技术前沿

技术前沿

氮肥增益烟气多污染物协同控制技术

随着我国对燃煤污染物控制种类越来越多、排放标准越加严格,除尘、脱硫、脱氮、脱汞和温室气体控制等一系列治理措施一次和多次性投资大、运行费用高,烟气治理的工艺流程正在变得复杂而冗长。我国现有的这些烟气治理技术如石灰石-石膏法脱硫技术、选择性催化还原脱硝技术等主要存在着污染控制系统冗长复杂、硫硝资源浪费、副产物二次污染等问题。

燃煤烟气脱硫以石灰石-石膏湿法技术为主,存在石灰石开采量大,脱硫石膏资源化率较低,石膏堆积和脱硫废水二次污染严重等问题。我国每年脱硫所需石灰石开采量约2000多万吨,每年排放的脱硫副产品(石膏)和脱硫废水分别近1亿吨,二者均含有较高浓度重金属,易形成二次污染问题,同时也造成了我国石灰石、硫、水资源的严重浪费。

脱硝采用的选择性催化还原(SCR)技术,存在对液氨需求量大、废催化剂二次污染等问题。SCR技术以尿素或液氨为脱硝还原剂,每年运行需消耗大量的氨。若我国80%的电厂采用SCR技术,则每年消耗约500万吨的氨,占全国氨总产量的10%,而其副产物为不可回收的氮气。同时, SCR技术所用的催化剂主要成分以进口为主,限制了我国SCR脱硝产业的可持续性发展,并且所用催化剂失效后难以处置,所含重金属易造成二次污染。

在脱汞方面,目前以协同脱除为主,存在污染转移问题。研究结果表明,燃煤汞的60%-70%迁移至飞灰、脱硫石膏及脱硫废水中,容易形成汞的二次污染。

烟气多污染物协同控制技术从系统设计角度出发,对各污染物治理工艺进行一体化设计,同时有效配置动力、配电、输送等配套系统,具有降低治理投资、占地、能耗和运行费用,减少二次污染并实现副产物的资源化再利用等优势,具备商业推广价值,是未来减排技术的发展方向。

目前,国内外烟气多种污染物联合脱除技术研发主要集中在联合脱硫、脱硝、脱汞方面,有些技术还处在研发阶段,一些技术已取得了一定研究成果,并在部分工业领域建设了示范装置。比如活性炭吸附-催化一体化控制技术、臭氧氧化化学联合吸收技术、电子束法脱硫、脱硝技术和氮肥增益烟气多污染物协同控制技术等。但是,这些技术还有待进一步试用完善后推广。针对我国燃煤烟气治理技术的现状,目前迫切需要开展适合我国国情的氮肥增益烟气多污染物协同治理技术的研发。

在总结多年的烟气污染物控制技术、深入研究各污染物相互影响机理和多种污染物控制技术协同效应的基础上,这一技术的原理主要是通过催化剂在一定浓度硝酸中催化氧化烟气中的一氧化氮,使得一氧化氮和二氧化氮比例为1：1左右,利用氨等碱液吸收去除,副产物硝酸铵通过氢氧化钙等钝化生成为硝酸铵钙,以实现脱硝的目标。脱硫则通过稀土催化剂的氧化液与烟气中的二氧化硫反应,生成稀硫酸。将烟气中的二氧化硫变为硫酸、氮氧化物变为氮肥。该技术工艺简单、方便易行、综合能耗低。脱硝副产物硝酸铵钙可作为农用化肥回收,脱硫副产物硫酸,易商品化,且无副产物二次污染问题。脱硫段由于吸收液和催化剂的氧化性可将烟气中的零价汞氧化为二价汞并将其吸收脱除。可同时协同脱除汞,还可避免汞的二次污染。

该技术还以氯铵形式回收了烟气中的氯离子,使脱硫工艺水可循环利用,实现无废水排放,脱除效率高,二氧化硫脱除率99%以上,氮氧化物脱除率90%以上。由于一氧化氮的氧化不受烟气中其他成分和浓度的影响,因而能够适用不同氮氧化物浓度、成分的燃煤锅炉、工业锅炉、窑炉等烟气污染物的治理。使用氮肥增益烟气多污染物协同控制技术,企业只需出资在传统技术条件下环保设备投资额的90%,环保运行费用的90%,还能按1∶1分得高硫煤与低硫煤的差价收益,预计3-5年可收回全部环保设备成本。

我国目前二氧化硫和氮氧化物的年排放量分别约为2200万吨、2400万吨,如其中有40%的二氧化硫和氮氧化物排放量采用氮肥增益烟气多污染物协同控制技术处理,则每年可回收副产物硫酸约1400万吨、硝酸铵钙约3000万吨。若按脱硫效率为95%,脱硝效率为80%,硫酸、硝酸铵钙回收率98%,工艺水可循环利用计算,每年可节水1亿吨。另外,我国是世界主要硫磺进口国,每年进口量约1000万吨,而采用本工艺技术实现对硫资源的回收利用,可有效缓解我国硫磺的进口压力。

中国环境科学研究院大气污染控制技术研究中心与常州循天能源环境科技有限公司合作,在武汉长利玻璃有限公司已完成了将氮肥增益烟气多污染物协同控制技术应用于1000立方米/时玻璃烟气的中试研究和实践。结果显示,二氧化硫基本被完全脱除,氮氧化物出口浓度控制在300毫克/立方米以内,使用高硫煤烟气脱除的销售增益副产品是硫酸和氮肥。目前正在进行示范工程的建设工作,预计今年年底建成投产和验收运行。中国环境科学研究院大气污染控制技术研究中心还计划在明年完成一个75吨以上的自备电厂脱硫、脱硝、脱汞试点,并逐步向工业锅炉和水泥窑推广应用该技术。

(汪家铭)