燃煤烟气脱硫脱硝技术研究进展

燃煤烟气脱硫脱硝技术研究进展

赵继磊马帅

（北京国电龙源环保工程有限公司大同分公司山西省037043）

摘要：我国的煤炭使用量和生产量都在全球位居前列。而对于煤炭的大量的开发与利用，已经对生态环境造成了十分严重的破坏。我国的许多发电厂都是利用燃煤来进行发电的，还有许多大型的工业企业都大量的使用煤炭，所排放出的二氧化硫和氮氧化物对生态环境造成了严重的威胁，并成为了我国经济发展的制约因素。现今烟气脱硫、脱硝技术，主要分别采用石灰石石膏法脱硫和选择性催化还原法（SCR）/选择性非催化还原法（SN⁃CR）脱硝。但是存在着工艺复杂，投入资本高，占地面积较大、分别建设脱硫和脱硝装置等问题，而且副产品没有得到很好的综合利用。鉴于此，文章主要针对燃煤烟气脱硫脱硝技术进行分析，以供参考。

关键词：燃煤烟气；脱硫脱硝技术；进展

1导言

煤炭燃烧带来了大量的SO2、NOx，严重影响人类的健康。中国一次能源仍以煤为主，87%的SO2与67%的NOx来源于煤的燃烧，这对大气环境产生巨大威胁。专家预测，2020年中国仅NOx排放量将达到3×107t/a。从首次以国家标准的方式限制大气污染物排放的GBJ4—1973《工业“三废”排放试行标准》到GB13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》，烟气净化技术有了更高要求。近几年，SO2及NOx排放量逐渐减少（如图1所示），但总量仍很大，加强烟气中SO2及NOx的脱除仍是重要任务。同时，脱硫脱硝技术是指在同一过程中将烟气中的NOx和SO2脱除，实现多种污染物的协同控制，此技术多数仍处于实验室研究阶段，工业化应用较少。本文主要综述了近年来同时脱硫脱硝技术的新研究进展，并分析其未来的研究方向。

2烟气脱硫脱硝技术工艺概述

传统的脱硫脱硝技术主要是以SCR或者SNCR与湿式烟气脱硫技术相结合为主的分段式脱硫脱硝技术，但是这种工艺在实际的应用过程中问题较多，例如成本投资高、维护复杂且成本较高、对于煤炭的种类限定性强、设备容易被腐蚀等。烟气脱硫脱硝一体化工艺是建立在传统脱硫脱硝工艺基础上发展而来的一种新型工艺，它将传统的分段式的生产工艺进行了简化与合并，一体化技术是建立在先进的技术与设备的基础上产生的。目前脱硫脱硝一体化工艺主要分为两种，一种是联合脱硫脱硝技术工艺，另一种是同时脱硫脱硝技术工艺。

3当前燃煤烟气脱硫脱硝技术的研究进展

3.1联合脱硫脱硝技术分析

目前常见的联合脱硫脱硝技术工艺主要有电子束辐射技术与活性炭吸附技术。电子束辐射技术是一种物理、化学原理相结合的技术，工艺流程如图2所示。因此其工作原理也可以通过物理与化学的作用将二者进行区分，首先是采用除尘装置对烟气进行处理，将其中的颗粒与灰尘吸附，然后再使用降温装置将烟气温度降低，这两个环节是利用了物理原理，最后则采用电子束辐射加入了氨气的烟气氨气混合物，从而使其发生化学反应，最终形成二氧化氮与三氧化硫，加入水蒸气生成硫酸与硝酸，再加入氨气产生硫铵以及硝铵实现回收。这种工艺通过不断地完善和发展，脱硫脱硝效率可达80%以上，缺点在于该工艺成本较高。

活性炭吸附技术主要借助活性炭或者活性焦作为工艺的载体，其工艺系统主要包含三部分，分别为吸附系统、解吸系统、副产物回收系统。烟气在进入到吸附装置以后首先在Ⅰ段装置中由活性炭将烟气中的颗粒与灰尘吸附，在Ⅰ段进行脱硫反应，再进入到Ⅱ段装置中，装置加入氨气，与烟气发生化学反应，在活性炭的催化作用下形成氮气和水，完成脱硝反应，实现烟气的脱硫脱硝。活性焦烟气净化工艺具有变废为宝，节水，同时脱除SO2、NOx以及重金属等多种污染物，无二次污染等技术特点，符合清洁生产和循环经济发展的要求。目前在我国的冶金、化工和钢铁烧结废气治理领域得到较为广泛的应用。

3.2同时脱硫脱硝方法

3.2.1催化氧化法

催化剂与氧化剂的配置是影响催化氧化法的关键因素。研究O3联合过渡金属协同氧化技术，O3氧化的同时以Zn（NO3）2为催化剂，脱硫脱硝率可达90%以上。进一步研究该方法，增加压力，降低温度都能促进NO和SO2转化为HNO3和H2SO4。在流化床反应器中用CuO/AC催化剂脱除烟气中的SO2、NO和飞灰，考察了温度和烟气流速的影响，最高脱硫脱硝效率达81%和46%。在可见光条件下，采用BiOI/Al2O3填充的滴滤洗涤器脱除NO与SO2，BiOI/Al2O3混合物中，纳米结构的BiOI均匀的分散在Al2O3表面，烟气净化效率的提高归功于BiOI/Al2O3提高了吸收率及反应中活性•OH的催化氧化作用。催化剂的活性非常关键，任晓光用浸渍法制备NiO-CuO/ZSM-5催化剂，以CH4为还原剂考察NiO-CuO/ZSM-5催化剂的脱硫脱硝活性。4%NiO-6%CuO/ZSM-5中的ZSM-5结构完好，CuO和NiO高度分散在ZSM-5骨架中，催化活性好。用溶胶凝胶法制备0.5%、1%和3%MWCNTs/Mn-TiO2复合光催化剂，0.5%MWCNTs/Mn-TiO2的脱硫脱硝率最高。O2、H2O是MWCNTs/TiO2光生电子空穴重要的捕获剂，是形成•OH等强氧化性自由基的基础，强氧化性自由基数量随O2和H2O的增加而增加。用浸渍沉淀法制备含Co、Ce、Co-Mn和Ce-Mn的催化剂，以Co3O4/SiO2的催化活性最好，H2O含量8%、O2含量10%，温度为300℃、空速GHSV为100000h－1时，NO的转化率高达69%。

3.2.2离子体法

等离子体法用高能电子产生的活性自由基，将SO2、NO氧化成为SO3、NO2。活化电子虽然能破坏SO2和NO的化学键，但几乎都消耗在N2振动激励和O2分解上，只有少量高能电子参与NO和SO2的氧化。用脉冲电晕放电系统模拟烟气处理，SO2与NO被脉冲电晕氧化为SO3与NO2，再加入Ca(OH)2吸收液，捕获烟气中的SO3、NO2，脉冲电晕辅助作用下，SO2的脱除率提高15%，NO脱除率达40%。可将强电离放电产生的氧活性粒子（O2+）注入烟气外排管道，O2+与水蒸气反应生成的•OH具有高氧化电位，将NOx、SO2氧化成HNO3与H2SO4。该法脱硫脱硝率分别高达97.4%、83.2%，当反应时间从0.19s增至1.52s时，脱硫脱硝率却几乎没有变化。在等离子体作用下，以Pd-ZrO2和TiO2为催化剂，C3H6为还原剂脱除NOx，在烟气温度150℃、烟气流量为3000m3/h时，NOx脱除率高达74%。等离子系统与吸收液的协同作用可有效提高烟气净化效果。同时建立等离子体氧化耦合湿式氨法脱硫脱硝技术，烟气由等离子体反应器氧化后再经氨吸收剂吸收。提高液气比、增加氨水浓度、降低NO和SO2浓度可提高脱硝效率，而试验范围内SO2的脱除率几乎不受影响，脱硫率和脱硝率分别高达99.6%、69.4%。

3.2.3炭材料脱硫脱硝法

研究表明，炭基材料（活性炭、活性焦、活性炭纤维）可以很好地去除SO2和NOx。活性炭是一种具备选择性吸附性能的吸附材料，它具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，还具有良好的热稳定性及表面化学性质，被广泛作为吸附剂、催化剂和催化剂载体等在生产生活中得到了大量应用。活性炭表面含有大量的酸性和碱性官能团，如羧酸基团、酚羟基、酮羰基、羟基、乳醇基、酸酐、内酯基、醚基等等。对于活性炭脱硫的机理，目前已普遍达成共识，即SO2首先被吸附在活性炭表面，然后扩散到内孔表面的活性位点，被氧化为SO3，最后再与水蒸汽发生反应，生成硫酸，被气流带出。

4结论

总之，随着我国对于环境治理工作的重视以及节能减排政策的不断推进，燃煤烟气脱硫脱硝工作越来越重要。目前，我国的燃煤烟气脱硫脱硝技术还不具有完备的体系，存在着一系列的问题，还需要不断地进行研究和发展。随着脱硫脱硝技术的发展，相信能够在满足排放标准的同时，对副产品进行综合利用，起到环境治理的功效。

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