对燃煤烟气脱硫脱硝一体化技术应用的研究

李书伟 于 丽

（山西河曲发电有限公司山西河曲036500）

对燃煤烟气脱硫脱硝一体化技术应用的研究

李书伟 于 丽

（山西河曲发电有限公司山西河曲036500）

燃煤是我国水电厂动力的最主要来源，这也决定了我们必然面临解决二氧化硫和氮氧化物排放带来的问题。

燃煤烟气；脱硫脱硝；一体化

本文通过介绍不同的脱氧脱硫一体化技术，深入剖析其原理和方法，为烟气的净化提供方法的总结和整理，从而为一体化技术提供创新的源泉和动力。

1 燃煤烟气脱硫脱硝技术概述

作为全球最大的煤炭生产国，中国对煤炭的生产和应用是非常普遍的。但是，随着生产的不断发展及对煤炭需求量的日益增加，使得燃煤烟气中的SO2和NOx含量不断增加，对环境造成的威胁愈加严重。近年来，自然环境给人类发出的警号越来越来频繁，降低SO2和NOx的排放成为一项紧迫而严峻的任务。

传统的脱硫脱硝程序是分步进行的，即脱硫与脱硝不能同时进行，并且出现脱硫脱硝时间长、过程复杂、步骤繁多、耗用资金多、脱硫脱硝效率不高等实质性问题。这些问题的出现，使得生产率下降，与现代生产要求不相符合，不能适应生产发展的需要，与构建社会主义和谐社会的宗旨更是相去甚远。综合国内外烟气脱硫脱硝技术的研究，目前大多数国家都把目光聚集在一体化技术上，其优势是传统的脱硫脱氧技术不可比拟的。无论是从环保性、占用资金数量还是性价比以及功能性等各个方面来看，一体化技术都符合现代工艺的发展要求，具有广阔的应用前景。

2 燃煤烟气脱硫脱硝技术研究进程

2.1 国外研究进程

国外很多发达国家对于燃煤烟气脱硫脱硝方法的研究在很早以前就已经展开了，在近几十年的不断发展中，以德国、美国和日本的研究和应用成果最为突出，使得脱硫脱硝一体化的成果成功地运用到了实际生产之中。

关于SO2和NOx的排放，各国主要通过对两种污染物的产生和排放两个环节进行控制，并通过生产工艺的改进、燃烧条件的控制、排放标准的设定以及安装燃煤脱硫脱硝装置等办法降低污染物的排放。

德国于1983年7月1日生效的《联邦防污染法》的第13款大型烧装置法规GFAVO规定了严格的NOx排放允许值，在较早的时间里对NOx的排放标准进行了明确的规定，从而促进生产工艺的大范围改进。在之后的时间里，随着经济实力的不断增长，德国依靠强大的经济实力实现了脱硝技术的改革和创新，并实现了生产行业对脱硝技术的引进和改良。在众多的脱硝方法中，德国依靠强大的经济实力获得了最优的选择权，催化还原法成为了其首选。鉴于此项技术的脱硝程度达到90%，德国火电厂的硝排放量几乎达到了全球最低水平。

催化还原法的发明其实归功于美国，近十年来，美国依然专注于它的发展和延伸。目前，美国对于氮氧化物的控制已经跻身于最先进国家的行列，其不断在煤炭燃烧过程和脱硝技术上进行突破，使得催化还原法不断得到改进和应用。

而最先使得催化还原法实现普遍应用和流传的国家则是日本，日本依靠强大的商业头脑在80年代使得催化还原法实现了商业化，并由此展开了在国际市场上的进一步扩大和延伸。

但是，由于脱硫脱硝技术的广泛应用，使得火电厂的耗电量增加了许多，从另一方面增加了SO2，因此，脱硫脱硝一体化技术仍然是各国研究的主要对象。

2.2 国内研究进程

我国对于燃煤烟气脱硫脱硝的研究在众多学者专家的努力下也取得了较大发展，并依靠数据化的方式对脱硫脱硝一体化技术的发展进程和应用程度进行了详细的描述和研究。在80年代，我们利用石灰石作为吸附剂，使得烟气脱硫率达到了90%，但遗憾的是此项应用对脱硝发挥的作用甚微。后来我们改进了吸附剂的原料，转变为依靠活性焦或活性炭作为吸附剂，同时利用富余氨对脱硫和脱硝进行同步反应，使得脱硫脱硝能够同时进行，这一效果远远大于以往的方法。在对此项技术进行理论性研究之后，我们将其进行试点并投入实践应用之中，并在此基础上进行一系列的商业化推广，以达到对脱硫脱硝一体化的普及，提高对环境的保护及生产素质的提升。

3 燃煤烟气脱硫脱硝一体化技术分析

燃煤烟气脱硫脱硝一体化技术根据其脱离过程和原理，大致可分为两类：（1）联合脱硫脱硝；（2）同时脱硫脱硝。联合脱硫脱硝虽然也属于一体化技术，但其应用的步骤和使用的原料均比同时脱硫脱硝繁多，实用性低于后者，这也是各国致力于开发和研究同时脱硫脱硝技术的最终原因。

3.1 联合脱硫脱硝技术

3.1.1 碳质材料吸附法

在吸附材料的选择上，活性焦和活性炭较强的功能一直得到专家的青睐。活性炭是一种固质炭，在表面拥有较多细孔，表面积在500m3/g～1700m3/g间，拥有强大的吸附功能。相比活性炭，活性焦的性能更加突出，拥有更加细致的细孔组合，吸附能力更加强大，效果也更佳。利用SO2与NOx的化学反应原理，该工艺技术设计了三个步骤对两者进行吸收和净化。

该工艺设施呈塔状，称为吸收塔。第一个步骤是脱除烟气中的SO2，在烟气进入到设备装置中时，利用活性焦的吸附功能脱除烟气中的SO2，烟气进入到吸附塔的第二层时，喷入氨气，使得氨气与NOx产生反应，在活性炭与氨气的双重作用下还原成水和N2，从而完成脱硫脱硝的目的。

3.1.2 CuO吸附法

该方法的应用原理比炭质材料吸附法稍微复杂，且运用起来的成本较高，但是该项工艺的运用可以脱离90%的硫和75%的硝，净化程度较高。其实行的步骤如下：将氨气与烟气混合，然后通过装有CuO/A l2O3吸收剂的床层，利用CuO与SO2的化学反应生成CuSO4，在CuSO4，CuO和氨气共同作用下，促进对氮氧化物的吸收，吸收饱和的吸附剂还可以进行再生回收，整个过程不会产生任何污染物，但是吸附层的长期使用会降低吸附作用，使得净化烟气的功能不断降低直至最终消失，所以，该方法由于其耐用性较低，一直未能被工业生产广泛运用。

3.1.3 电子束法电子束法与前两种方法的原理不同，该项技术操作过程较为简单，实用性强，在国外很受工业生产的欢迎。为了实现脱硫脱硝的目的，该项工艺主要利用物理原理与化学反应相结合的方式进行，首先利用高能电子束照射烟气，使得烟气中的SO2和NOx被产生的活性基因OH、OH2、O等氧化，形成硫酸铵和硝酸铵，同时注入氨气与之发生反应，经过一系列的反应，最后形成硫酸铵和硝酸铵，从而实现脱硫脱硝的最终目的。这个工艺主要涉及四个装置，分别是烟气冷却塔、反应器、氨供应设备以及最后的副产品收集器，它主要是将硫酸铵和硝酸铵与氨发生反应生成肥料。

这项工艺的SO2脱离程度达到95%，同时脱硝率达到80%～85%，具有非常显著的效果。

3.1.4 脉冲电晕法

脉冲电晕法不仅具有脱硫脱硝的功能，同时还具备除尘的功能。其原理与电子束法原理基本相同，共同点都是通过获取活性基来促成脱硫脱硝的进程。不同的是脉冲电晕法高能电子的获得是通过高压电源的方式，而电子束法是通过加速器来获得。但是，脉冲电晕法比电子束法更为节约资源，安全性能也更高。

3.2 同时脱硫脱硝一体化技术

3.2.1 干式吸附再生技术

干式吸附再生技术也叫NOxSO法。这种方法可以使得SO2和NOx同时被吸附，并且硫最终可被作为再生资源利用。燃煤在燃烧后烟气经锅炉排放出来，进入烟气吸收塔，承载着γ-Al2O3圆球上的钠盐作为吸收SO2和NOx的吸附物，在吸收塔中把这两种物质吸收干净之后，被净化的烟才能排出到大气之中。对于吸纳剂饱和的情况，通过吸收剂处理器对吸收剂进行再生处理，即利用600℃的高温使再生处理器中的吸附剂释放氮氧化物，重新回归稳定状态，冷却后再进入吸收器履行吸附剂的作用，形式吸收SO2和NOx的职责。这种方法使得SO2和NOx两者的吸收同步进行，减少了吸附剂和设备设计的成本，且脱硫率和脱硝率的程度较高，分别为98%和75%。

3.2.2 络合吸收法

该种方法属于湿法同时脱硫脱硝技术中的一种，主要原理是将NO通过不同的方法氧化成NO2，然后再进行相关的处理。络合吸收法利用亚硝酰亚铁鳌合物的反应条件，在碱性溶液中加入亚铁离子，结合相关反应条件使之生成氨基羟酸亚铁螯合物，氨基羟酸亚铁螯合物进而与NO和SO2进行一系列反应生成NH3和FeSO4，从而达到同时脱硫脱硝的目的。虽然这是一种新的同时脱硫脱硝方法，但其性能却与期望相去甚远，其脱硫脱硝的效率很低，但对工艺技术的要求却较高，实用性远不能达到现代工业生产的要求，因而较少机会被应用到。

3.2.3 富氧型高活性吸收剂法

此项工艺是由传统的烟气循环流化床脱硫脱硝技术进化而来，具有较强的可行性和价值性。该项工艺设立了循环流化床反应器，其中反应器的组成主要是粉煤灰、消石灰和添加剂等，依靠这些吸附剂与烟气中的NO和SO2进行反应，生成CaSO3和Ca-SO4，以此达到脱硫脱硝的目的，使烟气经过除尘器之后进一步净化灰尘，才被释放出来。此项工艺的优点在于不仅可以净化烟气中的氮氧化物，而且可以消除烟气中的汞，使得环境保护功能更加强大，且其对氮氧化物的综合进化率高达75%，设备制作成本也低，维护成本较合理，因此普遍适用于工业生产之中。

3.2.4 Na2S和NaOH吸附剂法

该项工艺通过设立氧化吸收塔，使NO和SO2吸收塔内附有的HClO3吸附剂，通过化学条件氧化成HCl、HNO3和H2SO4，为保证有毒气体的净化程度，再设置一个碱性吸收塔，对残余的酸性气体进行再次处理，进一步保证排出的气体含有的NO和SO2达到最低水平。经过认真的对比和数据分析，此项技术的温度条件、占地要求和操作技术要求等均被国内外专家接受，但由于其中吸附剂的成分具有高度的腐蚀性，因此对设备的材质要求很高，致使该项技术虽然在理论上得到认可，但对于普遍推广来讲，目前仍处于较为艰难的阶段，所以仍然需要投入较多的研究精力。

4 结语

工业企业在我国的经济行业发展中占据很大的比例，具有较为特殊和举足轻重的地位。自从我国加入WTO以来，国际经济环境对我国的经济发展要求较为严格，环保和高品质的经济发展势在必行，建立环境和谐的理念不断地被强调，对于气体排放的要求更是这些目标达成的重要内容。上述脱硫脱硝技术大部分都是依靠不同的吸附物对氮氧化物和硫化物进行净化，因而对于吸附剂的需求非常大，但却同时面临吸附物再生困难的困境。因此，探索和创新脱硫脱氧一体化技术仍然是我们继续努力的重要工作。

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