煙氣脫硫脫硝技術介紹

壹、脫硫技術

目前，煙氣脫硫技術有幾十種。根據脫硫過程中是否加水和脫硫產物的幹、濕形式，煙氣脫硫可分為濕法、半幹法和幹法脫硫工藝三大類。濕法脫硫技術成熟，效率高，操作簡單。

1.濕法煙氣脫硫技術

優點:濕法煙氣脫硫技術是氣液反應，反應速度快，脫硫效率高，壹般高於90%，技術成熟，應用廣泛。濕法脫硫技術成熟，生產運行安全可靠。在眾多脫硫技術中，它始終占據主導地位，占脫硫總裝機容量的80%以上。

缺點:產品為液體或汙泥，處理困難，設備腐蝕性嚴重，洗滌後的煙氣需要再加熱，能耗高，占地面積大，投資和運行費用高。系統復雜，設備龐大，用水量大，壹次性投資高，壹般適用於大型電廠。

分類:常用的濕法煙氣脫硫技術有石灰石-石膏法、間接石灰石-石膏法和檸檬吸收法。

A.石灰石/石灰-石膏法:

原理:用石灰石或石灰漿吸收煙氣中的SO2，生成亞硫酸鈣。分離出的亞硫酸鈣(CaSO _ 3)可以丟棄或氧化成硫酸鈣(CaSO _ 4)，硫酸鈣可以以石膏的形式回收。是目前世界上最成熟、運行條件最穩定的脫硫工藝，脫硫效率達到90%以上。

目前，中國市場廣泛采用傳統的石灰石/石灰-石膏煙氣脫硫工藝。鈣基脫硫劑吸收二氧化硫生成的亞硫酸鈣和硫酸鈣由於溶解度低，容易在脫硫塔和管道內形成結垢堵塞。與石灰石脫硫技術相比，雙堿煙氣脫硫技術克服了石灰石-石灰法易結垢的缺點。

B.間接石灰石-石膏法:

常見的間接石灰石-石膏法有:鈉堿雙堿法、堿式硫酸鋁法、稀硫酸吸收法。原理:鈉堿、堿式氧化鋁(Al2O3˙ nH2O)或稀硫酸(H2SO4)吸收SO2，生成的吸收液與石灰石反應再生生成石膏。該方法操作簡單，二次汙染少，無結垢堵塞問題，脫硫效率高，但石膏產品質量差。

C.檸檬吸收法:

原理:檸檬酸(h3c 6 H5 o 7 H2O)溶液具有良好的緩沖性能。SO2氣體通過檸檬酸鹽液體時，煙氣中的SO2與水中的H反應生成H2SO3絡合物，SO2吸收率達99%以上。這種方法只適用於低濃度SO2煙氣，不適用於高濃度SO2氣體吸收，適用範圍比較窄。

此外，還有海水脫硫、磷銨復合肥、液相催化等濕法煙氣脫硫技術。

2.幹法煙氣脫硫技術

優點:幹法煙氣脫硫技術是壹種氣體同步反應。與濕法脫硫系統相比，具有設備簡單、占地面積小、投資和運行費用低、操作方便、能耗低、產品處置方便、無汙水處理系統等優點。

缺點:但是反應速度慢，脫硫率低，高級的可以達到60-80%。但目前該方法脫硫效率低，吸收劑利用率低，磨損結垢嚴重，設備維護難度大，設備運行的穩定性和可靠性低，使用壽命短，限制了該方法的應用。

分類:常用的幹法煙氣脫硫技術有活性炭吸附法、電子束輻射法、帶電幹法吸收劑噴射法和金屬氧化物脫硫法。

典型的幹法脫硫系統是將脫硫劑(如石灰石、白雲石或熟石灰)直接噴入爐膛。以石灰石為例，脫硫劑在高溫煆燒時，煆燒後形成多孔的氧化鈣顆粒，與煙氣中的SO2反應生成硫酸鈣，從而達到脫硫的目的。

幹法煙氣脫硫技術已應用於鋼鐵行業的大型轉爐和高爐，但不適用於中小型高爐。幹法脫硫技術的優點是工藝簡單，沒有汙水和酸處理問題，能耗低，特別是凈化後的煙氣溫度高，有利於煙囪廢氣的擴散，不會產生“白煙”現象。凈化後的煙氣無需二次加熱，腐蝕性低。其缺點是脫硫效率低，設備龐大，投資大，占地面積大，操作技術要求高。常見的幹法脫硫技術有。

A.活性炭吸附法:

原理:SO2被活性炭吸附並催化氧化成三氧化硫(SO3)，然後與水反應生成H2SO4。飽和的活性炭可通過洗滌或加熱再生，同時可生成稀H2SO4或高濃度SO2。副產硫酸、液體二氧化硫和單質硫，有效控制二氧化硫排放，回收硫資源。Xi交大對活性炭進行了改進，開發出成本低、選擇性吸附性能強的ZL30和ZIA0，進壹步完善了活性炭的工藝，使煙氣中SO2吸附率達到95.8%，達到國家排放標準。

B.電子束照射法:

原理:用高能電子束輻照煙氣，產生大量活性物質，將煙氣中的SO2和氮氧化物氧化成SO3和NO2，壹步生成H2SO4和NO3，被氨(NH3)或石灰石(CaCO3)吸收劑吸收。

C.荷電幹式吸收劑噴射脫硫法(CD。SI):

原理:吸收劑高速流過噴射單元產生的高壓靜電電暈充電區，使吸收劑帶有靜電電荷。吸收劑噴入煙氣流中，吸收劑因電荷相同而相互排斥，表面充分暴露，大大提高了脫硫效率。該方法為幹法處理，無設備汙染和結垢，無廢水和廢渣。副產品還可以用作肥料，沒有二次汙染。脫硫率達90%以上，設備簡單，適應性廣。但是，這種方法的脫硫依賴於電子束加速器產生高能電子；對於壹般大型企業來說，需要大功率電子槍，對人體有害，所以還需要輻射屏蔽，所以對運維要求高。四川成都熱電廠建成電子脫硫裝置，煙氣中SO2脫硫達到國家排放標準。

D.金屬氧化物脫硫法:

原理:根據SO2是壹種比較活潑的氣體的特點，氧化錳(MnO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鐵(Fe3O4)、氧化銅(CuO)等氧化物對SO2有很強的吸附作用。在室溫或低溫下，金屬氧化物吸附SO2，在高溫下，金屬氧化物與SO2反應生成金屬鹽。然後通過熱分解和洗滌再生吸附質和金屬鹽。這是壹種幹法脫硫方法，雖然沒有汙水，廢酸，無汙染，但是這種方法壹直沒有推廣，主要是脫硫效率比較低，設備龐大，投資比較大，操作要求高，成本高。這項技術的關鍵是開發新的吸附劑。

目前，上述SO2煙氣處理技術得到廣泛應用。雖然脫硫率比較高，但工藝復雜，運行成本高，汙染防治不徹底，造成二次汙染，與我國實現經濟與環境和諧發展的大政方針不符。因此，有必要探索和研究新的脫硫技術。

3.半幹法煙氣脫硫技術

半幹法脫硫包括噴霧幹燥脫硫、半幹半濕脫硫、粉末-顆粒噴動床脫硫、煙道噴射脫硫等。

A.噴霧幹燥法:

噴霧幹燥脫硫法是壹種利用機械或氣流的力量將吸收劑分散成非常細小的霧滴，霧滴與煙氣形成比較大的接觸表面積的脫硫方法，是氣液之間的壹種熱交換、傳質和化學反應。常用的吸收劑有堿液、石灰乳、石灰石漿液等。目前，大多數設備使用石灰乳作為吸收劑。壹般來說，這種方法的脫硫率為65% ~ 85%。其優點是:脫硫在氣、液、固三種狀態下進行，工藝設備簡單，產品為幹CaSO和CaSO，易於處理，沒有嚴重的設備腐蝕和堵塞，用水量少。缺點:自動化要求比較高，吸收劑用量難以控制，吸收效率不是很高。因此，選擇和開發合理的吸收劑是解決這壹問題的新課題。

B.半幹半濕:

半幹半濕法是介於濕法和幹法之間的壹種脫硫方法，其脫硫效率和脫硫劑利用率也介於兩者之間。該方法主要適用於中小型鍋爐的煙氣處理。該技術的特點是:投資少，運行費用低，脫硫率雖低於濕法脫硫技術，但仍可達到70%tn，且腐蝕性小，占地少，工藝可靠。工業上常用的半幹半濕法脫硫系統與濕法脫硫系統相比，省去了制漿系統，濕法脫硫系統中註入的是Ca(OH)的水溶液，而不是CaO或Ca(OH):粉末和水霧。與幹法脫硫系統相比，克服了爐內噴鈣法SO2和CaO反應效率低、反應時間長的缺點，提高了脫硫劑的利用率，工藝簡單，具有良好的發展前景。

C.粉末顆粒噴動床煙氣脫硫方法；

技術原理:含SO2煙氣通過預熱器進入粉末噴動床，脫硫劑預先制成粉末並與水混合，以漿液形式從噴動床頂部連續噴入床內，與噴動顆粒充分混合，與熱煙氣接觸同時進行脫硫和幹燥。脫硫反應後的產物以幹粉形式從分離器中吹出。這種脫硫技術使用石灰石或熟石灰作為脫硫劑。脫硫率高，脫硫劑利用率高，對環境影響小。然而，對入口溫度、床內相對濕度和反應溫度有嚴格的要求。當漿液含水量和反應溫度控制不當時，脫硫劑會粘壁。

D.煙道噴射半幹法煙氣脫硫；

該方法利用鍋爐與除塵器之間的煙道作為反應器進行脫硫，不增加吸收容器，大大降低了工藝投資，操作簡單，占地面積小，適合在國內開發應用。半幹法煙道噴淋煙氣脫硫是將人體吸收劑漿液噴入煙道，漿液液滴在蒸發的同時發生反應，反應產物以幹粉形式從煙道排出。

4.新興的煙氣脫硫方法

近年來，科技突飛猛進，環境問題已經上升到法律層面。中國科技人員開發了壹些新的脫硫技術，但大多數仍處於實驗階段，需要進壹步的工業應用驗證。

A.硫化堿脫硫法

奧托昆普公司開發的硫化堿脫硫法主要是以工業級硫化鈉為原料吸收SO2工業煙氣，產品以生成硫磺為目的。反應過程相當復雜，包括Na2SO4、Na2SO3、Na2S203、S、Na2Sx等。從產品可以看出，該工藝能耗大，副產品價值低。華南理工大學石林的研究表明，各種含硫化合物的含量隨反應條件的變化而變化。溶液的pH值控制在5.5-6.5之間，並加入少量添加劑TFS。產品主要生產Na2S203，過濾蒸發可得到高附加值的5H0˙ Na2S203，脫硫率高達97%。反應過程為:SO2+Na2S = Na2S203+S，該脫硫新技術已通過中試，正在推廣應用。

B.膜吸收法

以有機高分子膜為代表的膜分離技術是近年來發展起來的壹種新型氣體分離技術，已經得到了廣泛的應用，特別是在水的凈化和處理方面。中科院大連理化所金梅研究員創造性地用膜吸收脫除SO2氣體，效果顯著，脫硫率達90%。其工藝是:他們用聚丙烯中空纖維膜吸收器和NaOH溶液作為吸收液脫除SO2氣體，其特點是用多孔膜將SO2氣體從NaOH吸收液中分離出來，SO2氣體通過多孔膜中的孔隙到達氣液界面，SO2與NaOH快速反應，達到脫硫的目的。該方法是膜分離技術與吸收技術相結合的新技術，能耗低，操作簡單，投資少。

C.微生物脫硫技術

根據微生物參與硫循環各過程並獲得能量的特點，利用微生物進行煙氣脫硫。其機理是在有氧條件下，通過脫硫細菌的間接氧化作用，將煙氣中的SO2氧化成硫酸，細菌從中獲得能量。

與傳統的化學、物理脫硫相比，生物脫硫基本沒有高溫、高壓、催化劑等外界條件，在常溫常壓下操作，工藝流程簡單，無二次汙染。國外用地熱電站每天去除5t的H: S。據計算，微生物脫硫的總成本是傳統濕法脫硫的50%。無論對於有機硫還是無機硫，壹旦燃燒，無機硫SO2都可以被微生物間接利用。因此，發展微生物煙氣脫硫技術具有巨大的潛力。四川大學王安等人選擇氧化亞鐵桿菌在實驗室條件下研究脫硫。在低液氣比下，脫硫率達到98%。

d、煙氣脫硫技術的發展趨勢

目前各種技術都有各自的優缺點，有必要對其進行詳細分析，從投資、運行、環保等方面選擇壹種合適的脫硫技術。隨著科技的發展，壹個新的技術韻會涉及到很多不同的學科。因此，關註其他學科的最新進展和研究成果，並將其應用於煙氣脫硫技術，是發展新型煙氣脫硫技術的重要途徑，如微生物脫硫、電子束脫硫等，因其獨特的特點，將會有很大的發展空間。隨著人們對環境治理的日益重視和工業煙氣排放量的不斷增加，投資和運行成本低、脫硫效率高、脫硫劑利用率高、汙染少、無二次汙染的脫硫技術必將成為未來煙氣脫硫技術發展的主要趨勢。

各種煙氣脫硫技術在脫除SO2的過程中取得了壹定的經濟、社會和環境效益，但仍存在壹些不足。隨著生物技術和高新技術的不斷發展，電子束脫硫技術、生物脫硫等壹系列高新適用的脫硫技術將取代傳統的脫硫方法。

二、脫硝技術

在常見的脫硝技術中，根據氮氧化物的形成機理，減氮減排的技術措施可分為兩大類:

壹個是源頭治理。控制煆燒中產生的氮氧化合物。其技術措施是:①采用低氮燃燒器；(2)分解爐和管道分級燃燒，控制燃燒溫度；(3)改變配料方案，采用礦化劑降低熟料燒成溫度。

另壹個是從治理末端。控制煙氣中氮氧化合物排放的技術措施有:①“分級燃燒+SNCR”，已在國內試點；(2)選擇性非催化還原(SNCR)，已在中國試點；③選擇性催化還原(SCR)，目前歐洲只有三線實驗；③SNCR/SCR聯合脫硝技術，國內水泥脫硝無成功經驗；④生物脫氮技術(處於研發階段)。

國內的脫硝技術還處於探索和示範階段，還沒有科學的總結。各種設計技術路線、設備設施是否科學合理、運行可靠？脫硝效率、運行成本、能耗、二次汙染物排放量都要經過實踐檢驗。

脫硝技術具體可分為:

燃燒前脫氮:加氫脫氮

洗滌燃燒中的脫氮；

1)低溫燃燒

2)低氧燃燒

3)FBC燃燒技術

4)采用低氮氧化合物燃燒器。

5)煤粉濃縮和稀釋的分離

6)煙氣再循環技術

燃燒後脫氮:

1)選擇性非催化還原脫硝(SNCR)

2)選擇性催化還原和脫硝(SCR)

3)活性炭吸附

4)電子束脫硝技術

其中，大型燃煤機組SNCR脫硝效率可達25% ~ 40%，小型機組可達80%。由於這種方法受鍋爐結構尺寸影響較大，所以常作為低氮燃燒技術的補充處理手段。其工程造價低，布置簡單，占地面積小，適合老廠改造，新廠可按鍋爐設計使用。

選擇性催化還原(SCR)是目前最成熟的煙氣脫硝技術。這是壹種爐後脫硝方法。它於20世紀60年代末和70年代在日本首次投入商業運營。之所以稱為“選擇性”，是因為還原劑(NH3和尿素)在金屬催化劑的作用下選擇性地與氮氧化合物反應生成N2和H2O，而不是被O2氧化。目前國際上流行的SCR工藝主要分為氨法SCR和尿素法SCR。兩種方法都是利用氨的還原作用，在催化劑的作用下將氮氧化合物(主要是NO)還原成對大氣影響很小的N2和水，還原劑為NH3。

目前，SCR中使用的催化劑大多是以TiO2為載體，以V2O5或V2O5-WO3或V2O5-MoO3為活性組分制成的，它們是蜂窩狀、板狀或波紋狀的。用於煙氣脫硝的SCR催化劑可分為高溫催化劑(345℃ ~ 590℃)、中溫催化劑(260℃ ~ 380℃)和低溫催化劑(80℃ ~ 300℃)。不同的催化劑具有不同的合適反應溫度。如果反應溫度低，催化劑的活性會降低，導致脫硝效率下降，如果催化劑繼續在低溫下運行，會對催化劑造成永久性損傷；如果反應溫度過高，NH3容易被氧化，氮氧化合物量增加，也會引起催化劑材料的相變，降低催化劑的活性。目前國內外SCR系統大多采用高溫催化劑，反應溫度範圍為315℃ ~ 400℃。這種方法在實際應用中的優缺點如下。

優點:該方法脫硝效率高，價格相對低廉，目前在國內外工程中廣泛應用，成為電站煙氣脫硝的主流技術。

缺點:燃油中含有硫，燃燒時會產生壹定量的SO3。隨著催化劑的加入，在有氧條件下生成的SO3的量大大增加，並且與過量的NH3壹起生成NH4HSO4。NH4HSO4具有腐蝕性和粘性，會對尾部煙道設備造成損壞。雖然SO3的產量有限，但其影響不可低估。此外，催化劑中毒也不容忽視。

三、脫硫脫硝技術在鍋爐企業中的應用

國內現有的鍋爐生產企業，鍋爐企業的脫硫脫硝技術大多采用煤或煤氣作為燃燒介質。對於燃煤鍋爐，國內最成熟的技術是FGD脫硫技術(利用吸收劑或吸附劑去除煙氣中的二氧化硫)，脫硝主要是基於選擇性催化還原SCR技術。

SCR脫硝技術是目前世界上最主流的氮氧化合物脫除方法。該方法可以在現有的煙氣脫硫工藝中增加脫硝裝置。在含氧氣氛中，還原劑與廢氣中NO發生有限反應的催化過程稱為選擇性催化還原。合適的催化劑和還原劑應具有以下特征:

1)還原劑應該具有高反應性。

2)還原劑可以選擇性地與氮氧化合物反應，但不能與煙氣中的大量氧化物質反應。

3)還原劑必須便宜，使得去除過程可以低成本操作。

4)催化劑應大大降低氮氧化合物還原溫度。

5)催化劑應具有高催化活性，以利於有效降低煙氣中低濃度的氮氧化合物。

6)催化劑選擇性地與還原劑和氮氧化合物反應形成N2，但對還原劑和煙道氣中其它氧化物質的反應是惰性的。

7)催化劑應該是結構穩定的。