火电厂烟气脱硫脱硝技术

摘 要：在生产过程中火电厂烟气中排放的SO2和NOx使得空气质量严重下降，国内外采用脱硫脱硝技术来净化烟气质量。本文讨论了传统的脱硫脱硝方法和近几年发展较快的烟气脱硫脱硝技术，并分析了它们的机理和优缺点，对烟气脱硫脱硝技术的发展提出建议。

关键词：火电厂 烟气脱硫技术 烟气脱硝技术 联合脱硫脱硝 同时脱硫脱硝

中图分类号：X511 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（a）-0103-03

空气污染严重影响着人类的健康和生存，这一话题受到各界人士的关注。火力发电厂排放的烟气中含有SO2、NOx以及一些粉尘性的颗粒，这是形成酸雨和雾霾的主要原因。近几年我国的大气污染日趋严重，因此烟气脱硫脱硝已成为控制大气污染的必然趋势。

脱硫脱硝技术大致可以分为单独脱硫、单独脱硝、联合脱硫脱硝和同时脱硫脱硝等。联合脱硫脱硝和同时脱硫脱硝又称为一体化技术，是目前国内外研究的重点。本文主要综述传统的脱硫脱硝方法和近几年发展较快的烟气脱硫脱硝技术，分析其机理、技术特点和最新研究进展。

1 烟气脱硫技术

烟气脱硫技术是减少烟气中SO2含量的有效方法之一，传统的烟气脱硫方法有干法脱硫[1]、半干法脱硫[2]和湿法脱硫[3]。

干法脱硫的原理是用催化剂或吸收剂来脱除烟气中SO2，这些催化剂或吸收剂是固态的粉末或颗粒。典型的干法脱硫技术有氧化物法和活性炭法[4]等，此技术在含硫量较低的情况下脱硫率较高，但脱硫产物不能循环使用；半干法是介于干法和湿法之间的脱硫方法。主要有喷雾半干法、炉内喷钙炉后活化法、灰外循环增势半干法和烟道流化床脱硫法等[5]。与干法脱硫相比，脱硫效率高，但反应产物的灰循环效率低，不能进行连续的运行；湿法脱硫则与干法脱硫完全不同，所用给的吸收剂是液体，液体吸收剂来吸收烟气中的SO2。常用的湿法脱硫工艺有石灰石/石灰-石膏、海水脱硫工艺[6]。湿法脱硫技术是我国大部分电厂所采用的烟气脱硫技术，此技术的成本较低、循环性大、脱硫效率高、脱硫后的产品易于回收利用，但系统比较复杂、设备成本比较高。

传统的脱硫方法仍有很多缺点，近几年研究者们提出了更有效的烟气脱硫工艺。祁贵生等人[7]在超重力旋转填料床中，以尿素溶液为吸收剂进行烟气中SO2的吸收试验研究。研究表明脱硫率受到液气比、填料床转速、尿素溶液溶度的影响，最终得到最佳的工艺参数。在最佳工艺参数的基础上，当温度为70 ℃的条件时脱硫率可达到92%。该方法是在尿素脱硫工艺的基础上引进了超重力技术，二者结合实现了高效脱硫。超重力尿素脱硫工艺具有设备体积小、液气比低、投资少等优点。其脱硫工艺流程如图1所示。

徐砚和朱群益[8]在干法活性炭脱硫的基础上研制出一种新型的活性炭脱硫剂，椰壳活性炭担载Cu脱硫剂在煅烧温度为250 ℃时脱硫效果最好。黄祥等人[9]则利用核桃壳为原料来制备脱硫活性炭，新型柱状活性炭比传统的活性炭吸附能力提高。

2 烟气脱硝技术

烟气脱硝技术是烟气通过还原剂把NOx还原为N2的一种技术。目前我国的脱硝技术还尚不成熟，主要以国外引进的技术为主。国外应用较多的是选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）以及联合法（SNCR-SCR）。

选择性催化还原法是指在催化剂的作用下，利用NH3或尿素将烟气中的NOx还原为N2和H2O。SCR法是世界上应用最多且最为成熟最有效的烟气脱硝技术，其脱硝效率可达到90%。但也存在以下缺点：催化剂价格昂贵，氨水对管道腐蚀性强且氨易泄露，还原剂的消耗大等。

选择性非催化还原法是在没有催化剂的条件，高温喷入还原剂使其迅速分解为NH3，NH3与烟气中的NOx进行反映生成N2。SNCR工艺简单，操作简单，投资成本低，适用于老机组的改造，但脱硝效率较低，一般为25%～40%。

联合脱硝技术是一种SCR技术和SNCR技术的结合，将还原剂直接喷进炉膛内，高温下脱去部分NOx，然后未反应的还原剂进入SCR反应器与剩余的NOx进行催化反应。脱硫率可达80%，其优缺点介于SCR和SNCR之间。

在2012年孙墨杰等人[10]提出了一种新型的烟气脱硝技术-反硝化菌烟气脱硝技术。反硝化菌在适宜的碳源下，利用氮氧化物合成自身生长所需的有机氮，并通过异化反硝化作用使其转化为N2，最终排放到大气中。其工艺流程图如图2所示。反硝法的出现确实为烟气脱硝提供了新的思路，但仍有不足之处。此方法只能在处理低浓度NOx的烟气时具有优势，机理还不够完善，有待进一步的探索。

烟气脱硝技术种类较多，实际应用时一般将多种技术联合到一起已达到脱硝的要求。

3 联合脱硫脱硝技术

迄今为止，国内外的学者大量的研究了脱硫和脱硝技术，其工艺得到了大幅度的提高，但仍然存在不足。进而烟气脱硫脱硝一体化技术引起了工程界的普遍关注。一体化技术是将脱硫脱硝工艺合并到一套工艺流程当中，不但可以减少设备装置、降低投资经费，而且还可以减少废物排放同时达到脱硫脱硝的目的。按照脱除机理的不同，脱硫脱硝一体化技术可以分为两大类：一类是联合脱硫脱硝技术；另一类是同时脱硫脱硝技术[11]。

3.1 SNRB联合脱硫脱硝技术

SNRB技术是用一个高温布袋除尘器来净化烟气中的SO2和NOx[12]。其特点是占地面积小，设备中管道的腐蚀性较小，脱硫率能达到80%，脱硝率为90%。其工艺流程如图3所示。

3.2 SNOx联合脱硫脱硝技术

SNOx工艺是两种催化反应的结合，一是SCR的催化反应，一是SO2的催化反应，两者相互结合达到脱硫脱硝的目的。机理主要是SO2催化氧化为SO3，然后在冷凝塔中制成硫酸；NOx在NH3中催化还原为N3和H2O[13]。其特点为脱硫和脱硝效率分别能达到95%和94%，无二次污染但是硫酸的储运比较困难。其工艺流程如图4所示。

DESONOx脱硫脱硝技术与SNOx工艺相似，不同之处在于该工艺中的NOx和SO2的氧化在同一反应其中进行[11]。

3.3 活性炭/活性焦工艺[14～15]

活性炭/活性焦脱硫脱硝工艺是将烟气吸收然后进行化学分解，最后是产物的回收。烟气先首先进入吸附塔，在吸附塔内SO2与邻近吸附态的O2反应生成SO3，然后与H2O反应生成硫酸储存于活性焦的微孔中，SO2被脱除；然后烟气中的NOx与喷入的氨气发生反应，生成N2和H2O。工艺流程如图5所示。

其特点是吸附剂来源广，成本低、工艺简单。但存在活性炭易挥发，管道易腐蚀等缺点。此外还有循环流化床联合脱硫脱硝技术[16]、粉煤灰脱硫脱硝技术[17]、半干喷雾脱硫脱硝技术[18]、MEROS烟气净化技术等。

4 同时脱硫脱硝技术

4.1 电子束照射法

电子束照射法是将烟气中SO2和NOx等气态污染物置于高能等离子束下发生氧化反应，生成HNO3和H2SO4，最后与加入烟气中的NH3反应生成NH4NO3和（NH4）2SO4[19]。此方法可分别达到90%的脱硫率和80%的脱硝率，且不产生污染物，普遍认为它是一种有前景的烟气净化技术。但此方法仍存在以下问题：设备的可靠性低，加速器能耗较高，副产品的捕集困难，还有氨泄露等问题。工艺流程如图6所示。

4.2 电晕放电法

脉冲电子晕脱硫脱硝技术（PPCP）的机理与电子束法基本一致，不同之处在于高能源不同，PPCP法是利用高压脉冲来产生活化电子，以此破坏烟气中SO2和NOx的化学键，生成对环境无害的物质，从而达到脱硫脱硝的目的[20]。其特点是不需要电子枪和辐射屏蔽；不产生二次污染；脱硫脱硝效率高。但目前实验研究不充分无法大范围的使用。工艺流程如图7所示。

4.3 烟气循环流化床技术

传统的烟气循环流化床技术中的吸收剂不能既脱硫又脱硝。针对这一问题，张毅等人[21]研制的“高氧型高活性吸收剂”实现了同时脱硫脱硝的目的。吸收剂与烟气中的SO2反应生成CaSO3和CaSO4，与NOx反应生成Ca（NO3）2，与单质汞反应生成HgCl2或HgO，并被固体颗粒吸收，从而达到同时脱硫脱硝的目的。工艺流程图如8所示。

目前国内外兴起的同时脱硫脱硝技术还有NaClO2氧化吸收法[22]、光催化氧化法[23]、NOXSO技术[24]等。

5 结语

火电厂烟气脱硫脱硝技术的研究已经成为烟气净化技术的发展趋势。笔者对近传统的脱硫脱硝和近几年国内外脱硫脱硝技术的研究机理和发展状态进行了综述。目前出现的新方法理论仍不完善，尚处于试验初期，许多方面还需要深入研究。因此，为了真正实现大气污染的控制，还加大力度研究脱硫脱硝技术。今后可以从无污染的吸收剂、设备革新、工艺创新等方面来进行研究。

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