燃煤煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)的研究

張代生（中電投遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司，重慶市 渝北區(qū) 401122）

?

燃煤煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)的研究

張代生（中電投遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司，重慶市 渝北區(qū) 401122）

燃煤是我國(guó)主要的電廠動(dòng)力來(lái)源，由于煤炭在燃燒過(guò)程中，不僅會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳，還會(huì)產(chǎn)生大量二氧化硫、氮氧化物以及其他有害氣體，需要通過(guò)煤炭煙氣脫硫脫硝技術(shù)加以控制。本文即具體探討了該技術(shù)的應(yīng)用方法，以供參考。

燃煤；煙氣；脫硫脫硝；一體化

1　引言

我國(guó)對(duì)于煙氣脫硫脫硝技術(shù)，已經(jīng)取得一定的進(jìn)展，但是對(duì)于如何進(jìn)行一體化脫硫脫硝，其技術(shù)并不成熟。采取一體化脫硫脫硝技術(shù)，能夠有效降低燃煤過(guò)程造成的空氣污染，從而在提高脫硫脫硝效率的同時(shí)，為工作人員作業(yè)安全和人身健康提供保障，同時(shí)提高一體化技術(shù)水平，改善煙氣質(zhì)量、節(jié)約凈化成本。

2　燃煤煙氣脫硫脫硝技術(shù)概述

作為全球最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)，中國(guó)對(duì)煤炭的生產(chǎn)和應(yīng)用是非常普遍的。但是，隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展及對(duì)煤炭需求量的日益增加，使得燃煤煙氣中的SO2和NOx含量不斷增加，對(duì)環(huán)境造成的威脅愈加嚴(yán)重。近年來(lái)，自然環(huán)境給人類發(fā)出的警號(hào)越來(lái)越來(lái)頻繁，降低SO2和NOx的排放成為一項(xiàng)緊迫而嚴(yán)峻的任務(wù)。

傳統(tǒng)的脫硫脫硝程序是分步進(jìn)行的，即脫硫與脫硝不能同時(shí)進(jìn)行，并且出現(xiàn)脫硫脫硝時(shí)間長(zhǎng)、過(guò)程復(fù)雜、步驟繁多、耗用資金多、脫硫脫硝效率不高等實(shí)質(zhì)性問(wèn)題。這些問(wèn)題的出現(xiàn)，使得生產(chǎn)率下降，與現(xiàn)代生產(chǎn)要求不相符合，不能適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，與構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)的宗旨更是相去甚遠(yuǎn)。綜合國(guó)內(nèi)外煙氣脫硫脫硝技術(shù)的研究，目前大多數(shù)國(guó)家都把目光聚集在一體化技術(shù)上，其優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)的脫硫脫氧技術(shù)不可比擬的。無(wú)論是從環(huán)保性、占用資金數(shù)量還是性價(jià)比以及功能性等各個(gè)方面來(lái)看，一體化技術(shù)都符合現(xiàn)代工藝的發(fā)展要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。

3　燃煤煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)分析

燃煤煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)基本工藝流程如圖1所示，根據(jù)其脫離過(guò)程和原理，大致可分為兩類，即聯(lián)合脫硫脫硝與同時(shí)脫硫脫硝。聯(lián)合脫硫脫硝雖然也屬于一體化技術(shù)，但其應(yīng)用的步驟和使用的原料均比同時(shí)脫硫脫硝繁多，實(shí)用性低于后者，這也是各國(guó)致力于開(kāi)發(fā)和研究同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)的最終原因。

3.1聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)

3.1.1活性炭和活性焦吸附法

活性炭和活性焦塊體中具有大量的微孔結(jié)構(gòu)，而活性炭和活性焦吸附法主要是利用這一物理特性吸收煙氣中的二氧化硫與氮氧化合物，煙氣吸附過(guò)程中還需加入氨氣進(jìn)行催化還原。煙氣中的硫化物被吸收后，在催化劑的作用下將會(huì)形成硫酸；而煙氣中氮氧化物在催化劑的作用下會(huì)氨氣反應(yīng)生成H2O與N2。此法是較為傳統(tǒng)的脫硫脫硝工藝，在脫除效率方面也較為理想，一般脫硫與脫硝率分別能夠達(dá)到97%和80%以上?；钚蕴亢突钚越刮綗煔庵卸趸蚺c氮氧化物時(shí)，需控制好反應(yīng)過(guò)程中的溫度與水等因素，降低外界因素對(duì)吸附劑活性與脫除能力的影響。

圖1　燃煤煙氣脫硫脫硝一體化工藝流程圖

3.1.2CuO吸附法

該方法的應(yīng)用原理比炭質(zhì)材料吸附法稍微復(fù)雜，且運(yùn)用起來(lái)的成本較高，但是該項(xiàng)工藝的運(yùn)用可以脫離90%的硫和75%的硝，凈化程度較高。其實(shí)行的步驟如下：將氨氣與煙氣混合，然后通過(guò)裝有CuO/Al2O3吸收劑的床層，利用CuO與SO2的化學(xué)反應(yīng)生成CuSO4，在CuSO4，CuO和氨氣共同作用下，促進(jìn)對(duì)氮氧化物的吸收，吸收飽和的吸附劑還可以進(jìn)行再生回收，整個(gè)過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生任何污染物，但是吸附層的長(zhǎng)期使用會(huì)降低吸附作用，使得凈化煙氣的功能不斷降低直至最終消失，所以，該方法由于其耐用性較低，一直未能被工業(yè)生產(chǎn)廣泛運(yùn)用。

3.1.3電子束法

電子束法與前兩種方法的原理不同，該項(xiàng)技術(shù)操作過(guò)程較為簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，在國(guó)外很受工業(yè)生產(chǎn)的歡迎。為了實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝的目的，該項(xiàng)工藝主要利用物理原理與化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的方式進(jìn)行，首先利用高能電子束照射煙氣，使得煙氣中的SO2和NOx被產(chǎn)生的活性基因OH、OH2、O等氧化，形成硫酸銨和硝酸銨，同時(shí)注入氨氣與之發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)過(guò)一系列的反應(yīng)，最后形成硫酸銨和硝酸銨，從而實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝的最終目的。這個(gè)工藝主要涉及四個(gè)裝置，分別是煙氣冷卻塔、反應(yīng)器、氨供應(yīng)設(shè)備以及最后的副產(chǎn)品收集器，它主要是將硫酸銨和硝酸銨與氨發(fā)生反應(yīng)生成肥料。這項(xiàng)工藝的SO2脫離程度達(dá)到95%，同時(shí)脫硝率達(dá)到80～85%，具有非常顯著的效果。

3.1.4脈沖電暈法

脈沖電暈法不僅具有脫硫脫硝的功能，同時(shí)還具備除塵的功能。其原理與電子束法原理基本相同，共同點(diǎn)都是通過(guò)獲取活性基來(lái)促成脫硫脫硝的進(jìn)程。不同的是脈沖電暈法高能電子的獲得是通過(guò)高壓電源的方式，而電子束法是通過(guò)加速器來(lái)獲得。但是，脈沖電暈法比電子束法更為節(jié)約資源，安全性能也更高。

3.2同時(shí)脫硫脫硝一體化技術(shù)3.2.1干式吸附再生技術(shù)

干式吸附再生法主要有NOxSO處理法、LILAC法、以及尿素法幾種，并以NOxSO工藝使用最為普遍，其脫硫脫硝效率亦較為理想。NOxSO工藝吸附劑主要運(yùn)用鈉鹽，在γ-Al2O3圓球上擔(dān)載的鈉鹽會(huì)吸附煙氣中的SO2和NOx，達(dá)到脫硫脫硝的目的，而吸附飽和后的鈉鹽可再進(jìn)行循環(huán)利用。吸附劑再生處理是將吸附飽和后的鈉鹽置于600℃高溫環(huán)境中，其會(huì)發(fā)生分解并釋放出氮氧化物，當(dāng)?shù)趸餄舛冗_(dá)到一定比例時(shí)，吸附劑的分解就達(dá)到了化學(xué)平衡，此時(shí)可進(jìn)行吸附劑的回收利用。

3.2.2絡(luò)合吸收法

該種方法屬于濕法同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)中的一種，主要原理是將NO通過(guò)不同的方法氧化成NO2，然后再進(jìn)行相關(guān)的處理。絡(luò)合吸收法利用亞硝酰亞鐵鰲合物的反應(yīng)條件，在堿性溶液中加入亞鐵離子，結(jié)合相關(guān)反應(yīng)條件使之生成氨基羥酸亞鐵螯合物，氨基羥酸亞鐵螯合物進(jìn)而與NO和SO2進(jìn)行一系列反應(yīng)生成NH3和FeSO4，從而達(dá)到同時(shí)脫硫脫硝的目的。雖然這是一種新的同時(shí)脫硫脫硝方法，但其性能卻與期望相去甚遠(yuǎn)，其脫硫脫硝的效率很低，但對(duì)工藝技術(shù)的要求卻較高，實(shí)用性遠(yuǎn)不能達(dá)到現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的要求，因而較少機(jī)會(huì)被應(yīng)用到。

3.2.3富氧型高活性吸收劑法

此項(xiàng)工藝是由傳統(tǒng)的煙氣循環(huán)流化床脫硫脫硝技術(shù)進(jìn)化而來(lái)，具有較強(qiáng)的可行性和價(jià)值性。該項(xiàng)工藝設(shè)立了循環(huán)流化床反應(yīng)器，其中反應(yīng)器的組成主要是粉煤灰、消石灰和添加劑等，依靠這些吸附劑與煙氣中的NO和SO2進(jìn)行反應(yīng)，生成CaSO3和Ca-SO4，以此達(dá)到脫硫脫硝的目的，使煙氣經(jīng)過(guò)除塵器之后進(jìn)一步凈化灰塵，才被釋放出來(lái)。此項(xiàng)工藝的優(yōu)點(diǎn)在于不僅可以凈化煙氣中的氮氧化物，而且可以消除煙氣中的汞，使得環(huán)境保護(hù)功能更加強(qiáng)大，且其對(duì)氮氧化物的綜合進(jìn)化率高達(dá)75%，設(shè)備制作成本也低，維護(hù)成本較合理，因此普遍適用于工業(yè)生產(chǎn)之中。

3.2.4Na2S和NaOH吸附劑法

該項(xiàng)工藝通過(guò)設(shè)立氧化吸收塔，使NO和SO2吸收塔內(nèi)附有的 HClO3吸附劑，通過(guò)化學(xué)條件氧化成 HCl、HNO3和H2SO4，為保證有毒氣體的凈化程度，再設(shè)置一個(gè)堿性吸收塔，對(duì)殘余的酸性氣體進(jìn)行再次處理，進(jìn)一步保證排出的氣體含有的NO和SO2達(dá)到最低水平。經(jīng)過(guò)認(rèn)真的對(duì)比和數(shù)據(jù)分析，此項(xiàng)技術(shù)的溫度條件、占地要求和操作技術(shù)要求等均被國(guó)內(nèi)外專家接受，但由于其中吸附劑的成分具有高度的腐蝕性，因此對(duì)設(shè)備的材質(zhì)要求很高，致使該項(xiàng)技術(shù)雖然在理論上得到認(rèn)可，但對(duì)于普遍推廣來(lái)講，目前仍處于較為艱難的階段，所以仍然需要投入較多的研究精力。

3.2.5光催化法

光催化法不會(huì)對(duì)環(huán)境造成額外的負(fù)擔(dān)，是一種綠色友好型處理方式。光催化同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)主要是運(yùn)用光催化劑作為反應(yīng)物，光催化劑在受到一定波長(zhǎng)的陽(yáng)光照射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電子與空穴對(duì)，進(jìn)而與光催化劑表面的H2O或OH-離子以及周圍的O離子反應(yīng)，形成·OH與·O2-。這些羥基自由基與超氧離子自由基具有較強(qiáng)的氧化能力，會(huì)與光催化劑周圍的二氧化硫、氮氧化物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，形成硫酸或硝酸化合物，達(dá)到同時(shí)脫硫脫硝的目的。

光催化法反應(yīng)過(guò)程不需要嚴(yán)格的反應(yīng)條件，并且不會(huì)產(chǎn)生大量的能耗、二次污染少，是一種較為理想的脫硫脫硝工藝。光催化法脫硫脫硝效率與煙氣溫度、適度、反應(yīng)物濃度、光、光催化劑特性等有著直接的關(guān)聯(lián)，而其中最關(guān)鍵的因素在于光催化劑的特性。目前，具有應(yīng)用與研究前景的光催化劑為T(mén)iO2，其本身化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定，并且物理性質(zhì)表現(xiàn)為無(wú)毒、活性高的特點(diǎn)，加之其成本低廉，因此可作為重點(diǎn)的光催化劑研究對(duì)象。但僅依靠TiO2無(wú)法最大程度地提高光催化法的脫硫脫硝效率，反應(yīng)過(guò)程中可加入金屬或非金屬離子、半導(dǎo)體復(fù)合等物質(zhì)，加速電子與空穴的分離，提高催化劑的催化效率。

除此之外，制約該技術(shù)脫光應(yīng)用的一大重要因素在于如何有效利用42%的可見(jiàn)光，研究在可見(jiàn)光條件下提升脫硫脫硝效率將是這一技術(shù)實(shí)施的重點(diǎn)。

4　結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前對(duì)于脫硫脫硝一體化技術(shù)，所涉及的相關(guān)工藝較多，因此，應(yīng)用于工業(yè)化時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意除了考慮到技術(shù)條件之外，還要在經(jīng)濟(jì)性上具有競(jìng)爭(zhēng)力，目前活性焦燃煤煙氣脫硫脫硝技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較具有發(fā)展前景，能夠帶來(lái)很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，應(yīng)加大這方面的技術(shù)改造力度和工藝方法研究，促使相關(guān)設(shè)備盡早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

［1］趙毅，李旭.固體吸附劑用于燃煤煙氣碳捕集的分析［J］.環(huán)境工程，2014，32（9）：92～97.

［2］趙彬，易紅宏，唐曉龍，等.燃煤煙氣汞形態(tài)轉(zhuǎn)化及脫除技術(shù)［J］.現(xiàn)代化工，2015，35（1）：58～62.

［3］唐志雄，曾環(huán)木，陳雄波，等.燃煤煙氣低溫SCR脫硝中試研究［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2014，8（3）：1120～1124.

張代生（1981-），男，中級(jí)工程師，碩士，主要從事火電廠脫硫脫硝及新能源方面工作。

X773

A

2095-2066（2016）17-0263-02

2016-5-20