低溫煙氣脫硫脫硝除氨一體化工藝分析

丁昊天

（中機新時代有限公司，北京 100038）

本研究全面地整合了低溫煙氣脫硫脫硝除氨工藝，通過分析不同污染物的性質，確定了其處理方法，以有效地全面處理低溫煙氣。

1 低溫煙氣中的主要污染物和處理工藝

1.1 脫硫工藝

當前，脫硫工藝可以分為三種類型，即干法脫硫、濕法脫硫和生物脫硫，這三種脫硫工藝的應用方式有很大不同。干法脫硫是指應用能夠吸附硫氧化物的介質達到對煙氣的脫硫效果，常用的為NID技術和CFB技術。NID技術的原理為直接投入高質量的消石灰，實現對煙氣中SOx的有效吸附。CFB技術的原理為應用吸附劑直接對SOx進行吸附，生成固體產物[1]。濕法脫硫技術是指將預處理后的煙氣導入能夠吸收硫氧化物的水體中，利用石膏或者石灰水達到脫硫效果。

1.2 脫硝工藝

現階段，脫硝工藝類型較多，常用的有三種。一是SCR技術，該技術的原理為在180～420℃條件下，向煙氣中噴入氨基還原劑，生成N2和H2O，從而達到脫硝效果。目前，這種工藝已經較為成熟。二是SNCR技術。該技術溫度范圍為850～1100℃，應用的還原劑包括NH3和尿素，并且需要向反應容器中灌入氧氣[2]。三是O3脫硝技術。該技術的原理為利用臭氧的強氧化性對氮氧化物進行處理。

1.3 除氨工藝

當前，煙氣中的氨氣來源主要為脫硫時應用的氨水，人們需要對氨氣輸入量進行控制，在保證脫硫效果的基礎上，防止煙氣中存在過多的氨氣。通常，人們會應用氨氣檢測設備對煙氣中的氨氣濃度進行探測，實現對氨氣輸入系統的有效控制。

1.4 固體灰塵去除工藝

常用的灰塵去除工藝大致有兩種。一是陶瓷除塵技術，即在設備中設置導流片，在煙氣的旋轉過程中，固體顆粒會產生離心力，當顆粒碰撞到設備內壁時，會在重力的作用下落到設備底層，從而達到有效處理灰塵的目的[3]。二是沖袋式除塵技術，即將被處理的煙氣輸入到沖袋式設備中，設備中含有多層過濾膜，實現對煙氣中固體顆粒的有效過濾。

2 低溫煙氣脫硫脫硝除氨一體化工藝的整體設計思路

2.1 低溫煙氣脫硫脫硝除氨一體化工藝的設計框架

通過分析整個煙氣處理過程中的各項工作內容，筆者發現，脫硝期間需要向煙氣中輸入氨氣，最終的生成產物包括氮氣和水，反應化學式如下：

對于SNCR技術來說，反應物中的氨氣與氧氣也會發生反應，后續分析需要對這些因素進行全面考慮。而脫硫包括干法脫硫技術、濕法脫硫技術以及半干法脫硫技術，無論采用哪種脫硫方法，都需要保持煙氣的干燥性。另外，NH3、SO2和H2O會發生反應，具體如下：

當煙氣中含有硫氧化物時，氨氣的消耗量會增加，導致難以有效控制處理后煙氣中的逃逸氨，所以需要先進行脫硫操作。另外，反應中會產生固體化合物雜質，所以最后要去除固體雜物。

2.2 低溫煙氣脫硫脫硝除氨一體化工藝的優缺點

在選擇脫硫工藝時，人們需要考慮該工藝對脫硝的影響。其中，采用濕法以及半干法脫硫時，煙氣中都會產生較多的水蒸氣。而脫硝時需要向煙氣中灌入氨氣和固體脫硝劑，二者都要求反應環境中不含有過多的水，所以本文應用干法脫硫工藝。

選擇脫硝工藝時，人們主要考慮脫硝效果和設備成本。本文比較了當前常用的三種脫硝方式，最終選擇SCR技術，在催化劑環境下，應用氨基還原劑達到脫硝目的。但是，SNCR也有很廣闊的應用前景，這兩種技術的優缺點如表1所示。

表1 SCR工藝和SNCR工藝的技術對比

當前，我國對煙氣污染物提高了排放要求，所以本文選用SCR工藝。對于粉塵脫除技術，本文對陶瓷管工藝和沖袋式工藝進行了比較，由于沖袋式工藝的成本較低，并且除雜效果較好，所以最終選擇這種工藝。

2.3 低溫煙氣脫硫脫硝除氨一體化工藝的整合措施

處理期間，將煙氣傳輸到干法脫硫系統中，該系統中設置的吸附劑能夠對煙氣中的硫氧化物進行吸附，在傳出該系統后，剩余煙氣中的硫氧化物含量大幅降低。由于本文選用SCR技術進行脫硝，所以煙氣處理中需要向煙氣中灌入氨氣。在系統建設過程中，應用蒸法提取氨水中的氨氣，將氨氣進行干燥后將其灌入氨氣體系中。經過脫硝，將處理的氨氣輸入沖袋式除雜設備，最終獲得符合國家要求的排放煙氣。整個系統的流程如圖1所示。

圖1 干法脫硫系統流程

3 低溫煙氣脫硫脫硝傳一體化工藝的設計流程

3.1 工藝設計流程

本文已經確定了在一體化系統設計中需要應用的各項工藝，同時提出了這些工藝的整合方式。在具體設計中，人們需要合理應用這些工藝，保證整個系統能夠穩定運行。具體設計流程如下。

3.1.1 CFB系統建設

當前，CFB系統應用的工藝體系為CFB-FGD體系。在一體化工藝的設計過程中，需要消除其中的除塵系統，將該區域與SCR系統進行銜接。需要注意的是，應用時需要保證被處理煙氣能夠與硫氧化物的吸附物質充分接觸。人們可以在該設備的終端設置低速引風機，保證煙氣被有效吸引及其運動速度滿足相關要求[4]。

3.1.2 氨氣發生系統建設

氨氣產生系統的主體設備為氨水儲罐，本文提出的構想為，在儲罐中加入發熱裝置，對氨水進行加入處理，為脫硝系統提供氨氣供應。氨氣產生后需要經過干燥系統。將氨氣進行干燥后，應用管道將氨氣輸入到待處理的煙氣中。為了提高氨氣與待處理煙氣的混合效果，本文設計的煙氣引氣裝置為一種螺旋槳式結構，同時引導經過脫硫處理的煙氣和經過干燥的氨氣，并在螺旋槳的作用下提高融合程度，為脫硝過程奠定基礎。

3.1.3 SCR系統建設

應用SCR工藝時需要保持煙氣溫度在110～450℃，所以要對煙氣加熱[5]。當前，人們已經開發出多種煙氣加熱技術，要加以合理應用。但是，煙氣脫硫會產生較多熱量，傳統脫硫工藝會應用循環水管對生成的煙氣進行降溫處理，所以后續優化可以對反應中產生的熱量和煙氣余熱進行合理應用。

3.1.4 固體除雜系統建設

對于固體除雜系統來說，獲取的氣體必須符合相關技術指標并穿越設備中的濾層。通常，煙氣處理系統中的引氣裝置不足以支撐固體雜質的過濾，所以該系統需要設置專用的引氣裝置提高引氣效率。筆者認為，可以在除雜裝置前設置鼓風機，提高處理后煙氣在除雜設備中的流動速度，以滿足整個設備的運行要求。

3.2 工藝優化流程

優化整個工藝體系，有助于降低運行能耗和工藝體系建設的復雜性。本文提出的主要優化方向為對煙氣的余熱和反應過程中產生的熱量進行充分應用，優化思路為將脫硫過程中產生的冷卻水以管道的方式導入到氨氣產生系統中，實現了對脫硫過程中產生熱量的有效應用。另外，在脫硫過程中，煙氣溫度也會上升，反應爐中會設置降溫系統，這類溫度較高的工業用水也可導入氨氣發生系統中，實現對氨氣的高效蒸出。

4 結論

在脫硫脫硝除氨一體化工藝的設計過程中，選用的脫硫工藝為CFB工藝，脫硝工業為SCR工藝，固體顆粒除雜工藝為沖袋式工藝。具體處理中，首先進行脫硫處理，其次進行脫硝處理，最終進行固體顆粒去除處理，并通過對余熱的合理應用降低能耗。