火電廠煙氣脫硫脫硝技術

趙一更 白曉雁

摘 要：在生產過程中火電廠煙氣中排放的SO2和NOx使得空氣質量嚴重下降，國內外采用脫硫脫硝技術來凈化煙氣質量。本文討論了傳統的脫硫脫硝方法和近幾年發展較快的煙氣脫硫脫硝技術，并分析了它們的機理和優缺點，對煙氣脫硫脫硝技術的發展提出建議。

關鍵詞：火電廠 煙氣脫硫技術 煙氣脫硝技術 聯合脫硫脫硝 同時脫硫脫硝

中圖分類號：X511 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（a）-0103-03

空氣污染嚴重影響著人類的健康和生存，這一話題受到各界人士的關注。火力發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。近幾年我國的大氣污染日趨嚴重，因此煙氣脫硫脫硝已成為控制大氣污染的必然趨勢。

脫硫脫硝技術大致可以分為單獨脫硫、單獨脫硝、聯合脫硫脫硝和同時脫硫脫硝等。聯合脫硫脫硝和同時脫硫脫硝又稱為一體化技術，是目前國內外研究的重點。本文主要綜述傳統的脫硫脫硝方法和近幾年發展較快的煙氣脫硫脫硝技術，分析其機理、技術特點和最新研究進展。

1 煙氣脫硫技術

煙氣脫硫技術是減少煙氣中SO2含量的有效方法之一，傳統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的粉末或顆粒。典型的干法脫硫技術有氧化物法和活性炭法[4]等，此技術在含硫量較低的情況下脫硫率較高，但脫硫產物不能循環使用；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、爐內噴鈣爐后活化法、灰外循環增勢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，但反應產物的灰循環效率低，不能進行連續的運行；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]。濕法脫硫技術是我國大部分電廠所采用的煙氣脫硫技術，此技術的成本較低、循環性大、脫硫效率高、脫硫后的產品易于回收利用，但系統比較復雜、設備成本比較高。

傳統的脫硫方法仍有很多缺點，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]在超重力旋轉填料床中，以尿素溶液為吸收劑進行煙氣中SO2的吸收試驗研究。研究表明脫硫率受到液氣比、填料床轉速、尿素溶液溶度的影響，最終得到最佳的工藝參數。在最佳工藝參數的基礎上，當溫度為70 ℃的條件時脫硫率可達到92%。該方法是在尿素脫硫工藝的基礎上引進了超重力技術，二者結合實現了高效脫硫。超重力尿素脫硫工藝具有設備體積小、液氣比低、投資少等優點。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上研制出一種新型的活性炭脫硫劑，椰殼活性炭擔載Cu脫硫劑在煅燒溫度為250 ℃時脫硫效果最好。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的活性炭吸附能力提高。

2 煙氣脫硝技術

煙氣脫硝技術是煙氣通過還原劑把NOx還原為N2的一種技術。目前我國的脫硝技術還尚不成熟，主要以國外引進的技術為主。國外應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法是世界上應用最多且最為成熟最有效的煙氣脫硝技術，其脫硝效率可達到90%。但也存在以下缺點：催化劑價格昂貴，氨水對管道腐蝕性強且氨易泄露，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進行反映生成N2。SNCR工藝簡單，操作簡單，投資成本低，適用于老機組的改造，但脫硝效率較低，一般為25%～40%。

聯合脫硝技術是一種SCR技術和SNCR技術的結合，將還原劑直接噴進爐膛內，高溫下脫去部分NOx，然后未反應的還原劑進入SCR反應器與剩余的NOx進行催化反應。脫硫率可達80%，其優缺點介于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-反硝化菌煙氣脫硝技術。反硝化菌在適宜的碳源下，利用氮氧化物合成自身生長所需的有機氮，并通過異化反硝化作用使其轉化為N2，最終排放到大氣中。其工藝流程圖如圖2所示。反硝法的出現確實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的煙氣時具有優勢，機理還不夠完善，有待進一步的探索。

煙氣脫硝技術種類較多，實際應用時一般將多種技術聯合到一起已達到脫硝的要求。

3 聯合脫硫脫硝技術

迄今為止，國內外的學者大量的研究了脫硫和脫硝技術，其工藝得到了大幅度的提高，但仍然存在不足。進而煙氣脫硫脫硝一體化技術引起了工程界的普遍關注。一體化技術是將脫硫脫硝工藝合并到一套工藝流程當中，不但可以減少設備裝置、降低投資經費，而且還可以減少廢物排放同時達到脫硫脫硝的目的。按照脫除機理的不同，脫硫脫硝一體化技術可以分為兩大類：一類是聯合脫硫脫硝技術；另一類是同時脫硫脫硝技術[11]。

3.1 SNRB聯合脫硫脫硝技術

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

3.2 SNOx聯合脫硫脫硝技術

SNOx工藝是兩種催化反應的結合，一是SCR的催化反應，一是SO2的催化反應，兩者相互結合達到脫硫脫硝的目的。機理主要是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]。其特點為脫硫和脫硝效率分別能達到95%和94%，無二次污染但是硫酸的儲運比較困難。其工藝流程如圖4所示。

DESONOx脫硫脫硝技術與SNOx工藝相似，不同之處在于該工藝中的NOx和SO2的氧化在同一反應其中進行[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行化學分解，最后是產物的回收。煙氣先首先進入吸附塔，在吸附塔內SO2與鄰近吸附態的O2反應生成SO3，然后與H2O反應生成硫酸儲存于活性焦的微孔中，SO2被脫除；然后煙氣中的NOx與噴入的氨氣發生反應，生成N2和H2O。工藝流程如圖5所示。

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

4 同時脫硫脫硝技術

4.1 電子束照射法

電子束照射法是將煙氣中SO2和NOx等氣態污染物置于高能等離子束下發生氧化反應，生成HNO3和H2SO4，最后與加入煙氣中的NH3反應生成NH4NO3和（NH4）2SO4[19]。此方法可分別達到90%的脫硫率和80%的脫硝率，且不產生污染物，普遍認為它是一種有前景的煙氣凈化技術。但此方法仍存在以下問題：設備的可靠性低，加速器能耗較高，副產品的捕集困難，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（PPCP）的機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生活化電子，以此破壞煙氣中SO2和NOx的化學鍵，生成對環境無害的物質，從而達到脫硫脫硝的目的[20]。其特點是不需要電子槍和輻射屏蔽；不產生二次污染；脫硫脫硝效率高。但目前實驗研究不充分無法大范圍的使用。工藝流程如圖7所示。

4.3 煙氣循環流化床技術

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

目前國內外興起的同時脫硫脫硝技術還有NaClO2氧化吸收法[22]、光催化氧化法[23]、NOXSO技術[24]等。

5 結語

火電廠煙氣脫硫脫硝技術的研究已經成為煙氣凈化技術的發展趨勢。筆者對近傳統的脫硫脫硝和近幾年國內外脫硫脫硝技術的研究機理和發展狀態進行了綜述。目前出現的新方法理論仍不完善，尚處于試驗初期，許多方面還需要深入研究。因此，為了真正實現大氣污染的控制，還加大力度研究脫硫脫硝技術。今后可以從無污染的吸收劑、設備革新、工藝創新等方面來進行研究。

參考文獻

[1] 程紫潤，管一明.干法脫硫工藝及提高吸收劑利用率[J].污染防治技術，1994，7（1）：38-41.

[2] 潘朝群.噴霧干燥法煙氣脫硫工藝評述[J].重慶環境科學，2003，25（8）：43-46.

[3] Al-Enezi G，Ettouney H，El-Dessonuky H， et al.Solubility of sulfur dioxide in seawater[J].Industrial & Engineering Chemisty Research，2001，40（5）：1431-1441.

[4] 任秀蓉，張宗友，常麗萍，等.氣體凈化中的硫化氫脫出技術研究[J].潔凈煤技術，2007，13（6）：70-73.

[5] 葛介龍，張佩芳，周釣忠，等.幾種半干法脫硫工藝機理探討[J].電力環境保護，2005，21（1）：13-16.

[6] 邵魯華，黃沖，潘一，等.煙氣脫硫處理技術研究進展[J].當代化工，2013，42（3）：313-315.

[7] 祁貴生，劉有智，谷德銀，等.超重力尿素法脫除煙氣中SO2的實驗研究[J].2013，38（5）：17-20.

[8] 徐硯，朱群益.椰殼活性炭擔載Cu脫硫劑煙氣脫硫試驗研究[J].動力工程學報，2011，31（7）：534-538.

[9] 黃祥，楊志山，陳杰，等.新型柱狀核桃殼活性炭脫硫動力學[J].環境工程學報，2013，7（6）：2273-2277.

[10] 孫墨杰，姜佳旭，于大禹.基于反硝化菌的煙氣脫硝技術研究進展[J].化工進展，2012，31（6）：1179-1183.

[11] 劉濤，曾令可，稅安澤，等.煙氣脫硫脫硝技術一體化技術的研究現狀[J].工業爐，2007，29（4）：12-15.

[12] 劉金榮，杜黎明.燃煤鍋爐氣/固催化聯合脫硫脫硝技術工藝分析[J].鍋爐技術，2007，38（3）：77-80.

[13] 杜濤.聯合脫硫脫硝技術探討[J].科學·環境，2012，9：132.

[14] 趙毅，方丹.煙氣脫硫脫硝一體化技術研究概況[J].資源節約與環保，2010，6：37-40.

[15] 翟尚鵬，劉靜，楊三可.活性焦煙氣凈化技術及其在我國的應用前景[J].化工環保，2006，26（3）：204-207.

[16] 楊柳春.內循環流化床煙氣脫硫裝置研究[J].化學工程，2006，34（7）：50-53.

[17] 葛能強.煙氣循環流化床一體化脫硫、脫硝技術[J].江蘇電機工程，2006，25（3）：64-66.

[18] Hill F F，Zan J K.Flue gas desulphurization by spary dry absorption[J].Chemical Engineering and Processing，2000，39：45-52.

[19] 利峰.電子束照射法脫硫脫氮技術[J].環境保護科學，2004，30（3）：4-6.

[20] 趙君科，王保健，任先文.脈沖電暈等離子體煙氣脫硫工業試驗研究[J].中國工程科學，2002，4（2）：74-78.

[21] 趙毅，劉松濤，于歡歡.鍋爐煙氣同時脫硫脫硝汞的方法及裝置：中國，CN1962034A[P].2007：5-16.

[22] 劉鳳，趙毅，王亞君，等.酸性NaClO2溶液同時脫硫脫硝的試驗研究[J].動力工程，2008，28（3）：425-429.

[23] 徐勇毅.TiO2光催化條件下同時脫硫脫硝試驗研究[D].保定：華北電力大學環境科學與工程學院，2006.

[24] The NOXSO process[M].Applied Catalysis B，1994，5：7-10.