燃煤锅炉的烟气治理和脱硫脱硝关键技术分析

穆会群

摘 要：近年来，随着我国工业的快速发展，国家经济水平持续上升，随之而来的环境污染问题也日益严峻。人们的环境保护意识逐渐增强，燃煤锅炉的烟气治理力度逐渐增大，各种先进的脱硫脱硝技术被广泛应用，烟气治理取得了不错的效果。为此，着重介绍了几种典型的燃煤锅炉烟气治理和脱硫脱硝关键技术，希望可以为我国燃煤锅炉烟气治理提供一些有用的建议，促进工业和环境保护的协同发展。

关键词：燃煤锅炉;烟气治理;脱硫脱硝技术

燃煤锅炉是我国普遍使用的加热设备，在工业生产中具有非常重要的作用。在使用过程中会产生大量的烟气，如果不经处理直接排放到大气环境中会造成非常严重的大气污染问题。所以，燃煤锅炉在设计和使用过程中，都必须考虑烟气治理问题，并且根据烟气的特点，合理选用适合的脱硫脱硝技术，对烟气进行综合治理，提高烟气净化水平，以此保证燃煤锅炉烟气排放符合环境保护标准，减少环境污染问题。

1    燃煤锅炉烟气组成及危害

燃煤锅炉在使用过程中，煤炭会发生两种反应：一种是完全燃烧，会产生大量的二氧化碳和少量的二氧化硫;另一种是不完全燃烧，会产生一氧化碳、二氧化硫以及二氧化氮等。每种烟气组成都是有害气体，如果不经过有效的处理就直接排放，会造成严重的大气污染，影响人体健康[1]。燃煤锅炉烟气中的二氧化硫和二氧化氮是危害最大的两种有害气体，在大气中积聚会形成酸雨，并且随着雨水进入土壤中，导致土壤出现酸化，破坏土壤原有的平衡，导致农作物减产。另外，酸雨对河流和生活水源造成的影响也不容忽视，会导致水质酸性化，影响水生植物生长。

2    燃煤锅炉烟气治理

燃煤锅炉的烟气治理主要包括烟气除尘、烟气脱硫、烟气脱硝等主要环节，涉及多个烟气治理设备和治理技术，需要根据烟气的特点选择合适的设备和技术，不断提高燃煤锅炉烟气治理效果。近年来，随着国家不断提高对环境污染的重视程度，越来越多的燃煤锅炉都采取了有效的烟气除尘方案，取得了很好的治理效果。目前，应用比较多的燃煤锅炉烟气除尘技术有机械式除尘、静电除尘以及布袋除尘。

2.1  机械式除尘

机械式除尘是我国燃煤锅炉烟气治理中应用最多的方案。除尘原理是让除尘机械设备不停地旋转，打散燃煤锅炉燃烧过程中产生的烟气，使烟气中的尘埃被清除干净。在机械式除尘过程中，燃煤锅炉产生的烟气可以在旋转中产生离心力，并且不断地向下运动，减少烟气的排放。机械式除尘的特点是设备占地面积小、除尘成本低，并且技术含量比较低，是中小型企业普遍使用的烟气除尘方案[2]。

2.2  静电除尘

我国燃煤锅炉烟气除尘过程中，除了机械式除尘以外，静电除尘也是一种应用比较广泛、效果比较好的除尘方案。静电除尘在治理燃煤锅炉烟气时，工作原理是使高温且密闭环境中的二氧化硫、二氧化氮等烟气带電，并且形成一个高压静电场，让带电后的烟尘在物理作用下可以在吸附层上聚集，清除烟气中的烟尘。静电除尘的效果非常高，但是成本较高。

2.3  布袋除尘

布袋除尘是一种新型除尘方式，在处理含有二氧化硫等有害气体的烟尘中具有非常好的效果。现如今，越来越多的企业开始使用布袋除尘方案，在排放锅炉烟气之前对其进行有效过滤[3]。企业使用布袋除尘技术时，应用最多的是无纺布布袋，具有很好的密封性，可以清除大部分的烟尘。但是因为烟气具有一定的腐蚀性，在长时间除尘过程中会腐蚀布袋，影响除尘效果，因此，需要经常更换布袋，无形中增加了除尘的成本。

3    烟气脱硫技术

燃煤锅炉的烟气治理中经常会使用烟气脱硫技术，主要目的是除去烟气中的硫氧化物，包括二氧化硫和三氧化硫。根据烟气脱硫技术中使用的不同脱硫剂，可以将烟气脱硫技术分为5种，包括以石灰石为基础的钙法、以氧化镁为主的镁法、以亚硫酸钠为主的钠法、以氨气为基础的氨法以及以有机碱为基础的有机碱法。烟气脱硫技术的原理是使用适当的碱性物质与烟气中的酸性气体发生反应，除去烟气中的硫氧化物。从烟气脱硫的工艺方法上看，常用的烟气脱硫技术有干式脱硫、湿法脱硫以及喷雾脱硫等[4]。

3.1  干式脱硫技术

干式烟气脱硫工艺应用于20世纪80年代初，具有投资费用低、脱硫产物呈现为干态并与飞灰混合、不需要安装除雾器和再热器等优点，同时在脱硫过程中对设备造成的腐蚀比较小，管道不容易出现堵塞或者结垢。但是该脱硫工艺的效率比较低，没有湿式脱硫工艺那么高，目前使用较少，在一些中小型企业中有所应用，可以解决部分烟气治理成本问题。

3.2  湿法脱硫技术

湿法脱硫工艺是当前比较流行的燃煤锅炉烟气脱硫技术，主要工艺原理是使用石灰石（CaCO3）、石灰（CaO）或碳酸钠（Na2CO3）等浆液作洗涤剂，通过在反应塔中洗涤烟气去除其中的大量硫氧化物。湿法脱硫工艺是世界各国都在使用的一种烟气脱硫技术，并且工艺流程基本上一致，具有很多年的应用历史，经历了多次设备改进和技术完善，是一种比较成熟的脱硫技术，脱硫效率在90%～98%[5]。另外，湿法脱硫技术适用于多种煤种，机组容量大，脱硫成本比较低，反应后形成的副产品也比较容易回收。

3.3  喷雾脱硫技术

喷雾脱硫技术是对干式烟气脱硫技术的一种创新，在电力工业中的应用比较多，并且流行了很长一段时间。该脱硫技术的应用需要在喷雾干燥塔中完成，使用雾化后的石灰浆液直接接触烟气，石灰浆液在与二氧化硫发生反应后会形成一种干燥的固体，随飞灰一起被除尘器收集。

4    烟气脱硝技术

燃煤锅炉烟气治理中的另一个关键就是烟气脱硝，包括干法（选择性催化还原烟气脱硝、选择性非催化还原法脱硝）和湿法两种。相比之下，干法烟气脱硝技术的优点在于投资少、设备简单、工艺操作容易，并且脱硝效率也比较高，不会产生废水和废弃物，也不会造成二次污染[6]。燃煤锅炉烟气脱硝的工艺原理是将烟气中存在的氮氧化物还原为氮气，以此将锅炉烟气中的氮氧化物去除掉。

4.1  干法脱硝技术

干法脱硝技术可以分为选择性催化还原脱硝和选择性非催化还原法脱硝两种技术。其中，选择性催化还原脱硝工艺原理是将氨、CO或碳氢化合物等作为还原剂，使得烟气产生和排放过程中与氧气发生还原反应，将烟气中的氮氧化物还原为氮气。其中，使用氨作为还原剂时可以得到很高的脱硝效率。

选择性非催化还原脱硝技术是一种成本低、技术成熟的脱硝工艺，反应器是炉膛或者预分解爐，工艺原理是在脱硝过程中将含有氨基的还原剂喷入反应炉中，使其与炉内产生的氮氧化物进行反应，最终生成氨和水，去除烟气中的氮氧化物。在实际操作时，需要将烟气在尿素或者氨基化合物温度较高的条件下注入反应炉，使氮氧化物被还原为氮气[7]。一般情况下，会将还原剂注入炉膛或者与炉膛相邻的烟道中。选择性非催化还原脱硝效率与反应温度、烟气和还原剂的混合程度、时间以及氨气和氮氧化物的化学计量比有关，尤其是反应温度，对脱硝效率的影响最大。有研究表明，如果脱硝反应温度过低，氨气的反应是不完全的，并且容易出现氨气泄漏，影响脱硝效率。反之，如果反应温度过高，氨气在反应中就会被氧化为氮氧化物，抵消了烟气脱硝的效果。所以，无论是反应温度过高还是过低，都会直接影响脱硝效率，在脱硝过程中控制好反应温度是关键，也是难点。一般情况下，在设计选择性非催化还原脱硝工艺时，脱硝的效率一般被设计为30%～50%。

4.2  湿法脱硝技术

湿法烟气脱硝技术的原理是将氮氧化物和液体吸收剂混合起来，使得氮氧化物发生溶解，净化燃煤锅炉产生的烟气。该技术在应用中最大的难点在于一氧化氮很难溶于水，因此，需要在脱硝过程中先将一氧化氮氧化为二氧化氮，再使用碱性液体吸收剂进行吸收，实现烟气脱硝。湿法烟气脱硝技术在应用过程中使用的氧化剂通常是O3、ClO2或KMnO4。湿法烟气脱硝技术包括稀硝酸吸收法、碱性溶液吸收法两种，其中，稀硝酸吸收法原理是氮氧化物在硝酸中的溶解度比水大得多，在硝酸中的溶解度是水中溶解度的12倍，因此，可以使用稀硝酸作为溶解液，提高脱硝效率[8]。硝酸浓度越高，吸收效率也就越高，但是还需要考虑到工业成本问题，所以一般将硝酸质量分数控制在15%～20%。碱性溶液吸收法主要是采用NaOH、KOH、Na2CO3、NH3·H2O等碱性溶液作为吸收剂，将烟气中的氮氧化物去除。其中，NH3·H2O的吸收率最高。

5    结语

在工业不断发展的背景下，燃煤锅炉的使用越来越广泛，如何处理好工业生产与环境污染之间的矛盾问题是关键，要求各生产企业立足于工业生产技术现状，对锅炉烟气的特点以及治理现状进行深入研究，选择合适的除尘技术、脱硫技术以及脱硝技术，提高烟气治理效果，减少有害物质排放。随着现代科学技术的不断发展，烟气处理技术也在不断发展，无论是除尘设备、脱硫脱硝设备，还是各种烟气治理技术，都在不断改进与创新中。烟气治理效率不断提升，工业生产造成的环境污染也得到了有效控制，可满足我国可持续发展的现实需求。

[参考文献]

[1]史会莹，乔文广.燃煤锅炉的烟气治理和脱硫脱硝关键技术研究[J].资源节约与环保，2019（4）：48.

[2]张欢，陈新顺.燃煤锅炉烟气治理方法及脱硫脱硝技术研究[J].山东工业技术，2019（3）：61.

[3]付兴，原芊芳.燃煤锅炉烟气治理方法及脱硫脱硝技术研究[J].资源节约与环保，2018（6）：135.

[4]吴辉.燃煤锅炉的烟气治理策略和脱硫脱硝关键技术研究[J].化工设计通讯，2017，43（8）：13，19.

[5]张大庆.烟气联合除尘脱硫脱硝技术在燃煤供暖锅炉烟气治理中的应用研究[J].资源节约与环保，2016（9）：10-11.

[6]耿雄跃.燃煤锅炉烟气治理方法及脱硫脱硝技术研究[J].信息周刊，2019（19）：1.

[7]吴丽华.锅炉烟气脱硫脱硝综合治理技术分析[J].中小企业管理与科技，2019（15）：12-13.

[8]赵秀云.电厂锅炉脱硫脱硝及烟气除尘的技术浅析[J].区域治理，2019（6）：47.