有效控制这些污染物的排放，达到减排目的。从保护生态环境的角度来说，发电厂脱硫脱硝除尘处理是非常必要的。此外，我国对发电厂污染物排放也有明确的排放标准要求，脱硫脱硝除尘是保证达标排放的重要手段。实践证明，应用脱硫脱硝除尘技术装备后，火电厂的二氧化硫、氮氧化物和烟尘的排放浓度可以大幅度降低，达到国家相关排放标准的要求，从源头上减少和控制污染物的排放，有效保护了生态环境。因此，火电厂大力应用脱硫脱硝除尘技术，实施脱硫脱硝除尘工程，是实现绿色发展的重要举措。

二、火电厂烟气联合脱硫脱硝一体化技术探析

我国是世界上最大的煤电生产和消费国，燃煤电站的烟气排放已成为环境空气质量恶化的主要来源之一。目前我国燃煤电站脱硫脱硝系统主要采用烟气法脱硫+SCR脱硝的治理模式，系统分散布置，占地面积大且系统利用效率较低。因此，研发和应用烟气脱硫脱硝一体化技术，对缩小电站用地、减少投资和运营成本，实现节能减排具有重要意义。

1、SNRB烟气净化工艺

SNRB技术（SelectiveNon-catalyticReductionBurner技术）是一种集烟气脱硫、脱硝和除尘为一体的烟气净化技术。不同于传统的“吸收塔+选择性催化还原”工艺，SNRB技术把还原反应和烘烧反应集成到了一台脱硫烘烧反应器内，使脱硫工艺兼具脱硝功能。

该技术的工作原理是：在脱硫系统反应器烟道上方的SNRB反应区内还原验证浓SO2和适量氧化空气，氨水在600~800°C的反应区内分解放热，激发烟气中SO2、NOx和CO的快速适度还原，实现三项净化功能；反应区域中烟气中的NH3、NO、SO2充分反应生成N2和后续生石膏回收利用的SO3，从而实现脱硝脱硫除尘一体化。这种技术具有烟气净化效率高、运行成本低、系统布置紧凑、二次污染小等优点。由于反应器和传统工艺烟道布置保持一致，对现有机组改造影响小，运行维护环节少，在我国火电厂技术改造升级中有广阔的应用前景。

2、活性炭和活性炭吸附法

活性炭和活性焦吸附法是应用活性炭或者活性焦材料的吸附功能来脱除烟气中汞的工艺技术。其基本原理是利用活性炭表面的官能团或活性焦表面反应活跃的微晶区专一性地吸附汞，使汞富集在活性炭或焦表面，达到净化烟气的目的。活性炭和活性焦材料的制备方法主要有物理活化法和化学活化法。

在工程应用中，该技术通过在烟气系统中设置汞专用吸附装置，配置活性炭或活性焦吸附剂，使经过的烟气与吸附剂充分接触，汞汽吸附在吸附剂表面，实现烟气脱汞处理。该系统除汞外还可处理烟气中的部分其他重金属污染物。

该技术具有操作简便、固废少、二次污染小、烟气流经阻力小等优点。目前其处理效率可以达到90%以上，部分实验室级吸附剂甚至可达到99%以上。随着材料吸附性能的进一步提高，活性炭/焦吸附技术会成为火电厂烟气脱汞处理的主要技术之一。

3、CuO/Al2O3吸收法

CuO/Al2O3吸收法是一种新型的烟气脱硝技术。该技术利用CuO/Al2O3作为功能材料，在一定温度下吸收氮氧化物。其反应机理是：NO和NO2先被CuO氧化成相应的氮酸盐，然后在Al2O3的作用下，氮酸盐分解成N2和O2逸出。CuO/Al2O3材料制备方法主要有共沉淀法、均相共沉淀法和溶胶-凝胶法。在工业应用中，将CuO/Al2O3材料制成型0074，装填在固定床反应器中使用。反应温度约为200-400°C。该工艺的主要反应装置包括：反应塔、烟气加热器、余热回收锅炉等。

CuO/Al2O3吸收法除去NOx的效率可以达到80%以上。其最大优点是反应温度低，避免了额外燃料消耗；此外，该工艺设备简单，处理成本较低，适于在线烟气脱硝处理。目前，该技术已经在部分火电厂得到了工程应用，表现出良好的经济性和处理效果。

三、同时脱硫脱硝一体化技术

1、电子束照射法

电子束照射法是一种催化剂脱硝新技术。该技术是在常规烟气脱硫系统的基础上，利用高能电子束辐照活化二氧化硫的酸性中间体，将其转化为强氧化剂，同时促进NOx向N2的选择性还原反应。

其过程是：电子加速器产生的高能电子束以脉冲形式辐照脱硫系统的中间产物二氧化硫，激发和电离烟气分子和二氧化硫分子，生成氧根自由基（O·)、硫氧根自由基（SOx·）等强氧化活性中间体，这些自由基能在更低温度下氧化NO形成NO2，激发NOx与NH3的快速脱硝反应，从而实现烟气脱硫与脱硝同步进行，相比传统技术系统布置紧凑、占地省、运行成本低。

目前，该技术脱硝效率可达80%以上，脱硫效率不受影响。随着辅助技术进一步成熟与系统最优化，电子束法脱硫脱硝一体化技术有望在改造现役燃煤电站提供经济高效的技术路线。

2、脉冲电晕法

脉冲电晕法是利用脉冲高电压对烟气产生电晕放电的烟气治理技术。工作时在电极之间施加几万伏的短时间脉冲高压，使烟气在电极之间发生电晕放电，电晕放电会产生大量活性粒子如电子、激发态原子、自由基等，这些活性粒子能与烟气中的SO2、NOx和微粒物质发生碰撞反应。

在该工艺中，SO2经活性粒子的氧化后生成H2SO4微粒；NO和NO2也同时被氧化生成NO3，继而与NH3发生SCR反应生成N2和H2O；粉尘等烟气微粒物则会经电晕表面电荷作用而聚集成较大粒子。上述产物最终被石灰石或活性炭等吸收，完成烟气的脱硫、脱硝和除尘处理。

与常规脱硫脱硝工艺相比，脉冲电晕法不占用额外反应空间，设备布置紧凑，具有单位处理量投资低、运行费用低的特点，适用于在线治理现有燃煤电站的烟气污染，是一种具有广阔应用前景的同时脱硫脱硝技术。

3、金属氧化物催化法

金属氧化物催化法是一种同时实现烟气脱硫脱硝的催化技术。该技术的核心在于研发兼具SO2氧化活性和SCR活性的金属氧化物复合型催化剂。催化剂的主要成分可采用钒基复合金属氧化物（V-M-O,M代表第二金属）。

工作时，SO2在催化剂表面接触氧化后生成硫酸盐，同时NOx也被氧化为NO2,NO2可与NH3发生SCR反应生成N2和H2O，从而同时实现烟气脱硫与脱硝。

与常规配置的单独脱硫和SCR系统相比，该技术的主要优势有：

（1）系统紧凑，可直接填装于原有脱硫塔中，占地面积小；

（2）一套设备同时脱硫脱硝，运行维护成本低；

（3）脱硫脱硝性能高，单塔效率可达90%以上。

该技术目前正处于工程示范阶段，关键设备和材料国产化水平有待提高。随着进一步产业化实现，金属氧化物催化法将成为燃煤电站烟气治理升级改造的经济高效技术路线。

四、结语

随着脱硫脱硝除尘一体化技术的推出，火电厂烟气治理技术也需要不断创新和优化。我们需要积极探索科研机构与企业的技术合作，加强关键技术攻关，实现一体化系统国产化，同时配套改进脱硫剂性能，开发新型高效增强剂，以进一步降低系统运行成本，为我国能源结构调整和电力行业可持续发展奠定技术基础。

参考文献：

[1]周大春.火电厂脱硫脱硝除尘一体化技术的研究与应用[J].工程技术研究,2023,5(17).

[2]毛中建.火电厂脱硫脱硝除尘一体化技术研究[J].当代化工研究,2022(24):143-145.

[3]杨洋.火电厂脱硫脱硝除尘一体化技术研究[J].应用能源技术,2022(02):39-41.