烟气脱硫技术及脱硫脱硝除尘一体化

摘要：在化石燃料燃烧的过程中，会产生大量的酸性气体，比如二氧化硫、氮氧化物等，这些气体的产生将会对大气造成严重的污染。为了减少有害气体对大气的污染，采用烟气脱硫技术，在传统的烟气脱硫技术中，包含湿法、干法、半干法等，不过，经过多年的研究，一些新的脱硫脱硝技术已经出现，由此有了脱硫脱硝除尘一体化技术的研究。

一、前言

中国是全球最大的煤炭生产国和消费国，煤炭的开发利用对生态环境造成了严重破坏，燃煤发电厂锅炉排放的大量SO2和NOx已经成为制约中国经济社会发展的主要因素。目前，燃煤烟气的脱硫脱硝一般采用“石灰石－石膏法脱硫和NH3选择性催化还原法脱硝”。然而，SO2和NOx的分别治理，存在占地面积大、设备复杂、投资和运行费用高、副产品利用价值低、有二次污染等问题，难以满足日益严格的环保要求。因此，发展经济有效的脱硫脱硝一体化技术是国内外研究人员竞相开展的重点工作。燃煤烟气脱硫脱硝一体化技术是将脱硫与脱硝技术组合为一套工艺流程，这样既可简化工艺和设备，且结构紧凑、副产物少、建设费用和运行费用低。目前，一些脱硫脱硝新技术已经成功地实现了工业化应用，也有不少技术取得了实验成功。

二、烟气脱硫技术

1、湿法烟气脱硫

在利用湿法烟气脱硫技术时，要借助碱性溶液或浆液来实现，将其作为吸收剂，有效的实现脱硫。在利用此种方法进行脱硫时，具有非常高的效率，而且吸收剂的利用率也比较高，不过，在利用湿法烟气脱硫时，操作流程非常长，而且环节也比较多，在脱硫的过程中会产生一定量的生产废水，如果处理不当，会造成二次污染。

2、干法烟气脱硫

干法烟气脱硫是将吸收剂与二氧化硫一同放进反应器中，二者反应完成之后进行干燥，最终实现脱硫。干法烟气脱硫在操作时比较简单，所需花费的成本比较少，不过脱硫率比较差，吸收剂的利用率也不高。

3、电子束烟气脱硫

如果从工艺上来看，电子束烟气脱硫是干法烟气脱硫的一个分支，不过，由于该种方法具有较高的科技含量，因此在实际的脱硫中也有广泛的应用。所谓电子束烟气脱硫，是指将烟气用高能电子束照射，从而通过辐射反映实现脱硫。在利用电子束烟气脱硫的过程中，废水、废渣等都不会额外产生，而且副产品还可以用作化肥。

4、海水烟气脱硫

海水烟气脱硫主要是利用海水中含有的物质，烟气中的二氧化硫通过与海水中的物质发生反应，生成硫酸盐，硫酸盐能够被分解，流回大海之后并不会造成海水污染。

三、脱硫、脱硝、除尘一体化技术

1、脉冲放电等离子体烟尘处理一体化技术

脉冲放电等离子体烟气脱硫、脱硝技术工艺一般由烟气增湿降温塔、气氨投加装置、脉冲高压电源、脉冲放电等离子体反应器、副产物收集装置组成。该技术的主要原理为：烟气中高压脉冲电源放电产生的高能活性粒子将烟气中的SO2和NOx氧化为高价态的硫氧化物和氮氧化物，这些氧化物最终与烟气中的水分以及注入反应器的氨反应生成含硫铵和硝酸铵的副产物并被副产物收集器收集。

图1脉冲放电等离子体烟气脱硫脱硝除尘一体化装置

由于副产物的物理特性，造成副产物容易在脉冲放电等离子体反应器与副产物收集器之间的管道中沉积，通常采用增添清理副产物的设备，如增添刮板机、声波清灰装置、沉降箱等来避免管道沉积、堵塞。采用脉冲放电等离子体烟气脱硫、脱硝、除尘一体化装置替代脉冲放电等离子体反应器和副产物收集装置的方法来解决管道副产物沉积、堵塞问题，采用该装置后，不仅能够同时进行脱硫、脱硝反应并除尘，还解决了副产物在管道内的沉积问题，而且还能大幅降低设备和管道的费用，并减少占地面积。脉冲放电等离子体烟气脱硫、脱硝、除尘一体化装置如图1所示。

在除尘单元中，过去一般使用静电除尘结构，很难满足50mg/m3烟尘的新排放标准，采用电袋式除尘结构，可以使进入的烟尘充分荷电，在极短的电场空间内被除去80%～90%的粗颗粒，然后再以极轻微的含尘负荷进入布袋过滤室过滤，进一步提高除尘效率。该方法已在其他行业得到广泛应用，一般运行阻力在800Pa以下，除尘效率可达99.9%以上，出口排放质量浓度小于30mg/m3，能够满足新的烟尘排放标准。电袋式除尘器是静电除尘器和袋式除尘器的有机结合，前电后袋的布置方式既发挥了静电除尘器压力降小、运行成本低的优点，又发挥了布袋除尘器对煤种不敏感、微细粉尘收集效率高的优点。由于袋式除尘的负荷大大降低，可以采用较高的气布比，减少了滤袋的使用数量，投资成本降低，同时，滤袋的过滤阻力小、清灰时间间隔延长、使用寿命增加，维护费用也减少。

2、还原法脱硫、脱硝、除尘一体化技术

还原法脱硫、脱硝、除尘一体化技术主要用于治理有色金属冶炼和以劣质煤燃烧的电站锅炉燃烧产生的废气。其创新之处在于：从自然现象中找到切入点，率先应用还原法治理烟气污染，运用地质化学原理，按火山口固硫成因原理，在本项目工艺流程中通过2级吸收、2次配气，将烟气均匀注入脱硫塔还源液内，多元化还原反应沉积单质硫，烟气SO2回收率达95%以上，烟尘净化率达99%，且还原液可循环使用，无二次污染。该工艺技术装置实现了脱硫、除尘一体化，工艺技术先进、造价低廉、容易实施、产业化前景广阔。在工业技术上，“工业烟气脱硫除尘装置”吸取了过去吸收液高压雾化反应不彻底的弊端，以水烟袋的机理，将烟气按流量大小和烟道直径分配于几个排列组合的烟管上，在烟管上排列加装“T”字形小直径烟嘴插入还原液体内，这一方法解决了烟气克服液体密封的阻力，将高温烟气均匀注入脱硫塔的脱硫液的同一界面中，以达到充分反应之目的。脱硫塔2级吸收、2次配氧，每级烟气过载面积为60～120m2，还原液循环过滤利用全过程自动化操作。

脱硫、脱销、除尘的核心是装置，目前，国内外都采用喷淋塔，而该工艺方法是将高温烟气均匀地注射入还原液内充分反应新型装置，反应彻底。工艺装置设计构思新颖，利用压强差将烟气完全、均匀地吸收在还原液内，使SO2充分反应，得到的硫粉烟尘一并过滤后，回收吸收液输回并重复使用。该技术率先应用烟气注射法脱硫治理烟气污染，烟气与还原液接触面积大，反应时间长。

从国、内外行情来看，在电站锅炉脱硫、除尘设备上，多采用石灰石法设备，耗资超过1.5亿元，设备磨损快，维护、检修、运行费用高，而“还原法烟气脱硫除尘装置”预计售价为3680万元/台。要想将脱硫、脱销、除尘一体化技术装置国产化项目全面推广实施，就要废弃喷淋塔和石灰石-石膏法。该方法废弃后，将为我国有色金属冶炼及热电厂等节约大量的投资（治理废气的费用），因为该装置的投资额是同类产品的30%，运行费用是同类装置的20%，且硫资源回收便捷；同时，还减少了二氧化硫污染，是实现我国洁净化工业生产和资源合理利用的有力保障。依据我国国情，电力脱硫、脱销、除尘一体化技术装置是实现以废治废，废物二次利用的有效技术装置，它不仅投资小、运行费用低，而且设备建设周期短。

四、结束语

目前，同时脱硫、脱硝技术还处于实验室和工业示范阶段，降低投资和运行管理费用，研究开发适合我国国情同时脱硫、脱硝技术是电厂控制污染物排放的发展方向之一。为推动同时脱硫、脱硝技术实现工业化进程，建议从以下几方面着手考虑：

1、加强同时脱硫、脱硝过程机理的研究。深入研究分析同时脱硫、脱硝反应机理，通过烟气中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，为同时脱硫、脱硝技术的工业化应用提供理论依据。

2、加强与现有脱硫装置匹配研究。建议加强同时脱硫、脱硝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，考虑与现有的脱硫技术相结合，充分利用现有的装置，既达到节能减排的目的，又节省了投资和运行成本。

3、副产物的综合利用研究。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同时脱硫、脱硝技术竞争力的重要方面。建议加强副产物的研究，确保开发的同时脱硫、脱硝技术既能同时脱硫、脱硝又能实现资源的循环利用，提高技术的经济和社会效益。