張洋
摘要:世界環(huán)境形勢日益嚴峻,各國都在積極開發(fā)新能源,為的就是避免對環(huán)境造成的過度污染。煤炭是當前大氣污染的主要源頭之一,煤炭在燃燒的同時,往往會產(chǎn)生大量的硫化物和含硝物質(zhì),對環(huán)境會造成重大污染。因此,為保護環(huán)境,在煤炭的燃燒過程中做好煙氣的脫硫脫硝就成為了重要的一步。本文就從當前的脫硫脫硝技術(shù)進行分析,進一步探討當前脫硫脫硝技術(shù)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞:煙氣;脫硫脫硝;現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢
中圖分類號:X773 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2016)06(a)-0000-00
前言:隨著工業(yè)化進程的不斷深入,多數(shù)國家和地區(qū)的環(huán)境污染也日益嚴重。特別是大氣污染,由于大氣污染是一種全球性的問題,所以需要引起世界范圍內(nèi)的共同關(guān)注。目前,對大氣污染最為嚴重的是各種工業(yè)企業(yè)在燃料的使用過程中所產(chǎn)生的廢氣,這些廢氣通常包含大量的硫化物和氮氧化物成分,會對大氣造成極其嚴重的危害,更是酸雨和光化學(xué)煙霧形成的直接推手。因此環(huán)保等部門需要對此類廢氣的排放高度重視,并通過一系列手段規(guī)范處理相應(yīng)的廢氣,才能減少廢氣對大氣環(huán)境的負面影響。
一、近年來我國的空氣污染物排放現(xiàn)狀分析
最近幾年,北京空氣污染爆表的新聞頻繁見諸報端。這在一定程度上反應(yīng)了我國空氣污染的現(xiàn)狀。其實不只是北京,在華北多地都出現(xiàn)了嚴重的霧霾天氣,甚至對當?shù)氐木用裆疃荚斐闪酥T多不利影響,患有呼吸系統(tǒng)疾病的人員也在霧霾天里大大增加。
根據(jù)北京環(huán)保進程中心的霧霾觀察數(shù)據(jù)指出,PM2.5中所占成為最高的為硝酸鹽和二次硫酸顆粒,占到整個霧霾污染物的42%以上。這兩種大氣顆粒物一般由大氣中的SO 2 、 NH3和氮氧化物反應(yīng)生成,而這些物質(zhì)的最主要來源,就是來自于工業(yè)活動中的燃煤、燃油。特別是我國,由于煤炭儲量大,價格便宜,所以許多發(fā)電廠和工業(yè)企業(yè)的能源以煤炭為主,這大大加劇了我國的大氣污染狀況。
煤煙型污染是我國硫化物、氮氧化物以及顆粒物產(chǎn)生的首要大氣污染源。而且,百分之九十的SO2和百分之六十七的氮氧化物的排放都是來自于我國的燃煤。據(jù)不完全統(tǒng)計,我國的火電裝機容量已經(jīng)達到 86200 ×104 kW,發(fā)電裝機容量占到了全國的 69%以上。全國工業(yè)鍋爐 中,燃煤鍋爐的占比達到了驚人的85%。這些對大氣污染問題造成了直接的影響。
二、大氣污染物的控制技術(shù)現(xiàn)狀分析
大氣污染的現(xiàn)狀已經(jīng)如此嚴峻,對大氣污染物的控制已是刻不容緩。為此,我國在十二五規(guī)劃期間提出了一系列有關(guān)環(huán)境保護的正常措施,如《節(jié)能減排“十二五” 規(guī)劃》、《國家環(huán)境保護“十二五” 規(guī)劃 》等。其中對多個 燃料消耗行業(yè)進行了大氣污染物的排放標準制定工作,對相關(guān)企業(yè)的脫硫脫硝措施提出了相應(yīng)的要求。下面介紹我國大氣污染物控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。
2.1 煙氣脫硫技術(shù)的現(xiàn)狀
當前我國燃煤煙氣脫硫技術(shù),主要是以石灰石 - 石膏濕法、氧化鎂法、氨法、半干法、雙堿法、海水脫硫等技術(shù)為主。其以石灰石 - 石膏濕法,氨法、半干法、雙堿法這幾種在工業(yè)鍋爐脫硫工藝中應(yīng)用較多。其中因受地域限制的影響,海水脫硫是所有方法中應(yīng)用最少的。下面具體介紹各種脫硫技術(shù):
2.1.1石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)
這種脫硫工藝主要應(yīng)用碳酸鈣(CaCO3)或氫氧化鈣Ca(OH)2粉末的料漿來進行脫硫工作,其能有效去除空氣中的二氧化硫(SO2)。運用石灰石-石膏濕法進行脫硫工作,不僅效率高,穩(wěn)定性好,所需的成本也相對較低。因此,這種方法也是所有脫硫方法中應(yīng)用最廣泛的方法之一。在此種方法中,煙氣與堿性的吸收劑漿液在噴淋塔發(fā)生反應(yīng),煙氣中的二氧化硫(SO2)溶于水中,并與漿液中的碳酸鈣(CaCO3)或氫氧化鈣Ca(OH)2中和生成了亞硫酸鈣,強制氧化反應(yīng)是其成為了脫硫副產(chǎn)品石膏。目前石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)的脫硫效率可達95%至99%,對降低大氣污染具有舉足輕重的作用。
不過此技術(shù)中的副產(chǎn)品石膏卻是急需解決的問題。就算至按照燃煤的百分之一來計算含硫率,從13年燃煤發(fā)電產(chǎn)生的煙氣分析,電力行業(yè)每年需要消耗1200×104t的石灰石。且會生成大量的CaSO4 ·2H2O和CO2氣體。
2.1.2氨法脫硫技術(shù)
氨法脫硫技術(shù),這是一種濕法脫硫技術(shù)。該技術(shù)主要采用氨水作為吸收劑,將氨水與煙氣中的二氧化硫進行反應(yīng),達到脫硫效果。這種技術(shù)的最大優(yōu)點就是脫硫效率高,據(jù)測算,這種方法的脫硫率可高達95%到99%,同時,這種脫硫技術(shù)能耗較低,脫硫反應(yīng)速率也很快,其吸收劑的利用率也相對較高。更重要的是,此種脫硫技術(shù)的副產(chǎn)品可用作農(nóng)業(yè)肥料。
氨法脫硫技術(shù)是較為適宜中國具體情況的一種脫硫技術(shù),不過其對空氣的凈化卻不很徹底,在其凈化SO2氣體的同時,可能會產(chǎn)生相應(yīng)的NH3氣體,進而造成大氣的另一種污染。另一方面,由于氨法脫硫技術(shù)的副產(chǎn)品硫酸銨的銷售受到農(nóng)業(yè)市場和氣候季節(jié)的原因而波動,因此也會相應(yīng)的引起氨法脫硫法運行成本的大幅波動。
2.1.3其他脫硫技術(shù)探討
除了上述兩種主要脫硫方法外,還有一些不常用到的脫硫方法。如半干法脫硫技術(shù),其主要以鈣基脫硫劑為脫硫劑與煙氣在密閉的環(huán)境中進行反應(yīng),這種方法的脫硫效率較低,一般很難達到95%的脫硫率。而在我國對煙氣排放標準不斷提高的現(xiàn)狀,這種方法已經(jīng)很難符合排放標準了,因此其使用也被局限在很小的范圍內(nèi)。另一種不常用的脫硫方法就是海水脫硫技術(shù)了,這種脫硫技術(shù)需要大量用到海水資源,所以只有在靠近海邊的地區(qū)才能實現(xiàn),地域性非常強,所以應(yīng)用范圍也相對狹窄。
2.2煙氣脫硝技術(shù)的現(xiàn)狀分析
氮氧化物是目前造成酸雨問題的主要因素之一,其也對光化學(xué)煙霧的形成提供了前提。是目前大氣污染的重點控制排放物之一。脫硝技術(shù)可以在燃料燃燒之前、之中和之后進行。當前,燃燒前的脫硝方法主要包括洗選和加入氫脫硝。燃燒中的脫硝方法主要采用低氮燃燒技術(shù)實現(xiàn)。而燃燒后的推銷技術(shù),主要有SNCR(選擇性非催化還原)脫硝、SCR (選擇性催化還原)脫硝、電子束脫硝和活性炭吸附這幾種。在所有的脫硝技術(shù)中,燃燒前的脫硝一般需要對燃料進行處理,這直接導(dǎo)致了脫硝成本的居高不下,因此這種方法較不常用。下面主要介紹然燃燒中和燃燒后的脫硝技術(shù)。
2.2.1低氮燃燒技術(shù)分析
燃燒中的脫硝技術(shù)以低氮燃燒技術(shù)為主,其主要通過改變?nèi)紵南嚓P(guān)條件來達到降低氮氧化物排放的目的。低氮燃燒技術(shù)主要分為以下五類,空氣分級燃燒技術(shù)、低 NOx 燃燒器技術(shù)、煙氣再循環(huán)技術(shù)、燃料分級燃燒技術(shù)和循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)。上面所述的幾種低氮燃燒技術(shù),都是通過改變?nèi)剂系娜紵龡l件及方式 實現(xiàn)的脫硝目的。它們的使用的過程中會改變空氣混合方式,降低空氣比,從而達到控制燃燒溫度、抑制氮氧化物生成的效果。
不過就效果來說,當前的低氮燃燒技術(shù)效果并不十分明顯,目前的脫硝率在25%到40%之間。而且通過控制空氣比例的方式,容易造成燃料的不完全燃燒,不僅降低了鍋爐的燃燒效率,也容易造成爐壁的腐蝕和結(jié)渣狀況。
2.2.2 選擇性非催化還原脫硝技術(shù)
選擇性非催化還原脫硝技術(shù),以SNCR 脫硝技術(shù)為主。其最早發(fā)明于美國,后被日本大量投入到工業(yè)應(yīng)用之中。SNCR脫硝技術(shù)要求在800至1000℃的高溫中,將氨類化合物或者還原劑尿素與煙氣中的氮氧化物進行反應(yīng),可以生成N2。這樣將其中的氮元素分離出來,就能相應(yīng)的減少氮氧化物氣體的排放。這種技術(shù)能在高溫的環(huán)境中促使反應(yīng)迅速活化,可以避免使用催化劑。
SNCR 脫硝技術(shù)的優(yōu)點是系統(tǒng)簡單、阻力隱私小、系統(tǒng)占地少、且所需投資較低。不過其缺點也很明顯,那就是脫硝效率很低,只能達到20%到40%左右。要想提高脫硝效率也面臨著氨逃逸率大幅提高的窘境,這會造成大氣的重復(fù)污染。
2.2.3選擇性催化還原脫硝技術(shù)
選擇性催化還原脫硝技術(shù)以SCR 脫硝技術(shù)為代表,其是應(yīng)用催化劑,讓煙氣中的氮氧化物有選擇性的與氨發(fā)生反應(yīng),生成N 2 和 水。SCR 脫硝技術(shù)一般安裝在鍋爐尾部的反應(yīng)器中,與300到400℃的煙氣繁盛反應(yīng)。據(jù)測算,SCR 脫硝技術(shù)的脫銷率一般可達90%甚至更高,所以這種脫硫方式被我國廣泛的應(yīng)用于火力發(fā)電行業(yè)。SCR 脫硝技術(shù)的缺點是裝置占地面積大,投資費用高,維護成本大,其催化劑需要進行更換作業(yè)等。
三、脫硫脫硝技術(shù)的發(fā)展趨勢探討
現(xiàn)在我國對很多電廠實行了超凈排放改造措施,鼓勵采用綜合化的流程處理。對多種脫硫脫硝技術(shù)進行綜合利用,以減少相關(guān)大氣污染物的排放。這樣的措施雖然能大大降低煙氣中的相關(guān)污染物排放,但是其投資規(guī)模和占地較大,且容易造成副產(chǎn)物的二次污染等問題。要解決上述問題,就要相應(yīng)的發(fā)展成套一體化控制技術(shù)。當前國外已經(jīng)研發(fā)成功了很多相關(guān)工藝,如聯(lián)合脫硫脫硝的NOXSOX工藝、SNOX (WSA-SNOX)工藝、SNRB(SOX-NOX-ROX-BOX)工藝等。
我國環(huán)境科研院也開發(fā)的了相關(guān)技術(shù),即煙氣多污染物協(xié)同一體化資源化控制技術(shù)(RECO),其能將煙氣中的二氧化硫及三氧化硫制備成硫酸制品。并將氮氧化物氣體進過催化、氧化和氨吸收等工藝制備成農(nóng)業(yè)硝酸銨鈣或硝酸產(chǎn)品,且該技術(shù)還能在催化及氧化的工作中,完成對汞的脫除。采用這種技術(shù),不僅脫硫脫硝的效率交高,其副產(chǎn)品也符合相關(guān)的工業(yè)產(chǎn)品標準,可以實現(xiàn)商業(yè)化的銷售,避免副產(chǎn)品的二次污染。
RECO的應(yīng)用前景十分廣泛,其不僅對污染物的轉(zhuǎn)化效率高,且投資運行的成本相對較低。特別是從我國的國情出發(fā),符合我國的建設(shè)情況。目前我國的硫資源嚴重短缺,每年我國會對外大量進口硫磺礦產(chǎn),并將之用于硫酸的生產(chǎn)。RECO技術(shù)不僅能降低SO2對大氣的污染,還能在一定程度上緩解這一問題。另一方面,我國的糧食安全戰(zhàn)略要求我們保持農(nóng)業(yè)的自給自足,這就對我國的農(nóng)業(yè)發(fā)展提出了一定的要求。而眾所周知,農(nóng)業(yè)的發(fā)展離不開氮肥在內(nèi)的各種農(nóng)業(yè)物資。我國是氮肥消費大國,也是合成氨和硝酸生產(chǎn)大國。因此RECO技術(shù)的應(yīng)用,能改善我國的農(nóng)業(yè)肥料產(chǎn)業(yè)環(huán)境,促進落后產(chǎn)能的淘汰,對相關(guān)產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展有了很大的助推作用。
結(jié)語:
目前眾多單一的脫硫脫硝技術(shù)都面臨各種各樣的問題,而大氣污染的防治又是大勢之所趨。RECO技術(shù)不僅能極大的減少相關(guān)污染物對大氣的負面影響,其副產(chǎn)品也是符合我國國情和經(jīng)濟建設(shè)的。因此,在我國大力發(fā)展煙氣多污染物協(xié)同一體化資源化控制技術(shù)(RECO)是當前煙氣污染防治工作的重中之重。
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