大氣治理過(guò)程中煙氣除塵方法探究

北京利德衡環(huán)保工程有限公司 辛鋮，額爾德木吐

由于工業(yè)社會(huì)的迅速發(fā)展，導(dǎo)致對(duì)能源的需求也隨之增大。在煤的燃燒、燃油的燃燒以及煉油過(guò)程中會(huì)形成大量的酸性氣體和顆粒物，這就是大氣污染的主要污染物?，F(xiàn)今社會(huì)人們的環(huán)保意識(shí)都很強(qiáng)烈，所以對(duì)于氣體污染物的處理也需要重視起來(lái)，生活污染僅僅是導(dǎo)致大氣污染的很小一部分原因，如果僅僅是居民正常生活產(chǎn)生的污染氣體并不會(huì)達(dá)到需要緊急治理的地步，而正常的減排治理又不能滿(mǎn)足治理工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣，這就需要依靠相關(guān)的技術(shù)。隨著時(shí)代的發(fā)展我國(guó)工業(yè)水平和科學(xué)技術(shù)得到極大的發(fā)展，出現(xiàn)了更為環(huán)保和節(jié)約的技術(shù)，就是脫硫、脫硝、除塵技術(shù)綜合起來(lái)的新興技術(shù)。

一、煙氣脫硫脫硝及煙氣除塵技術(shù)現(xiàn)狀及優(yōu)勢(shì)

使用脫硫、脫硝技術(shù)必定是未來(lái)發(fā)展的大勢(shì)所趨，企業(yè)要想在新時(shí)代發(fā)展下去，就只能秉承綠色發(fā)展理念，不斷提升自身技術(shù)，企業(yè)基本上都對(duì)鍋爐等設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計(jì)和完善，我國(guó)的脫硫、脫硝技術(shù)已經(jīng)日益成熟化，完全可以投入到高壓、高重復(fù)的工業(yè)生產(chǎn)中，并且如今這項(xiàng)技術(shù)的工藝已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，還能減少人力、物力等支出，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。這項(xiàng)工藝的應(yīng)用十分廣泛，操作也很簡(jiǎn)單，保障了裝置的高效性、環(huán)保性，也保障了燃燒裝置對(duì)于環(huán)境的無(wú)害影響，避免了環(huán)境二次污染。

二、煙氣脫硫技術(shù)

（一）濕法煙氣脫硫技術(shù)

濕法煙氣脫硫技術(shù)是指漿態(tài)或液態(tài)的氣液脫硫反應(yīng),這項(xiàng)技術(shù)憑借效率高、速率快、適用范圍廣等技術(shù)優(yōu)勢(shì),在各類(lèi)脫硫技術(shù)中居于主導(dǎo)地位。

1．石灰/石灰石—石膏法

該法是利用石灰石或石灰漿液中的有效成分吸收SO2,通過(guò)一系列反應(yīng)生成CaSO4,目的是轉(zhuǎn)化為石膏(CaSO4·2H2O)。

石灰/石灰石—石膏法脫硫反應(yīng)如下：

石膏法運(yùn)用的吸收劑主要是含有碳酸鈣的物質(zhì)，比如石灰和石灰石等，這些物質(zhì)有個(gè)相同的特性，就是易獲得并且價(jià)格低,適用于工程量大和轉(zhuǎn)換物中含硫量高的工藝,但是該法卻存在設(shè)備占地面積大、易腐蝕以及有二次污染等缺點(diǎn)。

2．氨法

氨法脫硫是利用氨水作脫硫液,以酸堿中和反應(yīng)為基本原理的脫硫技術(shù)。

氨法脫硫反應(yīng)原理是:

氨法脫硫中,氨水為企業(yè)自產(chǎn)或統(tǒng)一外購(gòu)。在脫硫塔內(nèi),氨水自塔頂向下噴淋,含硫尾氣自塔底部進(jìn)入,自下向上與氨水逆流接觸,至塔頂后再經(jīng)除霧器除霧,完成脫硫操作,最后由煙囪排入大氣。氨法操作的優(yōu)勢(shì)是SO2吸收后可轉(zhuǎn)化為具有附加值的產(chǎn)品(NH4)2SO4,實(shí)現(xiàn)物質(zhì)資源化利用,同時(shí)脫硫除霧為一塔式結(jié)構(gòu)(脫硫塔),占地面積小、流程簡(jiǎn)單、不易結(jié)垢、脫硫效率高。

3.鎂法

鎂法脫硫中主要采用MgO或直接采用Mg(OH)2為脫硫劑。MgO作為脫硫劑時(shí),最先進(jìn)行的反應(yīng)是通過(guò)加入水生成Mg(OH)2后吸收SO2,使之轉(zhuǎn)化為MgSO3和MgSO4,然后再經(jīng)高溫重新分解為SO2和MgO，實(shí)現(xiàn)脫硫劑的循環(huán)利用。鎂法脫硫反應(yīng)如下:

4.海水法

海水的堿性特征可以與酸性氣體產(chǎn)生反應(yīng)，通過(guò)酸堿中和作用實(shí)現(xiàn)空氣治理的技術(shù)被稱(chēng)為海水法,海水法脫硫后會(huì)生成SO2經(jīng)氧化處理形成可溶于海水的硫酸鹽,從而實(shí)現(xiàn)脫硫目的。脫硫后的海水中硫酸鹽含量雖比原本海水中硫酸鹽含量略有增加,但入海后基本無(wú)其他影響，這也讓海水法成為一種極其實(shí)惠并且高效的處理方法。

（二）半干法煙氣脫硫技術(shù)

1.噴霧干燥法

噴霧干燥法是利用機(jī)械或高速氣流將堿性脫硫劑(氫氧化鈉溶液、石灰石漿、石灰乳等)分散成細(xì)小霧滴,與焦?fàn)t廢氣進(jìn)行氣液接觸,從而完成脫硫操作。

該工藝的優(yōu)勢(shì)是脫硫劑用量少、設(shè)備簡(jiǎn)單且不易堵塞,缺點(diǎn)是自動(dòng)化要求較高、效率較低，并且可能存在二次污染。

（三）干法煙氣脫硫技術(shù)

干法脫硫中所用脫硫劑為固相脫硫劑,屬氣固脫硫反應(yīng)。這種方法相比其他脫硫方法具有污染小、不需要水等特性。常用的干法脫硫技術(shù)有活性炭(焦)吸附法、金屬氧化物脫硫法等。

1.活性炭(焦)吸附法

SO2在吸附器內(nèi)被活性炭吸附并氧化為SO3,然后與水反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為H2SO4,或解吸后轉(zhuǎn)化為液態(tài)SO2和單質(zhì)硫。整個(gè)過(guò)程分為擴(kuò)散、吸附、氧化及硫酸化三個(gè)步驟?；钚蕴棵摿蛐士蛇_(dá)90%以上,且具有一定的脫硝能力,解吸后的活性炭還可循環(huán)利用。

2.電子束輻射法

電子束輻射法是利用高能電子束照射煙氣,生成大量活性物質(zhì)來(lái)氧化SO2及NOx,使之轉(zhuǎn)化為SO3和NO2,再溶于水中進(jìn)一步生成H2SO4和HNO3,最后通入氨水或石灰石中，得到副產(chǎn)物氮肥((NH4)2SO4和 NH4NO3)。

3.金屬氧化物法

常見(jiàn)的脫硫金屬氧化物有ZnO、CuO、Fe3O4及MnO等。由于SO2屬于活潑型氣體,可在高溫條件下與金屬氧化物發(fā)生氧化還原反應(yīng),生成金屬鹽，之后金屬鹽在高溫下分解再生為金屬氧化物和液態(tài)SO2,金屬氧化物可循環(huán)利用。脫硫過(guò)程無(wú)廢酸、污水,但存在脫硫劑成本高、設(shè)備龐大、脫硫效率低等問(wèn)題。

4.新興的煙氣脫硫技術(shù)

近年來(lái),科研工作者在脫硫研究領(lǐng)域取得了許多新的研究成果,如利用工業(yè)級(jí)Na2S為原料吸收SO2后轉(zhuǎn)化為副產(chǎn)物硫黃的硫化堿脫硫技術(shù),利用微生物(脫硫細(xì)菌)的間接氧化作用將SO2氧化成H2SO4的微生物脫硫技術(shù),利用有機(jī)高分子膜與液相吸收技術(shù)相結(jié)合的膜吸收法以及電化學(xué)法等。

三、煙氣脫硝技術(shù)

（一）SCR脫硝技術(shù)

20世紀(jì)60年代、70年代,日本最早完成了SCR技術(shù)的商業(yè)運(yùn)行。目前國(guó)內(nèi)主流的SCR工藝中，催化劑的反應(yīng)溫度區(qū)間在350-450℃之間。近年來(lái)，由于低溫催化劑市場(chǎng)日益擴(kuò)大,已出現(xiàn)專(zhuān)門(mén)針對(duì)低溫脫硝市場(chǎng)的低溫催化劑,可將反應(yīng)溫度區(qū)間降至190-320℃,擴(kuò)大了SCR工藝的經(jīng)濟(jì)適用范圍。

以某焦化企業(yè)為例,利用企業(yè)自產(chǎn)或外購(gòu)的氨水(或液氨和尿素)為還原劑,將大量空氣稀釋后的氨噴入到190-260℃煙氣中,混合后再通入裝有催化劑(V2O5WO3(MoO3)/TiO2)的SCR反應(yīng)器內(nèi),在催化劑作用下，使氨與NOx發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng),生成無(wú)污染的N2和H2O,最后直接通過(guò)煙囪排入大氣中。

由于NOx中NO的含量達(dá)到90%至95%,所以脫硝反應(yīng)器內(nèi)以NO脫除為主。以NH3為脫硝還原劑的反應(yīng)方程式如下：

以尿素為脫硝還原劑的反應(yīng)為:

此外,在煙氣脫硫、脫硝過(guò)程中,如果先脫硝后脫硫,則煙氣中含有的SO2與SO3可與氨發(fā)生下述副反應(yīng):

就SCR脫硝技術(shù)而言,催化劑的選取是核心,科學(xué)界相繼提出了多種催化反應(yīng)理論。該機(jī)理認(rèn)為，在脫硝過(guò)程中NH3首先吸附在催化劑表面Bronsted酸性位上形成NH4+(ads),然后吸附態(tài)NH4+與氣相NOx反應(yīng)形成活化絡(luò)合物,隨后分解為N2和H2O,通入O2使催化劑活性位循環(huán)再生。

研究表明，NO在有氧存在下轉(zhuǎn)化為NO2(ads)并吸附在V2O5表面,接著與催化劑表面活性位上NH4+(ads)反應(yīng)成為終產(chǎn)物N2和H2O。在環(huán)保鐵鈦酸催化劑表面NH3還原NOx的催化反應(yīng)機(jī)制,認(rèn)為在催化劑表面NOx主要以硝酸鹽的形式吸附,在選擇性催化還原過(guò)程中,溫度較低(<200℃)時(shí)主要遵循L-H機(jī)制,在溫度相對(duì)較高(>200℃)時(shí),主要遵循E-R機(jī)制。Pb對(duì)SCR催化劑(Ce/TiO2)的毒副作用揭示了催化劑表面NH3-SCR反應(yīng)同時(shí)遵循E-R和L-H機(jī)制。SCR脫硝工藝具有脫硫效率高、技術(shù)成熟穩(wěn)定、運(yùn)行可靠等優(yōu)勢(shì),在國(guó)內(nèi)外有許多成功案例,逐漸成為脫硝技術(shù)的主流工藝。例如，福建漳州后石電廠、唐山達(dá)豐焦化及寶鋼煉鐵廠等企業(yè)均采用SCR煙氣脫硝技術(shù)，但催化劑受SO3影響而造成中毒失活的現(xiàn)象也不可忽視。

（二）SNCR脫硝技術(shù)

SNCR脫硝主要是將液氨、氨水、尿素或碳酸氫銨等含氮還原劑噴入到900-1100℃的含氧煙氣中,使氨與NOx發(fā)生氧化還原反應(yīng),生成無(wú)污染的N2和H2O,此法在高溫含氧條件下進(jìn)行,無(wú)需使用催化劑。主要反應(yīng)如下：

SNCR反應(yīng)對(duì)溫度變化較為敏感,要嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度。當(dāng)溫度低于800℃時(shí)，NO脫除率低，當(dāng)溫度高于1100℃或用氨作為還原劑時(shí)，又可能發(fā)生副反應(yīng)，同時(shí)加劇氨逃逸量：

SNCR脫硝原理與SCR法類(lèi)似,但工藝無(wú)需使用催化劑，脫硫成本低、技術(shù)成熟,SNCR技術(shù)的不足之處在于脫硫效率低(30%-60%),因此多作為低NOx燃燒排放的補(bǔ)充手段,較少單獨(dú)使用。

四、除塵工藝研究

（一）布袋除塵技術(shù)

布袋除塵器是十分方便的一個(gè)除塵工具，其除塵機(jī)理是將煙氣通過(guò)過(guò)濾裝置，使得塵粒依靠慣性碰撞的作用進(jìn)被過(guò)濾下來(lái)。這其中，搜集材料也是一項(xiàng)重要的工作，具體的搜集方式是依靠塵粒的擴(kuò)散和篩分。除此之外，濾料的粉塵層也因?yàn)槠涮厥獾慕Y(jié)構(gòu)具有一定的過(guò)濾作用，其材料比較獨(dú)特,包含合成纖維、天然纖維等,后期根據(jù)需要將布或氈弄成圓筒的形狀以供使用。最后，該技術(shù)根據(jù)煙氣的性質(zhì),選擇最適合的濾料,該濾料在溫度低于200℃時(shí)具有較強(qiáng)的耐酸性和耐久性,在溫度較高時(shí),則需要具有較強(qiáng)的耐高溫性,因此廣泛被使用的是石墨化玻璃絲布,由于一些特殊要求,部分情況下也會(huì)選擇碳素濾料。

（二）濕法除塵技術(shù)

濕式除塵器在生產(chǎn)實(shí)踐中又稱(chēng)為“除霧器”,這是一種精密、復(fù)雜的儀器,它的工作原理是通過(guò)使含有粉塵雜質(zhì)氣體和液體混合,利用濕氣的性質(zhì),通過(guò)小水滴和固態(tài)粉塵顆粒的慣性進(jìn)行碰撞，來(lái)提高收集的效率,將體積較大的顆粒充分捕獲。另外,濕式除塵器融合了兩種技術(shù)方法的特點(diǎn),離心風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的吸引力可以把含有粉塵的氣體吸到混合體系中,然后利用水浴把塵粒吸引到水下。最后的階段是經(jīng)過(guò)反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)部的均勻分流把工質(zhì)吸引上來(lái),濕式除塵器可以有效地除去氣流中直徑很小的液體或者固體顆粒，還能夠有效地除去一些氣態(tài)的污染物。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，各工藝路線均有不同的適應(yīng)工況，新的時(shí)代，必須要加強(qiáng)煙氣的綜合治理工作，在保障煙氣質(zhì)量和效率的同時(shí)，考慮充分運(yùn)行是否可行、投資成本等因素，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有裝置的調(diào)整、優(yōu)化,挖掘裝置潛力,積極引入硫、脫氮、除塵等先進(jìn)綜合技術(shù)，來(lái)達(dá)到國(guó)家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，既能提升煙氣顆粒的處理水平，也要保證其不對(duì)大氣環(huán)境造成污染。有關(guān)部門(mén)和企業(yè)需要加強(qiáng)技術(shù)研究和工隊(duì)伍的人員培訓(xùn)，加強(qiáng)對(duì)于對(duì)于脫硫、脫硝、除塵技術(shù)的研究，促進(jìn)技術(shù)一體化的進(jìn)程，提升整個(gè)行業(yè)的煙氣綜合治理水平。