呂宏強(qiáng)

【摘要】火電廠燃煤生成的煙氣中含有大量污染物質(zhì)，對(duì)大氣環(huán)境影響很大，在國家大力推進(jìn)節(jié)能減排工作的背景下，脫硫脫硝一體化技術(shù)現(xiàn)已成為國內(nèi)控制煙氣污染的研發(fā)熱點(diǎn)。本文主要對(duì)脫硫脫硝一體化技術(shù)的原理、特點(diǎn)以及應(yīng)用前景進(jìn)行分析和探討，以期提高對(duì)該技術(shù)的認(rèn)識(shí)。

【關(guān)鍵詞】燃煤煙氣；脫硫脫硝；一體化技術(shù)；特點(diǎn)

我國能源構(gòu)成以煤炭為主，是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國，在電力運(yùn)行中，火力發(fā)電占有很大比重，主要以燃煤為主，所排放的煙氣中含有大量二氧化硫和氮氧化物，嚴(yán)重污染到大氣環(huán)境，一方面能源結(jié)構(gòu)在短期內(nèi)難以得到有效調(diào)整，另一方面環(huán)境治理的力度又在加強(qiáng)，這已經(jīng)成為火電廠今后發(fā)展必須要解決的矛盾，所提出的課題為：立足于我國基本國情，大力發(fā)展脫硫脫硝一體化技術(shù)。

一、固相吸附/再生脫硫脫硝技術(shù)

（一）技術(shù)原理 國內(nèi)外對(duì)脫硫脫硝一體化技術(shù)的研發(fā)從未停止過，目前已研發(fā)的種類近80種，但是真正用于生產(chǎn)實(shí)踐的并不多，而在已應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中的脫硫脫硝技術(shù)中，固相吸附/再生脫硫脫工藝較具有代表性，該技術(shù)主要采用的是固相吸收劑，通過理化吸附或催化作用來脫除燃煤煙氣中的二氧化硫和氮氧化物，所使用到的吸收劑有活性炭、分子篩等，基本上可以循環(huán)利用。

（二）特點(diǎn)分析 根據(jù)所用吸收劑的不同，固相吸附/再生脫硫脫硝技術(shù)的工藝方法可分為活性炭吸附法和CuO/Al2O3吸收法兩大類，其中活性炭吸附法脫硫的實(shí)現(xiàn)要先對(duì)煙氣進(jìn)行除塵、降溫和調(diào)濕，使再讓其進(jìn)入到裝有多孔活性炭的吸收塔，最后被孔結(jié)構(gòu)中的含氧絡(luò)合物基團(tuán)催化氧化，生成硫的副產(chǎn)物；脫硝的實(shí)現(xiàn)則是要進(jìn)入到NH3條件下與其發(fā)生反應(yīng)，最終生成硝的副產(chǎn)物。上述工藝方法現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，其不足在于耐壓、耐磨、耐沖擊性能差，在使用過程中易損耗，同時(shí)被氧化后會(huì)失效。在使用CuO/Al2O3吸收法時(shí)，單質(zhì)銅會(huì)被氧化為CuO，其與二氧化硫會(huì)進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)，在脫硫的同時(shí)鼓入適量的NH3，可使煙氣中的氮氧，化物轉(zhuǎn)化為無害的氮?dú)猓缓笤倥欧诺酱髿庵?，該工藝方法的脫硫脫銷率為90%、75%，其優(yōu)點(diǎn)為無二次污染產(chǎn)生，缺點(diǎn)也比較明顯，成本較高，難以廣泛推廣應(yīng)用[1]。

二、氣/固催化脫硫脫硝技術(shù)

（一）技術(shù)原理 氣/固催化脫硫脫硝技術(shù)所用到的催化劑可對(duì)二氧化硫和氮氧化物進(jìn)行直接氧化和還原，整體脫除率較高，主要工藝方法有WSA-SNOx、SNRB及Parsons煙氣清潔工藝。

（二）特點(diǎn)分析 WSA-SNOx工藝方法是一種聯(lián)合脫硫脫銷技術(shù)。燃煤煙氣先后進(jìn)入到SCR反應(yīng)器和二氧化硫轉(zhuǎn)化器，進(jìn)而完成脫硝和對(duì)二氧化硫的轉(zhuǎn)化，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)為去除率較高、運(yùn)行維護(hù)要求較低，且不會(huì)產(chǎn)生二次污染物，但是所生成的副產(chǎn)品，在儲(chǔ)運(yùn)中面臨很大困難。SNRB工藝方法則是將燃煤煙氣集中在高溫集塵室中，對(duì)其進(jìn)行整體性處理，噴入石灰水等鈣基吸收劑來脫除二氧化硫，再利用SCR催化劑促成化學(xué)反應(yīng)，該工藝方法適用范圍較廣，現(xiàn)正處于推廣階段[2]。再有Parsons煙氣清潔工藝方法，其所需要的設(shè)備較為復(fù)雜，優(yōu)點(diǎn)在于整體脫除率可達(dá)到99%以上，具體脫除過程為甲烷重整氣和硫磺裝置的尾氣混合，為催化氫化反應(yīng)模塊提供給料氣體，煙氣中成分進(jìn)入到蜂窩狀反應(yīng)器中被還原，再經(jīng)過熱蒸汽降溫器冷卻，并對(duì)其進(jìn)行凈化，最后轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫副產(chǎn)品。

三、液相脫硫脫硝技術(shù)

（一）技術(shù)原理 液相脫硫脫硝技術(shù)是在氣/液段將一氧化氮氧化為二氧化氮，相關(guān)工藝方法有絡(luò)合吸收法、尿素凈化煙氣法和氯酸氧化法，其中絡(luò)合吸收法以釩、鐵或鎳為催化劑，尿素凈化煙氣法以尿素為吸收劑，氯酸氧化法則是一種新開發(fā)的液相脫硫脫硝一體化技術(shù)。

（二）特點(diǎn)分析 絡(luò)合吸收法可同時(shí)脫除二氧化硫和氮氧化物，但是對(duì)二者的脫除效果卻存在很大差異，前者脫除率可達(dá)到90%以上，而后者僅為60%，且該工藝方法的整體利用率較低，脫除反應(yīng)較慢，并不適于工業(yè)化應(yīng)用。尿素凈化煙氣法是將煙氣引入高效吸收塔中完成接觸反應(yīng)，整個(gè)操作過程較為簡(jiǎn)單，但是吸收效率并不高，目前相關(guān)研發(fā)僅停留在實(shí)驗(yàn)階段。與前兩種工藝方法相比，氯酸氧化法最大的不足在于氯酸具有較強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)所用到的設(shè)備材質(zhì)要求較高，這也是目前實(shí)驗(yàn)研究必須要攻克的一大難題。

四、高能電子活化氧化技術(shù)

（一）技術(shù)原理 高能電子活化氧化技術(shù)是近年來研發(fā)的熱點(diǎn)，主要是利用高能電子撞擊煙氣中二氧化硫和氮氧化物的分子，對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)化，具體過程為分別將二氧化硫氧化為三氧化硫，一氧化氮氧化為二氧化氮，再各自與水分子發(fā)生反應(yīng)，生成二氧化硫和氮氧化物的副產(chǎn)物。相關(guān)工藝方法有EBA和PPCP，目前國內(nèi)外均將其視為今后脫硫脫硝一體化技術(shù)發(fā)展的主要趨向。

（二）特點(diǎn)分析 EBA和PPCP的劃分是根據(jù)高能電子的產(chǎn)生方式，前者是利用電子槍發(fā)射的高能電子束照射已降溫的煙氣，促使煙氣分子發(fā)生電離，完成二氧化硫和氮氧化物分子的高階轉(zhuǎn)化，通常設(shè)定電子能力為0.8～1MeV，煙氣溫度約70℃，這種脫硫脫硝工藝方法在德國、日本等國家很早就開始了實(shí)驗(yàn)研究，目前正在走向工業(yè)化，其優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備簡(jiǎn)單、容易操作和控制過程，且不會(huì)產(chǎn)生廢水、廢渣，脫硫、脫硝率分別在90%、80%以上，而且生成的副產(chǎn)物可以用作肥料，生產(chǎn)工藝較為環(huán)保，缺點(diǎn)在于需要建立放射線防護(hù)設(shè)施，同時(shí)對(duì)電子束加速器的維護(hù)成本也較高。后一種工藝方法是在電極上放置高壓脈沖電源，電暈極對(duì)接地極發(fā)生脈沖電暈放電，突發(fā)強(qiáng)電場(chǎng)產(chǎn)生的能量較大，容器內(nèi)煙氣分子突然獲得巨大的能量后，在常溫下產(chǎn)生高能電子和非平衡等離子體，通常情況下產(chǎn)生的能量在5eV以上。與EBA相比，PPCP因不需使用電子槍，所有不用單獨(dú)建設(shè)防護(hù)設(shè)施，相對(duì)投資較少，且脫硫脫硝率和除塵效果均能得到預(yù)期，因此，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更為明顯。

五、小結(jié)

綜上所述，國外內(nèi)對(duì)脫硫脫硝一體化技術(shù)的研發(fā)均十分重視，所涉及的工藝方法較多，工業(yè)化應(yīng)用除了要考慮到技術(shù)條件外，還要在經(jīng)濟(jì)性上具有競(jìng)爭(zhēng)力，目前活性焦燃煤煙氣脫硫脫硝技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用較具有發(fā)展前景，能夠帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，應(yīng)加大這方面的技術(shù)改造力度和工藝方法研究，促使相關(guān)設(shè)備盡早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

參考文獻(xiàn)

[1]王雪濤，王沛迪，劉予，等.燃煤電廠煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J].能源與節(jié)能，2014，15（8）：2-3.

[2]韓恒超，劉偉軍，曹偉武.燃煤煙氣聯(lián)合脫硫脫氮除塵技術(shù)研究進(jìn)展[J].上海環(huán)境科學(xué)，2011，13（5）：224-230.