燃煤煙氣中脫硫脫硝技術簡述
摘要: 燃煤煙氣中二氧化硫和氮氧化物的危害已眾所周知,其中SO2 的控制采用了濕式石灰石- 石膏法、煙氣循環流化床法、海水脫硫等技術,以濕式石灰石- 石膏法為主。對于氮氧化物控制,一般采用的較成熟工藝是在脫硫裝置后面加裝一套脫硝裝置如選擇性催化還原( SCR)或選擇性非催化還原( SNCR) ,以選擇性催化還原 ( SCR)為主,從而實現聯合脫硫脫氮,這是分級治理方式。這種方式不僅占地面積大,而且投資和運行費用高,為了降低煙氣凈化的費用,開發同時脫硫脫硝新技術、新設備已迫在眉睫。
關鍵詞:同時脫硫脫硝,聯合脫除工藝,煙氣
隨著環保要求的提高和更嚴格收費標準的出臺,大部分燃煤鍋爐都面臨著加強控制NOx和 SO2 排放的問題。燃煤煙氣中SO2 的控制采用了濕式石灰石- 石膏法、煙氣循環流化床法、海水脫硫等技術, 以濕式石灰石- 石膏法為主。對于 NOx控制,一般采用的較成熟工藝是在脫硫裝置后面加裝一套脫硝裝置如選擇性催化還原( SCR) 或選擇性非催化還原( SNCR) ,以選擇性催化還原 ( SCR)為主,從而實現聯合脫硫脫氮。二十世紀90年代以來,出現了許多性能較好的可以聯合脫硫脫硝的FGD工藝,本文例舉了其中有實際應用價值的幾種,對新興的聯合并同時脫硫脫硝技術作了一定的展望。
1 七種凈化工藝簡介
1. 1 SNOX(WSA - SNOX)煙氣凈化工藝[ 1]
WSA - SNOX 技術即濕式洗滌并脫除NOx (Wet ScrubbingAdditive forNOx Removal)技術,是針對電廠日益嚴格的SO2, NOx,粉塵排放標準而設計的高級煙氣凈化技術(AFGCT) 。由鍋爐出來的煙氣先經過袋式除塵器除去飛灰,無灰煙氣先經過第一個反應器,其中的氨水在脫硫劑的作用下將氮氧化物轉化為氮氣和水。第二個反應器在脫硫劑的作用下將二氧化硫轉化為三氧化硫,然后用特制的玻璃冷凝器將其水合成硫酸。
1. 2 NOXSO公司的干法可再生煙氣凈化系統[ 2]
該法是通過安裝在除塵器后的流化床吸收器,將二氧化硫和氮氧化物吸收掉。吸收劑是高比表面積的球粒狀的氧化鋁浸透碳酸鈉溶液組成。氮氧化物的脫析是靠空氣流加熱進行的。氮氧化物又進入鍋爐,二氧化硫回收成硫。
1. 3 SNRB( SOx - NOx - ROx - BOx)工藝[ 3]
SNRB工藝是一種新型的高溫煙氣凈化工藝, 由B&W公司開發,能同時去除SO2、NOX和煙塵, 此三種污染物在高溫布袋除塵器內去除, SNRB將下列三種功能結合在一起: ① SO2 用石灰基或鈉基吸收劑吸收; ② 采用SCR 將NOX 用NH3 還原為 N2 ; ③在高溫脈沖噴射布袋除塵器中去除煙塵。
1. 4 EBA( Electron Beam with Ammon ia)法[ 4]
EBA電子束法是用高能量電子束照射煙氣,電子束使煙氣中的H2O、N2、O2 產生自由基,同時去除煙氣中的SO2、NOX ,在添加劑氨氣存在的條件下生成銨鹽,然后用靜電除塵器收集。該法經過20多年的研究開發已從小、中試和工業示范逐步走向工業化。其主要的特點是屬干法,不產生廢水、廢渣。我國目前所研制的先進方法是脈沖電暈非平衡等離子體對煙氣SO2、NOX 的氧化脫除,電子射線法和脈沖電暈方法都是利用高能電子使煙氣中的SO2、NOX 等氣體分子激活、電離甚至裂解,產生能促進氣相化學反應的強氧化性物質,如OH基、HO2 基等,這些活性粒子使已同樣被激活的SO2、NOX 分子,經過一系列復雜的氣體電化學反應過程,氧化成SO3 和 NO2 很快與水反應生成相應的酸,在添加氨的情況下,生成硫銨、硝銨并沉降下來,這些鹽可用傳統方法收集作為肥料。但這兩種方法中,高能電子來源不同,前者通過陰極發射和電場加速產生高能電子束,需要大功率,長期連續穩定工作的電子槍,運行和維修技術要求高,效果也不甚理想。后者的突出優點是能在一個干過程中同時脫硫脫硝、除塵和除重金屬。
1. 5 粒流化床( PPFB)脫硫脫硝技術
Xu Guangwen[ 5 ]提出粉粒流化床( PPFB)脫硫脫硝技術,該方法是在PPFB 中,用脫硝催化劑顆粒(幾百微米)作為流化介質顆粒同脫硫劑粉末 (幾到十幾微米) 同時流化, 氨從床底供入還原 NOX ,但在脫硫脫硝過程可能發生SO2 與催化劑、 NOx與脫硫劑的反應, 降低脫除效率。于是Xu Guangwen[ 6 ] 找出適合的吸收劑和催化劑, 即 Na2 CO3 /Al2O3 為吸收劑, V2O5 /WO3 · TiO2 或 WO2 ·TiO2 為催化劑。此外, Xu GuangWen 還研究了吸收劑和催化劑用量、煙溫、煙氣成分對脫硫脫硝效率的影響, 實驗證明, 當Cu /S = 1 ∶1, NH3 /NO = 1 ∶1, 煙溫為623K, 煙氣含氧量為 2% ,含水蒸汽量為5% , SO2 為500 mg/L, NO2 為 500mg/L時脫硫率超過90% ,脫硝率達到80%。
1. 6 堿性廢水脫硫脫硝技術
陳子彤研究證明[ 7 ]鍋爐水即來自上鍋筒中的堿性廢水(pH: 11～14)對鍋爐尾部煙道進行噴霧, 也可起到脫硫脫硝作用。楊向民研究表明[ 8 ] ,隨著噴入量增加,脫硫脫硝率會增加,技術關鍵是噴淋霧化方式、噴霧水量和噴霧水的堿度等。但這種方法受鍋爐排污水的限制很大,且脫硫率較低, 如投入實際運行,仍須改善。
1. 7 紫外光照射下TiO2 脫硫脫硝的研究
TiO2 對SO2 的吸附主要是物理吸附,只有極少量化學吸附。由于燒結后的TiO2 粉末具有相對高的比表面積,這些表面能以物理吸附的方式吸附SO2、O2 和水分等;另一方面TiO2 具有催化作用,一部分TiO2 發生水化而使粒子表面富含羥基, 這些羥基和吸附在脫硫劑表面的O2 , SO2 和水分等發生化學反應生成H2 SO3 和H2 SO4 ,又進一步起到脫硫作用。
尚靜等人[ 9 ]曾報道過超細粉TiO2 光催化氧化SO2 的研究。實驗表明,處于暗態的SO2 不能被O2 氧化,但在紫外光照下,無論TiO2 存在與否, 光化學反應均能進行,但反應速度有明顯的差別。 Hashimoto等人[ 10 ]的試驗結果顯示出在氧氣存在的條件下紫外光照射TiO2 會產生等活性自由基,進而與NOx反應生成硝酸羥基自由基增加了脫除效率。此表明若TiO2 的表面有足夠多的羥基自由基則NO能有效地被氧化,而催化劑的表面預吸附也可以提高脫除效率。
NH3 和NO在TiO2 表面的光催化反應也在研究中[ 11 ] 。有文獻報道,紫外燈照射下, TiO2 可使 NO分解成為N2 ,O2 及N2O[ 12 ] 。
2 展望
目前,國內外對同時脫硫脫硝技術研究十分活躍,除上述介紹的幾種工藝外,還有些較好的技術方案,如活性炭法、含鐵螯合物吸收還原法、氯酸氧化法等工藝。同時脫硫脫硝技術具有比其他技術省地省料等的優點,隨著環保要求的進一步提高,必將成為大氣污染治理方面的一個研究熱點。
參考文獻:
[ 1 ] Schoubye, P. Top se. SNOX Process Removes NOx and SOx as Sulfuric Acid. Proc. Util. HighSulfurCoal [ J ]. Proc. Int. Conf. 2nd. , 1989, 875 - 880.
[ 2 ] MaW T, Haslbeck J L,Neal L G. Life - cycle Test of the NOX2 SO Process[ P ]. US: DOE /DE - FC22 - 85PC81503, 1990.
[ 3 ] Saleem A. Design and operation of single train sp ray tower FGD system[A ]. paper p resented at SO2 Control Symposium [ C ]. Washington,DC,USA, 3 - 6 Dec 1991.
[ 4 ] Chang J C S, Hovis L S. Pilot Evaluation of Enhanced E - SOx Process, Acurex Corp. Rep. Announce Index (USA ) [M ]. 1990, 90 (22) : 30 - 35.
[ 5 ] Xu Guangwen. Adap tive sorbent for the combined desulfuriza2 tion /denitration p rocess using a power - particle fluidized bed. Industrial and Engineering Chemistry Research, 2000, 39 (7) : 2190 - 2198.
[ 6 ] Xu Guangwen. Removal efficiency of the combined desulfuriza2 tion /denitration process using power - particle fluidized bed[ J ]. Journal of Chemical Engineering of Japan, 1999, 32 (1) : 82 - 90.
[ 7 ] 陳子彤. 鍋爐排污水用于煙氣脫硫脫氮的技術[ J ]. 煤炭加工與綜合利用, 1999, (1) : 39 - 41.
[ 8 ] 楊向民. 半干噴霧法脫除燃煤鍋爐煙氣中硫、氮技術及裝置 [ J ]. 煤田地質與勘探, 1998, 26 (增) : 23 - 25.
[ 9 ] 尚靜,徐自力,杜堯國,等. 超細粉TiO2 光催化氧化SO2 的研究[ J ]. 高等學校化學學報, 2000, 21: 12991 - 300.
[ 10 ] Hashimoto K,Wasada K, ToukaiN, et al. Photocatalytic oxida2 tion of nitrogen monoxide over titanium ( Ⅵ) oxide nanocrystals large size areas. [ J ]. Photochem and Photobiol. A: Chemistry, 2000, 136: 103 - 109 .
[ 11 ] NoelW C , John R C . Photocatalysis of the reaction between Ammonia and Nitric Oxide on TiO2 surfaces [ J ]. Journal of Catalysis, 1992, 134: 317 - 330.
[ 12 ] Zhang J ing long , Ayusawa T , Minagawa M , etal. Investiga2 tions for the Decomposition ofNO in the Flow System[ J ]. Jour2 nal of Catalysts. 2001. 198: 1 - 8.
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