李書偉 于 麗

（山西河曲發(fā)電有限公司山西河曲036500）

對(duì)燃煤煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)應(yīng)用的研究

李書偉 于 麗

（山西河曲發(fā)電有限公司山西河曲036500）

燃煤是我國(guó)水電廠動(dòng)力的最主要來源，這也決定了我們必然面臨解決二氧化硫和氮氧化物排放帶來的問題。

燃煤煙氣；脫硫脫硝；一體化

本文通過介紹不同的脫氧脫硫一體化技術(shù)，深入剖析其原理和方法，為煙氣的凈化提供方法的總結(jié)和整理，從而為一體化技術(shù)提供創(chuàng)新的源泉和動(dòng)力。

1 燃煤煙氣脫硫脫硝技術(shù)概述

作為全球最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)，中國(guó)對(duì)煤炭的生產(chǎn)和應(yīng)用是非常普遍的。但是，隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展及對(duì)煤炭需求量的日益增加，使得燃煤煙氣中的SO2和NOx含量不斷增加，對(duì)環(huán)境造成的威脅愈加嚴(yán)重。近年來，自然環(huán)境給人類發(fā)出的警號(hào)越來越來頻繁，降低SO2和NOx的排放成為一項(xiàng)緊迫而嚴(yán)峻的任務(wù)。

傳統(tǒng)的脫硫脫硝程序是分步進(jìn)行的，即脫硫與脫硝不能同時(shí)進(jìn)行，并且出現(xiàn)脫硫脫硝時(shí)間長(zhǎng)、過程復(fù)雜、步驟繁多、耗用資金多、脫硫脫硝效率不高等實(shí)質(zhì)性問題。這些問題的出現(xiàn)，使得生產(chǎn)率下降，與現(xiàn)代生產(chǎn)要求不相符合，不能適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，與構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)的宗旨更是相去甚遠(yuǎn)。綜合國(guó)內(nèi)外煙氣脫硫脫硝技術(shù)的研究，目前大多數(shù)國(guó)家都把目光聚集在一體化技術(shù)上，其優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)的脫硫脫氧技術(shù)不可比擬的。無(wú)論是從環(huán)保性、占用資金數(shù)量還是性價(jià)比以及功能性等各個(gè)方面來看，一體化技術(shù)都符合現(xiàn)代工藝的發(fā)展要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。

2 燃煤煙氣脫硫脫硝技術(shù)研究進(jìn)程

2.1 國(guó)外研究進(jìn)程

國(guó)外很多發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于燃煤煙氣脫硫脫硝方法的研究在很早以前就已經(jīng)展開了，在近幾十年的不斷發(fā)展中，以德國(guó)、美國(guó)和日本的研究和應(yīng)用成果最為突出，使得脫硫脫硝一體化的成果成功地運(yùn)用到了實(shí)際生產(chǎn)之中。

關(guān)于SO2和NOx的排放，各國(guó)主要通過對(duì)兩種污染物的產(chǎn)生和排放兩個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，并通過生產(chǎn)工藝的改進(jìn)、燃燒條件的控制、排放標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定以及安裝燃煤脫硫脫硝裝置等辦法降低污染物的排放。

德國(guó)于1983年7月1日生效的《聯(lián)邦防污染法》的第13款大型燒裝置法規(guī)GFAVO規(guī)定了嚴(yán)格的NOx排放允許值，在較早的時(shí)間里對(duì)NOx的排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了明確的規(guī)定，從而促進(jìn)生產(chǎn)工藝的大范圍改進(jìn)。在之后的時(shí)間里，隨著經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增長(zhǎng)，德國(guó)依靠強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)實(shí)力實(shí)現(xiàn)了脫硝技術(shù)的改革和創(chuàng)新，并實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)行業(yè)對(duì)脫硝技術(shù)的引進(jìn)和改良。在眾多的脫硝方法中，德國(guó)依靠強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)實(shí)力獲得了最優(yōu)的選擇權(quán)，催化還原法成為了其首選。鑒于此項(xiàng)技術(shù)的脫硝程度達(dá)到90%，德國(guó)火電廠的硝排放量幾乎達(dá)到了全球最低水平。

催化還原法的發(fā)明其實(shí)歸功于美國(guó)，近十年來，美國(guó)依然專注于它的發(fā)展和延伸。目前，美國(guó)對(duì)于氮氧化物的控制已經(jīng)躋身于最先進(jìn)國(guó)家的行列，其不斷在煤炭燃燒過程和脫硝技術(shù)上進(jìn)行突破，使得催化還原法不斷得到改進(jìn)和應(yīng)用。

而最先使得催化還原法實(shí)現(xiàn)普遍應(yīng)用和流傳的國(guó)家則是日本，日本依靠強(qiáng)大的商業(yè)頭腦在80年代使得催化還原法實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，并由此展開了在國(guó)際市場(chǎng)上的進(jìn)一步擴(kuò)大和延伸。

但是，由于脫硫脫硝技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得火電廠的耗電量增加了許多，從另一方面增加了SO2，因此，脫硫脫硝一體化技術(shù)仍然是各國(guó)研究的主要對(duì)象。

2.2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)程

我國(guó)對(duì)于燃煤煙氣脫硫脫硝的研究在眾多學(xué)者專家的努力下也取得了較大發(fā)展，并依靠數(shù)據(jù)化的方式對(duì)脫硫脫硝一體化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程和應(yīng)用程度進(jìn)行了詳細(xì)的描述和研究。在80年代，我們利用石灰石作為吸附劑，使得煙氣脫硫率達(dá)到了90%，但遺憾的是此項(xiàng)應(yīng)用對(duì)脫硝發(fā)揮的作用甚微。后來我們改進(jìn)了吸附劑的原料，轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽炕钚越够蚧钚蕴孔鳛槲絼瑫r(shí)利用富余氨對(duì)脫硫和脫硝進(jìn)行同步反應(yīng)，使得脫硫脫硝能夠同時(shí)進(jìn)行，這一效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于以往的方法。在對(duì)此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行理論性研究之后，我們將其進(jìn)行試點(diǎn)并投入實(shí)踐應(yīng)用之中，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一系列的商業(yè)化推廣，以達(dá)到對(duì)脫硫脫硝一體化的普及，提高對(duì)環(huán)境的保護(hù)及生產(chǎn)素質(zhì)的提升。

3 燃煤煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)分析

燃煤煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)根據(jù)其脫離過程和原理，大致可分為兩類：（1）聯(lián)合脫硫脫硝；（2）同時(shí)脫硫脫硝。聯(lián)合脫硫脫硝雖然也屬于一體化技術(shù)，但其應(yīng)用的步驟和使用的原料均比同時(shí)脫硫脫硝繁多，實(shí)用性低于后者，這也是各國(guó)致力于開發(fā)和研究同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)的最終原因。

3.1 聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)

3.1.1 碳質(zhì)材料吸附法

在吸附材料的選擇上，活性焦和活性炭較強(qiáng)的功能一直得到專家的青睞?；钚蕴渴且环N固質(zhì)炭，在表面擁有較多細(xì)孔，表面積在500m3/g～1700m3/g間，擁有強(qiáng)大的吸附功能。相比活性炭，活性焦的性能更加突出，擁有更加細(xì)致的細(xì)孔組合，吸附能力更加強(qiáng)大，效果也更佳。利用SO2與NOx的化學(xué)反應(yīng)原理，該工藝技術(shù)設(shè)計(jì)了三個(gè)步驟對(duì)兩者進(jìn)行吸收和凈化。

該工藝設(shè)施呈塔狀，稱為吸收塔。第一個(gè)步驟是脫除煙氣中的SO2，在煙氣進(jìn)入到設(shè)備裝置中時(shí)，利用活性焦的吸附功能脫除煙氣中的SO2，煙氣進(jìn)入到吸附塔的第二層時(shí)，噴入氨氣，使得氨氣與NOx產(chǎn)生反應(yīng)，在活性炭與氨氣的雙重作用下還原成水和N2，從而完成脫硫脫硝的目的。

3.1.2 CuO吸附法

該方法的應(yīng)用原理比炭質(zhì)材料吸附法稍微復(fù)雜，且運(yùn)用起來的成本較高，但是該項(xiàng)工藝的運(yùn)用可以脫離90%的硫和75%的硝，凈化程度較高。其實(shí)行的步驟如下：將氨氣與煙氣混合，然后通過裝有CuO/A l2O3吸收劑的床層，利用CuO與SO2的化學(xué)反應(yīng)生成CuSO4，在CuSO4，CuO和氨氣共同作用下，促進(jìn)對(duì)氮氧化物的吸收，吸收飽和的吸附劑還可以進(jìn)行再生回收，整個(gè)過程不會(huì)產(chǎn)生任何污染物，但是吸附層的長(zhǎng)期使用會(huì)降低吸附作用，使得凈化煙氣的功能不斷降低直至最終消失，所以，該方法由于其耐用性較低，一直未能被工業(yè)生產(chǎn)廣泛運(yùn)用。

3.1.3 電子束法電子束法與前兩種方法的原理不同，該項(xiàng)技術(shù)操作過程較為簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，在國(guó)外很受工業(yè)生產(chǎn)的歡迎。為了實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝的目的，該項(xiàng)工藝主要利用物理原理與化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的方式進(jìn)行，首先利用高能電子束照射煙氣，使得煙氣中的SO2和NOx被產(chǎn)生的活性基因OH、OH2、O等氧化，形成硫酸銨和硝酸銨，同時(shí)注入氨氣與之發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)過一系列的反應(yīng)，最后形成硫酸銨和硝酸銨，從而實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝的最終目的。這個(gè)工藝主要涉及四個(gè)裝置，分別是煙氣冷卻塔、反應(yīng)器、氨供應(yīng)設(shè)備以及最后的副產(chǎn)品收集器，它主要是將硫酸銨和硝酸銨與氨發(fā)生反應(yīng)生成肥料。

這項(xiàng)工藝的SO2脫離程度達(dá)到95%，同時(shí)脫硝率達(dá)到80%～85%，具有非常顯著的效果。

3.1.4 脈沖電暈法

脈沖電暈法不僅具有脫硫脫硝的功能，同時(shí)還具備除塵的功能。其原理與電子束法原理基本相同，共同點(diǎn)都是通過獲取活性基來促成脫硫脫硝的進(jìn)程。不同的是脈沖電暈法高能電子的獲得是通過高壓電源的方式，而電子束法是通過加速器來獲得。但是，脈沖電暈法比電子束法更為節(jié)約資源，安全性能也更高。

3.2 同時(shí)脫硫脫硝一體化技術(shù)

3.2.1 干式吸附再生技術(shù)

干式吸附再生技術(shù)也叫NOxSO法。這種方法可以使得SO2和NOx同時(shí)被吸附，并且硫最終可被作為再生資源利用。燃煤在燃燒后煙氣經(jīng)鍋爐排放出來，進(jìn)入煙氣吸收塔，承載著γ-Al2O3圓球上的鈉鹽作為吸收SO2和NOx的吸附物，在吸收塔中把這兩種物質(zhì)吸收干凈之后，被凈化的煙才能排出到大氣之中。對(duì)于吸納劑飽和的情況，通過吸收劑處理器對(duì)吸收劑進(jìn)行再生處理，即利用600℃的高溫使再生處理器中的吸附劑釋放氮氧化物，重新回歸穩(wěn)定狀態(tài)，冷卻后再進(jìn)入吸收器履行吸附劑的作用，形式吸收SO2和NOx的職責(zé)。這種方法使得SO2和NOx兩者的吸收同步進(jìn)行，減少了吸附劑和設(shè)備設(shè)計(jì)的成本，且脫硫率和脫硝率的程度較高，分別為98%和75%。

3.2.2 絡(luò)合吸收法

該種方法屬于濕法同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)中的一種，主要原理是將NO通過不同的方法氧化成NO2，然后再進(jìn)行相關(guān)的處理。絡(luò)合吸收法利用亞硝酰亞鐵鰲合物的反應(yīng)條件，在堿性溶液中加入亞鐵離子，結(jié)合相關(guān)反應(yīng)條件使之生成氨基羥酸亞鐵螯合物，氨基羥酸亞鐵螯合物進(jìn)而與NO和SO2進(jìn)行一系列反應(yīng)生成NH3和FeSO4，從而達(dá)到同時(shí)脫硫脫硝的目的。雖然這是一種新的同時(shí)脫硫脫硝方法，但其性能卻與期望相去甚遠(yuǎn)，其脫硫脫硝的效率很低，但對(duì)工藝技術(shù)的要求卻較高，實(shí)用性遠(yuǎn)不能達(dá)到現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的要求，因而較少機(jī)會(huì)被應(yīng)用到。

3.2.3 富氧型高活性吸收劑法

此項(xiàng)工藝是由傳統(tǒng)的煙氣循環(huán)流化床脫硫脫硝技術(shù)進(jìn)化而來，具有較強(qiáng)的可行性和價(jià)值性。該項(xiàng)工藝設(shè)立了循環(huán)流化床反應(yīng)器，其中反應(yīng)器的組成主要是粉煤灰、消石灰和添加劑等，依靠這些吸附劑與煙氣中的NO和SO2進(jìn)行反應(yīng)，生成CaSO3和Ca-SO4，以此達(dá)到脫硫脫硝的目的，使煙氣經(jīng)過除塵器之后進(jìn)一步凈化灰塵，才被釋放出來。此項(xiàng)工藝的優(yōu)點(diǎn)在于不僅可以凈化煙氣中的氮氧化物，而且可以消除煙氣中的汞，使得環(huán)境保護(hù)功能更加強(qiáng)大，且其對(duì)氮氧化物的綜合進(jìn)化率高達(dá)75%，設(shè)備制作成本也低，維護(hù)成本較合理，因此普遍適用于工業(yè)生產(chǎn)之中。

3.2.4 Na2S和NaOH吸附劑法

該項(xiàng)工藝通過設(shè)立氧化吸收塔，使NO和SO2吸收塔內(nèi)附有的HClO3吸附劑，通過化學(xué)條件氧化成HCl、HNO3和H2SO4，為保證有毒氣體的凈化程度，再設(shè)置一個(gè)堿性吸收塔，對(duì)殘余的酸性氣體進(jìn)行再次處理，進(jìn)一步保證排出的氣體含有的NO和SO2達(dá)到最低水平。經(jīng)過認(rèn)真的對(duì)比和數(shù)據(jù)分析，此項(xiàng)技術(shù)的溫度條件、占地要求和操作技術(shù)要求等均被國(guó)內(nèi)外專家接受，但由于其中吸附劑的成分具有高度的腐蝕性，因此對(duì)設(shè)備的材質(zhì)要求很高，致使該項(xiàng)技術(shù)雖然在理論上得到認(rèn)可，但對(duì)于普遍推廣來講，目前仍處于較為艱難的階段，所以仍然需要投入較多的研究精力。

4 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)企業(yè)在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)行業(yè)發(fā)展中占據(jù)很大的比例，具有較為特殊和舉足輕重的地位。自從我國(guó)加入WTO以來，國(guó)際經(jīng)濟(jì)環(huán)境對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求較為嚴(yán)格，環(huán)保和高品質(zhì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展勢(shì)在必行，建立環(huán)境和諧的理念不斷地被強(qiáng)調(diào)，對(duì)于氣體排放的要求更是這些目標(biāo)達(dá)成的重要內(nèi)容。上述脫硫脫硝技術(shù)大部分都是依靠不同的吸附物對(duì)氮氧化物和硫化物進(jìn)行凈化，因而對(duì)于吸附劑的需求非常大，但卻同時(shí)面臨吸附物再生困難的困境。因此，探索和創(chuàng)新脫硫脫氧一體化技術(shù)仍然是我們繼續(xù)努力的重要工作。

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