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火力发电厂烟气脱硫脱硝的一体化技术的研究分析

关注:日期:2018-04-01

【摘要】在煤燃烧排放的烟气之中含有硫氧化物以及氮氧化物,其中 NO2、NO、SO2 是大气污染的主要成分,也是形成酸雨的关键物质。当前烟气脱硫脱硝一体化技术已成为各国净化火力发电厂烟气污染的研发热点。但目前因技术不成熟制约了大规模推广应用。避免烟气处理技术副产物的二次污染或者考虑副产物的综合利用是提高脱硫、脱硝一体化技术竞争力的重要方面。建议加强副产物的研究,确保开发的脱硫、脱硝技术能实现资源的循环利用,提高技术的经济和社会效益。加强脱硫、脱硝一体化技术与现有脱硫装置集成研究。目前,大多数电厂安装有烟气脱硫装置,考虑充分利用现有的装置,与现有的脱硫技术相结合。实现节能减排、降低投资和运行成本。本文简述了脱硫脱硝机理,对一体化脱硫脱硝技术进行了研究分析。

我国一次能源的构成中,煤炭所占的比例已经高达 70%,其中燃煤电厂是我国耗煤和氮氧化物以及二氧化硫排放的主要场所。因此在控制燃煤电厂所排放的氮氧化物以及二氧化硫,这是当今我们国家大气污染控制领域的首要任务。

一 .脱硫脱硝机理

脱硫、脱硝是除去或者是减少燃煤的过程之中的 NOx 和SOX,如何经济有效地控制燃煤之中 SOX 和 NOx 的排放量是我国甚至是世界节能减排的领域之中急需要解决的重要问题。迄今为止,达到工业应用规模一体化的技术主要有炭基材料法、臭氧氧化法、电子束照射法、脉冲电晕法、金属氧化物催化法等。这些技术采用的方法是把气态污染物中的硫和氮经过一系列化学反应转化为较稳定形态,如硫酸盐和硝酸盐进而工业利用。

二、一体化脱硫脱硝技术

1、传统一体化烟气脱硫脱硝技术。国内外使用比较广泛的脱硫脱硝一体化技术主要是 WET-FGD+SCR/SNCR 组合技术,也就是湿式烟气脱硫和选择性非催化还原或者和选择性催化还原的组合。(WET-FGD:湿式烟气脱硫;SNCR:选择性非催化还原;SCR:选择性催化还原)湿式烟气脱硫一般用的都是石灰脱硫或石灰石脱硫,其效率均在 90% 以上,但是其缺点就是工程规模大,一次性的投资以及运行费用比较高,且易形成二次污染。

2、湿法烟气同时脱硫脱硝技术。湿法烟气同时脱硫脱硝工艺主要就是通过添加剂来充分的提高 NO 的溶解度在气 / 液段就将NO氧化成NO2。湿法同时脱硫脱硝技术现今是处于研究的阶段,主要包括了氧化法与湿式络合法。

(1)氧化法。氯酸氧化工艺采用的是湿式洗涤系统在一套设备之中同时的去除二氧化硫以及氮氧化物。该方法采用的是氧化吸收塔以及碱式吸收塔两段洗涤工艺,在去除二氧化硫和氮氧化物的同时对有毒重金属元素也有较好的去除效果,如 Se、Hg、Pb、Cd、Be 以及 As 等等。研究在酸性的条件之下来充分的利用双氧水将 SO2 和 NOX 氧化成硝酸和硫酸的工艺。

(2)湿式络合吸收工艺。湿式络合吸收工艺是向溶液中添加络合剂,将含有 NO 和 SO2 的烟气通过含有 Fe(Ⅱ)EDTA 螯合物的溶液,燃煤烟气中的 NO 与 Fe( Ⅱ )EDTA 反应形成亚硝酰亚铁螯合物,提高了 NO 的吸收速率 , 加大了其吸收容量。配位的NO 能够和溶解的 SO2 和 O2 反应生成 N2、N2O、连二硫酸盐、硫酸盐、各种 N-S 化合物和 Fe( Ⅲ ) 螯合物。该工艺可以同时的进行脱硫脱硝,但是该法现今还一直处于试验的阶段,其工业应用之中所存在的障碍主要就是在反应的过程之中鳌合物的损失以及再生困难,再次利用率低从而造成运行费用高的问题。

(3)WSA-SNQX 工艺。烟气先经过 SCR 反应器,在催化剂作用下 NOx 被氨还原成 N2,随后烟气进入改质器,SO2 被催化氧化为 S03,在瀑布膜冷凝器中凝结、水合为硫酸,进一步浓缩为可销售的浓硫酸。该技术除消耗氨气外,不消耗其它化学药品,不产生废水等第 2 次污染,具有很高的脱硝率和可靠性,运行和维护要求较低。缺点是投资费用高,副产品浓硫酸的储存及运输困难。

3、干法烟气脱硫脱硝一体化技术

(1)固体吸附 / 再生法。第一、活性炭纤维法烟气脱硫技术。活性炭纤维法烟气脱硫技术采用的是脱硫活性炭纤维催化剂这种新材料来去除烟气中的 SO2 并回收利用硫资源的一项新型脱硫技术。依据相关的资料,使用该技术,脱硫效率可以达到 95% 之上。因为该技术有着处理工艺十分的简便、所用的设备比较少而且操作简便等等的众多优点。第二、NOXSO 法。NOXSO 技术是一种干式吸附再生技术,采用担载在 γ-A1203 圆球 (φ1.6mm) 上的钠盐为吸附剂,可同时去除烟气中的 SO2 和 N0x,处理过程包括吸收、再生等步骤。具体操作流程是 : 经过除尘后的烟气进入吸收器,在此 SO2 和 N0x 同时被吸附剂脱除,净化后的烟气排入烟囱。吸附剂达到一定的吸收饱和度后,被移至再生器内进行再生。第三、CuO 吸附法。CuO 所吸附脱硫脱硝工艺法采用的是 CuO/Si02或者是 CuO/A12O3 作吸附剂进行脱硫脱硝,该工艺可以达到 90%之上的二氧化硫脱除率以及 75%~80% 的氮氧化物脱除率。该方法对反应的温度要求是比较高的,需要设置加热装置且吸附剂的制作成本是比较高的。

(2)高能辐射法 . 高能辐射法分为电子束照射法和脉冲电晕等离子体法。电子束法是利用电子加速器产生的高能等离子体氧化烟气中的 SO: 和 NO 等气态污染物,烟气中的 SO: 和 NO 被高能电子强烈氧化后,与水蒸气反应生成雾状的硫酸和硝酸,并与事先注入的氨发生反应,得到硫酸铵和硝酸铵,净烟气经烟囱排入人气。而脉冲电晕法则主要利用高压脉冲电源发电代替价格昂贵的加速器电子束,反应机理与电子束法一致。电子束法已经具备工业化水平,在某火力发电厂的示范项目中脱硫率可达 90% 左右,脱硝率达 18% 左右。在运行过程中无废水废渣排放,不会造成二次污染,副产物可作为农业肥料的加工原料,具有很大的综合效益。缺点是能耗较高,要考虑对 X 射线的防护,可能在工程实际中造成污染转嫁,另外液氨的贮运也较为困难。

(3)尿素法 . 尿素净化烟气工艺由俄罗斯门捷列夫化学工艺学院等单位联合开发,可同时去除 S02 和 NOx,S02 的脱除率近100%,NOx 脱除率> 95%。此工艺采用的吸收液 pH 值为 5~9,对设备无腐蚀作用;SO2、NOx 的脱除率不受烟气中 NOx、S02初始浓度影响;尾气可直接排放;吸收液经处理后可回收硫酸铵。但烟气处理量太小不满足工业应用的要求,此工艺还有待改进。

结束语:

我国从 20 世纪70 年代开展多种烟气脱硫脱销的工艺实验,取得了一些成绩。但是传统的技术对我国不太实用,对于我国而言,主要的技术发展方向应该是投资少、运行费用低、效高、产物资源化的高新技术,因此应加快这类技术的产业化、经济化研究。大力支持脱硫、脱硝一体化过程机理的研究。通过深入研究分析烟气中 SO2 和 NOx 与吸收剂之间的质量传递过程和气液反应过程的研究,为脱硫、脱硝技术的工业化应用提供理论依据。

原标题:研究分析火力发电厂烟气脱硫脱硝的一体化技术


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