燃煤烟气脱硫脱硝一体化技术的研究

2016-08-12张代生中电投远达环保工程有限公司重庆市渝北区401122

低碳世界 2016年17期

关键词：氮氧化物光催化剂燃煤

张代生（中电投远达环保工程有限公司，重庆市渝北区 401122）

燃煤烟气脱硫脱硝一体化技术的研究

张代生（中电投远达环保工程有限公司，重庆市渝北区 401122）

燃煤是我国主要的电厂动力来源，由于煤炭在燃烧过程中，不仅会产生大量二氧化碳，还会产生大量二氧化硫、氮氧化物以及其他有害气体，需要通过煤炭烟气脱硫脱硝技术加以控制。本文即具体探讨了该技术的应用方法，以供参考。

燃煤；烟气；脱硫脱硝；一体化

1　引言

我国对于烟气脱硫脱硝技术，已经取得一定的进展，但是对于如何进行一体化脱硫脱硝，其技术并不成熟。采取一体化脱硫脱硝技术，能够有效降低燃煤过程造成的空气污染，从而在提高脱硫脱硝效率的同时，为工作人员作业安全和人身健康提供保障，同时提高一体化技术水平，改善烟气质量、节约净化成本。

2　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。

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基本工艺流程如图1所示，根据其脱离过程和原理，大致可分为两类，即联合脱硫脱硝与同时脱硫脱硝。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活性炭和活性焦吸附法

活性炭和活性焦块体中具有大量的微孔结构，而活性炭和活性焦吸附法主要是利用这一物理特性吸收烟气中的二氧化硫与氮氧化合物，烟气吸附过程中还需加入氨气进行催化还原。烟气中的硫化物被吸收后，在催化剂的作用下将会形成硫酸；而烟气中氮氧化物在催化剂的作用下会氨气反应生成H2O与N2。此法是较为传统的脱硫脱硝工艺，在脱除效率方面也较为理想，一般脱硫与脱硝率分别能够达到97%和80%以上。活性炭和活性焦吸附烟气中二氧化硫与氮氧化物时，需控制好反应过程中的温度与水等因素，降低外界因素对吸附剂活性与脱除能力的影响。

图1　燃煤烟气脱硫脱硝一体化工艺流程图

3.1.2CuO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/Al2O3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

干式吸附再生法主要有NOxSO处理法、LILAC法、以及尿素法几种，并以NOxSO工艺使用最为普遍，其脱硫脱硝效率亦较为理想。NOxSO工艺吸附剂主要运用钠盐，在γ-Al2O3圆球上担载的钠盐会吸附烟气中的SO2和NOx，达到脱硫脱硝的目的，而吸附饱和后的钠盐可再进行循环利用。吸附剂再生处理是将吸附饱和后的钠盐置于600℃高温环境中，其会发生分解并释放出氮氧化物，当氮氧化物浓度达到一定比例时，吸附剂的分解就达到了化学平衡，此时可进行吸附剂的回收利用。

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。

3.2.4Na2S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。

3.2.5光催化法

光催化法不会对环境造成额外的负担，是一种绿色友好型处理方式。光催化同时脱硫脱硝技术主要是运用光催化剂作为反应物，光催化剂在受到一定波长的阳光照射时，会产生电子与空穴对，进而与光催化剂表面的H2O或OH-离子以及周围的O离子反应，形成·OH与·O2-。这些羟基自由基与超氧离子自由基具有较强的氧化能力，会与光催化剂周围的二氧化硫、氮氧化物发生氧化还原反应，形成硫酸或硝酸化合物，达到同时脱硫脱硝的目的。

光催化法反应过程不需要严格的反应条件，并且不会产生大量的能耗、二次污染少，是一种较为理想的脱硫脱硝工艺。光催化法脱硫脱硝效率与烟气温度、适度、反应物浓度、光、光催化剂特性等有着直接的关联，而其中最关键的因素在于光催化剂的特性。目前，具有应用与研究前景的光催化剂为TiO2，其本身化学性质较为稳定，并且物理性质表现为无毒、活性高的特点，加之其成本低廉，因此可作为重点的光催化剂研究对象。但仅依靠TiO2无法最大程度地提高光催化法的脱硫脱硝效率，反应过程中可加入金属或非金属离子、半导体复合等物质，加速电子与空穴的分离，提高催化剂的催化效率。

除此之外，制约该技术脱光应用的一大重要因素在于如何有效利用42%的可见光，研究在可见光条件下提升脱硫脱硝效率将是这一技术实施的重点。