燃煤煙氣脫硫脫硝一體化技術的研究

張代生（中電投遠達環保工程有限公司，重慶市 渝北區 401122）

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燃煤煙氣脫硫脫硝一體化技術的研究

張代生（中電投遠達環保工程有限公司，重慶市 渝北區 401122）

燃煤是我國主要的電廠動力來源，由于煤炭在燃燒過程中，不僅會產生大量二氧化碳，還會產生大量二氧化硫、氮氧化物以及其他有害氣體，需要通過煤炭煙氣脫硫脫硝技術加以控制。本文即具體探討了該技術的應用方法，以供參考。

燃煤；煙氣；脫硫脫硝；一體化

1　引言

我國對于煙氣脫硫脫硝技術，已經取得一定的進展，但是對于如何進行一體化脫硫脫硝，其技術并不成熟。采取一體化脫硫脫硝技術，能夠有效降低燃煤過程造成的空氣污染，從而在提高脫硫脫硝效率的同時，為工作人員作業安全和人身健康提供保障，同時提高一體化技術水平，改善煙氣質量、節約凈化成本。

2　燃煤煙氣脫硫脫硝技術概述

作為全球最大的煤炭生產國，中國對煤炭的生產和應用是非常普遍的。但是，隨著生產的不斷發展及對煤炭需求量的日益增加，使得燃煤煙氣中的SO2和NOx含量不斷增加，對環境造成的威脅愈加嚴重。近年來，自然環境給人類發出的警號越來越來頻繁，降低SO2和NOx的排放成為一項緊迫而嚴峻的任務。

傳統的脫硫脫硝程序是分步進行的，即脫硫與脫硝不能同時進行，并且出現脫硫脫硝時間長、過程復雜、步驟繁多、耗用資金多、脫硫脫硝效率不高等實質性問題。這些問題的出現，使得生產率下降，與現代生產要求不相符合，不能適應生產發展的需要，與構建社會主義和諧社會的宗旨更是相去甚遠。綜合國內外煙氣脫硫脫硝技術的研究，目前大多數國家都把目光聚集在一體化技術上，其優勢是傳統的脫硫脫氧技術不可比擬的。無論是從環保性、占用資金數量還是性價比以及功能性等各個方面來看，一體化技術都符合現代工藝的發展要求，具有廣闊的應用前景。

3　燃煤煙氣脫硫脫硝一體化技術分析

燃煤煙氣脫硫脫硝一體化技術基本工藝流程如圖1所示，根據其脫離過程和原理，大致可分為兩類，即聯合脫硫脫硝與同時脫硫脫硝。聯合脫硫脫硝雖然也屬于一體化技術，但其應用的步驟和使用的原料均比同時脫硫脫硝繁多，實用性低于后者，這也是各國致力于開發和研究同時脫硫脫硝技術的最終原因。

3.1聯合脫硫脫硝技術

3.1.1活性炭和活性焦吸附法

活性炭和活性焦塊體中具有大量的微孔結構，而活性炭和活性焦吸附法主要是利用這一物理特性吸收煙氣中的二氧化硫與氮氧化合物，煙氣吸附過程中還需加入氨氣進行催化還原。煙氣中的硫化物被吸收后，在催化劑的作用下將會形成硫酸；而煙氣中氮氧化物在催化劑的作用下會氨氣反應生成H2O與N2。此法是較為傳統的脫硫脫硝工藝，在脫除效率方面也較為理想，一般脫硫與脫硝率分別能夠達到97%和80%以上。活性炭和活性焦吸附煙氣中二氧化硫與氮氧化物時，需控制好反應過程中的溫度與水等因素，降低外界因素對吸附劑活性與脫除能力的影響。

圖1　燃煤煙氣脫硫脫硝一體化工藝流程圖

3.1.2CuO吸附法

該方法的應用原理比炭質材料吸附法稍微復雜，且運用起來的成本較高，但是該項工藝的運用可以脫離90%的硫和75%的硝，凈化程度較高。其實行的步驟如下：將氨氣與煙氣混合，然后通過裝有CuO/Al2O3吸收劑的床層，利用CuO與SO2的化學反應生成CuSO4，在CuSO4，CuO和氨氣共同作用下，促進對氮氧化物的吸收，吸收飽和的吸附劑還可以進行再生回收，整個過程不會產生任何污染物，但是吸附層的長期使用會降低吸附作用，使得凈化煙氣的功能不斷降低直至最終消失，所以，該方法由于其耐用性較低，一直未能被工業生產廣泛運用。

3.1.3電子束法

電子束法與前兩種方法的原理不同，該項技術操作過程較為簡單，實用性強，在國外很受工業生產的歡迎。為了實現脫硫脫硝的目的，該項工藝主要利用物理原理與化學反應相結合的方式進行，首先利用高能電子束照射煙氣，使得煙氣中的SO2和NOx被產生的活性基因OH、OH2、O等氧化，形成硫酸銨和硝酸銨，同時注入氨氣與之發生反應，經過一系列的反應，最后形成硫酸銨和硝酸銨，從而實現脫硫脫硝的最終目的。這個工藝主要涉及四個裝置，分別是煙氣冷卻塔、反應器、氨供應設備以及最后的副產品收集器，它主要是將硫酸銨和硝酸銨與氨發生反應生成肥料。這項工藝的SO2脫離程度達到95%，同時脫硝率達到80～85%，具有非常顯著的效果。

3.1.4脈沖電暈法

脈沖電暈法不僅具有脫硫脫硝的功能，同時還具備除塵的功能。其原理與電子束法原理基本相同，共同點都是通過獲取活性基來促成脫硫脫硝的進程。不同的是脈沖電暈法高能電子的獲得是通過高壓電源的方式，而電子束法是通過加速器來獲得。但是，脈沖電暈法比電子束法更為節約資源，安全性能也更高。

3.2同時脫硫脫硝一體化技術3.2.1干式吸附再生技術

干式吸附再生法主要有NOxSO處理法、LILAC法、以及尿素法幾種，并以NOxSO工藝使用最為普遍，其脫硫脫硝效率亦較為理想。NOxSO工藝吸附劑主要運用鈉鹽，在γ-Al2O3圓球上擔載的鈉鹽會吸附煙氣中的SO2和NOx，達到脫硫脫硝的目的，而吸附飽和后的鈉鹽可再進行循環利用。吸附劑再生處理是將吸附飽和后的鈉鹽置于600℃高溫環境中，其會發生分解并釋放出氮氧化物，當氮氧化物濃度達到一定比例時，吸附劑的分解就達到了化學平衡，此時可進行吸附劑的回收利用。

3.2.2絡合吸收法

該種方法屬于濕法同時脫硫脫硝技術中的一種，主要原理是將NO通過不同的方法氧化成NO2，然后再進行相關的處理。絡合吸收法利用亞硝酰亞鐵鰲合物的反應條件，在堿性溶液中加入亞鐵離子，結合相關反應條件使之生成氨基羥酸亞鐵螯合物，氨基羥酸亞鐵螯合物進而與NO和SO2進行一系列反應生成NH3和FeSO4，從而達到同時脫硫脫硝的目的。雖然這是一種新的同時脫硫脫硝方法，但其性能卻與期望相去甚遠，其脫硫脫硝的效率很低，但對工藝技術的要求卻較高，實用性遠不能達到現代工業生產的要求，因而較少機會被應用到。

3.2.3富氧型高活性吸收劑法

此項工藝是由傳統的煙氣循環流化床脫硫脫硝技術進化而來，具有較強的可行性和價值性。該項工藝設立了循環流化床反應器，其中反應器的組成主要是粉煤灰、消石灰和添加劑等，依靠這些吸附劑與煙氣中的NO和SO2進行反應，生成CaSO3和Ca-SO4，以此達到脫硫脫硝的目的，使煙氣經過除塵器之后進一步凈化灰塵，才被釋放出來。此項工藝的優點在于不僅可以凈化煙氣中的氮氧化物，而且可以消除煙氣中的汞，使得環境保護功能更加強大，且其對氮氧化物的綜合進化率高達75%，設備制作成本也低，維護成本較合理，因此普遍適用于工業生產之中。

3.2.4Na2S和NaOH吸附劑法

該項工藝通過設立氧化吸收塔，使NO和SO2吸收塔內附有的 HClO3吸附劑，通過化學條件氧化成 HCl、HNO3和H2SO4，為保證有毒氣體的凈化程度，再設置一個堿性吸收塔，對殘余的酸性氣體進行再次處理，進一步保證排出的氣體含有的NO和SO2達到最低水平。經過認真的對比和數據分析，此項技術的溫度條件、占地要求和操作技術要求等均被國內外專家接受，但由于其中吸附劑的成分具有高度的腐蝕性，因此對設備的材質要求很高，致使該項技術雖然在理論上得到認可，但對于普遍推廣來講，目前仍處于較為艱難的階段，所以仍然需要投入較多的研究精力。

3.2.5光催化法

光催化法不會對環境造成額外的負擔，是一種綠色友好型處理方式。光催化同時脫硫脫硝技術主要是運用光催化劑作為反應物，光催化劑在受到一定波長的陽光照射時，會產生電子與空穴對，進而與光催化劑表面的H2O或OH-離子以及周圍的O離子反應，形成·OH與·O2-。這些羥基自由基與超氧離子自由基具有較強的氧化能力，會與光催化劑周圍的二氧化硫、氮氧化物發生氧化還原反應，形成硫酸或硝酸化合物，達到同時脫硫脫硝的目的。

光催化法反應過程不需要嚴格的反應條件，并且不會產生大量的能耗、二次污染少，是一種較為理想的脫硫脫硝工藝。光催化法脫硫脫硝效率與煙氣溫度、適度、反應物濃度、光、光催化劑特性等有著直接的關聯，而其中最關鍵的因素在于光催化劑的特性。目前，具有應用與研究前景的光催化劑為TiO2，其本身化學性質較為穩定，并且物理性質表現為無毒、活性高的特點，加之其成本低廉，因此可作為重點的光催化劑研究對象。但僅依靠TiO2無法最大程度地提高光催化法的脫硫脫硝效率，反應過程中可加入金屬或非金屬離子、半導體復合等物質，加速電子與空穴的分離，提高催化劑的催化效率。

除此之外，制約該技術脫光應用的一大重要因素在于如何有效利用42%的可見光，研究在可見光條件下提升脫硫脫硝效率將是這一技術實施的重點。

4　結語

當前對于脫硫脫硝一體化技術，所涉及的相關工藝較多，因此，應用于工業化時，應當注意除了考慮到技術條件之外，還要在經濟性上具有競爭力，目前活性焦燃煤煙氣脫硫脫硝技術在國內應用較具有發展前景，能夠帶來很好的經濟效益和社會效益，應加大這方面的技術改造力度和工藝方法研究，促使相關設備盡早實現工業化。

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張代生（1981-），男，中級工程師，碩士，主要從事火電廠脫硫脫硝及新能源方面工作。

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2095-2066（2016）17-0263-02

2016-5-20