李笑笑 徐欣（浙江省安全生产科学研究院， 浙江杭州 310012）

基于风险控制的锅炉烟气脱硝脱硫工艺技术探讨

李笑笑 徐欣（浙江省安全生产科学研究院， 浙江杭州 310012）

我国的电力生产多以火电为主，因此火电机组在我国的总装机容量已经超过了13亿千瓦，大约占到我国电力总装机容量的70%左右。由于火电厂锅炉以及北方供热锅炉排放的烟气中包含大量的氮氧化物以及硫氧化物，造成对大气的污染，因此从保护环境的角度出发，针对燃煤锅炉烟气的脱硫脱硝工作尤为重要。本文主要对锅炉烟气的工艺技术及流程做主要论述，从中提出各种工艺应用过程中面对的风险，以“双脱法”为例，指出协同处理烟气的工艺流程以及技术原理，并且针对锅炉烟气脱硫脱硝工艺的安全风险进行评估。

锅炉烟气；脱硫脱硝；协同处理；安全性评估

0　引言

我国是一个煤炭资源的开采和使用大国，由于煤炭在形成过程中掺杂着硫、硝等元素，因此在锅炉中燃烧后会产生大量的氮氧化物、硫氧化物等，因而煤炭的使用也带来了严重的环境污染。因此，需要对燃煤锅炉进行改造使其达到脱硫脱硝的能力，进而降低有害气体的排放，达到保护环境的目的。本文主要对锅炉烟气脱硫脱硝协同处理法工艺进行论述并提出存在的问题。

1　锅炉烟气脱硫脱硝工艺综述及风险控制

随着我国火电机组装机容量的增加，造成我国大部分地区空气质量逐渐下降。通过采取一定工艺对锅炉烟气进行脱硫脱硝处理，可以有效的遏制燃煤锅炉对大气环境的污染。但是每种工艺都有一定的缺陷，存在一定的应用风险。因此，需要研究人员采取一定的方法来控制风险的发生，同时创造出一定的经济效益以降低脱硫脱硝成本。

1.1烟气脱硫工艺方法及存在风险

在锅炉中燃烧脱硫指的是采用技术措施，在炉内高温的作用下，通过使用脱硫剂与燃煤生成的二氧化硫和三氧化硫进行化学反应，生成含硫的固体沉淀物，减少了硫氧化物向大气的排放量。在当前主流的除硫技术是将锅炉烟气进行脱硫，主要包括以下几种工艺：石灰石-石膏湿法脱硫、氨法脱硫、有机催化法脱硫等。

（1）石灰石-石膏湿法脱硫工艺：该脱硫工艺使用石灰石溶液作为吸收二氧化硫的吸收剂，经过化学反应后生成石膏（CaSO4·2H2O），该技术的脱硫效率很高，副产物有无污染的优点，副产物石膏还可以深化加工做成石膏建材。但是该工艺也存在一定风险和不足，主要体现在：该脱硫工艺使用石灰石溶液作为脱硫剂，因此需要一套专用的脱硫剂输送、储藏系统，同时对副产物还要进行脱硫处理。这便造成脱硫车间占地较大，无形中增加了投入的成本；同时当烟气中的SO2浓度过高时，为了保持脱硫的高效率，需要向反应塔中添加石油焦，使得脱硫的经济成本提升；石灰石-石膏脱硫法在使用过程中吸收液中含固体颗粒较多，会对输送设备带来一定的磨损，增加了装置维护、更换的成本。因此，综上所述，该脱硫方法在运行过程中承担的经济风险较高，这也是该技术未能在电厂脱硫领域大规模应用的主因。

（2）氨法脱硫工艺：采用氨法脱硫会生成副产物硫酸铵，该副产物是一种优质氮肥。但是在投入的成本上仅次于石灰石-石膏工艺，该项目需要配备硫酸氨回收系统、增加“气溶胶”投入。在电厂有限的场地上建设该工艺车间难度较大，存在的经济风险较高，难以大规模应用。

（3）有机催化法脱硫工艺：该工艺总体来说运行成本偏高，采用的大部分设备都需要国外进口，生成的副产物硫酸铵化肥需要专用设备才能提取应用，但是该套设备占地面积大，降低了有机催化法的实用度。

1.2烟气脱硝方法及存在风险

在国内外减少氮氧化物排放的主要手段就是对锅炉生成的烟气进行脱硝处理。主要的工艺方法有：选择性催化还原法（SCR）以及SNCR-SCR组合法等。其中催化还原法（SCR）由于脱硝效率较高。但是该方法的反应条件要求比较高，同时需要一定的剂量催化剂，造成使用成本的上升；而SNCR-SCR组合法利用臭氧来作为反应发生剂，需要大量的电能来制取臭氧，耗电量较大，因此不推荐使用。

1.3脱硫脱硝协同处理风险控制

在当前国内外应用比较成熟的技术工艺为：采用尿素和氨作为还原剂的催化法；利用水以及酸碱溶液、熔盐为介质的吸收法；以及吸收还原法、氧化吸收法等形式。

“双脱”工艺可以分成串联协同与同步协同两种方式。串联协同法所需流程为采用两套装置将脱硫脱硝过程按照一定的顺序依次处理，但是该种方式需要扩大设备的占地面积，无形中增加了投资的成本。而采用同步流程的方式可以有效地解决此类问题，主要运行流程是在燃煤锅炉内部采用一套装置，使用一种化学试剂来使烟气中的硫氮氧化物同时进行化学反应，该方式有投资少、成本低、设备结构简单的特点，是在锅炉脱硫脱硝行业中通用的方法。

2　锅炉烟气脱硫脱硝协同处理工艺流程

2.1化学反应原理

“钠钙双碱法”是对锅炉烟气进行脱硫脱硝协同处理的一种常用方法，通过采用碳酸钠或者氢氧化钠与石灰的混合碱性反应物来对锅炉烟气中的物质进行吸收处理。通过对烟气中氮硫氧化物的吸收反应，生成含有亚硫酸氢钠的溶液，同时还会由于氧化副反应的作用生成少量的碳酸钠。

（1）脱硫过程：首先在反应池中加入NaOH，该碱性溶液的pH值控制在11～12范围内，之后向脱硫塔内输入锅炉烟气，碱性溶液与锅炉烟气中的硫氧化物发生化学反应，反应化学式为：

在脱硫塔中经过一次反应得到亚硫酸氢钠溶液与石灰石发生第二次反应，形成亚硫酸钙的结晶物，反应如下：

经过二次反应生成的亚硫酸根离子与烟气中的氧气继续发生氧化反应生成硫酸根离子，与池内的石灰石溶液继续反应生成硫酸钙结晶和氢氧化钠，氢氧化钠与硫氧化物继续发生循环反应。

（2）脱硝过程：由于锅炉烟气中的氮氧化物大部分是一氧化氮，去除氮元素的主要方式是将一氧化氮气体通过使用旋流板塔装置在反应容器内形成一氧化氮的溶解（NOdiss）与水解（NOhyd）形式，同时与反应池中生成的亚硫酸根离子相结合形成水溶性ON（NO）SO3-离子，反应式如下：

通过反应对氮氧化物的水溶作用再与亚硫酸根离子进行反应后，最终达到将氮氧化物除脱的目的。

2.2工艺流程

（1）传统“双碱法”工艺

主要的工艺过程是：利用吸收剂在反应吸收塔内进行循环流动，与锅炉输入的烟气发生接触反应后生成吸收溶液，再将吸收溶液置于循环沉淀池内与碱性溶液发生化学反应，将酸性离子中和后生成的废渣提取出混合沉淀池，剩余滤液可以通过水泵打压进入吸收塔内循环再利用，流程图如图1所示。

图1　传统“双碱法”工艺流程

传统工艺流程具有很高的氮硫氧化物的吸收效率，吸收后的反应液内无固体沉淀物形成，不会堵塞管道。但是不足之处是会形成氧化副反应，生成副产物碳酸钠，因此氢氧化钠处于不断消耗的状态，需要及时补充，无形中增加了生产成本。

（2）“钠钙双碱法”工艺

由于传统“双碱法”在对锅炉烟气处理方面存在不足，所以人们在原有的基础之上进行了一定的工艺改进，找出原有工艺的不足之处，在沉淀池的循环中增加了碱性水池与泵前池的设计，将生成的副产物碳酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸钙等化合物经过新增的碱水池过滤沉淀，剩余的反应液再次进入泵前池，形成溶液的循环使用，降低了经营成本。新增的主塔旋流板可以将吸收液进行雾化处理，增加与锅炉烟气的接触面积，使得烟气中的氮硫氧化物与吸收液的反映效果得以提升，同时副塔内部的除雾板可以降低烟气的水蒸气。通过改进后的“钠钙双碱法”工艺处理法的应用，提高了烟气污染物的吸收效率，同时提高了经济性。装置图如图2所示。

3　锅炉烟气脱硫脱硝工艺风险评估方法

我国目前的燃煤电厂锅炉及供热锅炉的脱硫脱硝工艺大多采用的是低氮燃烧与烟气去除技术相结合的方式。以火电厂为例，其大型锅炉在脱硝过程中需要大量使用液态氨气来作为吸收液，液态氨属于危险品，具有易燃易爆、毒性的特点，因此一旦发生液态氨泄漏事故，会造成人员的中毒伤亡以及设备的损失。（选取某企业脱硝系统液氨进行风险分析）

选用DNV公司的PHAST软件对脱硝系统的液氨管线泄漏，造成毒性物料扩散的后果进行模拟，预测发生事故后的影响程度和影响范围。

气象条件：①气温：25℃ ②风速：5m/s ③大气压力：0.098MPa

图2　“钠钙双碱法”协同脱硫脱硝流程图

图3　氨泄漏扩散范围图

项目脱硝系统事故模拟选择液氨管线发生40mm泄漏可能造成泄漏范围内的人员中毒，泄漏时间60min，泄漏量21kg。泄漏的氨。

氨泄漏浓度扩散影响距离

从泄漏扩散事故后果模拟看出，在给定的事故条件下，氨的扩散影响范围较大，其最高容许浓度范围超出装置范围，可能会影响到邻近装置的安全生产，事故发生后应采取有效控制措施。

锅炉烟气的脱硫脱硝评估方式主要由三个要点构成：首先，要做好危险源的识别工作，脱硝溶液液态氨属于有毒、易燃易爆的危险化学用品，无论是存储还是运输都具有安全隐患；其次，要做好事故隐患的分析工作，在火电厂液态氮的输送中会有管道破损、储罐出现裂纹、阀门泄露等未知因素的存在，因此应定期进行隐患排查；再次，需要对脱硫脱硝工艺中可能出现的事故做好应急预案的制定工作，一旦发生危险化学品泄漏事故，应在事故区域做好隔离措施，当液态氨存储装置发生泄漏后必须关闭与存储装置连接的管道，在事故发生的第一时间做出合理的救援措施，降低损失。

4　结语

通过本文不难看出，对燃煤锅炉烟气进行脱硫脱硝处理在保护大气环境方面意义重大，通过对其工艺技术的改进提高了对锅炉烟气污染物的净化效率，同时降低了经营成本。但是烟气脱硫脱硝工艺技术具有一定的危险性，为此，做好燃煤锅炉脱硫脱硝工艺技术安全评估、排查事故隐患并进行整改、降低事故发生的概率，是保障安全生产的前提。

［1］钟秦.燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例［M］.化学工业出版社2002-4.

［2］任剑锋，王增长，牛志卿.大气中氮氧化物的污染与防治［J］.科技情报开发与经济，2003，13，5.

［3］徐梅玉.论火电厂锅炉烟气脱硝存在的问题及对策［J］.湖北工程学院，2012，13（11）：119-124.