電子束脫硫脫硝工藝應(yīng)用及發(fā)展

(四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，四川成都，610065)

隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，二氧化硫和二氧化氮日漸受到研究者的重視并研究出較多有效脫除的方法。其中電子束煙氣處理技術(shù)由于其不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注。

1 電子束脫硫脫硝技術(shù)

電子束煙氣處理技術(shù)是一種等離子體技術(shù)，運(yùn)用物理與化學(xué)原理相結(jié)合的方法。

該技術(shù)利用電子加速器產(chǎn)生等離子體，從而氧化煙氣中的SO2和NOX，同時(shí)加入NH3，其與氧化后的氣態(tài)污染物反應(yīng)生成硫酸銨和硝酸銨，從而達(dá)到脫硫脫硝的目的。在此過程中，煙氣受到電子束照射，能量從電子束轉(zhuǎn)移到氣體分子，電子損失了能量，而煙氣分子獲得能量[1]。

2 電子束脫硫脫硝反應(yīng)機(jī)理

電子束脫硫脫硝具體反應(yīng)如下：

(2)SO2和NOX的氧化：活性基團(tuán)與煙氣中的二氧化硫及氮氧化物發(fā)生反應(yīng)，從而生成高價(jià)的硫化物、氮氧化物。

(3)硫酸銨與硝酸銨的生成：這一步主要分為兩個(gè)反應(yīng)，一個(gè)是由反應(yīng)產(chǎn)生的高價(jià)的硫化物、氮氧化物與氨(NH3)發(fā)生中和反應(yīng)，生成硫酸銨與硝酸銨。另一個(gè)是還未來得及反應(yīng)的二氧化硫及氮氧化物，在已生成的硫酸銨與硝酸銨固體顆粒表面，發(fā)生熱化反應(yīng)。最后反應(yīng)生成硫酸銨與硝酸銨固體顆粒，并被收塵器收集。

3 電子束脫硫脫硝技術(shù)主要設(shè)備及工藝流程

電子束脫硫脫硝技術(shù)主要設(shè)備包括：煙氣冷卻裝置、反應(yīng)裝置、電子束發(fā)生設(shè)備、副產(chǎn)品收集裝置等。

其具體工藝流程為：

(1)煙氣經(jīng)除塵器除塵處理，可使用靜電除塵器或電除塵器。

(2)煙氣經(jīng)過除塵處理后，送入脫硫冷卻塔內(nèi)冷卻、降溫以及增濕處理，使得高溫的煙氣降溫，由142℃降至60℃左右，隨后煙氣進(jìn)入反應(yīng)器。

(3)混合氨氣、壓縮空氣及水，將混合氣體壓入反應(yīng)器，使其與煙氣充分混合，隨后電子束照射氣體，煙氣中的二氧化硫及氮氧化物發(fā)生氧化反應(yīng)，從而生成高價(jià)的硫化物、氮氧化物。

(4)高價(jià)的硫化物、氮氧化物與氨氣發(fā)生中和反應(yīng)，生成(NH4)2SO4和NH4NO3粉末。部分粉末沉降到反應(yīng)器底部，通過輸送機(jī)排出，部分粉末隨煙氣一起進(jìn)入干式收集器，從而將粉狀顆粒捕集下來，潔凈的煙氣排入大氣中。此工藝產(chǎn)生的副產(chǎn)品可制成肥料或肥料原料外銷。

4 電子束脫硫脫硝效率影響因素

4.1 煙氣溫度

煙氣溫度是一個(gè)重要的影響因素。研究表明[2-3]，煙氣溫度對(duì)SO2的影響一般表現(xiàn)為脫除率隨溫度升高而單調(diào)下降的規(guī)律。煙氣溫度對(duì)NOX的影響一般表現(xiàn)為隨溫度升高，脫除率先上升，然后下降。因此存在一個(gè)脫除峰值，研究表明，該脫除率峰值溫度約為70℃～90℃。

4.2 煙氣含水量

煙氣含水量是影響SO2脫除效率的另一因素。研究表明[4]，SO2的脫除效率隨煙氣含水量的增加而提高，當(dāng)達(dá)到飽和時(shí)，SO2脫除效率不會(huì)繼續(xù)增加。當(dāng)煙氣溫度較高時(shí)，對(duì)于NOX脫除率而言，過高的煙氣含水量反而會(huì)導(dǎo)致NOX脫除率下降，而不是使其增加。

4.3 反應(yīng)器入口

對(duì)于反應(yīng)器入口，入口溫度的提高對(duì)SO2的脫除有一定的抑制作用，入口溫度過高，會(huì)加劇離子的熱運(yùn)動(dòng)，從而降低其脫除效率。

4.4 氨投加量

分析電子束脫硫脫硝的化學(xué)反應(yīng)式，氨的投加量增加，可以使得反應(yīng)正向進(jìn)行。因此，會(huì)增加二氧化硫和氮氧化物的消耗量，進(jìn)而提高二氧化硫和氮氧化物的脫除效率。

但是過量增加氨的投加也并不是一定會(huì)使脫硫脫硝效果提高，反而會(huì)抑制氮氧化物的脫除效率，同時(shí)也會(huì)使尾氣排放氨污染加重。研究表明[5]，二氧化硫的脫除效率更易受氨投加量的影響。

4.5 電子束投加劑量

電子束投加劑量越多，二氧化硫脫除率越高直至飽和。

研究發(fā)現(xiàn)[6]，電子束投加劑量的增加與二氧化硫脫除率的變化為：

(1)電子束投加劑量為零。此時(shí)二氧化硫脫除效率并不高，僅為40%-70%，由于并未投加電子束，因此二氧化硫并沒有進(jìn)行氧化，副產(chǎn)品為亞硫酸鹽。

(2)電子束投加劑量增加。二氧化硫脫除效率隨電子束劑量的增加而增加，直至飽和。此時(shí)二氧化硫被氧化生成高價(jià)的硫化物，此時(shí)的副產(chǎn)物為硫酸鹽。

5 電子束脫硫脫硝技術(shù)評(píng)價(jià)

電子束脫硫脫硝技術(shù)主要存在以下問題：

(1)脫硫脫硝技術(shù)國(guó)產(chǎn)化率低，僅為 61.4%，技術(shù)發(fā)展不夠成熟。

(2)核心部件電子束系統(tǒng)的電子加速器等主要設(shè)備由國(guó)外進(jìn)口，設(shè)備成本高。

(3)設(shè)備壽命短，設(shè)備容易損壞，同時(shí)價(jià)格昂貴，難以滿足工業(yè)化應(yīng)用的基本要求。

(4)副產(chǎn)品應(yīng)用不成熟，受限因素多，大多僅限于試驗(yàn)階段。

6 結(jié)語(yǔ)

電子束脫硫脫硝技術(shù)能達(dá)到同時(shí)脫硫脫硝，而且這種工藝不會(huì)產(chǎn)生任何廢渣，副產(chǎn)品硫銨和硝銨混合物可作為化肥回收利用，而且操作簡(jiǎn)單，具有良好的發(fā)展前景。目前，該技術(shù)已在國(guó)內(nèi)應(yīng)用，工程中的關(guān)鍵工藝設(shè)備如電子加速器和副產(chǎn)品收集器尚在研究國(guó)產(chǎn)化過程中。