淺談有機催化煙氣綜合治理技術(shù)及其應(yīng)用

摘 要：針對某公司熱電廠現(xiàn)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(shù)的反應(yīng)原理、工藝流程、技術(shù)特點及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：有機催化煙氣綜合治理技術(shù)；脫硝、脫硫反應(yīng)機理；工藝流程；氨逃逸；氣溶膠；技術(shù)特點；預(yù)期應(yīng)用效果

1 概述

根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）及國家環(huán)境保護部最新發(fā)布的公告（2013年第14號）：現(xiàn)有企業(yè)“十二五”期間，位于重點控制區(qū)47個城市主城區(qū)的火電、鋼鐵、石化行業(yè)現(xiàn)有企業(yè)以及燃煤鍋爐項目執(zhí)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(qū)的火力發(fā)電鍋爐及燃氣輪機組執(zhí)行表2規(guī)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(xiàn)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(shù)改造。

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

2 有機催化煙氣綜合治理技術(shù)

有機催化煙氣綜合治理技術(shù)，是來自以色列的一種獨特的煙氣處理專利技術(shù)，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(shù)已獲歐盟及美國專利。

2.1 脫硝、脫硫反應(yīng)基理

有機催化脫硝技術(shù)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(zhuǎn)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(huán)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(jié)合成穩(wěn)定絡(luò)合物，有效抑制了不穩(wěn)定的亞硝酸分解再次釋放污染氣體，并促進它們被持續(xù)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(chǎn)品——硝酸銨化肥，有機催化劑循環(huán)利用。通過低氮燃燒與臭氧氧化相組合，有機催化技術(shù)可以實現(xiàn)穩(wěn)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(jīng)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(shù)，整個裝置包括：煙氣系統(tǒng)、循環(huán)吸收系統(tǒng)、氨水制備和供給系統(tǒng)、脫硝氧化系統(tǒng)、固液分離系統(tǒng)、化肥制備系統(tǒng)、事故排空系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)等。

有機催化技術(shù)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(nèi)設(shè)三層噴淋、塔頂設(shè)有二級除霧器和一層防逃逸裝置（設(shè)有在線自動沖洗系統(tǒng)），塔內(nèi)裝有機催化劑。SO2、NOX在吸收塔內(nèi)通過催化劑的作用被氧化和脫除，同時在塔內(nèi)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(huán)系統(tǒng)采用單元制設(shè)計，每個噴淋層都配有一臺獨立的循環(huán)泵，保證吸收塔內(nèi)200%以上的吸收漿液覆蓋率。

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

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(jīng)減壓、穩(wěn)壓后送至臭氧發(fā)生器生成脫硝氧化劑臭氧，經(jīng)臭氧均布器進入煙道參與反應(yīng)。

鹽液從吸收塔漿液池中泵出，經(jīng)固液、液液分離后，泥餅落入接渣車；催化劑回收后循環(huán)使用；化肥鹽液經(jīng)泵輸送至后處理，在后處理廠房內(nèi)經(jīng)蒸發(fā)、結(jié)晶、干燥、包裝后，生成硫酸銨和硝酸銨混合肥。

事故排空系統(tǒng)在事故狀態(tài)或檢修時，吸收塔內(nèi)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(nèi)，以滿足準備正常運行的需要。

壓縮空氣系統(tǒng)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(tǒng)、化肥制備系統(tǒng)用氣。

有機催化煙氣綜合治理技術(shù)的核心，是采用一種專利生產(chǎn)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(yīng)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(xù)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(chǎn)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(xiàn)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(qū)，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(huán)境，并通過自動控制系統(tǒng)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(zhuǎn)化生成的硫酸和硝酸進行中和反應(yīng)，生成穩(wěn)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(huán)境，沒有富余的堿性物質(zhì)逃逸，也就不易產(chǎn)生氣溶膠的問題，大大減少了氨水在噴淋層產(chǎn)生氨逃逸的機會。（2）在圖示2的吸收反應(yīng)區(qū)，煙氣中的SO2和經(jīng)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(wěn)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(yīng)的是有機催化劑而不是氨，不僅降低了吸收反應(yīng)區(qū)的氨濃度（同時減少了氨逃逸），而且避免了亞硫酸氫銨的產(chǎn)生，從而大大減少因亞硫酸氫銨分解、再聚合產(chǎn)生的氣溶膠問題，從源頭上減少了氨逃逸和氣溶膠的產(chǎn)生。（3）在圖示3的位置，采用專有防逃逸系統(tǒng)，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(nèi)壁反復(fù)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(xiàn)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(jié)約運用費用。

4 有機催化煙氣綜合治理技術(shù)的顯著特點

有機催化煙氣綜合治理技術(shù)，是先進的新一代濕法煙氣綜合治理技術(shù)。該技術(shù)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(nèi)，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(yīng)國家日益嚴格的環(huán)保要求。（2）實現(xiàn)水資源循環(huán)利用，符合國家節(jié)能節(jié)水政策。整個裝置無二次污染，“變廢為寶”，化肥品質(zhì)可達國家GB535-1995標準。（3）催化劑循環(huán)使用；一塔多用，系統(tǒng)占地小；工藝成熟、可靠，便于維護，降低了運行成本。（4）該技術(shù)對燃料含硫量的適應(yīng)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(jié)約生產(chǎn)成本。（5）該技術(shù)對煙氣條件的波動適應(yīng)性極強，可廣泛適應(yīng)特殊煙氣如鋼鐵燒結(jié)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(xiàn)象。

（7）脫硝預(yù)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(tǒng)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(yù)期應(yīng)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(shù)+有機催化煙氣綜合治理技術(shù)”，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(chǎn)后將滿足現(xiàn)行規(guī)范及標準的要求，實現(xiàn)達標排放。改造后污染物排放濃度（氧含量6%，標態(tài)，干基）：SO2≤50mg/Nm3，NOx≤100mg/Nm3，NH3≤10mg/Nm3，粉塵<20mg/Nm3，霧滴≤75mg/Nm3。

參考文獻

[1]趙毅，劉鳳，郭天祥，等.液相同時脫硫脫硝實驗及反應(yīng)特性[J].中國科學(xué)，2009，39（3）：431-437.

[2]蔣文舉，趙君科，尹華強，等.煙氣脫硫脫硝技術(shù)手冊[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社，2006：436-454.

[3]杜黎明，劉金榮.燃煤鍋爐同時脫硫脫硝技術(shù)工藝性分析[J].中國電力，2007，40（2）：71-74.

[4]鄧永強，譚慶峰.國外煙氣同時脫硫脫硝技術(shù)研究相撞[J].江西化工，2006，3（1）：33-36.

[5]王慧，李先國，韓欣欣.金屬絡(luò)合劑在煙氣同時脫硫脫硝中的應(yīng)用[J].化工環(huán)保，2007，27（5）：421-425.