對燃煤煙氣脫硫脫硝一體化技術應用的研究

李書偉 于 麗

（山西河曲發電有限公司山西河曲036500）

對燃煤煙氣脫硫脫硝一體化技術應用的研究

李書偉 于 麗

（山西河曲發電有限公司山西河曲036500）

燃煤是我國水電廠動力的最主要來源，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，深入剖析其原理和方法，為煙氣的凈化提供方法的總結和整理，從而為一體化技術提供創新的源泉和動力。

1 燃煤煙氣脫硫脫硝技術概述

作為全球最大的煤炭生產國，中國對煤炭的生產和應用是非常普遍的。但是，隨著生產的不斷發展及對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，對環境造成的威脅愈加嚴重。近年來，自然環境給人類發出的警號越來越來頻繁，降低SO2和NOx的排放成為一項緊迫而嚴峻的任務。

傳統的脫硫脫硝程序是分步進行的，即脫硫與脫硝不能同時進行，并且出現脫硫脫硝時間長、過程復雜、步驟繁多、耗用資金多、脫硫脫硝效率不高等實質性問題。這些問題的出現，使得生產率下降，與現代生產要求不相符合，不能適應生產發展的需要，與構建社會主義和諧社會的宗旨更是相去甚遠。綜合國內外煙氣脫硫脫硝技術的研究，目前大多數國家都把目光聚集在一體化技術上，其優勢是傳統的脫硫脫氧技術不可比擬的。無論是從環保性、占用資金數量還是性價比以及功能性等各個方面來看，一體化技術都符合現代工藝的發展要求，具有廣闊的應用前景。

2 燃煤煙氣脫硫脫硝技術研究進程

2.1 國外研究進程

國外很多發達國家對于燃煤煙氣脫硫脫硝方法的研究在很早以前就已經展開了，在近幾十年的不斷發展中，以德國、美國和日本的研究和應用成果最為突出，使得脫硫脫硝一體化的成果成功地運用到了實際生產之中。

關于SO2和NOx的排放，各國主要通過對兩種污染物的產生和排放兩個環節進行控制，并通過生產工藝的改進、燃燒條件的控制、排放標準的設定以及安裝燃煤脫硫脫硝裝置等辦法降低污染物的排放。

德國于1983年7月1日生效的《聯邦防污染法》的第13款大型燒裝置法規GFAVO規定了嚴格的NOx排放允許值，在較早的時間里對NOx的排放標準進行了明確的規定，從而促進生產工藝的大范圍改進。在之后的時間里，隨著經濟實力的不斷增長，德國依靠強大的經濟實力實現了脫硝技術的改革和創新，并實現了生產行業對脫硝技術的引進和改良。在眾多的脫硝方法中，德國依靠強大的經濟實力獲得了最優的選擇權，催化還原法成為了其首選。鑒于此項技術的脫硝程度達到90%，德國火電廠的硝排放量幾乎達到了全球最低水平。

催化還原法的發明其實歸功于美國，近十年來，美國依然專注于它的發展和延伸。目前，美國對于氮氧化物的控制已經躋身于最先進國家的行列，其不斷在煤炭燃燒過程和脫硝技術上進行突破，使得催化還原法不斷得到改進和應用。

而最先使得催化還原法實現普遍應用和流傳的國家則是日本，日本依靠強大的商業頭腦在80年代使得催化還原法實現了商業化，并由此展開了在國際市場上的進一步擴大和延伸。

但是，由于脫硫脫硝技術的廣泛應用，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仍然是各國研究的主要對象。

2.2 國內研究進程

我國對于燃煤煙氣脫硫脫硝的研究在眾多學者專家的努力下也取得了較大發展，并依靠數據化的方式對脫硫脫硝一體化技術的發展進程和應用程度進行了詳細的描述和研究。在80年代，我們利用石灰石作為吸附劑，使得煙氣脫硫率達到了90%，但遺憾的是此項應用對脫硝發揮的作用甚微。后來我們改進了吸附劑的原料，轉變為依靠活性焦或活性炭作為吸附劑，同時利用富余氨對脫硫和脫硝進行同步反應，使得脫硫脫硝能夠同時進行，這一效果遠遠大于以往的方法。在對此項技術進行理論性研究之后，我們將其進行試點并投入實踐應用之中，并在此基礎上進行一系列的商業化推廣，以達到對脫硫脫硝一體化的普及，提高對環境的保護及生產素質的提升。

3 燃煤煙氣脫硫脫硝一體化技術分析

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

3.1 聯合脫硫脫硝技術

3.1.1 碳質材料吸附法

在吸附材料的選擇上，活性焦和活性炭較強的功能一直得到專家的青睞。活性炭是一種固質炭，在表面擁有較多細孔，表面積在500m3/g～1700m3/g間，擁有強大的吸附功能。相比活性炭，活性焦的性能更加突出，擁有更加細致的細孔組合，吸附能力更加強大，效果也更佳。利用SO2與NOx的化學反應原理，該工藝技術設計了三個步驟對兩者進行吸收和凈化。

該工藝設施呈塔狀，稱為吸收塔。第一個步驟是脫除煙氣中的SO2，在煙氣進入到設備裝置中時，利用活性焦的吸附功能脫除煙氣中的SO2，煙氣進入到吸附塔的第二層時，噴入氨氣，使得氨氣與NOx產生反應，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

該方法的應用原理比炭質材料吸附法稍微復雜，且運用起來的成本較高，但是該項工藝的運用可以脫離90%的硫和75%的硝，凈化程度較高。其實行的步驟如下：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的化學反應生成CuSO4，在CuSO4，CuO和氨氣共同作用下，促進對氮氧化物的吸收，吸收飽和的吸附劑還可以進行再生回收，整個過程不會產生任何污染物，但是吸附層的長期使用會降低吸附作用，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，一直未能被工業生產廣泛運用。

3.1.3 電子束法電子束法與前兩種方法的原理不同，該項技術操作過程較為簡單，實用性強，在國外很受工業生產的歡迎。為了實現脫硫脫硝的目的，該項工藝主要利用物理原理與化學反應相結合的方式進行，首先利用高能電子束照射煙氣，使得煙氣中的SO2和NOx被產生的活性基因OH、OH2、O等氧化，形成硫酸銨和硝酸銨，同時注入氨氣與之發生反應，經過一系列的反應，最后形成硫酸銨和硝酸銨，從而實現脫硫脫硝的最終目的。這個工藝主要涉及四個裝置，分別是煙氣冷卻塔、反應器、氨供應設備以及最后的副產品收集器，它主要是將硫酸銨和硝酸銨與氨發生反應生成肥料。

這項工藝的SO2脫離程度達到95%，同時脫硝率達到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，共同點都是通過獲取活性基來促成脫硫脫硝的進程。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約資源，安全性能也更高。

3.2 同時脫硫脫硝一體化技術

3.2.1 干式吸附再生技術

干式吸附再生技術也叫NOxSO法。這種方法可以使得SO2和NOx同時被吸附，并且硫最終可被作為再生資源利用。燃煤在燃燒后煙氣經鍋爐排放出來，進入煙氣吸收塔，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吸收干凈之后，被凈化的煙才能排出到大氣之中。對于吸納劑飽和的情況，通過吸收劑處理器對吸收劑進行再生處理，即利用600℃的高溫使再生處理器中的吸附劑釋放氮氧化物，重新回歸穩定狀態，冷卻后再進入吸收器履行吸附劑的作用，形式吸收SO2和NOx的職責。這種方法使得SO2和NOx兩者的吸收同步進行，減少了吸附劑和設備設計的成本，且脫硫率和脫硝率的程度較高，分別為98%和75%。

3.2.2 絡合吸收法

該種方法屬于濕法同時脫硫脫硝技術中的一種，主要原理是將NO通過不同的方法氧化成NO2，然后再進行相關的處理。絡合吸收法利用亞硝酰亞鐵鰲合物的反應條件，在堿性溶液中加入亞鐵離子，結合相關反應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而與NO和SO2進行一系列反應生成NH3和FeSO4，從而達到同時脫硫脫硝的目的。雖然這是一種新的同時脫硫脫硝方法，但其性能卻與期望相去甚遠，其脫硫脫硝的效率很低，但對工藝技術的要求卻較高，實用性遠不能達到現代工業生產的要求，因而較少機會被應用到。

3.2.3 富氧型高活性吸收劑法

此項工藝是由傳統的煙氣循環流化床脫硫脫硝技術進化而來，具有較強的可行性和價值性。該項工藝設立了循環流化床反應器，其中反應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進行反應，生成CaSO3和Ca-SO4，以此達到脫硫脫硝的目的，使煙氣經過除塵器之后進一步凈化灰塵，才被釋放出來。此項工藝的優點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，使得環境保護功能更加強大，且其對氮氧化物的綜合進化率高達75%，設備制作成本也低，維護成本較合理，因此普遍適用于工業生產之中。

3.2.4 Na2S和NaOH吸附劑法

該項工藝通過設立氧化吸收塔，使NO和SO2吸收塔內附有的HClO3吸附劑，通過化學條件氧化成HCl、HNO3和H2SO4，為保證有毒氣體的凈化程度，再設置一個堿性吸收塔，對殘余的酸性氣體進行再次處理，進一步保證排出的氣體含有的NO和SO2達到最低水平。經過認真的對比和數據分析，此項技術的溫度條件、占地要求和操作技術要求等均被國內外專家接受，但由于其中吸附劑的成分具有高度的腐蝕性，因此對設備的材質要求很高，致使該項技術雖然在理論上得到認可，但對于普遍推廣來講，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 結語

工業企業在我國的經濟行業發展中占據很大的比例，具有較為特殊和舉足輕重的地位。自從我國加入WTO以來，國際經濟環境對我國的經濟發展要求較為嚴格，環保和高品質的經濟發展勢在必行，建立環境和諧的理念不斷地被強調，對于氣體排放的要求更是這些目標達成的重要內容。上述脫硫脫硝技術大部分都是依靠不同的吸附物對氮氧化物和硫化物進行凈化，因而對于吸附劑的需求非常大，但卻同時面臨吸附物再生困難的困境。因此，探索和創新脫硫脫氧一體化技術仍然是我們繼續努力的重要工作。

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