煙氣脫硫脫硝技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展分析

張洋

摘要：世界環(huán)境形勢(shì)日益嚴(yán)峻，各國(guó)都在積極開發(fā)新能源，為的就是避免對(duì)環(huán)境造成的過度污染。煤炭是當(dāng)前大氣污染的主要源頭之一，煤炭在燃燒的同時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生大量的硫化物和含硝物質(zhì)，對(duì)環(huán)境會(huì)造成重大污染。因此，為保護(hù)環(huán)境，在煤炭的燃燒過程中做好煙氣的脫硫脫硝就成為了重要的一步。本文就從當(dāng)前的脫硫脫硝技術(shù)進(jìn)行分析，進(jìn)一步探討當(dāng)前脫硫脫硝技術(shù)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：煙氣；脫硫脫硝；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：X773 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）06（a）-0000-00

前言：隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷深入，多數(shù)國(guó)家和地區(qū)的環(huán)境污染也日益嚴(yán)重。特別是大氣污染，由于大氣污染是一種全球性的問題，所以需要引起世界范圍內(nèi)的共同關(guān)注。目前，對(duì)大氣污染最為嚴(yán)重的是各種工業(yè)企業(yè)在燃料的使用過程中所產(chǎn)生的廢氣，這些廢氣通常包含大量的硫化物和氮氧化物成分，會(huì)對(duì)大氣造成極其嚴(yán)重的危害，更是酸雨和光化學(xué)煙霧形成的直接推手。因此環(huán)保等部門需要對(duì)此類廢氣的排放高度重視，并通過一系列手段規(guī)范處理相應(yīng)的廢氣，才能減少?gòu)U氣對(duì)大氣環(huán)境的負(fù)面影響。

一、近年來我國(guó)的空氣污染物排放現(xiàn)狀分析

最近幾年，北京空氣污染爆表的新聞?lì)l繁見諸報(bào)端。這在一定程度上反應(yīng)了我國(guó)空氣污染的現(xiàn)狀。其實(shí)不只是北京，在華北多地都出現(xiàn)了嚴(yán)重的霧霾天氣，甚至對(duì)當(dāng)?shù)氐木用裆疃荚斐闪酥T多不利影響，患有呼吸系統(tǒng)疾病的人員也在霧霾天里大大增加。

根據(jù)北京環(huán)保進(jìn)程中心的霧霾觀察數(shù)據(jù)指出，PM2.5中所占成為最高的為硝酸鹽和二次硫酸顆粒，占到整個(gè)霧霾污染物的42%以上。這兩種大氣顆粒物一般由大氣中的SO 2 、 NH3和氮氧化物反應(yīng)生成，而這些物質(zhì)的最主要來源，就是來自于工業(yè)活動(dòng)中的燃煤、燃油。特別是我國(guó)，由于煤炭?jī)?chǔ)量大，價(jià)格便宜，所以許多發(fā)電廠和工業(yè)企業(yè)的能源以煤炭為主，這大大加劇了我國(guó)的大氣污染狀況。

煤煙型污染是我國(guó)硫化物、氮氧化物以及顆粒物產(chǎn)生的首要大氣污染源。而且，百分之九十的SO2和百分之六十七的氮氧化物的排放都是來自于我國(guó)的燃煤。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的火電裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到 86200 ×104 kW，發(fā)電裝機(jī)容量占到了全國(guó)的 69%以上。全國(guó)工業(yè)鍋爐 中，燃煤鍋爐的占比達(dá)到了驚人的85%。這些對(duì)大氣污染問題造成了直接的影響。

二、大氣污染物的控制技術(shù)現(xiàn)狀分析

大氣污染的現(xiàn)狀已經(jīng)如此嚴(yán)峻，對(duì)大氣污染物的控制已是刻不容緩。為此，我國(guó)在十二五規(guī)劃期間提出了一系列有關(guān)環(huán)境保護(hù)的正常措施，如《節(jié)能減排“十二五” 規(guī)劃》、《國(guó)家環(huán)境保護(hù)“十二五” 規(guī)劃 》等。其中對(duì)多個(gè) 燃料消耗行業(yè)進(jìn)行了大氣污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)制定工作，對(duì)相關(guān)企業(yè)的脫硫脫硝措施提出了相應(yīng)的要求。下面介紹我國(guó)大氣污染物控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

2.1 煙氣脫硫技術(shù)的現(xiàn)狀

當(dāng)前我國(guó)燃煤煙氣脫硫技術(shù)，主要是以石灰石 - 石膏濕法、氧化鎂法、氨法、半干法、雙堿法、海水脫硫等技術(shù)為主。其以石灰石 - 石膏濕法，氨法、半干法、雙堿法這幾種在工業(yè)鍋爐脫硫工藝中應(yīng)用較多。其中因受地域限制的影響，海水脫硫是所有方法中應(yīng)用最少的。下面具體介紹各種脫硫技術(shù)：

2.1.1石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)

這種脫硫工藝主要應(yīng)用碳酸鈣（CaCO3）或氫氧化鈣Ca（OH）2粉末的料漿來進(jìn)行脫硫工作，其能有效去除空氣中的二氧化硫（SO2）。運(yùn)用石灰石-石膏濕法進(jìn)行脫硫工作，不僅效率高，穩(wěn)定性好，所需的成本也相對(duì)較低。因此，這種方法也是所有脫硫方法中應(yīng)用最廣泛的方法之一。在此種方法中，煙氣與堿性的吸收劑漿液在噴淋塔發(fā)生反應(yīng)，煙氣中的二氧化硫（SO2）溶于水中，并與漿液中的碳酸鈣（CaCO3）或氫氧化鈣Ca（OH）2中和生成了亞硫酸鈣，強(qiáng)制氧化反應(yīng)是其成為了脫硫副產(chǎn)品石膏。目前石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)的脫硫效率可達(dá)95%至99%，對(duì)降低大氣污染具有舉足輕重的作用。

不過此技術(shù)中的副產(chǎn)品石膏卻是急需解決的問題。就算至按照燃煤的百分之一來計(jì)算含硫率，從13年燃煤發(fā)電產(chǎn)生的煙氣分析，電力行業(yè)每年需要消耗1200×104t的石灰石。且會(huì)生成大量的CaSO4 ·2H2O和CO2氣體。

2.1.2氨法脫硫技術(shù)

氨法脫硫技術(shù)，這是一種濕法脫硫技術(shù)。該技術(shù)主要采用氨水作為吸收劑，將氨水與煙氣中的二氧化硫進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到脫硫效果。這種技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)就是脫硫效率高，據(jù)測(cè)算，這種方法的脫硫率可高達(dá)95%到99%，同時(shí)，這種脫硫技術(shù)能耗較低，脫硫反應(yīng)速率也很快，其吸收劑的利用率也相對(duì)較高。更重要的是，此種脫硫技術(shù)的副產(chǎn)品可用作農(nóng)業(yè)肥料。

氨法脫硫技術(shù)是較為適宜中國(guó)具體情況的一種脫硫技術(shù)，不過其對(duì)空氣的凈化卻不很徹底，在其凈化SO2氣體的同時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的NH3氣體，進(jìn)而造成大氣的另一種污染。另一方面，由于氨法脫硫技術(shù)的副產(chǎn)品硫酸銨的銷售受到農(nóng)業(yè)市場(chǎng)和氣候季節(jié)的原因而波動(dòng)，因此也會(huì)相應(yīng)的引起氨法脫硫法運(yùn)行成本的大幅波動(dòng)。

2.1.3其他脫硫技術(shù)探討

除了上述兩種主要脫硫方法外，還有一些不常用到的脫硫方法。如半干法脫硫技術(shù)，其主要以鈣基脫硫劑為脫硫劑與煙氣在密閉的環(huán)境中進(jìn)行反應(yīng)，這種方法的脫硫效率較低，一般很難達(dá)到95%的脫硫率。而在我國(guó)對(duì)煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高的現(xiàn)狀，這種方法已經(jīng)很難符合排放標(biāo)準(zhǔn)了，因此其使用也被局限在很小的范圍內(nèi)。另一種不常用的脫硫方法就是海水脫硫技術(shù)了，這種脫硫技術(shù)需要大量用到海水資源，所以只有在靠近海邊的地區(qū)才能實(shí)現(xiàn)，地域性非常強(qiáng)，所以應(yīng)用范圍也相對(duì)狹窄。

2.2煙氣脫硝技術(shù)的現(xiàn)狀分析

氮氧化物是目前造成酸雨問題的主要因素之一，其也對(duì)光化學(xué)煙霧的形成提供了前提。是目前大氣污染的重點(diǎn)控制排放物之一。脫硝技術(shù)可以在燃料燃燒之前、之中和之后進(jìn)行。當(dāng)前，燃燒前的脫硝方法主要包括洗選和加入氫脫硝。燃燒中的脫硝方法主要采用低氮燃燒技術(shù)實(shí)現(xiàn)。而燃燒后的推銷技術(shù)，主要有SNCR（選擇性非催化還原）脫硝、SCR （選擇性催化還原）脫硝、電子束脫硝和活性炭吸附這幾種。在所有的脫硝技術(shù)中，燃燒前的脫硝一般需要對(duì)燃料進(jìn)行處理，這直接導(dǎo)致了脫硝成本的居高不下，因此這種方法較不常用。下面主要介紹然燃燒中和燃燒后的脫硝技術(shù)。

2.2.1低氮燃燒技術(shù)分析

燃燒中的脫硝技術(shù)以低氮燃燒技術(shù)為主，其主要通過改變?nèi)紵南嚓P(guān)條件來達(dá)到降低氮氧化物排放的目的。低氮燃燒技術(shù)主要分為以下五類，空氣分級(jí)燃燒技術(shù)、低 NOx 燃燒器技術(shù)、煙氣再循環(huán)技術(shù)、燃料分級(jí)燃燒技術(shù)和循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)。上面所述的幾種低氮燃燒技術(shù)，都是通過改變?nèi)剂系娜紵龡l件及方式 實(shí)現(xiàn)的脫硝目的。它們的使用的過程中會(huì)改變空氣混合方式，降低空氣比，從而達(dá)到控制燃燒溫度、抑制氮氧化物生成的效果。

不過就效果來說，當(dāng)前的低氮燃燒技術(shù)效果并不十分明顯，目前的脫硝率在25%到40%之間。而且通過控制空氣比例的方式，容易造成燃料的不完全燃燒，不僅降低了鍋爐的燃燒效率，也容易造成爐壁的腐蝕和結(jié)渣狀況。

2.2.2 選擇性非催化還原脫硝技術(shù)

選擇性非催化還原脫硝技術(shù)，以SNCR 脫硝技術(shù)為主。其最早發(fā)明于美國(guó)，后被日本大量投入到工業(yè)應(yīng)用之中。SNCR脫硝技術(shù)要求在800至1000℃的高溫中，將氨類化合物或者還原劑尿素與煙氣中的氮氧化物進(jìn)行反應(yīng)，可以生成N2。這樣將其中的氮元素分離出來，就能相應(yīng)的減少氮氧化物氣體的排放。這種技術(shù)能在高溫的環(huán)境中促使反應(yīng)迅速活化，可以避免使用催化劑。

SNCR 脫硝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單、阻力隱私小、系統(tǒng)占地少、且所需投資較低。不過其缺點(diǎn)也很明顯，那就是脫硝效率很低，只能達(dá)到20%到40%左右。要想提高脫硝效率也面臨著氨逃逸率大幅提高的窘境，這會(huì)造成大氣的重復(fù)污染。

2.2.3選擇性催化還原脫硝技術(shù)

選擇性催化還原脫硝技術(shù)以SCR 脫硝技術(shù)為代表，其是應(yīng)用催化劑，讓煙氣中的氮氧化物有選擇性的與氨發(fā)生反應(yīng)，生成N 2 和 水。SCR 脫硝技術(shù)一般安裝在鍋爐尾部的反應(yīng)器中，與300到400℃的煙氣繁盛反應(yīng)。據(jù)測(cè)算，SCR 脫硝技術(shù)的脫銷率一般可達(dá)90%甚至更高，所以這種脫硫方式被我國(guó)廣泛的應(yīng)用于火力發(fā)電行業(yè)。SCR 脫硝技術(shù)的缺點(diǎn)是裝置占地面積大，投資費(fèi)用高，維護(hù)成本大，其催化劑需要進(jìn)行更換作業(yè)等。

三、脫硫脫硝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)探討

現(xiàn)在我國(guó)對(duì)很多電廠實(shí)行了超凈排放改造措施，鼓勵(lì)采用綜合化的流程處理。對(duì)多種脫硫脫硝技術(shù)進(jìn)行綜合利用，以減少相關(guān)大氣污染物的排放。這樣的措施雖然能大大降低煙氣中的相關(guān)污染物排放，但是其投資規(guī)模和占地較大，且容易造成副產(chǎn)物的二次污染等問題。要解決上述問題，就要相應(yīng)的發(fā)展成套一體化控制技術(shù)。當(dāng)前國(guó)外已經(jīng)研發(fā)成功了很多相關(guān)工藝，如聯(lián)合脫硫脫硝的NOXSOX工藝、SNOX （WSA-SNOX）工藝、SNRB（SOX-NOX-ROX-BOX）工藝等。

我國(guó)環(huán)境科研院也開發(fā)的了相關(guān)技術(shù)，即煙氣多污染物協(xié)同一體化資源化控制技術(shù)（RECO），其能將煙氣中的二氧化硫及三氧化硫制備成硫酸制品。并將氮氧化物氣體進(jìn)過催化、氧化和氨吸收等工藝制備成農(nóng)業(yè)硝酸銨鈣或硝酸產(chǎn)品，且該技術(shù)還能在催化及氧化的工作中，完成對(duì)汞的脫除。采用這種技術(shù)，不僅脫硫脫硝的效率交高，其副產(chǎn)品也符合相關(guān)的工業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的銷售，避免副產(chǎn)品的二次污染。

RECO的應(yīng)用前景十分廣泛，其不僅對(duì)污染物的轉(zhuǎn)化效率高，且投資運(yùn)行的成本相對(duì)較低。特別是從我國(guó)的國(guó)情出發(fā)，符合我國(guó)的建設(shè)情況。目前我國(guó)的硫資源嚴(yán)重短缺，每年我國(guó)會(huì)對(duì)外大量進(jìn)口硫磺礦產(chǎn)，并將之用于硫酸的生產(chǎn)。RECO技術(shù)不僅能降低SO2對(duì)大氣的污染，還能在一定程度上緩解這一問題。另一方面，我國(guó)的糧食安全戰(zhàn)略要求我們保持農(nóng)業(yè)的自給自足，這就對(duì)我國(guó)的農(nóng)業(yè)發(fā)展提出了一定的要求。而眾所周知，農(nóng)業(yè)的發(fā)展離不開氮肥在內(nèi)的各種農(nóng)業(yè)物資。我國(guó)是氮肥消費(fèi)大國(guó)，也是合成氨和硝酸生產(chǎn)大國(guó)。因此RECO技術(shù)的應(yīng)用，能改善我國(guó)的農(nóng)業(yè)肥料產(chǎn)業(yè)環(huán)境，促進(jìn)落后產(chǎn)能的淘汰，對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展有了很大的助推作用。

結(jié)語：

目前眾多單一的脫硫脫硝技術(shù)都面臨各種各樣的問題，而大氣污染的防治又是大勢(shì)之所趨。RECO技術(shù)不僅能極大的減少相關(guān)污染物對(duì)大氣的負(fù)面影響，其副產(chǎn)品也是符合我國(guó)國(guó)情和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的。因此，在我國(guó)大力發(fā)展煙氣多污染物協(xié)同一體化資源化控制技術(shù)（RECO）是當(dāng)前煙氣污染防治工作的重中之重。

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