干法脱硫、脱硝一体化技术.doc

燃煤电厂烟气干法脱硫、脱硝一体化技术(1)北极星电力网技术频道 作者:王智，赵瑞娥 2011-5-6 15:50:33(阅855次) 所属频道: 火力发电 关键词: 燃煤电厂烟气干法脱硫脱硝一体化燃煤电厂烟气干法脱硫、脱硝一体化技术王智，赵瑞娥【摘 要】 火电厂燃煤过程排放的污染物是我国大气污染的主要来源之一。基于对我国火电厂烟气脱硫脱硝技术的调研, 阐述了目前国内外干法烟气同时脱硫、脱硝技术，详细介绍了各种技术的机理、研究现状及最新进展，并分析了这些技术的优点和缺点，最后对其发展前景作了展望。【关键词】电厂;烟气;脱硫;脱硝在我国一次能源构成和消费中，煤炭所占的比例高达70%1，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最为紧迫的任务之一。燃煤电厂烟气脱硫、脱硝一体化技术是目前控制SOx，和NOx排放的最有效手段之一2。近年来，烟气脱硫、脱硝一体化技术因其在同一套系统内实现同时脱硫与脱硝，具有设备精简、占地少、投资省和运行管理方便等优点，已成为大气污染控制领域中前沿性的研究方向3 。一般来说，同时脱硫、脱硝技术按照脱除剂及反应产物的状态可分为湿法、干法和半干法三大类。湿法工艺成熟、效率高，应用广泛，但存在成本高、占地面积与耗水量大、易产生二次污染、氨泄漏和设备腐蚀等问题4 ;而干法、半干法虽然仍存在一些技术和经济等方面的缺陷，但由于具有耗水量少、运行成本低、设备简单、占地面积小等优点，因而成为极具发展前景的烟气净化技术5。1 固相吸附再生技术1.1 活性焦吸附法(BF)活性焦吸附法是一种利用活性焦进行烟气同时脱硫、脱硝的技术。通过活性焦的微孔吸附作用，将SOx存于活性焦的微孔内，再通过热再生，产生高浓度的SOx气体，经过转化装置形成高纯硫磺、浓硫酸等副产品;NOx则在加氨的条件下经活性焦的催化作用生成水和氮气，排人大气。BF法不仅能够实现脱硫、脱硝一体化，而且还能脱除烟气中粉尘、SO3(湿法难以除去)、卤素化合物、有害重金属和有毒气体(如二恶英等)。另外，该法还具有占地面积小、运行费用低、节水效果明显、无污染以及遇碱或盐类时催化剂不致老化等优点。应指出的是：BF法必须将活性炭改性为活性焦，普通活性炭的综合强度(耐压、耐磨、耐冲击)低，表面积大，若使用移动床，因吸附、再生损耗大，存在经济问题。另外，为解决该法存在的反应速度缓慢等缺点，近年来一些研究者提出利用微波诱导活性炭吸附，从而利用催化还原来脱硫、脱硝。该技术用活性炭作为氮氧化物载体，在向活性炭床施加微波能的条件下，使SOx还原为单质硫，NOx还原为氮气，脱硫、脱硝效率均达96%以上。1.2 NH3/V2Ox一TiO2 法该 法以担载在TiO2 ， 等氧化物上的V2Ox( x=45)为催化剂，在固定床中以NH3为吸附剂进行了一系列的脱除试验，当反应温度为130时，所得的脱硫、脱硝率均达到90% 以上。该法的独特之处是脱硫、脱硝反应物均为NH3，以担载在二氧化钛等金属氧化物上的V2Ox为催化剂，为同时脱硫、脱硝提供了新的途径。1.3 NOXSO 法该法的脱硫、脱硝吸附剂为担载在A12O3圆球上的钠盐，处理过程包括吸收、再生等步骤。1991年，美国能源部匹兹堡能源中心(PETC)与NOXSO公司合作，利用NOXSO法在60kW 发电机组烟气净化装置上进行了中试试验，研究了工艺参数对SOx及NOx脱除率的影响、吸收剂性能随使用时问的变化、再生气体种类对再生效果的影响等。结果表明，反应温度在130时，SOx和NOx的脱除率分别达到90%和70%。2 高能电子氧化法2.1 电子束法(EBA)EBA法是一种物理与化学原理相结合的脱硫、脱硝技术。它是利用电子加速器产生强氧化性的自由基等活性物质，把烟气中的SO2和NO氧化为SO3和NO2，这些高价的硫氧化物和氮氧化物与水蒸汽反应生成雾状的硫酸和硝酸，并与加入的NH3反应生成硫铵和硝铵，脱硫、脱硝同时完成EBA法设备简单，操作方便，对于煤种和烟气量的变化有较好的适应性，可达到90% 以上的脱硫效率和80% 以上的脱硝效率。但由于EBA法是靠电子加速器产生高能电子(400800keV)，电子加速器造价昂贵，电子枪寿命较短，加之射线需要防辐射屏蔽，系统运行、维护技术要求高，这些都限制了其应用范围。2.2 脉冲电晕等离子体技术(PCDP)PCDP技术是在电子束法的基础上发展起来的。脉冲电晕法利用高压脉冲电源放电获得活化电子，来打断烟气气体分子的化学键从而在常温下获得非平衡等离子体，即产生大量的高能电子和0、OH等活性自由基，进而对工业废气中的气体分子进行氧化、降解等，使污染物转化，再与注入的氨产生协同效应，生成硫铵、硝铵及其复盐微粒，可显著提高SO2和NOx的脱除率以及除尘效率，进而实现脱硫、脱硝和除尘一体化。自1986年Masuda等人发现电晕放电可以同时脱除SO2和NOx以来，该法由于具有设备简单、操作方便，显著的脱硫、脱硝和除尘效果以及副产物可作为肥料回收利用等优点而成为国际上脱硫、脱硝的研究前沿。该技术最大的问题在于能耗高。另外，该法在如何实现高压脉冲电源的大功率、窄脉冲、长寿命等问题上仍有很多工作要做。2.3 流光放电等离子体同时脱硫、脱硝流光放电等离子体技术利用正极性发电，在相似的电极结构和电压水平条件下，利用流光头表面产生的高能电子打开化学健，激发产生OH、O等氧化性极强的自由基，继而实现脱硫、脱硝和氧化亚硫酸盐的目的。该法采用电子半导体高频开关器件及高频开关电源技术，克服了原有电子束和脉冲电晕方法的电源无法工业化应用的弊端，具有良好的应用前景。目前，在荷兰、日本和中国都进行着1O100 kW 工业性示范研究。2.4 电催化氧化法(ECO)ECO技术是近几年发展起来的一种洁净燃煤技术。该技术的核心部分是ECO反应器，它通过电极和催化材料的作用产生O、H 2O2、OH等活性基团，从而对SO2和NOx进行氧化。在氨气存在的情况下生成氨盐沉降下来。美国R.E.Burger燃煤电厂ECO系统可去除95% 的SO2和90%的NOx。最近，岑可法等人提出了一种基于直流电晕放电自由基簇射的ECO方法。该法采用带喷嘴的放电电极大幅地提高了电极气被分解的概率，从而产生更多的活性物质。但是，ECO法采用的吸收剂氨极易挥发，会造成泄漏和空气污染。另外，由于是对整个烟道进行放电，放电条件恶劣，电耗较高。3 有机钙盐脱硫、脱硝技术传统的钙盐吸收剂(如石灰石)在炉内高温环境下易快速烧结，比表面积下降，脱硫效果差，且对NO没有脱除效果。有机钙是由钙元素与有机酸结合而成，煅烧后形成的CaO孔隙丰富，比表面积远大于普通石灰石，因此其脱硫能力远高于普通的石灰石。同时，南于其煅烧过程中可析出有机气体，在合适的气氛下还具有明显的脱硝效果，据文献报道，有机钙对燃煤产生的H2S、HC1、Hg蒸汽等污染物也具有良好的脱除效果。但由于有机钙的生产成本高，影响了其工业推广。近年来，人们发现利用含有有机质的各种废弃物，通过热裂解工艺制备热解油，与石灰石混合，可制备廉价的、适用于工业脱硫、脱硝的有机钙。加拿大Dynamotive公司首先开发了炉内加有机钙脱硫、脱硝技术，通过高温裂解垃圾废物生成的有机油与钙基化合物反应生成有机钙，喷入炉膛燃烧，在高温条件下瞬间发生膨胀、分解和燃烧，从而可以获得较高的脱硫、脱硝效率。试验证明该工艺对SO2，的去除率高达90%，NOx去除率达80%以上。肖海平等对有机钙脱硫、脱硝机理进行了系统研究，并探讨了温度、含氧量等对有机钙脱硫、脱硝效果的影响。日前，河北省环境科学研究院与中国科学院化工冶金研究所合作开发了一种利用玉米秸秆等生物质资源制备热解油和混合有机钙盐的脱硫、脱硝剂，此项技术为国内首创。用该技术处理玉米秸秆得到中热值煤气、热解油和生物炭，没有任何废物，其中煤气的热值与城市煤气相当;热解油可制脱硫、脱硝剂，实现废物资源化;生物炭可用作绿色肥料、脱水剂、缓释剂。该技术具有良好的商业化应用前景和市场竞争优势。4 烟气循环流化床同时脱硫、脱硝技术烟气循环流化床同时脱硫、脱硝工艺是在烟气循环流化床脱硫的基础上，通过添加活性吸收剂等实现脱硫、脱硝的一种新型烟气净化技术。烟气循环流化床(CFB)联合脱硫、脱硝技术首先由Lurgi GmbH 研究开发。该法是用消石灰作为脱硫吸收剂，氨作为脱硝还原剂，FeSO47H2O作为脱硝催化剂，利用床内强烈的湍流效应和较高的循环倍率，加强同体颗粒间的碰撞以及同体颗粒与烟气的接触，靠摩擦不断地从吸收剂表面去除反应产物，以暴露出新的反应表面，从而提高吸收剂的脱硫、脱硝效率。该系统已在德国投入运行，结果表明，在Ca/S为1.21.5、NH3/NOx为0.71.03的条件下，脱硫效率为97%，脱硝效率为88%。XuGuangwen等提出一种粉粒流化床(PPFB)脱硫、脱硝技术，该方法是在PPFB中，用脱硝催化剂颗粒作为流化介质同脱硫剂粉末同时流化，氨从流化床底部进入。为了避免由于SO2与催化剂、NO与脱硫剂发生反应而降低脱除效率，Xu还研究了吸收剂和催化剂用量、烟温、烟气成分对脱除效率的影响。韩国Hankuk大学在CFB的基础上开发了一种联合脱硫、脱硝的新型干式吸收塔。该系统由一个循环流化床吸收器和布袋除尘器组成。由于流化床内的气固高度混合以及吸收剂的循环利用，大大提高了吸收剂的利用率，降低了运行费用。Argonnge国家实验室认为，循环流化床后部布袋除尘器中的过滤灰层对SO2和NOx的脱除有利。5 结 语随着环境问题的日趋严重，国家对电力企业的烟气排放也提出了更高的要求。目前，应用于丁业生产和正在进行中间试验的烟气脱硫、脱硝方法中，干法工艺由于打破常规石灰石一石膏法脱硫技术落后、装置造价及运行费用高的劣势，具有投资低、运行成本低、系统简单、操作容易等优点，在中国被认为是有广阔发展前景的烟气净化技术。国家应进一步加大投资力度，真正实现干法烟气同时脱硫、脱硝技术的产业化，为在电力系统全面推广成套脱硫、脱硝装置奠定物质基础。参考文献：1 赵毅，刘凤，郭天祥，等.液相同时脱硫脱硝实验及反应特性J.中国科学，2009，39(3)：431437.2 姜天云，傅文玲.两炉一塔式石灰石湿法脱硫烟气系统的特点分析J.电力设备，2007，7(6)：1720.3 蒋文举，赵君科，尹华强，等.烟气脱硫脱硝技术手册M.北京：化学工业出版社，2006：436454.4 吴祖良.商翔，骆仲泱，等.自由基簇射电催化氧化同时脱硫脱硝过程反应特性及机理研究J.高校化学1：程学报，2006，20(6)：925