火電工業(yè)是重要的基礎(chǔ)性行業(yè),而其燃燒產(chǎn)物卻對(duì)大氣環(huán)境造成嚴(yán)重的破環(huán)。在國(guó)家大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃中,火電廠作為大氣污染物排放大戶,必須以削減大氣污染物排放量為根本,實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展和低碳發(fā)展。
現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展是一把雙刃劍,一方面給人類帶了前所未有物質(zhì)文明,另一方面也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。由于大氣污染排放物導(dǎo)致的霧霾問(wèn)題已經(jīng)成為中國(guó)切實(shí)需要解決的重大環(huán)境問(wèn)題。工業(yè)生產(chǎn)中使用煤作燃料而排放的廢氣是導(dǎo)致大氣污染最主要的原因。煤炭燃燒后排出SO2和NOx,NOx和碳?xì)浠衔镆黄鹦纬晒饣瘜W(xué)煙霧,嚴(yán)重危害人類的健康。
中國(guó)是產(chǎn)煤大國(guó)也是用煤大國(guó),新中國(guó)成立以來(lái),煤炭在中國(guó)發(fā)電和工業(yè)活動(dòng)中占據(jù)非常重要的位置,年用煤量的一半左右都用于燃煤發(fā)電。研究表明,火電廠是中國(guó)大氣污染物排放大戶。在這樣的背景下,控制火電廠鍋爐煙氣中的SO2和NOx迫在眉睫。
對(duì)于燃煤企業(yè)污染的控制,國(guó)家早已有行動(dòng)。電力工業(yè)在“十一五”大氣污染物控制卓有成效,煙塵、二氧化硫控制達(dá)世界先進(jìn)水平,超額完成國(guó)家節(jié)能減排任務(wù)的基礎(chǔ)上,面對(duì)世界上最嚴(yán)排放標(biāo)準(zhǔn)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011),該標(biāo)準(zhǔn)與美國(guó)、歐盟和日本相比,無(wú)論是現(xiàn)役機(jī)組還是新建機(jī)組,煙塵、SO2和NOx排放限值全面超過(guò)了發(fā)達(dá)國(guó)家水平。
“十二五”前2年電力工業(yè)在大氣污染控制方面也邁出了新步伐,取得了新成就。在除塵上面:99%以上的火電機(jī)組建設(shè)了高效除塵器。在脫硫上面:脫硫裝機(jī)容量達(dá)6.8億kW,約占煤電容量90%。在脫硝上面:約90%的機(jī)組進(jìn)行了低氮燃燒改造,脫硝裝機(jī)容量達(dá)2.3億kW,約占煤電容量28.1%。
近年來(lái),我國(guó)氮氧化物排放量隨著能源消費(fèi)的快速增長(zhǎng)而迅速上升,年排放量保持在1000萬(wàn)噸的水平之上。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測(cè),若無(wú)控制,2020年我國(guó)氮氧化物排放量將達(dá)到3000萬(wàn)噸。2010年,環(huán)保部對(duì)兩部國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn),《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(征求意見(jiàn)稿)》和《硝酸工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(征求意見(jiàn)稿)》對(duì)煙氣中氮氧化物的排放有了更嚴(yán)格的規(guī)定,中國(guó)大規(guī)模治理氮氧化物污染的序幕由此拉開,企業(yè)也紛紛尋求有效的脫硝技術(shù)和方法。
與煙氣脫硫技術(shù)相比,國(guó)內(nèi)在煙氣脫硝實(shí)用技術(shù)的研究方面相對(duì)滯后。目前,控制煙道氣中氮氧化物排放的主要技術(shù)有低氮燃燒技術(shù)、選擇性催化還原(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)等。在對(duì)氮氧化物排放控制較為嚴(yán)格的地區(qū),通常先采用低氮燃燒技術(shù),后再進(jìn)行煙氣脫硝。當(dāng)前煙氣脫硝的方法,無(wú)論是SCR法,還是SNCR法,多為國(guó)外引進(jìn),不僅投入大,運(yùn)行成本高,年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用在千萬(wàn)元以上。而且更重要的是,脫硝和脫硫設(shè)施各自單獨(dú)運(yùn)行,占用場(chǎng)地空間大,不符合中國(guó)國(guó)情。
在我國(guó)的脫硫技術(shù)中,有一部分具有脫硝的作用,但是效果很不理想,比較好的也只能達(dá)到20%的脫硝效果,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不符合國(guó)家對(duì)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求,不具有脫硫脫硝一體化意義。
一體化脫硫脫硝工藝是當(dāng)前火電廠環(huán)保工程的新方向。當(dāng)前比較通行的是Wet-FGD SCR組合工藝,即濕式煙氣脫硫(Wet-FGD)和NH3選擇性催化還原(SCR)技術(shù)融合而成的新工藝。
Wet-FGD利用堿性漿液或溶液作吸收劑,與SO2反應(yīng)生成硫酸鹽產(chǎn)物來(lái)除去SOx。以石灰石或石灰作為吸收劑的強(qiáng)制氧化濕式脫硫方式是其中典型代表。使用這種工藝脫硫率和吸收劑利用率均可高于90%。
NH3選擇性催化還原脫硝工藝?yán)么呋瘎┰诤醐h(huán)境中將煤炭廢氣中NOx經(jīng)NH3還原為N2和水。該工藝技術(shù)成熟可靠,良好狀態(tài)下脫硝率最高可達(dá)90%,在發(fā)達(dá)國(guó)家使用廣泛。
一體化脫硝除塵設(shè)備從多方面考慮都優(yōu)于傳統(tǒng)的干法、半干法及濕法脫硫技術(shù),是催化術(shù)雙堿法脫硫、脫碳、脫硝、除塵、除黑煙一體化設(shè)備。具有占地小、造價(jià)低,運(yùn)行成本低、除塵脫硫效率可達(dá)99%以上。經(jīng)國(guó)家環(huán)保部門現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)二氧化硫排放濃度優(yōu)于國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的47倍多,優(yōu)于歐洲標(biāo)準(zhǔn)10.5倍。
根據(jù)中國(guó)的實(shí)際情況,現(xiàn)在火電廠脫硫脫硝技術(shù)的研究和應(yīng)用應(yīng)注重縮小占地面積、減少工藝流程、降低投資運(yùn)行金額、提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用水平,并且重點(diǎn)研究切實(shí)可行的一體化脫硫脫硝技術(shù)。
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