淺談?dòng)袡C(jī)催化煙氣綜合治理技術(shù)及其應(yīng)用

摘 要：針對(duì)某公司熱電廠現(xiàn)有1、2號(hào)燃煤鍋爐氮氧化物和二氧化硫排放濃度超標(biāo)的問(wèn)題，淺談?dòng)袡C(jī)催化煙氣綜合治理技術(shù)的反應(yīng)原理、工藝流程、技術(shù)特點(diǎn)及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：有機(jī)催化煙氣綜合治理技術(shù)；脫硝、脫硫反應(yīng)機(jī)理；工藝流程；氨逃逸；氣溶膠；技術(shù)特點(diǎn)；預(yù)期應(yīng)用效果

1 概述

根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）及國(guó)家環(huán)境保護(hù)部最新發(fā)布的公告（2013年第14號(hào)）：現(xiàn)有企業(yè)“十二五”期間，位于重點(diǎn)控制區(qū)47個(gè)城市主城區(qū)的火電、鋼鐵、石化行業(yè)現(xiàn)有企業(yè)以及燃煤鍋爐項(xiàng)目執(zhí)行大氣污染物特別排放限值。烏魯木齊在47個(gè)城市之列，重點(diǎn)地區(qū)的火力發(fā)電鍋爐及燃?xì)廨啓C(jī)組執(zhí)行表2規(guī)定的大氣污染物特別排放限值，二氧化硫排放濃度限值為50mg/Nm3，氮氧化物排放濃度限值為100mg/Nm3。烏魯木齊市某公司熱電廠現(xiàn)有1、2號(hào)燃煤鍋爐（額定煙氣總量530000Nm3/h），二氧化硫排放濃度為1500mg/Nm3，氮氧化物排放濃度為650mg/Nm3，已嚴(yán)重超標(biāo)，必須對(duì)其進(jìn)行脫硝、脫硫技術(shù)改造。

有機(jī)催化煙氣綜合治理技術(shù)是國(guó)內(nèi)對(duì)煙氣中的SO2和NOX同時(shí)進(jìn)行治理的一種新興技術(shù)。該技術(shù)屬脫硫、脫硝和脫汞一體化技術(shù)，即在一個(gè)吸收塔內(nèi)完成脫硫、脫硝和脫汞，不需設(shè)獨(dú)立的脫硫、脫硝和脫汞系統(tǒng)，大大降低了環(huán)保項(xiàng)目的投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用，不產(chǎn)生二次污染，副產(chǎn)品化肥還可回收經(jīng)濟(jì)效益，做到變廢為寶。

2 有機(jī)催化煙氣綜合治理技術(shù)

有機(jī)催化煙氣綜合治理技術(shù)，是來(lái)自以色列的一種獨(dú)特的煙氣處理專利技術(shù)，用于治理各種鍋爐所排放煙氣中的氮氧化物和二氧化硫，同時(shí)具有脫汞的作用；該技術(shù)已獲歐盟及美國(guó)專利。

2.1 脫硝、脫硫反應(yīng)基理

有機(jī)催化脫硝技術(shù)是在鍋爐采用低氮燃燒降氮（約40%）后，在煙氣進(jìn)入吸收塔前（低溫段煙氣）利用強(qiáng)氧化劑強(qiáng)氧化煙氣中的NO，使其轉(zhuǎn)化為易溶于水的高價(jià)氮氧化物（NO2或N2O3），從而溶于水生成硝酸和亞硝酸；然后在吸收塔里，通過(guò)含有有機(jī)催化劑的混合液循環(huán)噴淋對(duì)煙氣進(jìn)行清洗，有機(jī)催化劑中的自由電子對(duì)基團(tuán)與亞硝酸結(jié)合成穩(wěn)定絡(luò)合物，有效抑制了不穩(wěn)定的亞硝酸分解再次釋放污染氣體，并促進(jìn)它們被持續(xù)氧化成硝酸，與有機(jī)催化劑自動(dòng)分離，通過(guò)加入氨水與硝酸中和，制成有價(jià)值副產(chǎn)品——硝酸銨化肥，有機(jī)催化劑循環(huán)利用。通過(guò)低氮燃燒與臭氧氧化相組合，有機(jī)催化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定良好的脫硝效果。

在吸收塔里，有機(jī)催化劑對(duì)脫硫過(guò)程中亞硫酸的處理過(guò)程與上述對(duì)亞硝酸的處理過(guò)程相似，因而脫硫和脫硝可以同時(shí)進(jìn)行。脫硫脫硝一體化時(shí)得到的是硫酸銨和硝酸銨混合肥。

2.2 工藝流程簡(jiǎn)述

煙氣自鍋爐引風(fēng)機(jī)出口煙道引出，經(jīng)煙道噴淋降溫、脫硝氧化，然后進(jìn)入吸收塔進(jìn)行脫硫、脫硝和脫汞；處理后的干凈煙氣由煙囪排出。

有機(jī)催化煙氣綜合治理技術(shù)，整個(gè)裝置包括：煙氣系統(tǒng)、循環(huán)吸收系統(tǒng)、氨水制備和供給系統(tǒng)、脫硝氧化系統(tǒng)、固液分離系統(tǒng)、化肥制備系統(tǒng)、事故排空系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)等。

有機(jī)催化技術(shù)采用的吸收塔從下至上按其功能分為混合液段、吸收段、除霧段。在吸收塔混合液段布置有攪拌器和氧化空氣曝氣管為吸收塔提供氧化空氣，將亞硫酸銨和亞硝酸銨氧化成硫酸和硝酸。吸收塔為噴淋空塔，內(nèi)設(shè)三層噴淋、塔頂設(shè)有二級(jí)除霧器和一層防逃逸裝置（設(shè)有在線自動(dòng)沖洗系統(tǒng)），塔內(nèi)裝有機(jī)催化劑。SO2、NOX在吸收塔內(nèi)通過(guò)催化劑的作用被氧化和脫除，同時(shí)在塔內(nèi)生成硫酸銨和硝酸銨鹽液。通過(guò)控制氨水加入量，控制吸收塔漿液的PH值約5.5～6.5。循環(huán)系統(tǒng)采用單元制設(shè)計(jì)，每個(gè)噴淋層都配有一臺(tái)獨(dú)立的循環(huán)泵，保證吸收塔內(nèi)200%以上的吸收漿液覆蓋率。

本項(xiàng)目中和劑為業(yè)主提供的20%濃度的氨水，再經(jīng)氨水罐和泵不斷地補(bǔ)充到吸收塔內(nèi)。

本項(xiàng)目采用氧氣源，氧氣為該公司化肥廠空分裝置放空氣氧，經(jīng)減壓、穩(wěn)壓后送至臭氧發(fā)生器生成脫硝氧化劑臭氧，經(jīng)臭氧均布器進(jìn)入煙道參與反應(yīng)。

鹽液從吸收塔漿液池中泵出，經(jīng)固液、液液分離后，泥餅落入接渣車；催化劑回收后循環(huán)使用；化肥鹽液經(jīng)泵輸送至后處理，在后處理廠房?jī)?nèi)經(jīng)蒸發(fā)、結(jié)晶、干燥、包裝后，生成硫酸銨和硝酸銨混合肥。

事故排空系統(tǒng)在事故狀態(tài)或檢修時(shí)，吸收塔內(nèi)漿液通過(guò)排出泵送入事故罐臨時(shí)儲(chǔ)存，待事故消除或檢修完成時(shí)，由事故罐返回泵將漿液送回吸收塔內(nèi)，以滿足準(zhǔn)備正常運(yùn)行的需要。

壓縮空氣系統(tǒng)負(fù)責(zé)煙氣溫控裝置、事故降溫裝置、臭氧均布器、固液分離系統(tǒng)、化肥制備系統(tǒng)用氣。

有機(jī)催化煙氣綜合治理技術(shù)的核心，是采用一種專利生產(chǎn)的有機(jī)催化劑。該催化劑具有對(duì)二氧化硫等酸性氣體的強(qiáng)烈捕捉能力，并對(duì)脫硫脫硝具有正向反應(yīng)的促進(jìn)作用，同時(shí)還對(duì)汞等重金屬具有極強(qiáng)的物理吸附作用，可以持續(xù)地對(duì)煙氣中含量很少的汞等重金屬進(jìn)行吸附、收集，當(dāng)催化劑吸收重金屬飽和后，可在線分離，重金屬的存在不會(huì)對(duì)有機(jī)催化劑的脫硫、脫硝能力產(chǎn)生任何影響。

3 氨逃逸、氣溶膠問(wèn)題的解決措施

在濕法脫硫中，氨逃逸、氣溶膠現(xiàn)象是一個(gè)眾所周知的瓶頸問(wèn)題。本項(xiàng)目對(duì)吸收塔做了一些改進(jìn)，以下五個(gè)部分均可起到減少氨逃逸、氣溶膠的作用：（1）在圖示1的吸收塔漿液區(qū)，由于有機(jī)催化脫硫脫硝工藝的氨水是從脫硫塔的底部注入（即液相加入而非氣相加入），pH值控制在5.5到6.5的弱酸性環(huán)境，并通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)補(bǔ)充氨水；新加入的氨水迅速與被有機(jī)催化劑捕獲并轉(zhuǎn)化生成的硫酸和硝酸進(jìn)行中和反應(yīng)，生成穩(wěn)定的硫酸銨和硝酸銨化肥。由于漿液池維持在匱氨的弱酸環(huán)境，沒(méi)有富余的堿性物質(zhì)逃逸，也就不易產(chǎn)生氣溶膠的問(wèn)題，大大減少了氨水在噴淋層產(chǎn)生氨逃逸的機(jī)會(huì)。（2）在圖示2的吸收反應(yīng)區(qū)，煙氣中的SO2和經(jīng)氧化后生成的NbO3、NOb等酸性氣體首先遇水生成亞硫酸和亞硝酸，亞硫酸和亞硝酸隨即被有機(jī)催化劑的硫氧基團(tuán)穩(wěn)定住，生成臨時(shí)的共價(jià)化合物，阻止了亞硫酸和亞硝酸的二次分解，并促成其氧化成硫酸和硝酸，從而達(dá)到高效脫硫脫硝的效果。在該過(guò)程，因首先與亞硫酸反應(yīng)的是有機(jī)催化劑而不是氨，不僅降低了吸收反應(yīng)區(qū)的氨濃度（同時(shí)減少了氨逃逸），而且避免了亞硫酸氫銨的產(chǎn)生，從而大大減少因亞硫酸氫銨分解、再聚合產(chǎn)生的氣溶膠問(wèn)題，從源頭上減少了氨逃逸和氣溶膠的產(chǎn)生。（3）在圖示3的位置，采用專有防逃逸系統(tǒng)，使得處理后的煙氣回旋上升，不但減緩了煙氣上升速度，還使得液滴進(jìn)一步下墜，降低氣液夾帶的機(jī)率。（4）在圖示4的位置，選用屋脊式除霧器（液滴<50mg），其工作原理是：氣體在穿過(guò)除霧器的狹小通道時(shí)，氣體中夾帶的液滴與除霧器的內(nèi)壁反復(fù)碰撞，除霧效果好。（5）在圖示5的位置，工藝水首先對(duì)除霧器進(jìn)行沖洗后再進(jìn)入塔底漿液池，工藝水在沖洗除霧器的同時(shí)，還起到了水封的作用，可進(jìn)一步減少氨逃逸和氣溶膠現(xiàn)象。

上述五項(xiàng)措施同時(shí)有效減少了有機(jī)催化劑隨煙氣的流失，降低有機(jī)催化劑的年耗量，節(jié)約運(yùn)用費(fèi)用。

4 有機(jī)催化煙氣綜合治理技術(shù)的顯著特點(diǎn)

有機(jī)催化煙氣綜合治理技術(shù)，是先進(jìn)的新一代濕法煙氣綜合治理技術(shù)。該技術(shù)具有以下顯著特點(diǎn)：（1）具有多效減排能力：在同一個(gè)吸收塔內(nèi)，可以同時(shí)具有脫硫（達(dá)99%以上）、脫硝（可達(dá)80%以上）、脫重金屬（達(dá)90%）、二次除塵（達(dá)60%以上）等多種減排效果；適應(yīng)國(guó)家日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。（2）實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)利用，符合國(guó)家節(jié)能節(jié)水政策。整個(gè)裝置無(wú)二次污染，“變廢為寶”，化肥品質(zhì)可達(dá)國(guó)家GB535-1995標(biāo)準(zhǔn)。（3）催化劑循環(huán)使用；一塔多用，系統(tǒng)占地??；工藝成熟、可靠，便于維護(hù)，降低了運(yùn)行成本。（4）該技術(shù)對(duì)燃料含硫量的適應(yīng)性極強(qiáng)，在確保達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)，允許和鼓勵(lì)用戶使用高硫燃料以節(jié)約生產(chǎn)成本。（5）該技術(shù)對(duì)煙氣條件的波動(dòng)適應(yīng)性極強(qiáng)，可廣泛適應(yīng)特殊煙氣如鋼鐵燒結(jié)機(jī)、石油石化汽油清潔裝置尾氣等煙氣波動(dòng)大的工況條件。（6）可以有效降低氨逃逸和氣溶膠現(xiàn)象。

（7）脫硝預(yù)處理在鍋爐本體外的低溫?zé)煹蓝芜M(jìn)行，不影響鍋爐熱效率，系統(tǒng)壓降低。脫硫、脫硝一體化，操作簡(jiǎn)單。工期安排靈活，不需長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)鍋爐。

5 預(yù)期應(yīng)用效果

該公司熱電廠1、2號(hào)燃煤鍋爐項(xiàng)目，采用“低氮燃燒技術(shù)+有機(jī)催化煙氣綜合治理技術(shù)”，有效地脫除煙氣中的二氧化硫和氮氧化物。目前，本項(xiàng)目即將建成投運(yùn)，投產(chǎn)后將滿足現(xiàn)行規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的要求，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。改造后污染物排放濃度（氧含量6%，標(biāo)態(tài)，干基）：SO2≤50mg/Nm3，NOx≤100mg/Nm3，NH3≤10mg/Nm3，粉塵<20mg/Nm3，霧滴≤75mg/Nm3。

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