技術前沿

技術前沿

氮肥增益煙氣多污染物協同控制技術

隨著我國對燃煤污染物控制種類越來越多、排放標準越加嚴格,除塵、脫硫、脫氮、脫汞和溫室氣體控制等一系列治理措施一次和多次性投資大、運行費用高,煙氣治理的工藝流程正在變得復雜而冗長。我國現有的這些煙氣治理技術如石灰石-石膏法脫硫技術、選擇性催化還原脫硝技術等主要存在著污染控制系統冗長復雜、硫硝資源浪費、副產物二次污染等問題。

燃煤煙氣脫硫以石灰石-石膏濕法技術為主,存在石灰石開采量大,脫硫石膏資源化率較低,石膏堆積和脫硫廢水二次污染嚴重等問題。我國每年脫硫所需石灰石開采量約2000多萬噸,每年排放的脫硫副產品(石膏)和脫硫廢水分別近1億噸,二者均含有較高濃度重金屬,易形成二次污染問題,同時也造成了我國石灰石、硫、水資源的嚴重浪費。

脫硝采用的選擇性催化還原(SCR)技術,存在對液氨需求量大、廢催化劑二次污染等問題。SCR技術以尿素或液氨為脫硝還原劑,每年運行需消耗大量的氨。若我國80%的電廠采用SCR技術,則每年消耗約500萬噸的氨,占全國氨總產量的10%,而其副產物為不可回收的氮氣。同時, SCR技術所用的催化劑主要成分以進口為主,限制了我國SCR脫硝產業的可持續性發展,并且所用催化劑失效后難以處置,所含重金屬易造成二次污染。

在脫汞方面,目前以協同脫除為主,存在污染轉移問題。研究結果表明,燃煤汞的60%-70%遷移至飛灰、脫硫石膏及脫硫廢水中,容易形成汞的二次污染。

煙氣多污染物協同控制技術從系統設計角度出發,對各污染物治理工藝進行一體化設計,同時有效配置動力、配電、輸送等配套系統,具有降低治理投資、占地、能耗和運行費用,減少二次污染并實現副產物的資源化再利用等優勢,具備商業推廣價值,是未來減排技術的發展方向。

目前,國內外煙氣多種污染物聯合脫除技術研發主要集中在聯合脫硫、脫硝、脫汞方面,有些技術還處在研發階段,一些技術已取得了一定研究成果,并在部分工業領域建設了示范裝置。比如活性炭吸附-催化一體化控制技術、臭氧氧化化學聯合吸收技術、電子束法脫硫、脫硝技術和氮肥增益煙氣多污染物協同控制技術等。但是,這些技術還有待進一步試用完善后推廣。針對我國燃煤煙氣治理技術的現狀,目前迫切需要開展適合我國國情的氮肥增益煙氣多污染物協同治理技術的研發。

在總結多年的煙氣污染物控制技術、深入研究各污染物相互影響機理和多種污染物控制技術協同效應的基礎上,這一技術的原理主要是通過催化劑在一定濃度硝酸中催化氧化煙氣中的一氧化氮,使得一氧化氮和二氧化氮比例為1：1左右,利用氨等堿液吸收去除,副產物硝酸銨通過氫氧化鈣等鈍化生成為硝酸銨鈣,以實現脫硝的目標。脫硫則通過稀土催化劑的氧化液與煙氣中的二氧化硫反應,生成稀硫酸。將煙氣中的二氧化硫變為硫酸、氮氧化物變為氮肥。該技術工藝簡單、方便易行、綜合能耗低。脫硝副產物硝酸銨鈣可作為農用化肥回收,脫硫副產物硫酸,易商品化,且無副產物二次污染問題。脫硫段由于吸收液和催化劑的氧化性可將煙氣中的零價汞氧化為二價汞并將其吸收脫除。可同時協同脫除汞,還可避免汞的二次污染。

該技術還以氯銨形式回收了煙氣中的氯離子,使脫硫工藝水可循環利用,實現無廢水排放,脫除效率高,二氧化硫脫除率99%以上,氮氧化物脫除率90%以上。由于一氧化氮的氧化不受煙氣中其他成分和濃度的影響,因而能夠適用不同氮氧化物濃度、成分的燃煤鍋爐、工業鍋爐、窯爐等煙氣污染物的治理。使用氮肥增益煙氣多污染物協同控制技術,企業只需出資在傳統技術條件下環保設備投資額的90%,環保運行費用的90%,還能按1∶1分得高硫煤與低硫煤的差價收益,預計3-5年可收回全部環保設備成本。

我國目前二氧化硫和氮氧化物的年排放量分別約為2200萬噸、2400萬噸,如其中有40%的二氧化硫和氮氧化物排放量采用氮肥增益煙氣多污染物協同控制技術處理,則每年可回收副產物硫酸約1400萬噸、硝酸銨鈣約3000萬噸。若按脫硫效率為95%,脫硝效率為80%,硫酸、硝酸銨鈣回收率98%,工藝水可循環利用計算,每年可節水1億噸。另外,我國是世界主要硫磺進口國,每年進口量約1000萬噸,而采用本工藝技術實現對硫資源的回收利用,可有效緩解我國硫磺的進口壓力。

中國環境科學研究院大氣污染控制技術研究中心與常州循天能源環境科技有限公司合作,在武漢長利玻璃有限公司已完成了將氮肥增益煙氣多污染物協同控制技術應用于1000立方米/時玻璃煙氣的中試研究和實踐。結果顯示,二氧化硫基本被完全脫除,氮氧化物出口濃度控制在300毫克/立方米以內,使用高硫煤煙氣脫除的銷售增益副產品是硫酸和氮肥。目前正在進行示范工程的建設工作,預計今年年底建成投產和驗收運行。中國環境科學研究院大氣污染控制技術研究中心還計劃在明年完成一個75噸以上的自備電廠脫硫、脫硝、脫汞試點,并逐步向工業鍋爐和水泥窯推廣應用該技術。

(汪家銘)