燃煤烟气中脱硫脱硝技术简述
摘要: 燃煤烟气中二氧化硫和氮氧化物的危害已众所周知,其中SO2 的控制采用了湿式石灰石- 石膏法、烟气循环流化床法、海水脱硫等技术,以湿式石灰石- 石膏法为主。对于氮氧化物控制,一般采用的较成熟工艺是在脱硫装置后面加装一套脱硝装置如选择性催化还原( SCR)或选择性非催化还原( SNCR) ,以选择性催化还原 ( SCR)为主,从而实现联合脱硫脱氮,这是分级治理方式。这种方式不仅占地面积大,而且投资和运行费用高,为了降低烟气净化的费用,开发同时脱硫脱硝新技术、新设备已迫在眉睫。
关键词:同时脱硫脱硝,联合脱除工艺,烟气
随着环保要求的提高和更严格收费标准的出台,大部分燃煤锅炉都面临着加强控制NOx和 SO2 排放的问题。燃煤烟气中SO2 的控制采用了湿式石灰石- 石膏法、烟气循环流化床法、海水脱硫等技术, 以湿式石灰石- 石膏法为主。对于 NOx控制,一般采用的较成熟工艺是在脱硫装置后面加装一套脱硝装置如选择性催化还原( SCR) 或选择性非催化还原( SNCR) ,以选择性催化还原 ( SCR)为主,从而实现联合脱硫脱氮。二十世纪90年代以来,出现了许多性能较好的可以联合脱硫脱硝的FGD工艺,本文例举了其中有实际应用价值的几种,对新兴的联合并同时脱硫脱硝技术作了一定的展望。
1 七种净化工艺简介
1. 1 SNOX(WSA - SNOX)烟气净化工艺[ 1]
WSA - SNOX 技术即湿式洗涤并脱除NOx (Wet ScrubbingAdditive forNOx Removal)技术,是针对电厂日益严格的SO2, NOx,粉尘排放标准而设计的高级烟气净化技术(AFGCT) 。由锅炉出来的烟气先经过袋式除尘器除去飞灰,无灰烟气先经过第一个反应器,其中的氨水在脱硫剂的作用下将氮氧化物转化为氮气和水。第二个反应器在脱硫剂的作用下将二氧化硫转化为三氧化硫,然后用特制的玻璃冷凝器将其水合成硫酸。
1. 2 NOXSO公司的干法可再生烟气净化系统[ 2]
该法是通过安装在除尘器后的流化床吸收器,将二氧化硫和氮氧化物吸收掉。吸收剂是高比表面积的球粒状的氧化铝浸透碳酸钠溶液组成。氮氧化物的脱析是靠空气流加热进行的。氮氧化物又进入锅炉,二氧化硫回收成硫。
1. 3 SNRB( SOx - NOx - ROx - BOx)工艺[ 3]
SNRB工艺是一种新型的高温烟气净化工艺, 由B&W公司开发,能同时去除SO2、NOX和烟尘, 此三种污染物在高温布袋除尘器内去除, SNRB将下列三种功能结合在一起: ① SO2 用石灰基或钠基吸收剂吸收; ② 采用SCR 将NOX 用NH3 还原为 N2 ; ③在高温脉冲喷射布袋除尘器中去除烟尘。
1. 4 EBA( Electron Beam with Ammon ia)法[ 4]
EBA电子束法是用高能量电子束照射烟气,电子束使烟气中的H2O、N2、O2 产生自由基,同时去除烟气中的SO2、NOX ,在添加剂氨气存在的条件下生成铵盐,然后用静电除尘器收集。该法经过20多年的研究开发已从小、中试和工业示范逐步走向工业化。其主要的特点是属干法,不产生废水、废渣。我国目前所研制的先进方法是脉冲电晕非平衡等离子体对烟气SO2、NOX 的氧化脱除,电子射线法和脉冲电晕方法都是利用高能电子使烟气中的SO2、NOX 等气体分子激活、电离甚至裂解,产生能促进气相化学反应的强氧化性物质,如OH基、HO2 基等,这些活性粒子使已同样被激活的SO2、NOX 分子,经过一系列复杂的气体电化学反应过程,氧化成SO3 和 NO2 很快与水反应生成相应的酸,在添加氨的情况下,生成硫铵、硝铵并沉降下来,这些盐可用传统方法收集作为肥料。但这两种方法中,高能电子来源不同,前者通过阴极发射和电场加速产生高能电子束,需要大功率,长期连续稳定工作的电子枪,运行和维修技术要求高,效果也不甚理想。后者的突出优点是能在一个干过程中同时脱硫脱硝、除尘和除重金属。
1. 5 粒流化床( PPFB)脱硫脱硝技术
Xu Guangwen[ 5 ]提出粉粒流化床( PPFB)脱硫脱硝技术,该方法是在PPFB 中,用脱硝催化剂颗粒(几百微米)作为流化介质颗粒同脱硫剂粉末 (几到十几微米) 同时流化, 氨从床底供入还原 NOX ,但在脱硫脱硝过程可能发生SO2 与催化剂、 NOx与脱硫剂的反应, 降低脱除效率。于是Xu Guangwen[ 6 ] 找出适合的吸收剂和催化剂, 即 Na2 CO3 /Al2O3 为吸收剂, V2O5 /WO3 · TiO2 或 WO2 ·TiO2 为催化剂。此外, Xu GuangWen 还研究了吸收剂和催化剂用量、烟温、烟气成分对脱硫脱硝效率的影响, 实验证明, 当Cu /S = 1 ∶1, NH3 /NO = 1 ∶1, 烟温为623K, 烟气含氧量为 2% ,含水蒸汽量为5% , SO2 为500 mg/L, NO2 为 500mg/L时脱硫率超过90% ,脱硝率达到80%。
1. 6 碱性废水脱硫脱硝技术
陈子彤研究证明[ 7 ]锅炉水即来自上锅筒中的碱性废水(pH: 11～14)对锅炉尾部烟道进行喷雾, 也可起到脱硫脱硝作用。杨向民研究表明[ 8 ] ,随着喷入量增加,脱硫脱硝率会增加,技术关键是喷淋雾化方式、喷雾水量和喷雾水的碱度等。但这种方法受锅炉排污水的限制很大,且脱硫率较低, 如投入实际运行,仍须改善。
1. 7 紫外光照射下TiO2 脱硫脱硝的研究
TiO2 对SO2 的吸附主要是物理吸附,只有极少量化学吸附。由于烧结后的TiO2 粉末具有相对高的比表面积,这些表面能以物理吸附的方式吸附SO2、O2 和水分等;另一方面TiO2 具有催化作用,一部分TiO2 发生水化而使粒子表面富含羟基, 这些羟基和吸附在脱硫剂表面的O2 , SO2 和水分等发生化学反应生成H2 SO3 和H2 SO4 ,又进一步起到脱硫作用。
尚静等人[ 9 ]曾报道过超细粉TiO2 光催化氧化SO2 的研究。实验表明,处于暗态的SO2 不能被O2 氧化,但在紫外光照下,无论TiO2 存在与否, 光化学反应均能进行,但反应速度有明显的差别。 Hashimoto等人[ 10 ]的试验结果显示出在氧气存在的条件下紫外光照射TiO2 会产生等活性自由基,进而与NOx反应生成硝酸羟基自由基增加了脱除效率。此表明若TiO2 的表面有足够多的羟基自由基则NO能有效地被氧化,而催化剂的表面预吸附也可以提高脱除效率。
NH3 和NO在TiO2 表面的光催化反应也在研究中[ 11 ] 。有文献报道,紫外灯照射下, TiO2 可使 NO分解成为N2 ,O2 及N2O[ 12 ] 。
2 展望
目前,国内外对同时脱硫脱硝技术研究十分活跃,除上述介绍的几种工艺外,还有些较好的技术方案,如活性炭法、含铁螯合物吸收还原法、氯酸氧化法等工艺。同时脱硫脱硝技术具有比其他技术省地省料等的优点,随着环保要求的进一步提高,必将成为大气污染治理方面的一个研究热点。
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