淺談有機催化煙氣綜合治理技術及其應用

摘 要：針對某公司熱電廠現有1、2號燃煤鍋爐氮氧化物和二氧化硫排放濃度超標的問題，淺談有機催化煙氣綜合治理技術的反應原理、工藝流程、技術特點及其應用。

關鍵詞：有機催化煙氣綜合治理技術；脫硝、脫硫反應機理；工藝流程；氨逃逸；氣溶膠；技術特點；預期應用效果

1 概述

根據《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）及國家環境保護部最新發布的公告（2013年第14號）：現有企業“十二五”期間，位于重點控制區47個城市主城區的火電、鋼鐵、石化行業現有企業以及燃煤鍋爐項目執行大氣污染物特別排放限值。烏魯木齊在47個城市之列，重點地區的火力發電鍋爐及燃氣輪機組執行表2規定的大氣污染物特別排放限值，二氧化硫排放濃度限值為50mg/Nm3，氮氧化物排放濃度限值為100mg/Nm3。烏魯木齊市某公司熱電廠現有1、2號燃煤鍋爐（額定煙氣總量530000Nm3/h），二氧化硫排放濃度為1500mg/Nm3，氮氧化物排放濃度為650mg/Nm3，已嚴重超標，必須對其進行脫硝、脫硫技術改造。

有機催化煙氣綜合治理技術是國內對煙氣中的SO2和NOX同時進行治理的一種新興技術。該技術屬脫硫、脫硝和脫汞一體化技術，即在一個吸收塔內完成脫硫、脫硝和脫汞，不需設獨立的脫硫、脫硝和脫汞系統，大大降低了環保項目的投資費用和運行費用，不產生二次污染，副產品化肥還可回收經濟效益，做到變廢為寶。

2 有機催化煙氣綜合治理技術

有機催化煙氣綜合治理技術，是來自以色列的一種獨特的煙氣處理專利技術，用于治理各種鍋爐所排放煙氣中的氮氧化物和二氧化硫，同時具有脫汞的作用；該技術已獲歐盟及美國專利。

2.1 脫硝、脫硫反應基理

有機催化脫硝技術是在鍋爐采用低氮燃燒降氮（約40%）后，在煙氣進入吸收塔前（低溫段煙氣）利用強氧化劑強氧化煙氣中的NO，使其轉化為易溶于水的高價氮氧化物（NO2或N2O3），從而溶于水生成硝酸和亞硝酸；然后在吸收塔里，通過含有有機催化劑的混合液循環噴淋對煙氣進行清洗，有機催化劑中的自由電子對基團與亞硝酸結合成穩定絡合物，有效抑制了不穩定的亞硝酸分解再次釋放污染氣體，并促進它們被持續氧化成硝酸，與有機催化劑自動分離，通過加入氨水與硝酸中和，制成有價值副產品——硝酸銨化肥，有機催化劑循環利用。通過低氮燃燒與臭氧氧化相組合，有機催化技術可以實現穩定良好的脫硝效果。

在吸收塔里，有機催化劑對脫硫過程中亞硫酸的處理過程與上述對亞硝酸的處理過程相似，因而脫硫和脫硝可以同時進行。脫硫脫硝一體化時得到的是硫酸銨和硝酸銨混合肥。

2.2 工藝流程簡述

煙氣自鍋爐引風機出口煙道引出，經煙道噴淋降溫、脫硝氧化，然后進入吸收塔進行脫硫、脫硝和脫汞；處理后的干凈煙氣由煙囪排出。

有機催化煙氣綜合治理技術，整個裝置包括：煙氣系統、循環吸收系統、氨水制備和供給系統、脫硝氧化系統、固液分離系統、化肥制備系統、事故排空系統、工藝水系統、壓縮空氣系統等。

有機催化技術采用的吸收塔從下至上按其功能分為混合液段、吸收段、除霧段。在吸收塔混合液段布置有攪拌器和氧化空氣曝氣管為吸收塔提供氧化空氣，將亞硫酸銨和亞硝酸銨氧化成硫酸和硝酸。吸收塔為噴淋空塔，內設三層噴淋、塔頂設有二級除霧器和一層防逃逸裝置（設有在線自動沖洗系統），塔內裝有機催化劑。SO2、NOX在吸收塔內通過催化劑的作用被氧化和脫除，同時在塔內生成硫酸銨和硝酸銨鹽液。通過控制氨水加入量，控制吸收塔漿液的PH值約5.5～6.5。循環系統采用單元制設計，每個噴淋層都配有一臺獨立的循環泵，保證吸收塔內200%以上的吸收漿液覆蓋率。

本項目中和劑為業主提供的20%濃度的氨水，再經氨水罐和泵不斷地補充到吸收塔內。

本項目采用氧氣源，氧氣為該公司化肥廠空分裝置放空氣氧，經減壓、穩壓后送至臭氧發生器生成脫硝氧化劑臭氧，經臭氧均布器進入煙道參與反應。

鹽液從吸收塔漿液池中泵出，經固液、液液分離后，泥餅落入接渣車；催化劑回收后循環使用；化肥鹽液經泵輸送至后處理，在后處理廠房內經蒸發、結晶、干燥、包裝后，生成硫酸銨和硝酸銨混合肥。

事故排空系統在事故狀態或檢修時，吸收塔內漿液通過排出泵送入事故罐臨時儲存，待事故消除或檢修完成時，由事故罐返回泵將漿液送回吸收塔內，以滿足準備正常運行的需要。

壓縮空氣系統負責煙氣溫控裝置、事故降溫裝置、臭氧均布器、固液分離系統、化肥制備系統用氣。

有機催化煙氣綜合治理技術的核心，是采用一種專利生產的有機催化劑。該催化劑具有對二氧化硫等酸性氣體的強烈捕捉能力，并對脫硫脫硝具有正向反應的促進作用，同時還對汞等重金屬具有極強的物理吸附作用，可以持續地對煙氣中含量很少的汞等重金屬進行吸附、收集，當催化劑吸收重金屬飽和后，可在線分離，重金屬的存在不會對有機催化劑的脫硫、脫硝能力產生任何影響。

3 氨逃逸、氣溶膠問題的解決措施

在濕法脫硫中，氨逃逸、氣溶膠現象是一個眾所周知的瓶頸問題。本項目對吸收塔做了一些改進，以下五個部分均可起到減少氨逃逸、氣溶膠的作用：（1）在圖示1的吸收塔漿液區，由于有機催化脫硫脫硝工藝的氨水是從脫硫塔的底部注入（即液相加入而非氣相加入），pH值控制在5.5到6.5的弱酸性環境，并通過自動控制系統實時補充氨水；新加入的氨水迅速與被有機催化劑捕獲并轉化生成的硫酸和硝酸進行中和反應，生成穩定的硫酸銨和硝酸銨化肥。由于漿液池維持在匱氨的弱酸環境，沒有富余的堿性物質逃逸，也就不易產生氣溶膠的問題，大大減少了氨水在噴淋層產生氨逃逸的機會。（2）在圖示2的吸收反應區，煙氣中的SO2和經氧化后生成的NbO3、NOb等酸性氣體首先遇水生成亞硫酸和亞硝酸，亞硫酸和亞硝酸隨即被有機催化劑的硫氧基團穩定住，生成臨時的共價化合物，阻止了亞硫酸和亞硝酸的二次分解，并促成其氧化成硫酸和硝酸，從而達到高效脫硫脫硝的效果。在該過程，因首先與亞硫酸反應的是有機催化劑而不是氨，不僅降低了吸收反應區的氨濃度（同時減少了氨逃逸），而且避免了亞硫酸氫銨的產生，從而大大減少因亞硫酸氫銨分解、再聚合產生的氣溶膠問題，從源頭上減少了氨逃逸和氣溶膠的產生。（3）在圖示3的位置，采用專有防逃逸系統，使得處理后的煙氣回旋上升，不但減緩了煙氣上升速度，還使得液滴進一步下墜，降低氣液夾帶的機率。（4）在圖示4的位置，選用屋脊式除霧器（液滴<50mg），其工作原理是：氣體在穿過除霧器的狹小通道時，氣體中夾帶的液滴與除霧器的內壁反復碰撞，除霧效果好。（5）在圖示5的位置，工藝水首先對除霧器進行沖洗后再進入塔底漿液池，工藝水在沖洗除霧器的同時，還起到了水封的作用，可進一步減少氨逃逸和氣溶膠現象。

上述五項措施同時有效減少了有機催化劑隨煙氣的流失，降低有機催化劑的年耗量，節約運用費用。

4 有機催化煙氣綜合治理技術的顯著特點

有機催化煙氣綜合治理技術，是先進的新一代濕法煙氣綜合治理技術。該技術具有以下顯著特點：（1）具有多效減排能力：在同一個吸收塔內，可以同時具有脫硫（達99%以上）、脫硝（可達80%以上）、脫重金屬（達90%）、二次除塵（達60%以上）等多種減排效果；適應國家日益嚴格的環保要求。（2）實現水資源循環利用，符合國家節能節水政策。整個裝置無二次污染，“變廢為寶”，化肥品質可達國家GB535-1995標準。（3）催化劑循環使用；一塔多用，系統占地小；工藝成熟、可靠，便于維護，降低了運行成本。（4）該技術對燃料含硫量的適應性極強，在確保達標排放的同時，允許和鼓勵用戶使用高硫燃料以節約生產成本。（5）該技術對煙氣條件的波動適應性極強，可廣泛適應特殊煙氣如鋼鐵燒結機、石油石化汽油清潔裝置尾氣等煙氣波動大的工況條件。（6）可以有效降低氨逃逸和氣溶膠現象。

（7）脫硝預處理在鍋爐本體外的低溫煙道段進行，不影響鍋爐熱效率，系統壓降低。脫硫、脫硝一體化，操作簡單。工期安排靈活，不需長時間停運鍋爐。

5 預期應用效果

該公司熱電廠1、2號燃煤鍋爐項目，采用“低氮燃燒技術+有機催化煙氣綜合治理技術”，有效地脫除煙氣中的二氧化硫和氮氧化物。目前，本項目即將建成投運，投產后將滿足現行規范及標準的要求，實現達標排放。改造后污染物排放濃度（氧含量6%，標態，干基）：SO2≤50mg/Nm3，NOx≤100mg/Nm3，NH3≤10mg/Nm3，粉塵<20mg/Nm3，霧滴≤75mg/Nm3。

參考文獻

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