趙一更 白曉雁

摘 要：在生產(chǎn)過程中火電廠煙氣中排放的SO2和NOx使得空氣質(zhì)量嚴(yán)重下降，國(guó)內(nèi)外采用脫硫脫硝技術(shù)來凈化煙氣質(zhì)量。本文討論了傳統(tǒng)的脫硫脫硝方法和近幾年發(fā)展較快的煙氣脫硫脫硝技術(shù)，并分析了它們的機(jī)理和優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)煙氣脫硫脫硝技術(shù)的發(fā)展提出建議。

關(guān)鍵詞：火電廠 煙氣脫硫技術(shù) 煙氣脫硝技術(shù) 聯(lián)合脫硫脫硝 同時(shí)脫硫脫硝

中圖分類號(hào)：X511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（a）-0103-03

空氣污染嚴(yán)重影響著人類的健康和生存，這一話題受到各界人士的關(guān)注?；鹆Πl(fā)電廠排放的煙氣中含有SO2、NOx以及一些粉塵性的顆粒，這是形成酸雨和霧霾的主要原因。近幾年我國(guó)的大氣污染日趨嚴(yán)重，因此煙氣脫硫脫硝已成為控制大氣污染的必然趨勢(shì)。

脫硫脫硝技術(shù)大致可以分為單獨(dú)脫硫、單獨(dú)脫硝、聯(lián)合脫硫脫硝和同時(shí)脫硫脫硝等。聯(lián)合脫硫脫硝和同時(shí)脫硫脫硝又稱為一體化技術(shù)，是目前國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。本文主要綜述傳統(tǒng)的脫硫脫硝方法和近幾年發(fā)展較快的煙氣脫硫脫硝技術(shù)，分析其機(jī)理、技術(shù)特點(diǎn)和最新研究進(jìn)展。

1 煙氣脫硫技術(shù)

煙氣脫硫技術(shù)是減少煙氣中SO2含量的有效方法之一，傳統(tǒng)的煙氣脫硫方法有干法脫硫[1]、半干法脫硫[2]和濕法脫硫[3]。

干法脫硫的原理是用催化劑或吸收劑來脫除煙氣中SO2，這些催化劑或吸收劑是固態(tài)的粉末或顆粒。典型的干法脫硫技術(shù)有氧化物法和活性炭法[4]等，此技術(shù)在含硫量較低的情況下脫硫率較高，但脫硫產(chǎn)物不能循環(huán)使用；半干法是介于干法和濕法之間的脫硫方法。主要有噴霧半干法、爐內(nèi)噴鈣爐后活化法、灰外循環(huán)增勢(shì)半干法和煙道流化床脫硫法等[5]。與干法脫硫相比，脫硫效率高，但反應(yīng)產(chǎn)物的灰循環(huán)效率低，不能進(jìn)行連續(xù)的運(yùn)行；濕法脫硫則與干法脫硫完全不同，所用給的吸收劑是液體，液體吸收劑來吸收煙氣中的SO2。常用的濕法脫硫工藝有石灰石/石灰-石膏、海水脫硫工藝[6]。濕法脫硫技術(shù)是我國(guó)大部分電廠所采用的煙氣脫硫技術(shù)，此技術(shù)的成本較低、循環(huán)性大、脫硫效率高、脫硫后的產(chǎn)品易于回收利用，但系統(tǒng)比較復(fù)雜、設(shè)備成本比較高。

傳統(tǒng)的脫硫方法仍有很多缺點(diǎn)，近幾年研究者們提出了更有效的煙氣脫硫工藝。祁貴生等人[7]在超重力旋轉(zhuǎn)填料床中，以尿素溶液為吸收劑進(jìn)行煙氣中SO2的吸收試驗(yàn)研究。研究表明脫硫率受到液氣比、填料床轉(zhuǎn)速、尿素溶液溶度的影響，最終得到最佳的工藝參數(shù)。在最佳工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上，當(dāng)溫度為70 ℃的條件時(shí)脫硫率可達(dá)到92%。該方法是在尿素脫硫工藝的基礎(chǔ)上引進(jìn)了超重力技術(shù)，二者結(jié)合實(shí)現(xiàn)了高效脫硫。超重力尿素脫硫工藝具有設(shè)備體積小、液氣比低、投資少等優(yōu)點(diǎn)。其脫硫工藝流程如圖1所示。

徐硯和朱群益[8]在干法活性炭脫硫的基礎(chǔ)上研制出一種新型的活性炭脫硫劑，椰殼活性炭擔(dān)載Cu脫硫劑在煅燒溫度為250 ℃時(shí)脫硫效果最好。黃祥等人[9]則利用核桃殼為原料來制備脫硫活性炭，新型柱狀活性炭比傳統(tǒng)的活性炭吸附能力提高。

2 煙氣脫硝技術(shù)

煙氣脫硝技術(shù)是煙氣通過還原劑把NOx還原為N2的一種技術(shù)。目前我國(guó)的脫硝技術(shù)還尚不成熟，主要以國(guó)外引進(jìn)的技術(shù)為主。國(guó)外應(yīng)用較多的是選擇性催化還原法（SCR）、選擇性非催化還原法（SNCR）以及聯(lián)合法（SNCR-SCR）。

選擇性催化還原法是指在催化劑的作用下，利用NH3或尿素將煙氣中的NOx還原為N2和H2O。SCR法是世界上應(yīng)用最多且最為成熟最有效的煙氣脫硝技術(shù)，其脫硝效率可達(dá)到90%。但也存在以下缺點(diǎn)：催化劑價(jià)格昂貴，氨水對(duì)管道腐蝕性強(qiáng)且氨易泄露，還原劑的消耗大等。

選擇性非催化還原法是在沒有催化劑的條件，高溫噴入還原劑使其迅速分解為NH3，NH3與煙氣中的NOx進(jìn)行反映生成N2。SNCR工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，投資成本低，適用于老機(jī)組的改造，但脫硝效率較低，一般為25%～40%。

聯(lián)合脫硝技術(shù)是一種SCR技術(shù)和SNCR技術(shù)的結(jié)合，將還原劑直接噴進(jìn)爐膛內(nèi)，高溫下脫去部分NOx，然后未反應(yīng)的還原劑進(jìn)入SCR反應(yīng)器與剩余的NOx進(jìn)行催化反應(yīng)。脫硫率可達(dá)80%，其優(yōu)缺點(diǎn)介于SCR和SNCR之間。

在2012年孫墨杰等人[10]提出了一種新型的煙氣脫硝技術(shù)-反硝化菌煙氣脫硝技術(shù)。反硝化菌在適宜的碳源下，利用氮氧化物合成自身生長(zhǎng)所需的有機(jī)氮，并通過異化反硝化作用使其轉(zhuǎn)化為N2，最終排放到大氣中。其工藝流程圖如圖2所示。反硝法的出現(xiàn)確實(shí)為煙氣脫硝提供了新的思路，但仍有不足之處。此方法只能在處理低濃度NOx的煙氣時(shí)具有優(yōu)勢(shì)，機(jī)理還不夠完善，有待進(jìn)一步的探索。

煙氣脫硝技術(shù)種類較多，實(shí)際應(yīng)用時(shí)一般將多種技術(shù)聯(lián)合到一起已達(dá)到脫硝的要求。

3 聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)

迄今為止，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者大量的研究了脫硫和脫硝技術(shù)，其工藝得到了大幅度的提高，但仍然存在不足。進(jìn)而煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)引起了工程界的普遍關(guān)注。一體化技術(shù)是將脫硫脫硝工藝合并到一套工藝流程當(dāng)中，不但可以減少設(shè)備裝置、降低投資經(jīng)費(fèi)，而且還可以減少?gòu)U物排放同時(shí)達(dá)到脫硫脫硝的目的。按照脫除機(jī)理的不同，脫硫脫硝一體化技術(shù)可以分為兩大類：一類是聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)；另一類是同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)[11]。

3.1 SNRB聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)

SNRB技術(shù)是用一個(gè)高溫布袋除塵器來凈化煙氣中的SO2和NOx[12]。其特點(diǎn)是占地面積小，設(shè)備中管道的腐蝕性較小，脫硫率能達(dá)到80%，脫硝率為90%。其工藝流程如圖3所示。

3.2 SNOx聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)

SNOx工藝是兩種催化反應(yīng)的結(jié)合，一是SCR的催化反應(yīng)，一是SO2的催化反應(yīng)，兩者相互結(jié)合達(dá)到脫硫脫硝的目的。機(jī)理主要是SO2催化氧化為SO3，然后在冷凝塔中制成硫酸；NOx在NH3中催化還原為N3和H2O[13]。其特點(diǎn)為脫硫和脫硝效率分別能達(dá)到95%和94%，無二次污染但是硫酸的儲(chǔ)運(yùn)比較困難。其工藝流程如圖4所示。

DESONOx脫硫脫硝技術(shù)與SNOx工藝相似，不同之處在于該工藝中的NOx和SO2的氧化在同一反應(yīng)其中進(jìn)行[11]。

3.3 活性炭/活性焦工藝[14～15]

活性炭/活性焦脫硫脫硝工藝是將煙氣吸收然后進(jìn)行化學(xué)分解，最后是產(chǎn)物的回收。煙氣先首先進(jìn)入吸附塔，在吸附塔內(nèi)SO2與鄰近吸附態(tài)的O2反應(yīng)生成SO3，然后與H2O反應(yīng)生成硫酸儲(chǔ)存于活性焦的微孔中，SO2被脫除；然后煙氣中的NOx與噴入的氨氣發(fā)生反應(yīng)，生成N2和H2O。工藝流程如圖5所示。

其特點(diǎn)是吸附劑來源廣，成本低、工藝簡(jiǎn)單。但存在活性炭易揮發(fā)，管道易腐蝕等缺點(diǎn)。此外還有循環(huán)流化床聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)[16]、粉煤灰脫硫脫硝技術(shù)[17]、半干噴霧脫硫脫硝技術(shù)[18]、MEROS煙氣凈化技術(shù)等。

4 同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)

4.1 電子束照射法

電子束照射法是將煙氣中SO2和NOx等氣態(tài)污染物置于高能等離子束下發(fā)生氧化反應(yīng)，生成HNO3和H2SO4，最后與加入煙氣中的NH3反應(yīng)生成NH4NO3和（NH4）2SO4[19]。此方法可分別達(dá)到90%的脫硫率和80%的脫硝率，且不產(chǎn)生污染物，普遍認(rèn)為它是一種有前景的煙氣凈化技術(shù)。但此方法仍存在以下問題：設(shè)備的可靠性低，加速器能耗較高，副產(chǎn)品的捕集困難，還有氨泄露等問題。工藝流程如圖6所示。

4.2 電暈放電法

脈沖電子暈脫硫脫硝技術(shù)（PPCP）的機(jī)理與電子束法基本一致，不同之處在于高能源不同，PPCP法是利用高壓脈沖來產(chǎn)生活化電子，以此破壞煙氣中SO2和NOx的化學(xué)鍵，生成對(duì)環(huán)境無害的物質(zhì)，從而達(dá)到脫硫脫硝的目的[20]。其特點(diǎn)是不需要電子槍和輻射屏蔽；不產(chǎn)生二次污染；脫硫脫硝效率高。但目前實(shí)驗(yàn)研究不充分無法大范圍的使用。工藝流程如圖7所示。

4.3 煙氣循環(huán)流化床技術(shù)

傳統(tǒng)的煙氣循環(huán)流化床技術(shù)中的吸收劑不能既脫硫又脫硝。針對(duì)這一問題，張毅等人[21]研制的“高氧型高活性吸收劑”實(shí)現(xiàn)了同時(shí)脫硫脫硝的目的。吸收劑與煙氣中的SO2反應(yīng)生成CaSO3和CaSO4，與NOx反應(yīng)生成Ca（NO3）2，與單質(zhì)汞反應(yīng)生成HgCl2或HgO，并被固體顆粒吸收，從而達(dá)到同時(shí)脫硫脫硝的目的。工藝流程圖如8所示。

目前國(guó)內(nèi)外興起的同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)還有NaClO2氧化吸收法[22]、光催化氧化法[23]、NOXSO技術(shù)[24]等。

5 結(jié)語

火電廠煙氣脫硫脫硝技術(shù)的研究已經(jīng)成為煙氣凈化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。筆者對(duì)近傳統(tǒng)的脫硫脫硝和近幾年國(guó)內(nèi)外脫硫脫硝技術(shù)的研究機(jī)理和發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行了綜述。目前出現(xiàn)的新方法理論仍不完善，尚處于試驗(yàn)初期，許多方面還需要深入研究。因此，為了真正實(shí)現(xiàn)大氣污染的控制，還加大力度研究脫硫脫硝技術(shù)。今后可以從無污染的吸收劑、設(shè)備革新、工藝創(chuàng)新等方面來進(jìn)行研究。

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