非电行业烟气超低排技术路线

1 除尘技术介绍

干式静电除尘器

静电除尘器是在高压静电场的作用下，使两极（阴极和阳极）间的气体电离，产生大量的自由电子、正负离子，致使通过电场的烟气尘粒与所电离的粒子结合而荷电，随后荷电粒子在电场力的作用下分别向异极电极移动，从而使烟气中的尘粒与气体分离，净化了气体，而荷电尘粒沉积于极板表面，当极板上的粉尘越积越厚会使极板间距变小，这时启动振打装置将极板表面上的灰尘振落到积灰仓。

图1-1 电除尘器原理图

布袋袋式除尘器

当含尘空气通过滤料时，由于纤维的筛滤、拦截、碰撞、扩散和静电的作用，将粉尘阻留在滤料上，形成初层。同滤料相比，多孔的初层具有更高的除尘效率，因此，袋式除尘器的过滤作用主要是依靠这个初层及以后逐渐堆积起来的粉尘层进行。随着集尘层的变厚，滤袋两侧压差变大，使除尘器的阻力损失增大，处理的气体量减小。同时，由于空气通过滤料孔隙的速度加快，使除尘效率下降。因此，除尘器运行一段时间后，要进行清灰，清除掉集尘层，但不破坏初层，以免效率下降。

图5-2 布袋除尘器原理图

高温金属布袋除尘器

高温金属布袋除尘器的工作原理与传统布袋除尘器一样，金属纤维烧结毡过滤介质由金属板 、粗金属纤维、细金属纤维三层复合组成，经高温真空烧结成一体而形成 状立体结构。当含尘烟气通过金属纤维烧结毡时，由于金属纤维烧结毡的筛滤、拦截、碰撞、扩散和静电的作用，将粉尘阻留在金属纤维烧结毡上，形成初层。同金属纤维烧结毡相比，多孔的初层具有更高的除尘效率，因此，袋式除尘器的过滤作用主要是依靠这个初层及以后逐渐堆积起来的粉尘层进行。随着集尘层的变厚，滤袋两侧压差变大，使除尘器的阻力损失增大，处理的气体量减小。同时，由于烟气通过金属纤维烧结毡孔隙的速度加快，使除尘效率下降。因此，除尘器运行一段时间后，要进行清灰，清除掉集尘层，但不破坏初层，以免效率下降。

壁流式蜂窝陶瓷颗粒物过滤系统(DPF)

蜂窝陶瓷过滤除尘器采用堇青石作为原料，采用壁流式结构设计，过滤器具有一系列规则的平行通道，所有通道的进、出口被交错密封，通道壁具有较高的气孔率和合适的孔径分布，构成多个相互独立的过滤单元。

过滤器采取交错立体过滤机制，具有超高过滤面积,比表面积＞300㎡/m3，装填密度高、使得采取本产品的设备设计简单化、小型化。采取非对称膜结构，孔径分布窄，过滤精度高，不易产生堵塞，抗热震性能强，高显气孔率与高强度性能兼备； 具有超薄的过滤路径，过滤壁厚≤1.2mm，压损低，能耗低；同时搭载 体涂敷部分预催化组分，具有一定催化作用。该除尘系统具有体积小，阻力低，抗高温的特点，使用寿命长，可采用高温及超声清洗等手段进行再生。

湿式电除尘器

湿式电除尘器工作原理与传统电除尘器相似，依靠的都是静电力，所不同的是工作环境为一“湿”一“干”， 湿式电除尘器处理的是脱硫后的湿烟气，布置在除尘脱硫系统的尾部。作为除尘脱硫系统中烟囱排放之前的最后一道屏障，湿式电除尘器在保证烟尘达标，解决石膏雨现象等方面具有重要的作用。

本次改造采用湿式电除尘器工艺。湿式电除尘器主要由电晕线（阴极）、沉淀极（阳极）、绝缘箱和供电电源组成。其工作原理为：

在装置的阳极和阴极线之间施加数万伏直流高压电，在强电场的作用下，电晕线周围产生电晕层，电晕层中的空气发生雪崩式电离，从而产生大量的负离子和少量的阳离子，这个过程叫电晕放电；随饱和湿烟气进入装置内的尘（雾）粒子与这些正、负离子相碰撞而荷电，荷电后的尘（雾）粒子由于受到高压静电场库仑力的作用，向阳极运动；到达阳极后，将其所带的电荷释放掉，尘（雾）粒子就被阳极所收集；极小部分的尘（雾）粒子本身则由于其固有的黏性而附着在阴极线上，通过冲洗的方法将其清除。

湿式电除尘器与干式电除尘器的不同点在于：

水喷淋+高效除尘除雾器

原烟气进入喷淋塔，大部分粉尘被除去，喷淋层后携带有大量的雾滴形成饱和的湿烟气，此时的烟气包含了大量的浆液滴和微小的粉尘，烟气经过高效除尘除雾分离器后，烟气中携带的雾滴含量小于10mg/Nm3。

研究净烟气的成份发现，残余雾滴与雾滴之间的距离超过自身粒径的300倍，粉尘与粉尘之间的距离超过自身粒径的600倍，通过雾滴与雾滴之间，雾滴与粉尘的发生二次聚合生成大的液滴的概率是极低的。除尘除雾分离器主要依赖于吸收塔上部低温饱和净烟气中含有大量细小雾滴的特点，利用大量细小雾滴高速运动条件下增加粉煤灰颗粒与雾滴碰撞的机率，雾滴与粉煤灰颗粒凝聚从而实现对此部分极微小粉煤灰尘和雾滴的捕悉脱除。除尘除雾分离器的工作原理可简单表述为通过粉煤灰颗粒、雾滴的凝聚、捕悉和湮灭的三种运动状态，在烟气高速旋流、剧烈混合、旋转运动的过程中，将烟气中携带的雾滴和粉尘颗粒脱除。凝聚是指大量的细小液滴与颗粒在高速运动条件下碰撞机率大幅增加，易于凝聚、聚集成为大颗粒，从而实现气相的分离；捕悉是指细小的液体颗粒跟随气体与分离器中的液层充分接触后，被液体捕悉实现分离；除尘器筒壁面的液膜会不断接触到其表面的细小液滴，尤其是在增速器和分离器叶片的表面的过厚液膜，会在高速气流的作用下发生“散水”现象，大量的大液滴从叶片表面被抛洒出来，在叶片上部形成了大液滴组成的液滴层，穿过液滴层的细小液滴被捕悉，大液滴变大后跌落回叶片表面，重新变成大液滴，实现对细小雾滴的捕悉。湮灭是指细小的液体颗粒被抛洒至分离器的表面时，形成附着液膜从烟气中脱离出来；经过加速器加速后的气流高速旋转向上运动，气流中的细小雾滴、尘颗粒在离心力作用下与气体分离，向筒体表面方向运动。而高速旋转运动的气流迫使被截留的液滴在筒体壁面形成一个旋转运动的液膜层。从气体分离的细小雾滴、微尘颗粒在与液膜层接触后被捕悉，实现细小雾滴与微尘颗粒从烟气中的脱除。湮灭过程中颗粒物与旋转的液膜层相对运动速度较少，液膜层又有效的避免了细小雾滴和颗粒物直接撞击筒壁形成更细小的二次雾滴或颗粒物。

2 脱硝技术介绍

目前能够满足当下国家环保超低排放要求的有还原法和氧化吸收法两类。其中还原法有 SNCR脱硝、SCR脱硝，氧化吸收法有臭氧氧化湿法脱硝、COA 协同半干法脱硝等。

选择性催化脱硝法(Selective Catalytic Reduction，SCR)

选择性催化还原(SCR)技术是目前应用最多且最有成效的烟气脱硝技术。SCR技术是在金属催化剂作用下，以NH3作为还原剂，将NOx还原成N2和H2O。NH3不和烟气中的残余的O2反应，而如果采用H2、CO、CH4等还原剂，它们在还原NOx的同时会与O2作用，因此称这种方法为“选择性”。工作原理如图1.1所示，主要反应方程式为：

4NH3+4NO+O2─>4N2+6H2O (1)

8NH3+6NO2 ─>7N2+12H2O (2)

通过采用合适的催化剂，上述反应可以在180℃~410℃的温度范围内有效进行，可以获得高达80%～95%的NOx脱除效率。SCR技术对锅炉烟气NOx控制效果十分显著，具有技术成熟、脱硝效率高、占地面积小、易于操作、稳定可靠等优点，是我国燃煤电厂控制NOx污染的主要手段之一。

选择性非催化脱硝法(Selective Non-catalytic Reduction，SNCR)

选择性非催化还原法(SNCR)是指在炉膛800~1250℃这一狭窄的温度范围内、在无催化剂作用下，NH3 或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的NOx，基本上不与烟气中的O2 作用。其发生的主要反应为：

氨为还原剂 4NH3 + 4NO + O2 → 4 N2 + 6 H2O

尿素为还原剂 CO(NH2)2 → 2 HN2 + CO

NH2 + NO → N2 + H2O

NO + CO → N2 + CO2

当温度过高时，部分氨还原剂就会被氧化而生成NOX，发生副反应：

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O

SNCR工艺是一种成熟的脱硝技术，在国内外均有广泛的应用。尤其在小型的燃煤、燃油、燃气机组或工业锅炉上，SNCR具有一定的优越性。

SNCR受烟气温度、还原剂和烟气的混合效果、还原剂在有效温度窗口的停留时间等因素影响较大，因此不同类型、不同尺寸的锅炉能达到的最大脱除效率也不尽相同。

SNCR/SCR联合工艺

SNCR/SCR联合工艺是把SNCR工艺的还原剂喷入炉膛技术同SCR工艺利用逃逸氨进行催化反应的技术结合起来，进一步脱除NOx。它是把SNCR工艺的低费用特点同SCR工艺的高效率及低的氨逃逸率进行有效结合。该联合工艺于20世纪70年代首次在日本的一座燃油装置上进行试验，试验表明了该技术的可行性。理论上，SNCR工艺在脱除部分NOx的同时也为后面的催化法脱硝提供所需要的氨。SNCR体系可向SCR催化剂提供充足的氨，但是控制好氨的分布以适应NOx的分布的改变却是非常困难的。为了克服这一难点，混合工艺需要在SCR反应器中安装一个辅助氨喷射系统。通过试验和调节辅助氨喷射可以改善氨气在反应器中的分布效果。SNCR/SCR混合工艺的运行特性参数可以达到40%~95%的脱硝效率，氨的逃逸小于3~10ppm。

臭氧氧化湿法脱硝

臭氧氧化法脱硝主要是利用臭氧的强氧化性，将不可溶的低价态氮氧化物氧化为可溶的高价态氮氧化物，然后在洗涤塔内将氮氧化物吸收，达到脱除的目 的。该脱硝系统在不同的NOx 等污染物浓度和比例下，可以同时高效率脱除烟气中的 NOx、二氧化硫和颗粒物等污染物，同时还不影响其他污染物控制技术，是传统脱硝技术的一个高效补充或替代技术。

COA 协同半干法脱硝

低温氧化吸收协同脱硝工艺是在锅炉尾部干法、半干法脱硫装置基础上，针对生物质烟气的特点，开发的低温脱硝工艺。在脱硫除尘的同时，实现高效协同脱硝的气相 COA 工艺技术。COA 脱硝工艺先采用强氧化剂将难溶于水的 NO 氧化为高价态易溶于水的NOx，再进入半干法脱硫吸收塔中，最终与钙基吸收剂反应脱除。

3脱硫技术介绍

石灰石-石膏湿法脱硫工艺

石灰石(石灰)—石膏湿法脱硫工艺采用价廉易得的石灰石或石灰作脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌制成吸收浆液。当采用石灰为吸收剂时，石灰粉经消化处理后加水搅拌制成吸收浆。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的SO2与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除，最终反应产物为石膏。脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴，经加热器加热升温后排入烟囱。脱硫石膏浆经脱水装置脱水后回收。由于吸收浆的循环利用，脱硫吸收剂的利用率高。

该工艺适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫，脱硫效率可达到99%以上。

喷雾干燥法脱硫工艺

喷雾干燥法脱硫工艺以石灰为脱硫吸收剂，石灰经消化并加水制成消石灰乳，消石灰乳由泵打入位于吸收塔内的雾化装置，在吸收塔内，被雾化成细小液滴的吸收剂与烟气混合接触，与烟气中的SO2发生化学反应生成CaSO3和CaSO4，烟气中的SO2被脱除。与此同时，吸收剂带入的水分迅速被蒸发而干燥，烟气温度随之降低。脱硫反应产物及未被利用的吸收剂以干燥的颗粒物形式随烟气带出吸收塔，进入除尘器被收集下来。脱硫后的烟气经除尘器除尘后排放。为了提高脱硫吸收剂的利用率，一般将部分脱硫灰加入制浆系统进行循环利用。

该工艺有两种不同的雾化形式可供选择，一种为旋转喷雾轮雾化，另一种为气液两相流雾化。

喷雾干燥法脱硫工艺具有技术成熟、工艺流程较为简单、系统可靠性高等特点，脱硫率可达到85%以上。该工艺在美国及西欧一些国家应用较为广泛，在300MW以上机组上有一定的应用业绩。

氨法脱硫工艺

该脱硫工艺以氨水为吸收剂，副产硫酸铵化肥。锅炉来的烟气经烟气换热器冷却至90～100℃，进入预洗涤器经洗涤后除去HCl和HF，洗涤后的烟气经过液滴分离器除去水滴进入前置洗涤器中。在前置洗涤器中，氨水自塔顶喷淋洗涤烟气，烟气中的SO2被洗涤吸收除去，经洗涤后的烟气排出后经液滴分离器除去携带的水滴，进入脱硫洗涤器。在该洗涤器中烟气进一步被洗涤，经洗涤塔顶部的除雾器除去雾滴，再经烟气换热器加热后经烟囱排放。洗涤工艺中产生的约30%的硫酸铵溶液排出洗涤塔，可以送到化肥厂进一步处理或直接作为液体氮肥出售，也可以把这种溶液进一步加工成颗粒、晶体或块状化肥出售。

烟气循环流化床法脱硫

烟气循环流化床脱硫工艺是由瑞典ABB公司开发的一种新颖的干法脱硫技术。该工艺将烟气除尘和脱硫过程紧密结合在一起，技术先进、系统简单、设备少、反应器结构紧凑、占地面积小、无废水废渣排放、脱除效率较高(80～90%)、设备投资低、运行成本低。

该工艺的基本原理是：将生石灰粉经过熟化后送入位于除尘器下部的粉尘增湿机，与除尘器下来的部分粉灰混合并喷入适量的水分增湿后，送入除尘器进口前的烟道中，Ca(OH)2与烟气中的SO2反应生成CaSO3，部分进一步氧化生成CaSO4，并随烟气飞灰通过除尘器捕集，净化烟气经引风机由烟囱排入大气。由于部分飞灰再循环，提高了脱硫剂的利用率。化学反应原理如下：

CaO + H2O Ca(OH)2

Ca(OH)2 + SO2 CaSO3 + H2O

CaSO3 + 1/2 O3 CaSO4

该工艺的脱硫产物主要为硫酸钙、亚硫酸钙及粉煤灰的干态混合物，可与电厂灰渣一同处理。

干法烟气脱硫

NaHCO3超细粉在高温烟气（大于140℃）的作用下，迅速分解，生成高活性的Na2CO3颗粒，并生成二氧化碳和水。由于颗粒粒径很小，颗粒内部生成的二氧化碳和水会撑破颗粒外表面，将Na2CO3颗粒塑造成一个具备大量微孔和比表面积的高活性物质，能够迅速与烟气中的酸性物质（SO2、SO3等）反应。

2NaHCO3(s) = Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g) (1)

SO2(g)+Na2CO3(s) = Na2SO3(s)+CO2(g) (2)

部分： SO2(g)+Na2CO3(s) +O2 = Na2SO4(s)+CO2(g) (3)

副反应： SO3(g)+Na2CO3(s) = Na2SO4(s)+CO2(g) (4)

2HCL(g)+Na2CO3(s) = 2NaCL(s)+CO2(g) (5)

环保脱硫用高比表面氢氧化钙粉体不同于传统微米级氢氧化钙，是一种具有高比表面积和高界面反应活性的纳米/亚微米级粉体，该产品具有比表面积大、孔隙发达、粒径更小等特点。普通氢氧化钙脱硫效率仅有30%-50%，而高比表面氢氧化钙脱硫效率可达90%以上。

Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O

Ca(OH)2+SO3=CaSO4+H2O

Ca(OH)2 +HF=CaF2 +H2O

Ca(OH)2 +HCl=CaCl2 +H2O

Ca(OH)2+SO2+1/2O2=CaSO4+H2O

4净化工艺的选择

工艺方案的选择考虑以下几方面因素：

1. 排放浓度和排放量必须满足国家和地方环保要求；
2. 工艺应做到技术成熟、运行稳定、系统可靠，并有较多成功的运行业绩；
3. 根据工程的实际情况尽量减少环保装置的建设投资；
4. 工艺还原剂、水和能源等消耗少，尽量减少运行费用；
5. 设备应具备较高的可靠性，检修和维护费用小；
6. 装置应布置合理；