燃煤煙氣同時脫硫脫硝技術探討

我國“富煤”的能源結構，使得我國成為了世界上生產煤炭同時也是煤炭消耗的第一大國。2016 年我國煤炭消耗量達到3.8×10⁵萬噸，在我國能源消耗總量中占到62%。在總共利用的煤炭中84%是以直接燃燒的方式被消耗掉，煤炭采用直接燃燒的利用方式將會產生大量的如煙塵、SO2、NOx 等廢氣污染物，嚴重影響了生態環境的平衡和人們的身體健康。
近年來，SO2和NOx的排放引起了國家的高度重視，十三屆全國人大第二次會議的政府工作報告中明確提出：2019年SO2和NOx的排放量要較2018年下降3%。目前傳統的煙氣脫硫和脫硝技術治理成本高、系統復雜且污染物脫除技術單一，因此探究高效且穩定的煙氣同時脫硫脫硝技術成為了國內外研究者的關注重點。同時脫硫脫硝就是指在同一個系統內對SO2和NOx等多種污染物實現同時脫除，目前對該類技術可以分為氧化法同時脫硫脫硝技術、等離子體法同時脫硫脫硝技術以及吸附法同時脫硫脫硝技術等。
1、傳統煙氣脫除技術
1.1 傳統煙氣脫硫技術
目前在世界上各種脫硫技術中，煙氣脫硫（FGD）是一種應用最為廣泛、最成熟的二氧化硫脫除技術，國內外對于煙氣脫硫技術已經開發出了近200多種，但在實際應用過程中只有約十幾種技術。排放的煙氣中的SO2呈酸性，煙氣脫硫技術就是利用堿性物質與煙氣中的酸性SO2進行中和反應，從而達到脫硫的目的。以煙氣脫硫中所利用脫硫劑的干濕狀態以及脫硫后產物的漿液狀態，將煙氣脫硫技術可以分為三類：濕法脫硫技術、半干法脫硫技術以及干法脫硫技術，其中濕法脫硫技術占脫硫市場的85%。目前國內外在脫硫市場中應用最多的脫除技術有：石灰石-石膏法、氨法、雙堿法、海水法、循環流化床法等。
1.2 傳統煙氣脫硝技術
脫硝可以分為三類：煤炭燃燒前的脫硝、煤炭在燃燒過程中脫硝以及煤炭燃燒后脫硝（即煙氣脫硝）。燃燒前的脫硝技術常采用加氫、洗選等對NOx進行脫除；燃燒中脫硝常用的有低氮燃燒技術、煙氣再循環技術等；但在脫硝市場上煙氣脫硝是應用最廣泛、最成熟的脫硝技術，煙氣脫硝與煙氣脫硫技術分類方式相同，以煙氣脫硝中所利用脫硝劑的干濕狀態以及脫硝后產物的漿液狀態分為干法和濕法兩種方式。目前，煙氣脫硝市場上應用最廣泛的技術有三種：選擇性催化還原技術（SCR）、選擇性非催化還原技術（SNCR）以及SNCR-SCR 聯合脫硝技術，但此三種技術同樣存在著SCR催化劑易中毒、SNCR 氨逃逸高、SNCR+SCR 聯合技術還原劑消耗量過大等問題。
2 氧化法同時脫硫脫硝技術
NO 是 NOx中的主要污染物，燃煤煙氣中的 NOx中90%都是NO，無論是堿性溶液或水都不易將其溶解。氧化法同時脫硫脫硝就是利用氧化劑在吸收塔內創造一種強氧化環境，將NOx中的主要污染物NO（不易溶）氧化為易溶于堿性溶液或水的高價態NOx，以此來達到脫除NO的目的。其中，O3、NaClO2、KMnO4、H2O2等強氧化劑是氧化法同時脫硫脫硝常用的氧化劑。
2.1 臭氧（O3）氧化法
臭氧（O3）具有很強的氧化性，且在氧化過程中無二次污染，是一種清潔氧化劑。臭氧氧化法同時脫硫脫硝就是利用了O3 強氧化性的特點，在污染物脫除過程中，首先將煙氣中的SO2和NO氧化為高價態的氧化物（SO2、NO2、NO3 等），氧化后的高價態氧化物再由堿液進行濕法吸收脫除。但目前臭氧氧化法脫硫脫硝所需臭氧量較大、投資成本較高，現階段還較難滿足市場工業化需求。因此，O3氧化法同時脫硫脫硝還需進一步研究。
2.2 NaClO2氧化法
NaClO2氧化法同時脫硫脫硝是一種濕法煙氣脫除工藝，該方法的脫除原理是利用 NaClO2的強氧化性將SO2和NO氧化，煙氣中的SO2和NO被氧化后，以SO4^2-和 NO3^-的形式存在，然后再利用堿液（NaOH、Na2S 等）對 SO4^2-和 NO3^-進行吸收，達到脫硫脫硝的目的。近年來亞氯酸鈉氧化法同時脫硫脫硝技術因氧化性強、脫除效率高、簡單易行等優點成為了脫硫脫硝行業的主流技術之一，但操作過程如何優化反應條件、解決設備易腐蝕、減少脫硫脫硝過程中造成的二次污染等問題需要進一步研究。
2.3 其它氧化劑氧化法
以H2O2作為氧化劑同時脫除SO2和NOx，利用的是氧化劑產生的強氧化性的O· H，將SO2和NOx氧化為高價態氧化物，然后結合堿液進行吸收脫除。H2O2氧化法同時脫硫脫硝具有污染物脫除率高、氧化劑價格低廉、無二次污染等優點；但該方法投資費用高、H2O2利用率低且氧化劑易分解等缺點限制了該方法的工業化應用。
KMnO4氧化性很強，在同時脫硫脫硝實驗中經常被作為氧化劑使用。但該方法還需要解決氧化劑KMnO4成本高、吸收劑難制備、反應易生成副產物以及設備易堵塞等一些問題。
3 等離子體法同時脫硫脫硝技術
等離子體法以其過程易控制、煙氣處理量大、能源利用率高等優點受到越來越多研究者的關注。電子束法（EBA）和脈沖電暈法是等離子體法研究最廣泛的兩種同時脫硫脫硝技術，該兩種等離子體技術都有較大缺點，未能大規模應用。
4 吸附法同時脫硫脫硝技術
吸附法同時脫硫脫硝技術是一種工業分離技術，該法脫除原理就是采用吸附劑將煙氣中的污染物SO2和NOx同時脫除，其中物理吸附和化學吸附是吸附法在應用中最廣泛的兩種吸附技術。吸附法具有很好的研究前景，目前碳基吸附技術和鈣基吸附技術是吸附法同時脫硫脫硝中研究較多的兩種方法。
更多內容請訪問泰州潤達環保科技有限公司官方網站http://www.59452.cn