流光放電氨法煙氣脫硫技術及其應用

汪家銘

(川化集團有限責任公司，四川成都 610301)

流光放電氨法煙氣脫硫技術及其應用

汪家銘

(川化集團有限責任公司，四川成都 610301)

隨著社會經濟的不斷發展和對環境要求的日益嚴格，脫硫技術的應用領域也越來越廣泛，新型高效脫硫技術也不斷開發成功，并在生產應用中取得令人滿意的效果。簡要介紹了流光放電氨法煙氣脫硫新技術的發展概況、基本原理、工藝流程、技術特點及其在相關企業的應用實例。

煙氣 脫硫技術 流光放電氨法

含硫煙氣是造成大氣污染、酸雨和溫室效應的主要根源，煙氣脫硫被認為是控制SO2的最行之有效的途徑，我國的脫硫技術在引進國外技術基礎上，已進入了消化創新階段，總體上達到國外先進水平，但脫硫技術較為單一，在工業廢氣脫硫領域中，煙氣燃燒后脫硫工藝仍是商業上最大規模推廣應用的脫硫方式。煙氣氣體脫硫方法分為干法脫硫和濕法脫硫。傳統干法脫硫硫容低，脫硫成本高。濕法脫硫有胺法、改良ADA法、栲膠法、PDS法、絡合鐵法等氧化還原法，這些方法采用傳統板式塔或填料塔，存在設備體積大、投資高等問題，因此當前急需開發出具有巨大市場潛力和廣闊應用前景的高效環保脫硫新技術，可用于處理各種低、中、高硫煤種的燃煤鍋爐和工業爐窯以及化工、化肥、冶金、鋼鐵、建材等行業產生的各種流量的煙氣處理，同時將含硫煙氣排放的SO2回收用于補充國內短缺的硫資源。流光放電氨法脫硫就是近期國內開發的并已得到成功應用的一種新型高效脫硫技術。

1 發展概況

等離子體是采用放電或射線照射等方法產生的正負離子總體相等的電離氣體，是由電子、離子、原子、分子和自由基等粒子組成的一種新的物質集聚態。等離子空氣凈化技術用于煙氣凈化領域，能同時去除煙氣中的SO2、NOx、VOCs和重金屬，被認為是最具發展前景的煙氣凈化技術。目前，在荷蘭、日本和中國都進行著工業化示范研究，在我國已成為重點支持的科技發展方向之一和一種具有自主知識產權的新型煙氣脫硫處理技術。

流光放電氨法煙氣脫硫脫硝技術是國家“863”計劃研究課題，由廣東杰特科技發展有限公司聯合多所知名高校組成的課題攻關專家組承擔，歷時5年的研究和開發，目前該技術已擁有12項國內實用新型專利、4項國內發明專利、1項國際發明專利，并已獲得國家“863”計劃能源技術領域潔凈煤技術主題專家組的驗收，獲得以建示范裝置為目標的滾動支持［1］。

2 基本原理

在傳統氨法脫硫的基礎上，該技術采用高頻高壓交直流疊加電源使反應器發生電暈放電，產生的高能激發電子電離煙氣中的O2、H2O、N2等氣體分子，在相似的電極結構和電壓水平條件下，利用流光頭表面產生的高能電子打開化學鍵，在大電場形成高濃度活性粒子，即等離子體。這些活性粒子能夠激發產生OH-、O-等氧化性極強的離子和自由基，在有添加劑氨存在的條件下，這些活性粒子直接或間接作用于煙氣中的SO2和NOx，并將其氧化生成穩定的銨鹽，實現脫硫脫硝、氧化亞硫酸鹽等目的，同時產生捕集微細霧粒的等離子體高壓電場。

流光放電氨法煙氣脫硫脫硝技術充分利用了等離子體自由基的強氧化性和氨吸收的化學特性實現煙氣脫硫脫硝，同時在此過程中還能副產硫酸銨和硝酸銨等化肥。該技術采用電子半導體高頻開關器件及高頻開關電源技術，克服了原有電子束和脈沖電暈方法的電源無法工業化應用的弊端［2］。

3 工藝流程

一套完整的流光放電氨法煙氣脫硫脫硝系統由電除塵器、引風機、脫硝反應器、預洗塔、吸收塔、亞鹽氧化反應器、電除霧器等組成，見圖1所示。

圖1 流光放電氨法煙氣脫硫脫硝工藝流程

含硫含硝的煙氣經電除塵器除塵后，由風機送入放電脫硝反應器，反應器中的煙氣流量、SO2濃度、煙氣溫度、氨注入量、蒸汽注入量、交直流疊加電源電壓、生成液pH值和生成液摩爾濃度等都直接影響系統的運行狀況。在等離子體作用下進行脫硝反應，等離子體自由基 OH、O、N、HO2、O3、NH2等與NOx進行吸收與氧化反應，在有氨存在的條件下，將NO氧化為NO2，部分NO被還原為N2。脫硝后的煙氣進入預洗塔，增濕降溫后進入吸收塔，氨吸收劑與大部分 SO2和 NOx產生熱化學反應，并被(NH4)2SO3和NH4HSO3的混合液吸收。在保持物料平衡的情況下，適量地將吸收塔生成液輸送到亞鹽氧化反應器中，使(NH4)2SO3氧化為(NH4)2SO4。氧化后的溶液經預洗塔濃縮后，再經脫水干燥生產硫酸銨和硝酸銨。出吸收塔的尾氣經電除霧器抑制殘氧逸出、高效捕集霧粒子和控制SO3等處理后由排氣筒排放。采用等離子抑霧技術，在等離子的作用下，以低濃度氣相氨作為吸收劑，進行超強除霧可把殘氨的逸出濃度控制在5×10-6以下［3］。

4 技術特點

以氨做吸收劑的硫回收具有脫氮、除塵效率高的特點，并可實現廢渣、廢水、廢氣3個“零排放”，而且由于生成物的綜合利用，不僅使其運行成本費用幾乎為零，還可為企業帶來可觀的經濟效益。吸收劑氨源的供應也很方便，我國中小型合成氨廠很多，幾乎遍布各縣市，若在有廢氨水的地方，用作吸收劑，更可大大節省裝置運行費用，經濟效益將更加可觀［4］。該技術協同利用等離子體氧化與氨吸收的凈化效應，可有效脫除煙氣中的SO2和NOx，對于顆粒物、汞、氯化物和碳氫化合物等也具有較好的去除效果。在處理氣量為12 000 m3/h的試驗裝置中已實現脫硫率大于95%，脫硝率大于40%，等離子體能耗小于1.8 Wh/m3，氨泄漏低于5 ×10-6，生成硫酸銨干粉總氮量達到20.49%的技術指標。

與傳統的氨法脫硫相比，流光放電氨法煙氣脫硫脫硝以氨為吸收劑，以硫酸銨和硝酸銨等化肥為最終產品，可以利用廢氨水，完全實現資源化，不產生二次污染。在等離子體作用下，脫硫效率95%以上，脫硝效率40%以上，具有裝置運行可靠、投資省、能耗低、氨損少、吸收速率高、排放達標等特點。該技術可廣泛用于燃煤、燃油和焚燒煙氣的凈化處理，特別適合于有氨源，而且銨肥銷路較好的地區。

5 應用實例

國內首套流光放電氨法煙氣脫硫脫硝項目于2010年年初在中石化巴陵石化公司啟動建設，2011年3月2日上午，該項目在中石化巴陵石化公司動力事業部進入試生產階段，到3月20日，實現168 h連續試運行。3月13日生產出來的硫銨溶液濃度達到設計要求(35%～38%的設計上限)。經湖南省環保局檢測，煙氣中SO2的含量為10 mg/m3，低于設計的100 mg/m3，遠低于國家標準400 mg/m3。該裝置投產后，動力事業部每天排放的SO2量將從原來的7 776 kg降為64.8 kg，降幅達99.2%。

中石化巴陵石化公司新建的燃煤鍋爐流光放電氨法煙氣脫硫裝置處理煙氣能力可達2.7×105m3/h。該事業部1號鍋爐脫硫系統改造是中石化集團公司重點督辦的環保治理項目之一，首次采用改進型流光放電氨法煙氣脫硫脫硝技術，可解決常規氨法中亞硫酸銨氧化速率、尾氣逸氨、硫銨夾帶以及氣溶膠酸霧等難點問題，同時增加一體化脫硝能力。中間產品經處理后形成了銨鹽及氣體SO2，銨鹽送制肥裝置制成成品氮肥或復合肥。氣體SO2既可制造液體SO2又可送硫酸制酸裝置生產硫酸，而生產所得的硫酸又可用于生產磷酸、磷肥等化學肥料。

6 結語

流光放電氨法脫硫改進了傳統氨法脫硫的單一脫硫、亞鹽氧化效率較低、尾氣有氨和酸霧逸出、吸收塔內易堵塞等不足之處，同時實現脫硫脫硝一體化，脫硫效率＞95%，脫硝效率＞40%，裝置投資少、占地面積小，運行穩定可靠，為含硫煙氣提供了一種高效、低投入、資源化、無二次污染的脫硫工藝，是一種具有自主知識產權的新型高效煙氣處理新技術。

該技術適合石化、化肥、化工領域具備氨來源的企業煙氣脫硫脫硝需求，可實現以廢治廢和變廢為寶，在達到環境治理目標的同時，又能充分體現良好的經濟性，符合節能減排和循環經濟的發展方向。隨著流光放電氨法煙氣脫硫脫硝技術的不斷完善，其難以估量的應用前景將顯現出來，具有很大的發展潛力。

［1］胡小吐，鄧詠佳.流光放電等離子體氨法煙氣脫硫脫硝技術概述［J］.硫磷設計與粉體工程，2009，(5):11-14.

［2］王智，趙瑞娥.燃煤電廠煙氣干法脫硫、脫硝一體化技術［EB/OL］.http://www.autooo.net/classid36-id70109.html，2011.5.6.

［3］岳濤，支德安，楊明珍，等.我國燃煤火電廠煙氣脫硫脫硝技術發展現狀［J］.能源研究與信息，2008，24(3):25-29.

［4］TS型火電廠煙氣脫硫、脫氮 除塵凈化三位一體技術［EB/OL］. http://www. eepc. cn/huanbaogongcheng/feiqichuli/20090219/437.html，2006.6.3.

Streamer discharge ammionia flue gas desulfurization and its application

Wang Jiaming
(Sichuan Chemical Works Group Ltd.，Chengdu Sichuan 610301，China)

With the economic and social development and environmental requirements of the increasingly strict，the technology of sulfur removal and more extensive application field，a new type of high efficiency and sulfur removal technology is also constantly development success，and in the production practice has a good effect.This article briefly introduced the Streamer discharge ammonia flue gas desulfurization of new technology development situation，the basic principle，process，technical characteristic and its related enterprise application.

flue gas;desulfurization technology;streamer discharge ammonia

X701.3

A

1006-334X(2012)02-0037-03

2012-02-11

汪家銘(1949-)，男，江蘇蘇州人，工程師，主要從事化工科技期刊編輯及化工情報信息工作，發表論文230余篇。