燃煤煙氣多污染物聯(lián)合脫除技術(shù)分析

李葦林，蘇軍劃，沈煜暉，谷吉林

（中國華電工程（集團(tuán)）有限公司，北京 100160）

0 引言

煤炭是我國的主要能源，煤炭燃燒在放出熱量的同時(shí)也排放了很多有毒污染物。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對環(huán)境質(zhì)量的要求越來越高，GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》明確將Hg排放要求納入火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［1］，不久會(huì)將多環(huán)芳烴、大氣揮發(fā)性有機(jī)物及As等污染物的排放也納入排放標(biāo)準(zhǔn)。如果將每種污染物的脫除技術(shù)串聯(lián)起來，不但增大設(shè)備占地面積，而且增加了基建和操作費(fèi)用。因此，多種污染物在單一設(shè)備中同時(shí)脫除是煙氣凈化的發(fā)展方向。目前世界各國都開展了煙氣多污染物脫除技術(shù)的研究，有些技術(shù)還得到了工業(yè)化應(yīng)用。以下對目前燃煤煙氣的多污染物聯(lián)合控制技術(shù)進(jìn)行分析和探討，并對其應(yīng)用前景進(jìn)行了預(yù)測。

1 燃煤煙氣多污染物聯(lián)合脫除技術(shù)概況［2-5］

燃煤煙氣多污染物聯(lián)合脫除工藝主要包括濕法聯(lián)合脫除工藝、電催化氧化聯(lián)合脫除工藝及移動(dòng)床活性焦聯(lián)合脫除工藝。

1.1 濕法聯(lián)合脫除工藝

濕法脫硫是目前SO2脫除的主流技術(shù)，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)獲得廣泛應(yīng)用。若在濕法脫硫的基礎(chǔ)上加入氧化劑，將NO和Hg氧化成可溶物，在吸收塔中一并去除，將達(dá)到一舉多得的效果。在該脫除工藝中，氧化劑的選取是關(guān)鍵，該氧化劑需既能氧化NO和Hg，又不能將SO2氧化為SO3。近年來，環(huán)境領(lǐng)域的專家和學(xué)者在這方面做了大量工作，采用HClO3，NaClO2，H2O2，Cl2，O3等氧化劑［6］，能夠高效脫除SO2，NOx和Hg，其中以O(shè)3作為氧化劑的低溫氧化技術(shù)（LoTOx）已經(jīng)工業(yè)化。貝爾哥（Belco）公司在得到LoTOx工藝專利授權(quán)后，將其與EDV濕式洗滌器結(jié)合起來應(yīng)用于石油精煉廠，可同時(shí)脫除煙氣中的SO2，NOx和顆粒物。NOx和Hg被氧化后生成NO2和Hg2+，SO2和NO2被同一種堿性物質(zhì)（如石灰石、氨水、海水等）吸收和反應(yīng)，而Hg2+被溶液捕集下來，進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)中。理論上，LoTOx工藝有將SO2氧化成SO3的潛力，但根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果來看，與占主導(dǎo)地位的NOx的氧化反應(yīng)相比，SO2氧化成SO3的反應(yīng)速率很低，基本可以忽略［7］。目前這一技術(shù)在石油精煉廠已有應(yīng)用實(shí)例，但在燃煤電站應(yīng)用上尚處于示范階段。但現(xiàn)階段O3的制備費(fèi)用較高，制約了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。

1.2 電催化氧化聯(lián)合脫除工藝

電催化氧化聯(lián)合脫除工藝通過3個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)污染物協(xié)同脫除［3］。

通過傳統(tǒng)的干式靜電除塵器脫除煙氣中絕大多數(shù)的飛灰，然后采用阻擋介質(zhì)放電反應(yīng)器將氣相污染物氧化至更高價(jià)態(tài)的氧化物，如將NOx氧化為HNO3，將 SO2氧化為 H2SO4，將 Hg氧化為 HgO，最后氧化后的產(chǎn)物采用濕式靜電除塵器（WESP）來收集。WESP收集的廢液經(jīng)過除灰處理后送往處理系統(tǒng)用來制造商品級的H2SO4和HNO3。用于氧化氣相污染物的阻擋放電反應(yīng)器是此工藝的關(guān)鍵組件。介質(zhì)阻擋放電時(shí)，在整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生高能電子，與煙氣中的H2和O2碰撞產(chǎn)生氧化性自由基，自由基可以瞬間氧化SO2，NOx，Hg等。目前該技術(shù)已經(jīng)在美國開展了商業(yè)示范項(xiàng)目，但該項(xiàng)目的基建和電耗費(fèi)用較高，且用于氧化氣相污染物的阻擋放電反應(yīng)器在短期內(nèi)無法國產(chǎn)化。

1.3 選擇性催化還原（SCR）＋濕法脫硫

GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》限制了NOx排放質(zhì)量濃度，目前國內(nèi)燃煤電廠污染物脫除設(shè)備除了除塵和脫硫設(shè)備外，基本都會(huì)有SCR脫硝設(shè)備。若對SCR催化劑進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，可以使之除了能夠還原NOx外，還能將Hg，VOCs及PAHs等氧化為CO2，H2O等無害物，將Hg，As等氧化后產(chǎn)物在后續(xù)的濕法脫硫裝置中除去。這種工藝無需修改或增加設(shè)備，因此適合于舊電廠改造。

1.4 移動(dòng)床活性焦聯(lián)合脫除工藝［8-10］

移動(dòng)床活性焦聯(lián)合脫除工藝由德國Bergbau Forschung（BF）公司、日本三井礦業(yè)株式會(huì)社Mitsui Mining Smelting Co公司共同開發(fā)，后被美國瑪蘇萊環(huán)保技術(shù)公司（MET）收購，形成MET-Mitsui-BF技術(shù)。目前該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于多家電站的多種類型鍋爐。國內(nèi)活性焦移動(dòng)床聯(lián)合脫除工藝開展較晚，目前尚未有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用報(bào)道。2001年，南京電力自動(dòng)化設(shè)備總廠與煤炭科學(xué)研究總院北京煤化所在國家“863計(jì)劃”的支持下進(jìn)行了工業(yè)示范裝置的技術(shù)攻關(guān)，形成了可資源化的活性焦脫硫技術(shù)，目前在冶金行業(yè)已運(yùn)行、建成數(shù)十臺(tái)工業(yè)化裝置。此種技術(shù)脫硫率可達(dá)96%，但脫硝率只有20%，且對煙氣中的Hg在活性焦中的遷移轉(zhuǎn)化沒有關(guān)注。在此基礎(chǔ)上，中國華電工程（集團(tuán)）有限公司環(huán)保分公司在北京市重大科技成果轉(zhuǎn)化落地培育項(xiàng)目“活性焦載金屬催化劑的SO2，NOx，Hg一體化脫除關(guān)鍵技術(shù)研究”的幫助下，將活性焦的脫硝率提高至70%，并對Hg在活性焦中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律進(jìn)行了研究，初步形成活性焦脫硫脫硝脫汞工藝包。目前，此工藝存在的主要問題是活性焦的耗量大，運(yùn)行成本高。

2 技術(shù)應(yīng)用前景及經(jīng)濟(jì)性分析

2.1 應(yīng)用前景分析

從多污染物聯(lián)合脫除技術(shù)的發(fā)展趨勢以及我國國情來看，電催化氧化聯(lián)合脫除工藝除了電耗較高外，用于氧化氣相污染物的阻擋放電反應(yīng)器在短期內(nèi)無法國產(chǎn)化，只能依靠國外進(jìn)口，這無疑會(huì)使此類技術(shù)的成本居高不下。因此，我國燃煤電廠的多污染物聯(lián)合脫除工藝主要從以下3個(gè)方面來考慮。

（1）基于濕法脫硫的多污染物聯(lián)合脫除工藝。濕法脫硫是應(yīng)用最為廣泛的SO2脫除技術(shù)，基于濕法脫硫的多污染物聯(lián)合脫除工藝在濕法脫硫的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)同時(shí)脫硫、脫硝及脫汞，且不需要重新投資建設(shè)。隨著國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，該工藝是今后舊電廠改造的首選。

（2）基于SCR+濕法脫硫的多污染物聯(lián)合脫除工藝。按目前國內(nèi)燃煤電廠的污染物脫除裝置的發(fā)展來看，SCR+濕法脫硫裝置不久將達(dá)80%以上，在此基礎(chǔ)上，將SCR催化劑替換為同時(shí)脫除NOx和VOCs等污染物的催化劑，將NOx，VOCs還原為N2，CO2及H2O等無害物，濕法脫硫裝置將Hg及As氧化后的產(chǎn)物除去。這種聯(lián)合脫除工藝也是今后舊電廠改造的重點(diǎn)技術(shù)之一。

（3）活性焦移動(dòng)床多污染聯(lián)合脫除工藝有著完整的工藝系統(tǒng)，能夠得到高質(zhì)量的副產(chǎn)品。該工藝不但能夠滿足SO2，NOx及Hg等污染物更為嚴(yán)格的排放要求，還能脫除煙氣中的VOCs，PAHs及As等污染物。因此，該技術(shù)既能滿足當(dāng)前對SO2和NOx的排放限值要求，又具有超前性，工業(yè)應(yīng)用前景廣闊，特別適合用于新建電廠以及工業(yè)鍋爐建造。但由于活性焦價(jià)格較高，導(dǎo)致運(yùn)費(fèi)也高，所以用于小型的工業(yè)鍋爐比較合適。

2.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

表1 活性焦聯(lián)合脫除技術(shù)與石灰石-石膏濕法脫硫、SCR脫硝、活性炭噴射脫汞技術(shù)比較

表1是活性焦聯(lián)合脫除技術(shù)與石灰石-石膏濕法、SCR脫硝、活性炭噴射脫汞技術(shù)在工程造價(jià)、占地面積及脫硫、脫硝、脫汞效率等方面的比較?？梢钥闯?，活性焦脫硫、脫硝、脫汞一體化技術(shù)脫除效率高，占地面積小，反應(yīng)劑消耗量少，副產(chǎn)品硫酸收益高，特別適合于我國中西部缺水地區(qū)。

3 結(jié)論

多污染物聯(lián)合脫除技術(shù)是我國燃煤鍋爐排氣治理的發(fā)展趨勢，對于已建電廠而言，濕法聯(lián)合脫除技術(shù)和SCR+濕法脫硫聯(lián)合脫除技術(shù)是今后舊電廠改造的重點(diǎn)方向；對于新電廠而言，活性焦聯(lián)合脫除技術(shù)在占地面積、單位造價(jià)等方面有顯著的優(yōu)勢，但需要解決活性焦較高的運(yùn)行費(fèi)用和成品酸的銷路問題。

［1］GB 13223—2011火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］王永政，王聆燕，李紫龍.煙氣多污染物系統(tǒng)一體化控制技術(shù)的研究［J］.電力科技與環(huán)保，2014（6）：13-15.

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［5］孫巖.煙氣多污染物控制技術(shù)研究［J］.能源環(huán)境保護(hù)，2015（3）：29-32.

［6］趙毅，陳周燕，汪黎東，等.濕式煙氣脫硫系統(tǒng)同時(shí)脫汞研究［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2008，2（1）：64-69.

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