浅谈烟气脱硫脱硝技术及系统结构
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摘要：本文结合实际案例，从系统和构造上分别介绍石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺和选择性催化还原法(SCR)脱硝工艺，对电厂排放的二氧化硫和氮氧化物进行控制从而达到保护环境的功效。
关键词：湿法脱硫 ；SCR脱硝 ；环境保护
中图分类号：B82文献标识码： A
一、引言
根据环境年鉴资料，我国2000年SO2排放总量已达到1995万吨，为世界之冠。SO2排入是构成我国酸雨污染的主要因素。SO2的污染具有低浓度、大范围、长期作用的特点，其危害是慢性的和迭加累进性的。大气中的SO2对人类健康、自然生态、工生产、建构筑物材料等多方面都会造成危害和破坏。SO2是形成硫酸型酸雨的根源，当它转化为酸性降水时，对人类和环境的危害更加广泛和严重。我国NOx排放量和大气NOx浓度的快速增加，使大气污染的性质发生根本性变化，大气氧化性增加，导致城市和区域一系列的环境问题，对人体健康和生态环境构成巨大威胁。
二、案例分析
2.1 脱硫工艺
2.1.1 案例概况
某厂二期工程2×300MW 机组烟气脱硫系统引进美国巴威公司提供的石灰石/石膏湿法烟气脱硫技术，最常用的试剂为：石灰石――CaCO3 生石灰――CaO 消石灰――Ca(OH)2石灰石数量多，因此相对比较便宜，生石灰和熟石灰都是通过加热石灰石生成的，脱硫吸收剂选用石灰石粉。该系统组成部分有：吸收剂制备系统、烟气系统、SO2吸收系统、石膏脱水系统、废水处理系统、辅助系统、石膏储运系统。
湿法石灰石FGD系统的工艺化学反应是比较复杂的，有一些中间反应过程；
吸收：SO2 + H2OH++ HSO3-
石灰石溶解：CaCO3 + H+ Ca2+ + HCO3-
酸的中和：HCO3-+ H+CO2 + H2O
氧化：HSO3-+ 1/2O2SO42- + H+
石膏结晶： Ca2+ + SO42- + 2H2OCaSO4∙2H2O
总体反应： CaCO3 + SO2+1/2O2 + 2H2OCaSO4∙2H2O + CO2
2.1.2各工艺系统
（1）工艺描述―吸收剂制备系统
吸收剂制备为公用系统，设一个石灰石粉仓和一个石灰石浆液箱，二台石灰石浆液泵(一运一备)。石灰石粉仓容量按二台炉BMCR工况下，机组烟气脱硫装置所需石灰石粉7天用量计算，有效容积659m3。
石灰石粉利用罐车自带的风泵将石灰石粉送入石灰石粉仓，石灰石粉仓设置1套完整的卸料设备，包括1台手动插板门、1台旋转给料阀和 1台电动插板门，石灰石粉仓底部用压缩空气进行流化，石灰石粉经仓底给料阀排出进入石灰石浆液箱制浆后经石灰石输送泵送入吸收塔内。吸收剂细度要求为325目筛余量小于5%的石灰石粉，加入工艺水搅拌后制成30%浓度的石灰石浆液。
（2）工艺描述―烟气系统
烟气系统由2台增压风机、1台回转式烟气再热器、2个旁路烟气挡板、2个入口原烟气挡板、2个增压风机出口挡板、2个出口净烟气挡板及相应的烟道和膨胀节等组成。脱硫系统运行时，锅炉至烟囱的旁路挡板门关闭，单台锅炉引风机来的全部烟气汇合后经过原烟气挡板门进入增压风机，升压后的烟气经风机出口挡板门送至回转式烟气再热器（GGH）原烟气侧，高温烟气对GGH内的涂搪瓷换热元件放热，然后烟气进入吸收塔进行SOx的脱除处理，脱硫后的低温烟气再经GGH净烟气侧加热，使烟气温度升到80℃以上，最后通过净烟气挡板门送入烟囱排向大气。当脱硫系统停运时，锅炉烟气旁路挡板门全部开启，脱硫装置原烟气挡板门和净烟气挡板门关闭，原烟气通过锅炉至烟囱的旁路烟道进入烟囱。当一台锅炉停运时，开启该炉旁路挡板门，关闭该炉增压风机的进出口挡板门。
（3）工艺描述―SO2吸收系统
SO2吸收系统包括一台吸收塔（含二级除雾器、三层喷淋层及喷嘴、托盘、四台侧进搅拌器及氧化空气矛式喷管）、三台浆液循环泵、三台氧化风机及相应的管道阀门等。吸收塔自下而上分为三个主要功能区：
①氧化结晶区，该区为吸收塔浆池区，主要功能是用于石灰石溶解和亚硫酸钙的氧化；
②吸收区，该区包括吸收塔入口及其上的托盘和三层喷淋层，其主要功能是用于吸收烟气中的酸性污染物及飞灰等物质；
③除雾区，该区包括二级除雾器，用于分离烟气中夹带的雾滴，降低对下游设备的腐蚀，减少结垢和降低吸收剂及水的损耗。
（4）工艺描述―石膏脱水系统
石膏脱水系统分为两个子系统，即一级脱水系统和二级脱水系统，包括2台吸收塔排出泵、1台石膏旋流站、2台真空皮带脱水机。吸收塔底部的石膏浆液通过吸收塔排出泵，泵入石膏旋流器进行石膏浆液预脱水和石膏晶体分级，进入石膏旋流器的石膏悬浮切向流动产生离心运动，细小的微粒从旋流器的中心向上流动形成溢流，溢流大部分返回吸收塔重复利用，一部分进入废水处理系统集中处理，而石膏旋流器中重的固体颗粒被抛向旋流器壁，并向下流动，形成含固浓度为50%的底流，直接进入真空皮带脱水机，最后制备成含水量小于10%、含CI-＜100ppm的石膏，从皮带脱水机滤出的滤液流至滤液水箱。
（5）工艺描述―废水处理系统
石膏旋流站来的溢流经废水旋流站再次进行旋流分离，得到含固量为3%的溢流和含固量为10%的底流，底流进入滤液水箱，返回FGD系统循环使用，溢流进行废水处理。
（6）工艺描述―辅助系统
工艺水由电厂工业水系统提供，进入FGD系统的工艺水箱，共设置2台工艺水泵及2台除雾器冲洗水泵。
（7）工艺描述―石膏储运系统
真空脱水后的石膏直接落至底部石膏库储存，石膏库容积按两台炉BMCR工况时至少7天的石膏产量，有效容积1210m3（石膏堆积密度按1.0t/m3）。石膏库内配置1台4吨石膏铲车用于石膏的装车。
2.2 脱硝工艺
2.2.1 案例概况
某厂二期工程2X300MW机组烟气脱硝装置，是采用引进日本三菱MHI公司的选择性催化还原法（SCR）脱硝技术设计和制造的。SCR脱硝技术是一个燃烧后NOx控制工艺，整个过程包括将还原剂氨（NH3）喷入燃煤锅炉产生的烟气中，含有氨气的烟气通过一个含有专用催化剂的反应器，在催化剂的作用下，氨气同NOx发生分解反应，转化成无害的氮（N2）和水蒸气（H2O）。SCR烟气脱硝系统工艺流程如下图所示：
2.2.2 脱硫脱硝系统前后数据对比
（1）机组负荷为200MW，脱硫系统原烟气SO2含量为984.6mg/Nm3，净烟气SO2含量为37.6mg/Nm3，脱硫效率为96.2%。
（2）机组负荷为275MW，脱硫系统原烟气SO2含量为909.8mg/Nm3，净烟气SO2含量为30.5mg/Nm3，脱硫效率为96.6%。
（3）机组负荷为300MW，脱硫系统原烟气SO2含量为1142.6mg/Nm3，净烟气SO2含量为56.8mg/Nm3，脱硫效率为95.0%。
（4）机组负荷为200MW，脱硝系统反应器A、B入口NOX浓度376.8 mg/Nm3、373.5 mg/Nm3，反应器A、B出口NOX浓度33.1 mg/Nm3、72.2 mg/Nm3，脱硝效率为85.9%。
（5）机组负荷为275MW，脱硝系统反应器A、B入口NOX浓度430.5 mg/Nm3、439.4 mg/Nm3，反应器A、B出口NOX浓度65.2 mg/Nm3、54.9 mg/Nm3，脱硝效率为86.1%。
（6）机组负荷为300MW，脱硝系统反应器A、B入口NOX浓度473.4 mg/Nm3、530.8 mg/Nm3，反应器A、B出口NOX浓度102.7 mg/Nm3、135.8 mg/Nm3，脱硝效率为76.3%。
三、结语
我国酸雨污染日益严重，燃煤火电厂是二氧化硫、氮氧化物的主要排放体，火电厂排放的大气污染物若得不到有效控制，将直接影响我国大气环境质量的改善和电力行业的可持续发展。因此，开发结构紧凑、投资与费用低，运行管理方便、产物资源化的脱硫脱硝技术刻不容缓，同时我国应大力开发推广相关的技术设备。