摘要：煤炭是我国工业生产的最主要能源之一，近年来国家大力推行节能减排工作，很多替代煤炭的清洁能源被研发使用，但我国煤炭需求量依然较大。本文主要分析燃煤工业锅炉污染物协同治理与超低排放技术，包括湿法技术、半干半湿技术和脱硫脱硝技术三种，不断提高燃煤工业锅炉污染治理水平。
关键词：燃煤工业锅炉；协同治理；超低排放
引言
燃煤工业锅炉在我国社会中的使用非常普遍，是最重要的热能供应系统，其对煤炭的消耗量较高，也是我国大气污染的最主要来源之一。随着国家环保工程不断推进，大气污染防治成为社会一项重点工作。通过污染物协同治理和超低排放技术的应用，降低燃煤工业锅炉污染物排放量，推动我国环保工程建设发展。
1.湿法技术
湿法技术中，最常见的为液相催化氧化法。该方法由催化脱硫法优化而来，治理成本低，产物可回收利用，使用Fe、Mn等金属为催化剂，使用OH-为氧化剂，将烟气中的SO2、氮氧化合物等氧化成可溶于水的SO2-4和NO3-，然后再加入Ca（OH）2，生成沉淀物。有学者将该方法与脱硫脱硝法一同使用，分三段进行反应处理。经过脱硝层、除雾器、脱硫脱硝装置等环节的处理，在同等烟尘处理效果下，其经济行提高约30%。其中脱硫率可高达98.2%，脱销率达66%左右，燃煤工业锅炉产生的烟尘经处理后，SO2浓度下降为20mg/m3以下，氮氧化合物的浓度小于150mg/m3。但目前，该方法催化剂不稳定的问题还没有得到很好的解决，因此并没有被大面积推广。目前使用效果较好的湿法技术为低低温电除尘+WFGD+SCR技术，该方法利用低温省煤器将进入电除尘器的烟尘温度降低至90℃左右，此时，烟尘中大部分SO3都可被冷凝成雾状，从而与碱性物质发生反应被去除[1]。我国现有低低温电除尘设备500台左右，平均烟气处理效果在PM2.5不超过5mg/m3，脱硫率不小于85%，脱销率不小于80%，另外还能除掉烟气中一定含量的悬浮颗粒和重金属。烟尘经处理后，基本可实现无污染。但电除尘器也存在一定的弊端，即出口温度不易达到设计要求的90℃左右，设备内的线路容易被腐蚀而出现短路问题，能够达到的处理效率也要低于设计值。为此，可对入口处烟尘的浓度进行控制，保证设备在最大效率下运行，提高烟尘处理效果。
2.半干半湿技术
在半干半湿技术中，固体吸附法的使用广泛。其原理是利用活性焦来吸附烟气中的有害物质，利用物理方法进行污染治理。活性焦表面多孔、吸附性强，颗粒直径较大，在热环境中性质稳定。当烟气中水氧含量较低时，活性焦主要通过吸附进行污染处理；但当烟气中含有大量氧气和水蒸气时，活性焦还能与烟气中的SO2和NO发生氧化反应，生成硫酸和硝酸，达到污染处理效果。目前，该技术主要的发展方向集中在活性焦再生和水氧、温度等条件对其吸附性的影响、最佳污染处理条件的明确以及新活性焦的开发上。还有一种常用的半干半湿技术为LJD循环流化床法，该方法的研究核心在于，如何在短时间内实现酸碱中和反应。例如，广东省某锅炉厂使用的LJD脱硫除尘设备，其脱硫率高达95%，在处理效果较优的时间段内，该设备的脱硫率甚至达到99%，粉尘的最大处理效果在≤10mg/m3，烟气处理效果极佳。很多企业都研发出该方法的核心优化软件，并选择在设备出厂时就进行安装。当前，该方案几乎可以清除烟气中全部的SO3和HF，另外，系统中加入了低温脱销装置，脱销率也得到显著的提高。相对应湿法技术，该方法的节能性更高，处理相同烟气可节省30%左右的水。该方法的投资小、污染处理效果优异、综合性能高，因此发展前景十分广阔，但由于流化床对使用场地要求较高、生命周期有限等，在使用时也存在一定的阻碍。
3.脱硫脱硝技术
脱硫脱硝技术主要为微生物吸收法和流化一塔式技术两种。其中，微生物吸收法是使用各类微生物实现烟尘污染处理。在一定的含养条件下，微生物能够吸收烟尘中的SO2和氮氧化合物，将其最终转化成可被分离的硫酸盐和无害的氮气。该方法脱硝率优异，还能清除大量的CO2，操作方法简便、成本低廉，且不会出现二次污染，经济性和环保性都比较高。但对处理环境的温度及酸碱度要求十分严格，给其使用范围带来一定限制。高效流化一塔式技术的污染处理可被分成四个阶段，一是预设脱硫段，该阶段清除烟气中的一部分SO2；二是烟气吸收塔脱硫阶段，清除大部分硫；三是脱销阶段，烟气被氧化后，与脱硝液反应，清除烟气中的氮氧化合物；四是排放阶段，烟气经脱硫、脱硝、脱水处理，通过烟囱排放到大气当中[2]。该过程中形成的中间产物Na2SO3可被反复利用，处理成本较之前降低超75%，且设备外形较小、处理效率稳定、效果显著，硫及烟尘的清除率均可达到95%以上。另外，该方法还能有效解决燃煤工业锅炉系统中的堵塞、结垢等问题，对系统起到一定的保护作用。但对相关工艺水平要求较高、长期运行中的稳定性和污染处理效率还需要得到进一步的验证。
4.案例分析
广东省某燃煤工业锅炉厂对锅炉污染处理系统进行脱硝脱硫技术改造。该厂现有40t/h锅炉2台、50t/h锅炉3台，使用背压式汽轮机传热模式，以人工进行送风、给煤系统的操作与管理。就目前看，该锅炉厂烟气排放污染物的波动性较大，因此在进行升级改造时难度较高。目前该厂烟气处理主要采取湿法技术，处理效果为：粉尘排放量在25～35mg/Nm3，SO2排放量在150～230mg/Nm3，氮氧化合物排放量在230～350mg/Nm3。处理方案如图1所示，其中数字按顺序分别为尿素溶液制备器、稀释设备、喷射设备、静电除尘系统、氧气生成系统、活性分子设备、反应设备、增效改进设备、湿法电除尘系统和烟囱。经处理后，该锅炉厂排放的烟气中，粉尘排放量可控制在5mg/Nm3左右，SO2排放量不超过30mg/Nm3，氮氧化合物的排放量也下降到45mg/Nm3以下，污染物处理效果提升非常明显。除处理效果显著提高外，该燃煤工业锅炉厂的污染物处理系统在工作时，对水、电能的需求量也大大下降，锅炉厂污染物处理的经济性和有效性同时提高。
图1 燃煤工业锅炉污染物处理系统优化方案
结论
燃煤工业锅炉污染物协同治理和超低排放对我国大气污染治理工作意义重大。目前烟气污染处理技术的种类很多，但很多技术本身存在一定弊端。相关单位进行烟气污染处理系统改造时，可根据实际污染情况结合几种不同处理技术一同使用，提高污染物处理能效，提升燃煤工业锅炉的环保性。
参考文献
[1]赵新莹,雷华.燃煤工业锅炉污染物协同治理关键技术[J].山东工业技术, 2019(03):37.
[2]徐天平,王永忠.燃煤工业锅炉污染物协同治理与超低排放技术研究[J].环境工程,2017,35(09):71-73.
论文作者:许鹏
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年7期
论文发表时间:2019/7/29
标签：烟气论文; 污染物论文; 技术论文; 燃煤论文; 烟尘论文; 湿法论文; 工业锅炉论文; 《建筑学研究前沿》2019年7期论文;