流光放電氨法煙氣脫硫技術(shù)及其應(yīng)用

汪家銘

(川化集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610301)

流光放電氨法煙氣脫硫技術(shù)及其應(yīng)用

汪家銘

(川化集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610301)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和對環(huán)境要求的日益嚴(yán)格，脫硫技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，新型高效脫硫技術(shù)也不斷開發(fā)成功，并在生產(chǎn)應(yīng)用中取得令人滿意的效果。簡要介紹了流光放電氨法煙氣脫硫新技術(shù)的發(fā)展概況、基本原理、工藝流程、技術(shù)特點(diǎn)及其在相關(guān)企業(yè)的應(yīng)用實(shí)例。

煙氣 脫硫技術(shù) 流光放電氨法

含硫煙氣是造成大氣污染、酸雨和溫室效應(yīng)的主要根源，煙氣脫硫被認(rèn)為是控制SO2的最行之有效的途徑，我國的脫硫技術(shù)在引進(jìn)國外技術(shù)基礎(chǔ)上，已進(jìn)入了消化創(chuàng)新階段，總體上達(dá)到國外先進(jìn)水平，但脫硫技術(shù)較為單一，在工業(yè)廢氣脫硫領(lǐng)域中，煙氣燃燒后脫硫工藝仍是商業(yè)上最大規(guī)模推廣應(yīng)用的脫硫方式。煙氣氣體脫硫方法分為干法脫硫和濕法脫硫。傳統(tǒng)干法脫硫硫容低，脫硫成本高。濕法脫硫有胺法、改良ADA法、栲膠法、PDS法、絡(luò)合鐵法等氧化還原法，這些方法采用傳統(tǒng)板式塔或填料塔，存在設(shè)備體積大、投資高等問題，因此當(dāng)前急需開發(fā)出具有巨大市場潛力和廣闊應(yīng)用前景的高效環(huán)保脫硫新技術(shù)，可用于處理各種低、中、高硫煤種的燃煤鍋爐和工業(yè)爐窯以及化工、化肥、冶金、鋼鐵、建材等行業(yè)產(chǎn)生的各種流量的煙氣處理，同時將含硫煙氣排放的SO2回收用于補(bǔ)充國內(nèi)短缺的硫資源。流光放電氨法脫硫就是近期國內(nèi)開發(fā)的并已得到成功應(yīng)用的一種新型高效脫硫技術(shù)。

1 發(fā)展概況

等離子體是采用放電或射線照射等方法產(chǎn)生的正負(fù)離子總體相等的電離氣體，是由電子、離子、原子、分子和自由基等粒子組成的一種新的物質(zhì)集聚態(tài)。等離子空氣凈化技術(shù)用于煙氣凈化領(lǐng)域，能同時去除煙氣中的SO2、NOx、VOCs和重金屬，被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的煙氣凈化技術(shù)。目前，在荷蘭、日本和中國都進(jìn)行著工業(yè)化示范研究，在我國已成為重點(diǎn)支持的科技發(fā)展方向之一和一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型煙氣脫硫處理技術(shù)。

流光放電氨法煙氣脫硫脫硝技術(shù)是國家“863”計劃研究課題，由廣東杰特科技發(fā)展有限公司聯(lián)合多所知名高校組成的課題攻關(guān)專家組承擔(dān)，歷時5年的研究和開發(fā)，目前該技術(shù)已擁有12項國內(nèi)實(shí)用新型專利、4項國內(nèi)發(fā)明專利、1項國際發(fā)明專利，并已獲得國家“863”計劃能源技術(shù)領(lǐng)域潔凈煤技術(shù)主題專家組的驗收，獲得以建示范裝置為目標(biāo)的滾動支持［1］。

2 基本原理

在傳統(tǒng)氨法脫硫的基礎(chǔ)上，該技術(shù)采用高頻高壓交直流疊加電源使反應(yīng)器發(fā)生電暈放電，產(chǎn)生的高能激發(fā)電子電離煙氣中的O2、H2O、N2等氣體分子，在相似的電極結(jié)構(gòu)和電壓水平條件下，利用流光頭表面產(chǎn)生的高能電子打開化學(xué)鍵，在大電場形成高濃度活性粒子，即等離子體。這些活性粒子能夠激發(fā)產(chǎn)生OH-、O-等氧化性極強(qiáng)的離子和自由基，在有添加劑氨存在的條件下，這些活性粒子直接或間接作用于煙氣中的SO2和NOx，并將其氧化生成穩(wěn)定的銨鹽，實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝、氧化亞硫酸鹽等目的，同時產(chǎn)生捕集微細(xì)霧粒的等離子體高壓電場。

流光放電氨法煙氣脫硫脫硝技術(shù)充分利用了等離子體自由基的強(qiáng)氧化性和氨吸收的化學(xué)特性實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫脫硝，同時在此過程中還能副產(chǎn)硫酸銨和硝酸銨等化肥。該技術(shù)采用電子半導(dǎo)體高頻開關(guān)器件及高頻開關(guān)電源技術(shù)，克服了原有電子束和脈沖電暈方法的電源無法工業(yè)化應(yīng)用的弊端［2］。

3 工藝流程

一套完整的流光放電氨法煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)由電除塵器、引風(fēng)機(jī)、脫硝反應(yīng)器、預(yù)洗塔、吸收塔、亞鹽氧化反應(yīng)器、電除霧器等組成，見圖1所示。

圖1 流光放電氨法煙氣脫硫脫硝工藝流程

含硫含硝的煙氣經(jīng)電除塵器除塵后，由風(fēng)機(jī)送入放電脫硝反應(yīng)器，反應(yīng)器中的煙氣流量、SO2濃度、煙氣溫度、氨注入量、蒸汽注入量、交直流疊加電源電壓、生成液pH值和生成液摩爾濃度等都直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。在等離子體作用下進(jìn)行脫硝反應(yīng)，等離子體自由基 OH、O、N、HO2、O3、NH2等與NOx進(jìn)行吸收與氧化反應(yīng)，在有氨存在的條件下，將NO氧化為NO2，部分NO被還原為N2。脫硝后的煙氣進(jìn)入預(yù)洗塔，增濕降溫后進(jìn)入吸收塔，氨吸收劑與大部分 SO2和 NOx產(chǎn)生熱化學(xué)反應(yīng)，并被(NH4)2SO3和NH4HSO3的混合液吸收。在保持物料平衡的情況下，適量地將吸收塔生成液輸送到亞鹽氧化反應(yīng)器中，使(NH4)2SO3氧化為(NH4)2SO4。氧化后的溶液經(jīng)預(yù)洗塔濃縮后，再經(jīng)脫水干燥生產(chǎn)硫酸銨和硝酸銨。出吸收塔的尾氣經(jīng)電除霧器抑制殘氧逸出、高效捕集霧粒子和控制SO3等處理后由排氣筒排放。采用等離子抑霧技術(shù)，在等離子的作用下，以低濃度氣相氨作為吸收劑，進(jìn)行超強(qiáng)除霧可把殘氨的逸出濃度控制在5×10-6以下［3］。

4 技術(shù)特點(diǎn)

以氨做吸收劑的硫回收具有脫氮、除塵效率高的特點(diǎn)，并可實(shí)現(xiàn)廢渣、廢水、廢氣3個“零排放”，而且由于生成物的綜合利用，不僅使其運(yùn)行成本費(fèi)用幾乎為零，還可為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。吸收劑氨源的供應(yīng)也很方便，我國中小型合成氨廠很多，幾乎遍布各縣市，若在有廢氨水的地方，用作吸收劑，更可大大節(jié)省裝置運(yùn)行費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益將更加可觀［4］。該技術(shù)協(xié)同利用等離子體氧化與氨吸收的凈化效應(yīng)，可有效脫除煙氣中的SO2和NOx，對于顆粒物、汞、氯化物和碳?xì)浠衔锏纫簿哂休^好的去除效果。在處理氣量為12 000 m3/h的試驗裝置中已實(shí)現(xiàn)脫硫率大于95%，脫硝率大于40%，等離子體能耗小于1.8 Wh/m3，氨泄漏低于5 ×10-6，生成硫酸銨干粉總氮量達(dá)到20.49%的技術(shù)指標(biāo)。

與傳統(tǒng)的氨法脫硫相比，流光放電氨法煙氣脫硫脫硝以氨為吸收劑，以硫酸銨和硝酸銨等化肥為最終產(chǎn)品，可以利用廢氨水，完全實(shí)現(xiàn)資源化，不產(chǎn)生二次污染。在等離子體作用下，脫硫效率95%以上，脫硝效率40%以上，具有裝置運(yùn)行可靠、投資省、能耗低、氨損少、吸收速率高、排放達(dá)標(biāo)等特點(diǎn)。該技術(shù)可廣泛用于燃煤、燃油和焚燒煙氣的凈化處理，特別適合于有氨源，而且銨肥銷路較好的地區(qū)。

5 應(yīng)用實(shí)例

國內(nèi)首套流光放電氨法煙氣脫硫脫硝項目于2010年年初在中石化巴陵石化公司啟動建設(shè)，2011年3月2日上午，該項目在中石化巴陵石化公司動力事業(yè)部進(jìn)入試生產(chǎn)階段，到3月20日，實(shí)現(xiàn)168 h連續(xù)試運(yùn)行。3月13日生產(chǎn)出來的硫銨溶液濃度達(dá)到設(shè)計要求(35%～38%的設(shè)計上限)。經(jīng)湖南省環(huán)保局檢測，煙氣中SO2的含量為10 mg/m3，低于設(shè)計的100 mg/m3，遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)400 mg/m3。該裝置投產(chǎn)后，動力事業(yè)部每天排放的SO2量將從原來的7 776 kg降為64.8 kg，降幅達(dá)99.2%。

中石化巴陵石化公司新建的燃煤鍋爐流光放電氨法煙氣脫硫裝置處理煙氣能力可達(dá)2.7×105m3/h。該事業(yè)部1號鍋爐脫硫系統(tǒng)改造是中石化集團(tuán)公司重點(diǎn)督辦的環(huán)保治理項目之一，首次采用改進(jìn)型流光放電氨法煙氣脫硫脫硝技術(shù)，可解決常規(guī)氨法中亞硫酸銨氧化速率、尾氣逸氨、硫銨夾帶以及氣溶膠酸霧等難點(diǎn)問題，同時增加一體化脫硝能力。中間產(chǎn)品經(jīng)處理后形成了銨鹽及氣體SO2，銨鹽送制肥裝置制成成品氮肥或復(fù)合肥。氣體SO2既可制造液體SO2又可送硫酸制酸裝置生產(chǎn)硫酸，而生產(chǎn)所得的硫酸又可用于生產(chǎn)磷酸、磷肥等化學(xué)肥料。

6 結(jié)語

流光放電氨法脫硫改進(jìn)了傳統(tǒng)氨法脫硫的單一脫硫、亞鹽氧化效率較低、尾氣有氨和酸霧逸出、吸收塔內(nèi)易堵塞等不足之處，同時實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝一體化，脫硫效率＞95%，脫硝效率＞40%，裝置投資少、占地面積小，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，為含硫煙氣提供了一種高效、低投入、資源化、無二次污染的脫硫工藝，是一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型高效煙氣處理新技術(shù)。

該技術(shù)適合石化、化肥、化工領(lǐng)域具備氨來源的企業(yè)煙氣脫硫脫硝需求，可實(shí)現(xiàn)以廢治廢和變廢為寶，在達(dá)到環(huán)境治理目標(biāo)的同時，又能充分體現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)性，符合節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方向。隨著流光放電氨法煙氣脫硫脫硝技術(shù)的不斷完善，其難以估量的應(yīng)用前景將顯現(xiàn)出來，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

［1］胡小吐，鄧詠佳.流光放電等離子體氨法煙氣脫硫脫硝技術(shù)概述［J］.硫磷設(shè)計與粉體工程，2009，(5):11-14.

［2］王智，趙瑞娥.燃煤電廠煙氣干法脫硫、脫硝一體化技術(shù)［EB/OL］.http://www.autooo.net/classid36-id70109.html，2011.5.6.

［3］岳濤，支德安，楊明珍，等.我國燃煤火電廠煙氣脫硫脫硝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀［J］.能源研究與信息，2008，24(3):25-29.

［4］TS型火電廠煙氣脫硫、脫氮 除塵凈化三位一體技術(shù)［EB/OL］. http://www. eepc. cn/huanbaogongcheng/feiqichuli/20090219/437.html，2006.6.3.

Streamer discharge ammionia flue gas desulfurization and its application

Wang Jiaming
(Sichuan Chemical Works Group Ltd.，Chengdu Sichuan 610301，China)

With the economic and social development and environmental requirements of the increasingly strict，the technology of sulfur removal and more extensive application field，a new type of high efficiency and sulfur removal technology is also constantly development success，and in the production practice has a good effect.This article briefly introduced the Streamer discharge ammonia flue gas desulfurization of new technology development situation，the basic principle，process，technical characteristic and its related enterprise application.

flue gas;desulfurization technology;streamer discharge ammonia

X701.3

A

1006-334X(2012)02-0037-03

2012-02-11

汪家銘(1949-)，男，江蘇蘇州人，工程師，主要從事化工科技期刊編輯及化工情報信息工作，發(fā)表論文230余篇。