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燃煤烟气脱硫脱硝技术研究进展

一、烟气脱硫脱硝技术推广意义

在我国一次能源构成和消费中,煤炭所占的比例高达70%,其中燃煤电厂又是我国耗煤和二氧化硫及氮氧化物排放的大户.因此控制燃煤电厂排放的二氧化硫及氮氧化物,是目前我国大气污染控制领域最为紧迫的任务之一.占煤炭产量75%的原煤用于直接燃烧,煤燃烧过程中产生严重污染.随着人们环境意识的不断增强,减少污染源、净化大气、保护人类生存环境的问题正在被亿万人们所关心和重视,寻求解决这一污染措施,已成为当代科技研究的重要课题之一.因此控制SO2的排放量,既需要国家的合理规划,更需要适合中国国情的低费用、低耗本的脱硫技术.

二、主要技术

1、联合脱硫脱硝技术

这项技术是当今世界上应用最广泛的烟气脱硫脱硝技术,因为传统的脱硫技术可以去除烟气中的SO2,同时,选择性催化还原技术(简称SCR)可 以去除烟气中的NOx,这两种技术各自工作,不相互干扰,一般可以达到比较理想的效果.联合脱硫脱硝技术常常采用高性能石灰石-石膏烟气脱硫系统来去除烟 气中的SO2,并用SCR技术去除NOx.一般来说,石灰石-石膏烟气脱硫体系选用的技术方式是湿式技术,而现阶段比较先进的SCR体系却采用干式技术. 现在,该技术在日本、德国、瑞典等发达国家已得到广泛的应用,其优点主要是,不论入口处的SO2和NOx浓度是多高,经过处理,都能达到脱硫率90%以上 和脱硝率80%以上的理想效果,但美中不足的是在该项技术在运行过程中会形成表面结垢,从而降低了对SO2和NOx脱除的效率,并且会阻塞和腐蚀正在运行 的设备,比如GGH.

2、同时脱硫脱销技术

用两套装置分别脱除烟气中的对SO2和NOx,不但所占空间大,而且投资费用高、操作起来也比较困难,从而同时脱硫脱硝技术越来越受到业界的 广泛关注.但是,同时脱硫脱硝技术还处于研究阶段,尚未得到大规模工业应用.这项技术可分为:燃烧过程的同时脱除技术和燃烧后同时脱除技术,后者将会在工 业生产中得到大规模应用,技术方式可分为湿法和干法.现阶段,国际上大多研究机构主要集中研究干式同时脱硫脱硝技术.下面主要介绍有一定研究成果的同时脱 硫脱硝技术.

3、软锰矿法烟气脱硫资源化技术

MnO2是一种良好的脱硫剂.在水溶液中,MnO2与SO2发生氧化还原发应,生成了MnSO4.软锰矿法烟气脱硫正是利用这一原理,采用软锰矿浆作为吸收剂,气液固湍动剧烈,矿浆与含SO2烟气充分接触吸收,生成副产品工业硫酸锰.该工艺的脱硫率可达90%,锰矿浸出率为80%,产品硫酸锰达到工业硫酸锰要求(GB1622-86).常规生产工业硫酸锰方法是:软锰矿粉与硫酸和硫精沙混合反应,产品净化得到工业硫酸锰.由于我国软锰矿品位不高,硫酸耗量增大,成本上升.该法与常规生产工业硫酸锰相比是,不用硫酸和硫精沙,溶液杂质也降低,原料成本和工艺成本都有降低,比常规生产工业硫酸锰方法节约成本25%以上, 加之国家对环保产品在税收上的优惠,竞争力将大大提高.

4、电子束氨法烟气脱硫脱硝技术

电子束氨法烟气脱硫脱硝工业化技术(简称CAEB-EPS技术),充分挖掘电子束辐照烟气脱硫脱硝技术的潜力,结合中国具体国情,具有投资省、运行费用低、运行维护简便、可靠性高等独有的特点,居国际先进水平.CAEB-EPS技术是利用高能电子束(0.8~1MeV)辐照烟气,将烟气中的二氧化硫和氮氧化物转化成硫酸铵和硝酸铵的一种烟气脱硫脱硝技术.

5、脉冲电晕等离子法

这项技术是学者Masuda和Mizunou,在20世纪80年代中期率先提出来的,由电子束照射法发展而来,其脱硫脱硝的原理与电子束照射法的大体一致,主要区别在于而这项技术则采用高压电源电晕放电代替加速器电子束产生的.

脉冲电晕等离子法脱硫脱硝的过程可以一分为三.

首先,脉冲放电产生含有大量的高能电子、离子、激发态粒子和具有很强氧化性的自由基的等离子体,其中活性粒子的平均能量大于气体分子的键能, 而这些活性粒子与烟气中的有害分子碰撞,一可以打开气体分子键,生成一些单原子分子和固体微粒,一可以产生大量的自由基和氧化性极强的臭氧.由这些单原子 分子、自由基和臭氧组成的活性粒子所引起的化学反应最终将废气中的有害物质变成无害物质.

6、石灰石/石膏湿法

该方法是世界上最成熟的烟气脱硫技术,采用石灰或石灰石乳浊液吸收烟气中的SO2,生成半水亚硫酸钙或石膏.优点:①脱硫效率高(有的装置Ca/S=1时,脱硫效率大于90%);②吸收剂利用率高,可达90%;③设备运转率高(可达90%以上).缺点:成本较高、副产物产生二次污染等7、催化氧化法烟气脱硫技术

该法采用适用低浓度的新型催化剂,通过催化氧化,在脱硫过程中,将SO2转化为硫酸,其脱硫效率高于90%,产品有市场,以国内有关研究为基础,通过与国外合作研究、国内留学基金资助,其技术正逐步成熟,有望成为一种有竞争力的新型烟气脱硫技术.

7.1造纸黑液烟气脱硫技术 该技术利用造纸黑液脱除烟气中SO2,既治理了SO2烟气污染又使造纸黑液得以处理,并同时回收生产木质素.

7.2烟气除尘脱硫一体化技术 以碱性液体(石灰、石灰石、其他碱液废液)为吸收剂,在一结构紧凑、功能齐全的装置中去除烟气中SO2,脱硫效率50~95%,除尘效率>90%,投资省,运行费低,占地面积小,阻力小,适用于35t/h以下锅炉使用.

8、微生物烟气脱硫技术研究

利用微生物作用,将千代田法脱硫的低价铁氧化为高价铁,循环使用,脱硫与尾液处理并用.脱硫率>90%,在常温常压下,效率优于千代田法,为国家自然科学基金.

9、等离子法烟气脱硫技术

烟气SO2中在高压脉冲电压作用下,与加入的NH3反应生成(NH4)2SO4,脱硫效率大于90%,已完成400m3/h的实际燃煤烟气试验.该法为国家自然科学基金资助项目.

10、络合铁法烟气脱硫技术

该法由我校和美国劳伦斯国家实验室合作研究,并获国家回国人员资金资助,有关研究表明,采用络合铁法烟气脱硫,脱硫效率可达90%以上,硫可回收利用,脱硫剂再生容易,损失率低.

三、烟气脱硫脱硝技术的发展趋势

1、在研究烟气同时脱硫脱硝技术的同时,理论研究将会更加深入,如反应机理和反应动力学等等,为该项技术走出实验室阶段,实现工业化提供充分的理论和坚实的依据.

2、目前,国内外的研究主要集中于烟气同时脱硫脱硝技术这方面则集中在干法上,在以后的研究中,研究人员则加强研究湿法同时脱硫脱硝技术,为今后锅炉技术改造节约大量资金,减少投资金额,降低投资风险,以避免不必要的浪费.

3、研究任何一项烟气脱硫脱硝技术,都要结合我国国情.因此,应主要研发能够在中小型锅炉上广泛应用的高效、低耗、能易操作的同时脱硫脱硝技术.

结束语

我们发展烟气脱硫脱硝技术的主要目的是考虑到我国目前的空气环境污染严重,环境因素将制约未来的发展空间.因此,着力发展烟气脱硫脱硝技术,探究更为高效和低成本的技术,为我国的环境保护建设作出贡献.