煙道氣脫硫脫硝一體化技術的發展研究

馬鋒 賀娟（陜西煤業化工集團神木天元化工有限公司，陜西榆林719319）

煙道氣脫硫脫硝一體化技術的發展研究

馬鋒 賀娟（陜西煤業化工集團神木天元化工有限公司，陜西榆林719319）

我國是燃煤大國，這樣的能源結構導致我國環境深受其害。由于煤炭在燃燒轉化為電能的過程中，煙道氣內所產生的硫、硝等物質的含量較高，如果不加以處理，進入大氣后會對環境造成巨大污染和破壞，因此如何凈化燃煤煙道氣已經成為了煤化企業重要研究課題之一。然而脫硫與脫硝過程彼此會相互干擾，本文就傳統和最新一體化脫硫脫硝技術進行了深入的對比分析，以期為煙氣凈化提供參考和助力。

煙道氣；脫硫；脫硝；一體化技術

我國是世界產煤大國，總產量約占世界煤產量的37%，同時也是煤耗大國，能源結構中燃煤比例高達75%。而燃煤所產生的硫、硝等污染物早已經引起人們的廣泛關注。其中鋼鐵、焦化、電力、水泥等高污染高能耗企業是當今大氣污染的“罪魁禍首”，同時焦爐煙道廢氣中的二氧化硫、氮氧化物、顆粒物等又是造成霧霾的重要因素。因此，脫硫脫硝一體化技術是我國控制煙氣污染的重要難題，目前工藝研發尚處于初級階段，并沒有廣泛普及應用。基于此，開發出適合我國國情，同時兼具效益和效率的技術創新是未來煙道氣脫硫脫硝一體化技術發展的重要趨勢。

1 研究煙道氣脫硫脫硝一體化技術的重要意義

隨著我國社會可持續發展緊迫性的日益加劇，人們對生活質量和生存環境的要求越來越高。煤化企業是落實國家節能減排的重要力量，近年來，為了緩解我國能源供需矛盾、保持經濟平穩快速發展、推動經濟結構調整和產業技術進步、改善環境質量，我國政府陸續出臺了一系列推動節能減排的措施，同時取得了良好成效，二氧化硫、氨氮、氮氧化物排放總量持續下降。然而我國煉焦爐廢氣的二氧化硫和氮氧化物絕大部分沒有采取減排措施，國內現有焦爐所排放的SO2和NOx的濃度大多不能滿足國家最新出臺的煉焦化學工業污染物排放標準。即焦爐煙囪二氧化硫排放濃度必須限值為50mg/m3，氮氧化物限值為500 mg/m3；特別限值為焦爐煙囪二氧化硫排放濃度30mg/m3，氮氧化物150 mg/m3。因此，研究煙道氣脫硫脫硝一體化技術是中國轉型期時代背景下的必然選擇，同時也是煤炭產業結構調整、優化和發展方式轉變的必經之路。

2 對傳統煙氣脫硫脫硝一體化技術的闡述

當今國內外廣泛使用的脫硫脫硝一體化技術主要是濕式煙氣脫硫和選擇性催化還原(scr)或選擇性非催化還原(sncr)技術脫硝組合工藝。濕式煙氣脫硫常用的是采用石灰或石灰石的鈣法，脫硫效率大于85%，但其缺點是工程龐大，初投資和運行費用高，且容易形成二次污染。選擇性催化還原脫硝反應溫度為260～460℃時，脫硝率可達72%～89%。該技術成熟可靠，目前在全球范圍尤其是發達國家應用十分廣泛，但該工藝設備投資大，需預熱處理煙氣，催化劑昂貴且使用壽命短，同時存在氨泄漏、設備易腐蝕等問題。而選擇性非催化還原溫度區域為880～1150℃，脫硝率小于45%。其缺點同樣是工藝設備投資大，需預熱處理煙氣，而且設備易發生腐蝕。

3 對煙氣脫硫脫硝一體化技術創新的探究

3.1 技術原理

首先，利用活性焦的吸附特性和催化特性，在活性焦吸附塔中，使氣體中SO2與煙氣中的水蒸氣和氧反應生成硫酸，并吸附在活性焦的表面，實現氣體中硫化物的脫除；其脫硫的反應為：SO2+1/2O2→SO3以及SO+H2O→H2SO4。其次，以氨(NH3)作為還原劑，以活性焦為催化劑，在一定條件下將NOx轉化為N2和H2O，實現了對NOx的脫除；其脫硝的反應為：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O以及2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O。最后，采用專用吸附劑脫汞，脫汞原理是利用氣體中汞與金屬硫化物反應，生成穩定的硫化汞停留在脫汞劑中，從而使天然氣中的汞脫除，其脫汞的反應為：2Cus+Hg→Cu2S+HgS。該技術不僅能夠實現脫硫脫硝，而且對于高污染物汞還具有良好的脫除效果。

3.2 關鍵技術及減污細節分析

一方面，采用活性焦法與選擇性催化還原法以及專用吸附劑聯用的方式實現脫硫、脫硝、脫汞的一體化進程。SO2的脫除率可以達到98.3%左右，NOx的脫除率在91.1%以上，汞的脫除率在94.8%以上。另一方面，采用了吸附劑高溫分離汞技術及密封設備、氮氣氣浮法回收技術及裝置、汞收集及壓縮裝置以及吸附劑的回收和再利用技術及設備。此外，新型氣體脫硫、脫硝、脫汞一體化技術采用活性焦法脫硫后煙氣溫度在125℃以上，易于排放；SO2和NOx的脫除率十分徹底，因此應用效果可以得到有效保障。

3.3 新技術的發展趨勢

目前，我國高度重視污染防治問題，對加強污染防治工作做出了一系列重要的部署。新型氣體脫硫、脫硝、脫汞一體化技術的研究成功，必將推動我國氮氧化物、二氧化硫及重金屬汞等大氣污染物的治理進程，社會效益巨大。脫硫脫硝一體化技術無固體廢棄物產生、無二次污染、廢水零排放，副產品硫酸鎂的成功產出實現了鋼鐵行業煙氣治理走上循環經濟之路，對于打造綠色鋼鐵行業形象有較大促進作用；此外新技術還具有在一塔內同步實現脫硫、脫硝的功能，可實現100%同步運轉率。而且投資成本比傳統脫硫脫硝工藝會降低大約34.5%左右，運行成本則會降低43.5%以上，對于煤化行業降本增益，減少環保帶來的成本與管理壓力有較明顯的退的意義。另外，還可以減輕鋼鐵企業的建設風險、運營風險。新技術由承包方負責建設、運營、維護保養等工作，將費用固定化，提前鎖定成本，轉嫁經營風險，是目前市場上較為先進的商業合作模式。

總之，隨著國家對節能環保的日益重視，傳統煙氣脫硫脫硝一體化技術已不能滿足嚴格的減排需求，而且傳統技術存在設備投資高、占地面積大和后期管理復雜等不足，因此，研發經濟、高效、穩定及安全環保的脫硫脫硝技術對于煤化企業實現可持續發展具有巨大的推動作用。

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