化工生產(chǎn)中的煙氣脫硫、脫硝及除塵技術(shù)分析

秦曉宇(晉能控股裝備制造集團(tuán)華昱能源化工山西有限責(zé)任公司，山西 晉城 048017)

0 引言

在化工生產(chǎn)中會(huì)消耗大量的資源，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量的含氮含硫的氧化物，而且還會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，對(duì)大氣環(huán)境造成的破壞是非常嚴(yán)重的，這與我國(guó)所倡導(dǎo)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略思想背道而馳。因此，化工生產(chǎn)的一項(xiàng)當(dāng)務(wù)之急是加快脫硫、脫硝、除塵技術(shù)研發(fā)，消除煙氣對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響，做好生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作。

1 常用的煙氣脫硫技術(shù)

化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中所排放的煙氣中含有大量的二氧化硫，這是造成大氣污染的主要成分之一，會(huì)對(duì)生物造成極大危害，目前常用的脫硫技術(shù)主要分為兩個(gè)大的方面：干法脫硫與濕法脫硫。

1.1 干法脫硫技術(shù)的應(yīng)用

干法脫硫法的工藝原理是將顆粒狀的脫硫劑置于吸收塔內(nèi)，利用吸收、催化等方法完成煙氣脫硫。

(1)循環(huán)流化床法。煙氣在經(jīng)過空氣預(yù)熱器后溫度可以達(dá)到120～180 ℃，然后從裝置的底部經(jīng)過文丘里管后進(jìn)入到流化床吸收塔內(nèi)，利用二氧化硫與氫氧化鈣之間的反應(yīng)完成煙氣脫硫。該技術(shù)的主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)化率較高、投入成本低、便于操作、不需要占用太大的地方，多用于中小型燃煤鍋爐的煙氣脫硫[1]。

(2)爐內(nèi)噴鈣增濕活化法。按技術(shù)要求使用高壓在鍋爐爐膛上部噴入流化石灰脫硫粉，此時(shí)爐膛內(nèi)的煙氣溫度在900～1 200 ℃范圍內(nèi)，然后在流化風(fēng)機(jī)的尾部增濕活化的目的是為了提高脫硫的效率，通過在活化反應(yīng)器中噴水增加爐內(nèi)濕度，與煙氣中沒有充分反應(yīng)的石灰粉繼續(xù)反應(yīng)生成氫氧化鈣，用來(lái)吸收煙氣中的二氧化硫[2]。最后經(jīng)過加熱干燥后形成粉末，利用除塵器進(jìn)行回收。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、環(huán)保、成本低、占地面積小，但是石灰的利用率較低。經(jīng)過改進(jìn)后，使底渣與飛灰循環(huán)，可以有效提高活化器的脫硫效率。

(3)電子束煙氣法。這種方法是綜合利用了物理與化學(xué)相關(guān)知識(shí)，脫硫的過程主要包括幾個(gè)重要步驟：預(yù)除塵、煙氣冷卻、加氨、電子束照射、粉末收集。經(jīng)過除塵降溫后的煙氣在冷卻塔內(nèi)被汽化，按照技術(shù)要求，將適量的NH3、壓縮空氣和軟化水在反應(yīng)器中與煙氣混合，在電子束發(fā)生器的照射作用下硫氧化物與氮氧化物被快速氧化，生成硫酸與硝酸兩種物質(zhì)，再繼續(xù)氧化就會(huì)生成硫酸銨和硝酸銨，最后產(chǎn)生的廢渣與廢水可用于化肥生產(chǎn)，而被凈化后的煙氣經(jīng)煙囪排放。該方法的脫硫、脫硝效果良好，脫硫效率超過了95%，而脫硝效率也在80%以上。電子束發(fā)生器可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作，運(yùn)行與維護(hù)都非常便捷。整個(gè)脫硫過程中不需要排放廢水，其副產(chǎn)品可用于化肥的生產(chǎn)。

1.2 濕法脫硫技術(shù)的應(yīng)用

濕法脫硫的應(yīng)用也比較普遍，其特點(diǎn)是將脫硫系統(tǒng)置于除塵器之后，在低溫狀態(tài)下完成脫硫后還需要對(duì)煙氣進(jìn)行加熱后才能排出。

(1)拋棄法。煙氣經(jīng)過一系列反應(yīng)完成脫硫之后，會(huì)產(chǎn)生一定的固體廢物，這些廢物不再進(jìn)行回收，而是直接拋棄掉。該工藝中生成的固體廢物主要以鈣鹽為主，并不進(jìn)行回收再利用，因此這種方法的回收成本較低，省去了很多其他環(huán)節(jié)，但是并沒有完全解決環(huán)境污染問題，而將大氣中的污染物轉(zhuǎn)化成了固體污染物，如果考慮到環(huán)境污染問題，應(yīng)解決固體廢棄物的回收利用問題。

(2)石膏法。該方法以價(jià)格低廉的CaCO3為主要原料用于吸收二氧化硫，經(jīng)過一系列氧化反應(yīng)后生成石膏(硫酸鈣)，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是適用范圍較廣，脫硫與回收的效果也比較好，經(jīng)脫硫后生成的副產(chǎn)品也具有一定的利用價(jià)值，目前該工藝比較成熟。但是也存在一些不足，比如：占地面積較大、建設(shè)初期會(huì)占用大量資金，并且會(huì)產(chǎn)生廢水不易處理。

(3)氨法。目前該方法在世界范圍內(nèi)的應(yīng)用較為廣泛，既可以有效實(shí)現(xiàn)煙氣的脫硫、脫硝，所生成的副產(chǎn)品為硫酸銨，回收后可用于化肥生產(chǎn)。該方法應(yīng)用的主要流程分為三步，即脫硫吸收、中間產(chǎn)品處理回收、副產(chǎn)品的生產(chǎn)加工。該方法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度快，吸收效率高，環(huán)保效果優(yōu)，成本投入低，可大范圍推廣使用。

(4)海水法。因?yàn)楹Ｋ勺鳛樘烊坏奈談糜跓煔饷摿颍晒?jié)省大量淡水資源。該技術(shù)的脫硫效率較高，通常能夠超過90%，其反應(yīng)過程不會(huì)產(chǎn)品廢棄物和副產(chǎn)品，操作簡(jiǎn)便，不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成二次污染。目前海水煙氣脫硫技術(shù)被廣泛的用于沿海發(fā)達(dá)地區(qū)。

2 煙氣脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)的應(yīng)用

2.1 氨肥法

(1)氣體吸收。該技術(shù)是建立在雙模理論模型的基礎(chǔ)上的，吸收的本質(zhì)是溶質(zhì)由氣相主體傳遞到液相主體的過程，在一定的溫度與壓力條件下，煙氣與液態(tài)氨之間完成吸收質(zhì)與吸收劑的質(zhì)量傳遞，保持氣相與液相之間的動(dòng)態(tài)平衡。

(2)脫硫脫硝。脫硫是指吸收煙氣中所含的二氧化硫氣體，吸收的過程是在脫硫塔中完成的。用來(lái)吸收二氧化硫的溶液一般是NH4HSO3和(NH4)2SO3這兩種溶液，其中氨分子與水分子極易結(jié)合，生成易溶于水的氨的水化物。在實(shí)際運(yùn)用中(NH4)2SO3對(duì)于二氧化硫氣體的吸收效果更好一些，為了提高溶液的吸收能力，應(yīng)持續(xù)向溶液中補(bǔ)充氨水，使NH4HSO3不斷轉(zhuǎn)化為(NH4)2SO3，從而完成脫硫。由于煙氣中的NO占氮氧化合物的90%以上，因此脫硝過程主要是吸收煙氣中的大部分NO。經(jīng)過一系列復(fù)雜的反應(yīng)之后，反應(yīng)器中剩余的(NH4)2SO3最終被氧化，得到(NH4)2SO4，最后經(jīng)過程結(jié)晶、脫水、干燥等步驟后回收，用于化肥的生產(chǎn)[3]。

(3)除塵。煙氣中所含的粉塵會(huì)在反應(yīng)器的濃縮段進(jìn)行濃縮，經(jīng)過一系列的物理變化后由原來(lái)的氣包圍界面轉(zhuǎn)化為液—固界面，不斷的吸附與凝聚，粉塵的粒徑會(huì)逐步增大，更易接觸到水分而增加其濕度與浸潤(rùn)性，粉塵與粉塵之間更易吸附，最終形成液滴，達(dá)到除塵的目的。

2.2 催化法

(1)催化煙氣脫硫。這是一種新型的有機(jī)脫硫催化技術(shù)，以具有吸附能力的炭材料為載體，并搭載催化成分，既完成了對(duì)二氧化硫的吸附，又具備了催化劑的催化作用。煙氣中含有的二氧化硫氣體、水分和氧氣被吸附在催化劑的孔隙當(dāng)中，經(jīng)過催化后轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚苑肿樱删哂袕?qiáng)氧化性的硫酸，這些反應(yīng)生成的硫酸會(huì)聚焦在孔隙內(nèi)，隨著硫酸數(shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)逐漸進(jìn)行飽和狀態(tài)，然后就會(huì)釋放出具有催化作用的活性分子，這樣催化劑的催化能力得到了恢復(fù)。這種新型技術(shù)可以大大減少能量的消耗，減少材料的使用，并且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。

(2)催化還原脫硝。在專用反應(yīng)器中加入氨或尿素等具有還原性質(zhì)的物料，當(dāng)煙氣經(jīng)過反應(yīng)器時(shí)其中所含的NOx將會(huì)發(fā)生還原反應(yīng)，被還原為N2和水，目前這種方法的應(yīng)用比較廣泛，而且脫硝效率非常高，能夠達(dá)到90%以上。

(3)靜電煙氣除塵。利用勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生高壓靜電場(chǎng)，當(dāng)含塵煙氣經(jīng)過時(shí)就會(huì)被電離，粉塵顆粒就會(huì)與負(fù)離子結(jié)合而帶上負(fù)電荷，趨向正極運(yùn)動(dòng)被吸附收集。該方法除塵凈化效果好，可以在250 ℃高溫環(huán)境下運(yùn)行，甚至有些類型可以達(dá)到350～400 ℃，并且自動(dòng)化水平較高，應(yīng)用范圍廣泛。

3 化工企業(yè)脫硫脫硝除塵環(huán)保措施

隨著我國(guó)工業(yè)化的發(fā)展，大量含硫、含氮有害氣體及煙塵被排放到大氣當(dāng)中，生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，因而國(guó)家越來(lái)越重視化工企業(yè)脫硫脫硝除塵技術(shù)的應(yīng)用，在全國(guó)范圍內(nèi)開展對(duì)煙塵的控制[4]。

3.1 環(huán)保部門做好行業(yè)綜合評(píng)估

國(guó)家環(huán)保部門及相關(guān)的監(jiān)督管理部門應(yīng)組織并號(hào)召相關(guān)研究單位對(duì)大氣污染物排放情況進(jìn)行深入的調(diào)研工作，根據(jù)排放情況做好系統(tǒng)性的評(píng)估，制定嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)研與評(píng)估內(nèi)容主要涉及到超低總量排放的整體環(huán)境效益、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益等等，以及對(duì)化工生產(chǎn)技術(shù)的影響、對(duì)安全生產(chǎn)與資源使用等方面的影響。例如化工生產(chǎn)企業(yè)為了達(dá)到除塵效果在煙囪上安裝除塵脫硫脫硝裝置，但是卻增加了煙氣排放的阻力，對(duì)于化工企業(yè)的安全生產(chǎn)造成一定的影響，為了解決這一問題，再加裝鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備，這又會(huì)造成企業(yè)生產(chǎn)成本的上漲。這些實(shí)際問題都是影響環(huán)保技術(shù)推廣的重要阻力，各地政府部門應(yīng)采取積極措施進(jìn)行有效的解決。

3.2 推廣脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)的工作思路

化工企業(yè)管理人員要更新觀念，統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，明確企業(yè)生產(chǎn)的目的是為了滿足社會(huì)發(fā)展所需，企業(yè)產(chǎn)品與服務(wù)應(yīng)對(duì)社會(huì)發(fā)展起到積極的作用，應(yīng)積極解決脫硫脫硝除塵技術(shù)給企業(yè)生產(chǎn)造成的各種困擾，通過不斷的創(chuàng)新、改進(jìn)完成技術(shù)改造，使煙氣排放達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)還要做好廢棄物的回收利用，提高脫硫脫硝除塵設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益，可用來(lái)抵消化工企業(yè)的部分投入，降低成本投入。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的逐步加快，大氣中含硫含氮等有害氣體的排放情況越來(lái)越嚴(yán)峻，已經(jīng)嚴(yán)重影響到了生態(tài)平衡，霧霾、沙塵暴、水土流失等問題頻發(fā)。因此，化工企業(yè)在生產(chǎn)中應(yīng)積極推廣脫硫脫硝除塵技術(shù)，對(duì)工業(yè)排放廢氣、廢水進(jìn)行有效的治理與回收利用，這也是推動(dòng)化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。