摘要:主要介紹了國內外燃燒(shao)過(guo)程(cheng)中NOx 控制和煙氣脫(tuo)(tuo)(tuo)硝技(ji)術的研究和應用現(xian)狀,以及同時脫(tuo)(tuo)(tuo)硫、脫(tuo)(tuo)(tuo)硝一體化技(ji)術的研究進展,并(bing)指出同時脫(tuo)(tuo)(tuo)硫、脫(tuo)(tuo)(tuo)硝和無氮(dan)燃燒(shao)技(ji)術是今后發展的方向。

關鍵詞:氮氧化物(wu),同(tong)時脫硫脫氮,煙氣,選擇性催化還原

1　低NOx 燃燒技術

1. 1　空氣分級燃燒

空(kong)氣(qi)分級(ji)(ji)燃(ran)(ran)燒是將燃(ran)(ran)燒所需的(de)空(kong)氣(qi)量(liang)分成(cheng)(cheng)兩級(ji)(ji)送入(ru)。第一級(ji)(ji)燃(ran)(ran)燒區內燃(ran)(ran)料在(zai)缺氧(yang)的(de)富燃(ran)(ran)料條(tiao)件下燃(ran)(ran)燒,從而(er)抑制了熱力型NOx 的(de)生成(cheng)(cheng),同時,燃(ran)(ran)燒生成(cheng)(cheng)的(de)CO又與NO進(jin)行還原反應;向(xiang)二級(ji)(ji)燃(ran)(ran)燒區內輸入(ru)剩余空(kong)氣(qi),成(cheng)(cheng)為富氧(yang)燃(ran)(ran)燒區。富氧(yang)區的(de)空(kong)氣(qi)量(liang)雖多,一些中間(jian)產物被氧(yang)化成(cheng)(cheng)NO,但因(yin)火(huo)焰溫度低, NOx 生成(cheng)(cheng)量(liang)不(bu)大,因(yin)此總的(de)NOx 生成(cheng)(cheng)量(liang)可(ke)降(jiang)低30% ～40%。研究表(biao)明,采用細煤粉能更顯著地(di)降(jiang)低 NOx 排放量(liang)。

1. 2　燃料分級燃燒

燃(ran)料分級(ji)燃(ran)燒是將80% ～85%的(de)(de)(de)燃(ran)料送(song)(song)入鍋(guo)爐的(de)(de)(de)主燃(ran)燒區(qu),在(zai)α > 1的(de)(de)(de)條件下生成(cheng)NOx ;其余的(de)(de)(de) 15% ～20%的(de)(de)(de)燃(ran)料則從(cong)主燃(ran)燒器的(de)(de)(de)上部送(song)(song)入再燃(ran)區(qu),在(zai)α < 1的(de)(de)(de)條件下形(xing)成(cheng)很強的(de)(de)(de)還(huan)原(yuan)性氣氛,主燃(ran)燒區(qu)生成(cheng)的(de)(de)(de)NOx 通(tong)過(guo)該區(qu)時被還(huan)原(yuan)成(cheng)N2 ;此外,再燃(ran)區(qu)的(de)(de)(de)上面(mian)還(huan)需布(bu)置“火上風(feng)”噴口以形(xing)成(cheng)燃(ran)盡區(qu), 以保(bao)證(zheng)再燃(ran)區(qu)中(zhong)未完全(quan)燃(ran)燒產物的(de)(de)(de)燃(ran)盡。

Folsom等(deng)提(ti)出: 通過(guo)再燃(ran)(ran)(ran)技術可(ke)使NOx 和(he) SO2 的(de)排放量(liang)分別降(jiang)低60%和(he)20%。研究表明,如果采用(yong)不(bu)含(han)氮的(de)燃(ran)(ran)(ran)料作為二次燃(ran)(ran)(ran)料,能使NOx 排放量(liang)降(jiang)低50%以上; 超細(xi)煤粉燃(ran)(ran)(ran)燒的(de)工(gong)業試驗表明,其飛(fei)灰(hui)含(han)碳量(liang)和(he)NOx 生成(cheng)量(liang)均遠小于常規煤粉, NOx 的(de)脫除(chu)率提(ti)高到(dao)70%左右;有研究表明, 向再燃(ran)(ran)(ran)區(qu)內加(jia)入一定(ding)量(liang)的(de)水蒸(zheng)汽(qi),既能改(gai)善(shan)煤粉對 NO的(de)還原(yuan)效(xiao)果,又(you)能提(ti)高煤粉的(de)燃(ran)(ran)(ran)盡率。

1. 3　煙氣再循環技術

煙(yan)氣(qi)再循(xun)(xun)環(huan)技術是抽取一部分低(di)溫煙(yan)氣(qi)送入爐(lu)內(nei),用以(yi)降低(di)局部溫度,并形成局部還原性氣(qi)氛,從而(er)抑制NOx 的生成。研究表明,煙(yan)氣(qi)再循(xun)(xun)環(huan)率(lv)為 15%～20%時,煤粉爐(lu)的NOx 排放濃度可降低(di)約 25%。但是,采用煙(yan)氣(qi)循(xun)(xun)環(huan)法時,煙(yan)氣(qi)循(xun)(xun)環(huan)率(lv)的增加是有(you)限的,若再循(xun)(xun)環(huan)率(lv)太高,爐(lu)內(nei)的燃燒(shao)工(gong)況(kuang)會(hui)趨于不穩定(ding),而(er)且會(hui)增加未完(wan)全燃燒(shao)的熱損失(shi)。

1. 4　低過剩空氣燃燒

低(di)過(guo)(guo)(guo)剩空氣(qi)(qi)燃(ran)燒(shao)就(jiu)(jiu)是使(shi)燃(ran)燒(shao)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)盡(jin)可能在接近理(li)論(lun)空氣(qi)(qi)量(liang)的條件下進行。研究表(biao)明,低(di)過(guo)(guo)(guo)剩空氣(qi)(qi)燃(ran)燒(shao)可少排(pai)NOx 15% ～20%。但若空氣(qi)(qi)過(guo)(guo)(guo)剩系數過(guo)(guo)(guo)低(di),會(hui)(hui)造成CO濃度急劇增(zeng)加(jia),從而大大增(zeng)加(jia)未完全燃(ran)燒(shao)的熱(re)損失,同時也會(hui)(hui)使(shi)飛灰含碳(tan)量(liang)增(zeng)加(jia),燃(ran)燒(shao)效率(lv)(lv)下降。此時,燃(ran)燒(shao)效率(lv)(lv)就(jiu)(jiu)成了降低(di)NOx 排(pai)放量(liang)的制(zhi)約因素(su),因此,在確定α時,必須兼顧燃(ran)燒(shao)效率(lv)(lv)、燃(ran)燒(shao)設備效率(lv)(lv)和NOx 降低(di)率(lv)(lv)的要求。

1. 5　濃淡偏差燃燒

該技術是(shi)針對裝有(you)2個以上(shang)燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)器(qi)的(de)燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)設(she)備設(she)計的(de)。向部(bu)分燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)器(qi)供(gong)應較多的(de)空氣(qi),即燃(ran)(ran)(ran)料(liao)過(guo)淡燃(ran)(ran)(ran)燒(shao);向另一部(bu)分燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)器(qi)供(gong)應較少的(de)空氣(qi),即燃(ran)(ran)(ran)料(liao)過(guo)濃(nong)燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)。濃(nong)淡燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)時,燃(ran)(ran)(ran)料(liao)過(guo)濃(nong)部(bu)分因氧氣(qi)不(bu)足燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)溫度較低,燃(ran)(ran)(ran)料(liao)型NOx 和熱(re)力型NOx 就會減(jian)少;燃(ran)(ran)(ran)料(liao)過(guo)淡部(bu)分因空氣(qi)量(liang)(liang)過(guo)大,燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)溫度低,熱(re)力型NOx 生成量(liang)(liang)也減(jian)少,總的(de)結(jie)果是(shi)NOx 生成量(liang)(liang)低于常規燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)。

1. 6　低NOx 燃燒器技術

低(di)(di)NOx 燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒器(qi)均(jun)是通過改變風煤比例,形(xing)成富燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)料(liao)燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒和富氧燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒區。這(zhe)種燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒工況產生(sheng)更長(chang)且溫度較(jiao)低(di)(di)的(de)火焰,既抑(yi)制了熱力型(xing)(xing)(xing)(xing)NOx 的(de)生(sheng)成,又能(neng)在富燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)料(liao)燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒區形(xing)成還(huan)原氣(qi)氛,從而抑(yi)制燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)料(liao)型(xing)(xing)(xing)(xing) NOx 的(de)生(sheng)成。低(di)(di)NOx 燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒器(qi)主(zhu)要有:階(jie)段型(xing)(xing)(xing)(xing)低(di)(di)NOx 燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒器(qi)、濃(nong)淡偏(pian)差(cha)型(xing)(xing)(xing)(xing)低(di)(di)NOx 燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒器(qi)、煙氣(qi)再循(xun)環型(xing)(xing)(xing)(xing)低(di)(di)NOx 燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒器(qi)、多次分級混合型(xing)(xing)(xing)(xing)燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)料(liao)分級低(di)(di)NOx 燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒器(qi)、大速差(cha)射(she)流型(xing)(xing)(xing)(xing)雙通道自穩式燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒器(qi)等。低(di)(di) NOx 燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒器(qi)可減少40%～60%的(de)NOx 排放量。

2　煙氣脫硝技術

2. 1　干法煙氣脫硝技術

2. 1. 1　選擇性催化還原法( SCR)

SCR法是采用NH3 作為(wei)還(huan)原劑,將(jiang)NOx 還(huan)原成(cheng) N2。NH3 選(xuan)擇性(xing)地只與(yu)NO反應(ying),而(er)不(bu)與(yu)煙氣中的(de)(de)(de) O2 反應(ying),而(er)O2 又能促進(jin)NH3 與(yu)NO的(de)(de)(de)反應(ying)。氨和煙氣一起通過(guo)催化劑床,在那里,氨與(yu)NOx 反應(ying)生成(cheng)N2 和水(shui)蒸汽。通過(guo)使用恰當(dang)的(de)(de)(de)催化劑,上述(shu)反應(ying)可(ke)以在250～450 ℃范圍內進(jin)行,在NH3 /NO摩爾比為(wei)1的(de)(de)(de)條件下,脫硝(xiao)率(lv)可(ke)達80%～90%。

SCR技(ji)(ji)術(shu)(shu)是(shi)目(mu)前國際上應用(yong)最(zui)為(wei)廣泛的煙(yan)氣(qi)脫(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)技(ji)(ji)術(shu)(shu),與其他技(ji)(ji)術(shu)(shu)相(xiang)比, SCR技(ji)(ji)術(shu)(shu)沒有副產物、不形(xing)成(cheng)二次污(wu)染、裝置(zhi)結構簡單、技(ji)(ji)術(shu)(shu)成(cheng)熟(shu)、脫(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)效率高(gao)、運行(xing)可靠、便于維(wei)護(hu),是(shi)工程上應用(yong)最(zui)多的煙(yan)氣(qi)脫(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)技(ji)(ji)術(shu)(shu),脫(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)效率可達90%。催化劑失(shi)效和尾氣(qi)中殘留NH3 是(shi)SCR 系統存在的兩大(da)關鍵問題,因此,探究更好的催化劑是(shi)今(jin)后研(yan)究的重點(dian)。

2. 1. 2　選擇性非催化還原法( SNCR)

SNCR法(fa)是向煙氣(qi)中(zhong)噴入氨或尿素等含有氨基的還原(yuan)劑,在850～1 100 ℃范圍內、無(wu)催化劑的條件(jian)下,氨基還原(yuan)劑選擇性地把煙氣(qi)中(zhong)的NOx 還原(yuan)為N2 和(he)H2O。SNCR法(fa)的脫(tuo)硝效率一般為30%～60%。

2. 1. 3　碳質固體還原法

利用(yong)碳(tan)為還(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)劑(ji)還(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)煙(yan)(yan)(yan)氣中的NOx 屬(shu)于(yu)無(wu)催化(hua)劑(ji)非選擇性還(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)法。不用(yong)貴金屬(shu)作(zuo)催化(hua)劑(ji),也(ye)就不存在(zai)催化(hua)劑(ji)中毒問(wen)題。國(guo)內外對(dui)碳(tan)還(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)煙(yan)(yan)(yan)氣中的 NOx 進行了(le)大(da)量(liang)研究。清華大(da)學的試驗研究表明: 在(zai)溫度為650～850 ℃時, NOx 能被核(he)炭、無(wu)煙(yan)(yan)(yan)煤、焦(jiao)炭等還(huan)原(yuan)(yuan)(yuan), NOx 濃度較高(gao)時,還(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)率可達(da)99%。

2. 1. 4　催化直接分解NOx 法

從(cong)凈(jing)化(hua)NOx 的(de)(de)觀點來看,最好的(de)(de)方法是(shi)將NOx 直接分(fen)(fen)解(jie)成(cheng)N2 和O2 ,這(zhe)在熱(re)力(li)學上是(shi)可行的(de)(de)。迄今(jin)為止,得到廣泛研究(jiu)(jiu)的(de)(de)催(cui)(cui)化(hua)體系有:貴(gui)金(jin)屬、金(jin)屬氧化(hua)物、鈣鈦礦型復合氧化(hua)物以及金(jin)屬離子(zi)(zi)交換分(fen)(fen)子(zi)(zi)篩等。有些催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)的(de)(de)分(fen)(fen)解(jie)效率高但不(bu)能持(chi)久, 主要是(shi)因為NOx 分(fen)(fen)解(jie)后(hou)產生的(de)(de)氧不(bu)易從(cong)載體上脫(tuo)除造成(cheng)催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)中毒。因此,尋找一種(zhong)適合技術、經濟要求的(de)(de)催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)還需(xu)做大量的(de)(de)研究(jiu)(jiu)工(gong)作。

2. 2　濕法煙氣脫硝技術

濕(shi)法(fa)煙氣(qi)脫硝技術(shu)按吸(xi)收(shou)(shou)(shou)劑的(de)種類可(ke)分為(wei):水(shui)氧(yang)化吸(xi)收(shou)(shou)(shou)法(fa)、酸吸(xi)收(shou)(shou)(shou)法(fa)、堿液吸(xi)收(shou)(shou)(shou)法(fa)、氧(yang)化吸(xi)收(shou)(shou)(shou)法(fa)、液相(xiang)還(huan)原吸(xi)收(shou)(shou)(shou)法(fa)、液相(xiang)絡合吸(xi)收(shou)(shou)(shou)法(fa)、液膜法(fa)等。吸(xi)收(shou)(shou)(shou)法(fa)是中小型企(qi)業(ye)廣泛采用(yong)(yong)的(de)NOx 處理技術(shu)。這(zhe)幾種濕(shi)法(fa)脫硝雖(sui)然效率很(hen)高,但系統復雜,而且用(yong)(yong)水(shui)量大(da)并會產生(sheng)水(shui)污染,因此,在燃煤鍋爐上(shang)很(hen)少(shao)被(bei)采用(yong)(yong)。濕(shi)法(fa)中只(zhi)有絡合吸(xi)收(shou)(shou)(shou)法(fa)比較適合于燃煤煙氣(qi)脫 NOx ,然而這(zhe)種方法(fa)還(huan)處于試驗階段,距大(da)型工業(ye)應用(yong)(yong)還(huan)有一定(ding)的(de)距離。

2. 3　等離子體技術

2. 3. 1　電子束照射法

電(dian)子(zi)束(shu)法是(shi)在煙氣(qi)(qi)進(jin)入反(fan)應器之前先加入氨氣(qi)(qi),再在反(fan)應器中(zhong)用(yong)電(dian)子(zi)加速器產生(sheng)的(de)電(dian)子(zi)束(shu)照(zhao)射煙氣(qi)(qi), 使水蒸汽、氧等分子(zi)激發產生(sheng)高(gao)能(neng)自由(you)基 OH、O等。這些自由(you)基使煙氣(qi)(qi)中(zhong)的(de)SO2 和NOx 很快氧化(hua)(hua),產生(sheng)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)和硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan),產物再與氨氣(qi)(qi)反(fan)應形(xing)成硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)銨(an)和硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)銨(an)化(hua)(hua)肥。其(qi)優點是(shi):不產生(sheng)廢水、廢渣,能(neng)同時脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)、脫(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao),脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)率90%以上(shang),脫(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)率80%以上(shang);系(xi)統簡單、操作方便(bian)、過程易(yi)控制(zhi)、對于燃(ran)煤含(han)硫(liu)(liu)(liu)量(liang)的(de)變化(hua)(hua)有較好的(de)適應性(xing)和負荷跟蹤能(neng)力、脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)成本(ben)低于常規方法。缺點是(shi)耗(hao)電(dian)量(liang)大、運行(xing)費用(yong)高(gao)。

2. 3. 2　脈沖電暈法

該法(fa)(fa)和電子(zi)束法(fa)(fa)均屬(shu)于(yu)等(deng)離子(zi)法(fa)(fa),不同的(de)是脈(mo)(mo)沖(chong)電暈法(fa)(fa)利用高(gao)壓脈(mo)(mo)沖(chong)電源(yuan)放(fang)電獲得(de)活(huo)(huo)化電子(zi),以此來破壞(huai)煙(yan)氣氣體分子(zi)的(de)化學鍵(jian)而(er)生成(cheng)自由(you)基(ji)等(deng)活(huo)(huo)性物質,從而(er)脫(tuo)除SO2 和NOx 。研究(jiu)表明,煙(yan)氣中的(de)粉(fen)(fen)塵有利于(yu)脈(mo)(mo)沖(chong)電暈法(fa)(fa)脫(tuo)硫(liu)、脫(tuo)硝效率(lv)的(de)提高(gao)。因此,脈(mo)(mo)沖(chong)電暈法(fa)(fa)能(neng)同時(shi)脫(tuo)除3種污染物( SO2、NOx 和粉(fen)(fen)塵) ,且能(neng)耗和成(cheng)本均比(bi)電子(zi)束法(fa)(fa)低,因而(er)成(cheng)為最具(ju)吸(xi)引(yin)力的(de)方法(fa)(fa)。

2. 4　微生物法

微(wei)生物法(fa)(fa)的(de)原(yuan)理是(shi):適宜的(de)脫氮菌(jun)在有(you)外加(jia)碳源的(de)情(qing)況下,以NOx 為(wei)氮源,將(jiang)其(qi)還原(yuan)為(wei)無(wu)害(hai)的(de)N2 , 而脫氮菌(jun)本身得到繁殖。與一(yi)般的(de)有(you)機廢(fei)氣(qi)處理不同,用生物法(fa)(fa)直接(jie)處理煙氣(qi)中(zhong)(zhong)的(de)NOx ,存在明顯(xian)的(de)缺點。主要(yao)(yao)原(yuan)因(yin)是(shi):由(you)于煙氣(qi)量很(hen)(hen)大(da),且煙氣(qi)中(zhong)(zhong)NOx 主要(yao)(yao)以NO的(de)形(xing)式存在,而NO又基本不溶(rong)于水,無(wu)法(fa)(fa)進入(ru)到液相介(jie)質中(zhong)(zhong),難(nan)以被(bei)微(wei)生物轉化(hua);另(ling)外,微(wei)生物的(de)表(biao)面吸附能力較差,使得NO的(de)實際(ji)(ji)凈化(hua)率很(hen)(hen)低。因(yin)此,直接(jie)用生物法(fa)(fa)處理煙氣(qi)中(zhong)(zhong)NOx 很(hen)(hen)難(nan)有(you)實際(ji)(ji)應用前(qian)景。采用生物法(fa)(fa)吸收處理NOx 是(shi)近(jin)年(nian)來研究的(de)熱點之一(yi),但這種方法(fa)(fa)目前(qian)還不成熟,要(yao)(yao)用于工(gong)業實踐(jian)還需做大(da)量的(de)研究工(gong)作。

2. 5　固體吸附法

該法(fa)(fa)是(shi)利(li)用(yong)多孔性固(gu)體(ti)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)凈(jing)化(hua)含(han)NOx 廢氣(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)(fa)。常(chang)用(yong)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)有(you)雜(za)多酸、分子篩、泥(ni)煤、活(huo)性炭(tan)、硅(gui)膠等(deng),用(yong)活(huo)性炭(tan)纖維可在NH3 存在時同時去除煙(yan)氣(qi)(qi)中的(de)(de)(de)(de)SO2 和(he)NOx 。吸(xi)(xi)附(fu)(fu)法(fa)(fa)凈(jing)化(hua)NOx 的(de)(de)(de)(de)優點是(shi):凈(jing)化(hua)效率高、無(wu)需(xu)消(xiao)耗化(hua)學物質、設(she)備簡(jian)單且(qie)操作方(fang)便。缺點是(shi):因(yin)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)容量小,需(xu)要的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)量大(da)(da);設(she)備龐(pang)大(da)(da);吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)需(xu)要進行再生處理;凈(jing)化(hua)過程為間(jian)歇操作。因(yin)此,吸(xi)(xi)附(fu)(fu)法(fa)(fa)僅適(shi)用(yong)于處理含(han)NOx 濃(nong)度(du)較低(di)的(de)(de)(de)(de)廢氣(qi)(qi)。

3　煙氣同時脫硫、脫硝技術

目(mu)前(qian),煙(yan)氣(qi)(qi)同時脫(tuo)(tuo)硫、脫(tuo)(tuo)硝技(ji)(ji)術(shu)可以分為(wei)兩(liang)大類:爐內(nei)燃燒(shao)過程的同時脫(tuo)(tuo)除(chu)技(ji)(ji)術(shu)和(he)燃燒(shao)后(hou)(hou)煙(yan)氣(qi)(qi)中(zhong)的同時脫(tuo)(tuo)除(chu)技(ji)(ji)術(shu)。其中(zhong)燃燒(shao)后(hou)(hou)煙(yan)氣(qi)(qi)脫(tuo)(tuo)硫、脫(tuo)(tuo)硝是今后(hou)(hou)進行大規模工(gong)業應用的重點。燃燒(shao)后(hou)(hou)煙(yan)氣(qi)(qi)脫(tuo)(tuo)硫、脫(tuo)(tuo)硝典型工(gong)藝有干(gan)(gan)法(fa)(fa)和(he)濕法(fa)(fa)兩(liang)種:干(gan)(gan)式工(gong)藝包括堿(jian)性噴霧干(gan)(gan)燥法(fa)(fa)、固(gu)相(xiang)吸(xi)收和(he)再生(sheng)法(fa)(fa)以及(ji)吸(xi)收劑噴射法(fa)(fa)、高能化(hua)學(xue)輻射法(fa)(fa)等;濕式工(gong)藝主要是氧化(hua)/吸(xi)收法(fa)(fa)和(he)鐵的螯(ao)合物吸(xi)收法(fa)(fa)等。

3. 1　固相吸收和再生同時脫硫、脫硝技術

這類技術利(li)用可循環再(zai)生的(de)固體吸(xi)附材料從煙道氣或廢氣中除去SO2 和NOx 。可利(li)用的(de)活性吸(xi)附材料有活性炭、活性焦、活性氧化鋁為載(zai)體的(de)吸(xi)附材料以(yi)及氧化銅、鈉(na)和鎂(mei)氧化載(zai)體的(de)吸(xi)附材料等。其中SO2 以(yi)硫酸(suan)或硫酸(suan)鹽(yan)的(de)形式被(bei)吸(xi)附在吸(xi)附劑上,然后(hou)在還原(yuan)條件下生成(cheng)高濃度的(de)SO2 或以(yi)SO2、 H2 S混合物的(de)形式存在,然后(hou)再(zai)加工(gong)成(cheng)副產品。煙氣中的(de)NOx 最終被(bei)還原(yuan)為N2。

3. 2　NOx SO工藝

NOx SO技術(shu)是(shi)美(mei)國能源部潔凈(jing)用煤計劃的(de)一個子項目,是(shi)一種干式、可再(zai)生系統,可同(tong)時(shi)去除煙氣中(zhong)的(de)SO2 和NOx 。吸(xi)(xi)收劑為Na2O /γ - Al2O3 ,處(chu)理過(guo)程(cheng)包(bao)括吸(xi)(xi)收、再(zai)生等(deng)步驟(zou)。此技術(shu)對煙氣中(zhong) SO2 的(de)凈(jing)化(hua)率(lv)達90% , NOx 的(de)凈(jing)化(hua)率(lv)達70% ～ 90% ,沒有淤泥和廢液排(pai)放問(wen)題。但(dan)此技術(shu)需大(da)量吸(xi)(xi)附劑,設備(bei)龐大(da),投資(zi)高(gao),動力消耗也大(da)。

3. 3　SNOx 工藝

煙氣(qi)先經(jing)過SCR反應(ying)器(qi), NOx 在(zai)催化劑作用(yong)下(xia)被氨(an)還原成N2 ,隨后,煙氣(qi)進入(ru)改質器(qi), SO2 被催化氧化為SO3 ,在(zai)瀑布膜(mo)冷凝器(qi)中(zhong)凝結(jie)、水合(he)為硫(liu)酸(suan), 進一步濃縮(suo)為可銷售的(de)濃硫(liu)酸(suan)。該技術除消耗氨(an)氣(qi)外,不消耗其(qi)他化學藥(yao)品,不產(chan)生廢水等二(er)次(ci)污染物,具(ju)有很高(gao)的(de)脫硝率( 95%以上)和可靠(kao)性,運行和維護要求較(jiao)低。缺點是投資費用(yong)高(gao)、副產(chan)品濃硫(liu)酸(suan)的(de)儲(chu)存(cun)及運輸困(kun)難。

3. 4　濕法FGD加金屬螯合物技術

傳統(tong)的(de)濕法(fa)煙氣脫硫(liu)效率在90%以上,在電廠(chang)的(de)應(ying)(ying)用比較成(cheng)熟。由(you)于NOx 在水中的(de)溶(rong)(rong)解(jie)度很(hen)小, 在濕法(fa)中很(hen)難除去。有學者研究發現,一些金屬(shu)螯(ao)合(he)(he)(he)物(wu)(wu)(如Fe ( EDTA)和Fe (NTA) )能吸(xi)(xi)收(shou)NO形成(cheng)亞(ya)硝酰亞(ya)鐵螯(ao)合(he)(he)(he)物(wu)(wu),配位的(de)NO再(zai)與溶(rong)(rong)解(jie)的(de)SO2 和 O2 反(fan)應(ying)(ying)生(sheng)成(cheng)N2、N2O、硫(liu)酸鹽、各種N - S化合(he)(he)(he)物(wu)(wu)以及三價鐵螯(ao)合(he)(he)(he)物(wu)(wu),然后從吸(xi)(xi)收(shou)液中去除,并使三價鐵螯(ao)合(he)(he)(he)物(wu)(wu)還原再(zai)生(sheng)。影(ying)響濕法(fa)FGD加金屬(shu)螯(ao)合(he)(he)(he)物(wu)(wu)技術工業應(ying)(ying)用的(de)主要障礙是反(fan)應(ying)(ying)過程(cheng)中螯(ao)合(he)(he)(he)物(wu)(wu)的(de)損失和金屬(shu)螯(ao)合(he)(he)(he)物(wu)(wu)再(zai)生(sheng)困(kun)難、利用率低、運行費用高(gao)。

3. 5　氯酸氧化法

氯酸(suan)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)是采用(yong)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)吸收(shou)(shou)(shou)(shou)塔(ta)(ta)和堿(jian)式(shi)(shi)吸收(shou)(shou)(shou)(shou)塔(ta)(ta)兩段工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)脫除煙氣(qi)中(zhong)SO2 和NOx 的方法。氧(yang)(yang)化(hua)(hua)吸收(shou)(shou)(shou)(shou)塔(ta)(ta)是采用(yong)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)劑HClO3 來氧(yang)(yang)化(hua)(hua)NO、SO2 及有(you)(you)毒金屬;堿(jian)式(shi)(shi)吸收(shou)(shou)(shou)(shou)塔(ta)(ta)則(ze)作(zuo)為(wei)后續(xu)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)用(yong)Na2 S及NaOH作(zuo)為(wei)吸收(shou)(shou)(shou)(shou)劑,吸收(shou)(shou)(shou)(shou)殘余的酸(suan)性氣(qi)體(ti)。該工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)NOx 脫除率達(da)95%以上,沒有(you)(you)催(cui)化(hua)(hua)劑中(zhong)毒、失活或隨使用(yong)時間增長而出(chu)現催(cui)化(hua)(hua)能力(li)下降等問(wen)題。迄今為(wei)止,該工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)還處于探(tan)索階(jie)段。

3. 6　DESONOx 技術

煙氣先(xian)經靜電除塵(chen)器(qi)(qi)將粉(fen)塵(chen)質量(liang)濃(nong)度(du)降到 20mg/m3 ,然后(hou)進(jin)入雙層催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)的固定床(chuang)反應器(qi)(qi)。反應器(qi)(qi)上層為(wei)SCR法(fa)脫(tuo)硝用(yong)催(cui)化(hua)(hua)劑(ji),如V2O5 /TiO2 等,噴入NH3 使(shi)NOx 還原為(wei)N2 ,反應溫度(du)為(wei)400～460 ℃;下層為(wei)將SO2 氧化(hua)(hua)為(wei)SO3 的催(cui)化(hua)(hua)劑(ji),如貴金屬(shu)或V2O5 ,反應溫度(du)為(wei)400～450 ℃。之后(hou),經冷凝可析出70%的硫酸, SO2 脫(tuo)除率為(wei)93% ～97% ,脫(tuo)硝率達(da)80%以上。

3. 7　SNRB工藝

該(gai)法是由B&W公司開發(fa)的(de)(de)一種高(gao)溫(wen)煙氣凈(jing)(jing)化技(ji)(ji)術(shu),能同時(shi)脫(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)(chu)(chu)SOx 、NOx 和粉(fen)(fen)(fen)塵(chen)(chen),脫(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)(chu)(chu)過(guo)程(cheng)在(zai)一個(ge)高(gao)溫(wen)布袋式除(chu)(chu)(chu)塵(chen)(chen)器內完(wan)成(cheng)。凈(jing)(jing)化過(guo)程(cheng)主要包括: 噴(pen)(pen)入鈣(gai)基(ji)或鈉基(ji)脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)劑脫(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)(chu)(chu)SOx ; 噴(pen)(pen)入NH3 通過(guo) SCR技(ji)(ji)術(shu)脫(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)(chu)(chu)NOx ;在(zai)高(gao)溫(wen)脈(mo)沖噴(pen)(pen)射布袋除(chu)(chu)(chu)塵(chen)(chen)器中脫(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)(chu)(chu)粉(fen)(fen)(fen)塵(chen)(chen)。實踐表(biao)明, SO2 的(de)(de)脫(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)(chu)(chu)效(xiao)率(lv)在(zai)80% ～ 90% , NOx 脫(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)(chu)(chu)效(xiao)率(lv)在(zai)90%左右(you),粉(fen)(fen)(fen)塵(chen)(chen)脫(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)(chu)(chu)效(xiao)率(lv)達 99%。該(gai)法適用(yong)于(yu)高(gao)硫(liu)煤(mei)煙氣的(de)(de)凈(jing)(jing)化。

3. 8　NFT技術

NFT技術是將石灰漿與尿(niao)素混(hun)合(he)液噴(pen)入 1 000 ℃爐(lu)膛, NOx 與尿(niao)素生(sheng)成(cheng)CO2 和水蒸汽;同時, SO2 與CaO反應生(sheng)成(cheng)固體硫酸鈣(gai)。脫(tuo)硫和脫(tuo)硝(xiao)效率(lv)均(jun)在60%左右。這種工藝的(de)缺(que)點為:噴(pen)頭易結垢(gou)堵(du)塞(sai),脫(tuo)硫、脫(tuo)硝(xiao)效率(lv)不高(gao)。但其運行(xing)成(cheng)本低(di)于一般的(de)濕法(fa)煙氣脫(tuo)硫工藝。

3. 9　爐內燃燒同時脫除技術

在燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)過程中對NOx 進行控制(zhi)的(de)同(tong)時(shi),加入脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)劑控制(zhi)SO2 ,達到同(tong)時(shi)脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)、脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)的(de)目的(de)。循環流化(hua)床燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)技(ji)(ji)術(shu)及(ji)增(zeng)壓(ya)流化(hua)床燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)、噴鈣(石(shi)灰石(shi))分段燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)等(deng)都是(shi)(shi)基(ji)于(yu)(yu)這種原理;還(huan)有尿(niao)(niao)素凈化(hua)工(gong)藝、石(shi)灰/尿(niao)(niao)素噴射(she)(she)工(gong)藝等(deng)都是(shi)(shi)吸收劑噴射(she)(she)同(tong)時(shi)脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)、脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)技(ji)(ji)術(shu);此(ci)外,催(cui)化(hua)光解(jie)分解(jie)法和鍋爐排(pai)污(wu)水用(yong)于(yu)(yu)煙氣脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)、脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)的(de)技(ji)(ji)術(shu)屬于(yu)(yu)新興技(ji)(ji)術(shu),目前還(huan)處于(yu)(yu)試驗(yan)研究階(jie)段。

3. 10　解耦耦合脫硫、脫硝新技術

解(jie)耦(ou)是(shi)將一(yi)個(ge)相互作用(yong)的(de)(de)(de)耦(ou)合(he)反(fan)應(ying)過(guo)(guo)程(cheng),按煤(mei)中(zhong)(zhong)不同組分(fen)(fen)在熱轉化(hua)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)差異(yi)性(xing)和(he)階段性(xing),分(fen)(fen)解(jie)為(wei)若干個(ge)相對獨立、易于調控的(de)(de)(de)反(fan)應(ying)過(guo)(guo)程(cheng),其目的(de)(de)(de)是(shi)使復(fu)雜過(guo)(guo)程(cheng)簡單化(hua);耦(ou)合(he)是(shi)通過(guo)(guo)設備、物質、能(neng)量的(de)(de)(de)結合(he),將不同子過(guo)(guo)程(cheng)進(jin)行組合(he),其目的(de)(de)(de)是(shi)解(jie)決(jue)反(fan)應(ying)次序、物質和(he)能(neng)量供(gong)給問題(ti)。李靜海等提(ti)出了一(yi)種解(jie)耦(ou)耦(ou)合(he)脫硫、脫硝(xiao)新(xin)想法,其設計的(de)(de)(de)新(xin)型(xing)解(jie)耦(ou)燃(ran)煤(mei)爐將傳統的(de)(de)(de)1個(ge)爐膛分(fen)(fen)為(wei)2個(ge)室,即熱解(jie)室和(he)燃(ran)燒(shao)室,并將燃(ran)燒(shao)分(fen)(fen)成(cheng)幾個(ge)區域,使不同區域的(de)(de)(de)操(cao)作條件分(fen)(fen)別滿足(zu)脫除(chu)某種氣(qi)體(ti)( SOx , NOx )所需(xu)的(de)(de)(de)最佳條件,利用(yong)煤(mei)炭(tan)自(zi)身(shen)的(de)(de)(de)熱解(jie)產(chan)物抑(yi)制煤(mei)炭(tan)燃(ran)燒(shao)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)污染物的(de)(de)(de)生成(cheng)。

4　結語

近(jin)年來(lai),微(wei)波(bo)化學(xue)異軍突(tu)起,新(xin)技(ji)(ji)術(shu)、新(xin)成(cheng)果不斷涌現。已有在催化劑作(zuo)用(yong)下直接用(yong)碳(tan)在微(wei)波(bo)場中還原NO 的(de)(de)報道,因此,這也(ye)可能是今后研(yan)發(fa)(fa)的(de)(de)方向;隨(sui)著(zhu)生物(wu)科學(xue)的(de)(de)發(fa)(fa)展,一些生物(wu)技(ji)(ji)術(shu)在環保領域中也(ye)逐步得到了應用(yong)。采用(yong)生物(wu)方法(fa)來(lai)治理NOx 也(ye)將(jiang)(jiang)是今后研(yan)究的(de)(de)重要課題之一;如果無氮(dan)燃燒技(ji)(ji)術(shu)獲得成(cheng)功,那將(jiang)(jiang)會(hui)從(cong)根本(ben)上根除SOx 和(he)NOx 。相信隨(sui)著(zhu)NOx 的(de)(de)排(pai)污收(shou)費以及脫硝(xiao)工藝技(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)成(cheng)熟, 我(wo)國脫硝(xiao)工業(ye)將(jiang)(jiang)進入一個嶄(zhan)新(xin)的(de)(de)發(fa)(fa)展時期。

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