最新最全 国内外脱硝技术的现状及展望

3.3.2SNOx(WSA-SNOx)法

WSA-SNOx法是湿式洗涤并脱除NOx(wetscrubbingadditiveforNOxremoval)技术。在该工艺中烟气首先经过SCR反应器,NOx在催化剂作用下被氨气还原为N2,随后烟气进入改质器中,SO2在此被固相催化剂氧化为SO3,SO3经过烟气再热器GGH后进入WSA冷凝器被水吸收转化为硫酸。

胡家富等[36]发明了一种烟气脱硫脱硝系统,包括通过烟气管道依次连接的燃煤锅炉、SCR反应器、除尘器、碱液吸收塔和烟囱,碱液吸收塔包括石灰水反应器和顶部喷淋系统。该系统虽然不是真正意义上的WSA-SNOx法,但原理相似。

采用SNOx技术,SO2和NOx的脱除率可达95%。SNOx技术除消耗氨气外,不消耗其他的化学品,不产生其他湿法脱硫产生的废水、废弃物等二次污染,不产生石灰石脱硫产生的CO2,不足之处是能耗较大,投资费用较高,而且浓硫酸的储存及运输较困难。

3．3．3NOxSO法

在电除尘器(EP)下游设置流化床吸收塔(FB),用硫酸钠浸渍过的γ-Al2O3圆球作为吸收剂,吸收剂吸收NOx、SO2后,在高温下用还原性气体(CO、CH4等)进行还原,生成H2S和N2。

顾璠等[37]发明了一种吸附-低温等离子体同步脱硫脱硝装置及其方法,装置包括2个并联的吸附-低温等离子体反应器,2个等离子体发生器交替工作,在等离子体场作用下,经吸附催化剂-负载Na、Fe、Mn和Zn金属离子的γ-Al2O3或沸石的吸附-解吸过程和催化反应,SO2转换为SO3,NOx转换为N2。这一方法被认为是对NOxSO法的改进。

该工艺脱硫率达90%,脱硝率为70%~90%。反应后的吸收剂需要加热或化学反应再生才能重新使用,产物需回收,因此成本较高,工艺复杂。

3．3．4高能粒子射线法

高能粒子射线法包括电子束(EBA)工艺和等离子体工艺,原理是利用高能粒子(离子)将烟气中的部分分子电离,形成活性自由基和自由电子等,氧化烟气中的NOx[38]。这种技术不仅能去除烟气中的NOx和SO2,还能同时去除重金属等物质[32]。典型工艺过程依次包括:游离基的产生,脱硫脱硝反应,硫酸铵、硝酸铵的产生。

主要有电子束照射技术[39]和脉冲电晕等离子体技术[40]。电子束照射技术脱硝率可达到75%以上,不产生废水和废渣[32]。脉冲电晕等离子体技术可同时脱硫、脱硝和除尘,但是耗能较大,目前对其反应机理还缺乏全面的认识[32]。

王敏等[41]发明了一种电子束烟气脱硫脱硝的方法及其装置,在辐射反应器的辐照区前端设有至少一个用于喷出氧化剂溶液的喷嘴系统,以在辐照反应前喷入氧化剂溶液。汪伟等[42]发明了低温等离子脱硫脱硝系统,包括等离子发生器和吸收塔,通过在等离子发生器中设置扰流板以延长烟气与等离子体的结合时间,使烟气中的NOx或SOx气体分子与等离子结合充分,便于吸收塔中的脱硫脱硝。

这类脱硫脱硝工艺脱硫率可达90%以上,脱硝效率达70%以上,具有反应速度快、耗水量小、不需要排水处理设施、设备适应性强、占地面积小、便于操作等优点,缺点是能耗较高、液氨储运困难等。

3．3．5湿式FGD加金属螯合物法

仲兆平等[43]发明了喷射鼓泡法用烟气脱硫脱硝吸收液,包括石灰或石灰石浆液、占石灰或石灰石浆液0．05%~0．5%(质量分数)的水溶性有机酸和占石灰或石灰石浆液0．03%~0．3%(质量分数)的铁系或铜系金属螯合物。金属螯合物工艺的缺点是螯合物的循环利用比较困难,因为在反应中螯合物有损失,造成运行费用很高。

3．3．6氯酸氧化法

由于氯酸(HClOO)的强氧化性,采用含有氯酸的氧化吸收液可以同时脱硫脱硝,脱硫率可达98%,脱硝率达95%以上,还可以脱除有毒的微量金属元素,如As、Be、Cd、Cr、Pb、Hg和Se。除了采用氯酸脱硫脱硝外,采用NaClO3/NaOH同时脱除SO2和NOx也获得较好的效果。

胡筱敏[44]发明了一种燃煤烟气脱硝脱硫方法,在烟气过滤管内壁上从烟气进口到烟气出口依次设有次氯酸钠溶液雾化喷头、氧气喷头和过硫酸铵溶液雾化喷头。该工艺不存在催化剂中毒或失活等问题,适用性强,对入口烟气浓度的限制范围不严格,缺点是容易对设备造成强腐蚀,另外,氧化剂的回收、吸收废弃后的溶液的处理等较为困难。

4脱硝技术发展趋势

1)在相当长的一段时间内,SCR仍然是脱硝技术领域和脱硝市场的主流技术。这一技术还会继续改进和发展,改进主要集中在:优化工艺流程;研发反应温度低、效率高、抗热性好、催化活性温度窗口宽及耐水性、耐硫性优异的高性能SCR催化剂;SCR催化剂寿命延长和再生技术。

2)基于不同脱硝机理的不同脱硝工艺的结合或联用是脱硝技术的一个重要发展方向,例如SNCR/SCR联合脱硝;SCR与各种不同机理的低NOx气体燃料方式或低NOx燃烧器的联用;SCR与臭氧法、电子束法、等离子法、氧化法和/或微波法的结合,都有可能产生高效的新脱硝技术。

3)联合脱硝脱硫技术是脱硝技术的一个重要发展趋势。与单独的脱硝或脱硫工艺相比,在一个系统内同时脱硝和脱硫的工艺有很大的优越性,如减少系统复杂性、具有更好的运行性能和低成本。

4)创新脱硝机理成为脱硝技术研究的热点。例如,催化直接分解NOx,将NOx直接分解成N2和O2;用还原性极好的碳材料将SO2和NOx分别还原为单质硫(硫磺)和N2,并生成CO2,N2和CO2作为无害气体排放。

5)研发脱硝技术的多联产工艺或多级脱硝工艺。重点开发生产硫酸铵化肥和硝酸铵化肥等副产品的同步脱硝脱硫工艺;同时按照烟气中NOx和SO2浓度进行多级脱硝、脱硫成为烟气净化技术的重要发展趋势。

6)开发新的脱硝催化剂或脱硝吸附剂;开发低廉、高效、多功能的复合型和可再生循环利用的脱硝催化剂和吸附剂及其脱硝工艺,以降低脱硝成本,提高脱硝率。

5结语

脱硝技术种类繁多,但实现大规模工业应用的成熟脱硝技术并不多。随着国家环保政策的日益严厉,人们的环保意识逐渐增强,脱硝技术研究成果不断涌现。我国的SCR脱硝催化剂的研发近些年取得了较大进展,已出现国产化的曙光,SCR脱硝催化剂的再生技术也日益成熟,并实现了工业化。

这些技术都表现出良好的工业应用前景和可观的经济效益。未来应完善现有的脱硝技术,创新脱硝机理,研发同时脱硝和脱硫的新工艺、新技术,开发新的湿法和干法脱硝催化剂或吸附剂,实现我国脱硝技术的飞跃发展。

延伸阅读：

高效煤粉工业锅炉低氮燃烧与半干法除尘脱硫脱硝新工艺的设计及应用

燃煤电厂锅炉烟气脱硫脱硝技术及展望

烟气脱硫脱硝除尘脱汞超低排放技术路线选择与分析

【案例】火电厂脱硫脱硝一体化存在的问题和解决办法