燃煤电厂烟气同时脱硫脱硝技术概况

陈申乾 王超 任建兴

摘 要：综述了目前国内外燃煤电厂烟气同时脱硫脱硝技术的研究状况，从干法，半干法及湿法三大类来具体介绍了同时脱硫脱硝技术的研究进展，并阐述了各技术的优点与不足，最后指出了同时脱硫脱硝技术在以后的发展中有着广阔的前景。

关键词：燃煤电厂；烟气；同时脱硫脱硝

目前我国最主要的能源来源方式为煤炭燃烧，而煤炭燃烧就会产生大量例如O2和NOx 等的污染物，造成了巨大的环境污染及经济损失。自20世纪起，有着多年的污染物控制技术经验的西方发达国家开始对烟气同时脱硫脱硝的研究。而我国对这项技术的研究起步较晚，主要研究的是湿法脱硫，但是随着新的环保措施的出台，烟气同时脱硫脱硝技术已经逐渐得到重视。

一、同时脱硫脱硝技术

目前国际上研究开发的脱硫脱硝技术一般可分为两类：第一类是传统的分步脱除，就是脱硫与脱硝过程分步进行，这种方式将会导致系统过于庞杂、占地面积大，而且投资运行费用高，不符合建设的初衷；第二类就是本文所要详细介绍的同时脱硫脱硝技术，此技术已逐渐成为目前烟气净化应用的主流技术。当前许多国家已经开发出多种烟气脱硫脱硝一体设备，但只有很少的一部分能够实现工业应用，大都处于实验阶段。同时脱硫脱硝技术是真正意义上的一体化脱除技术，能在同一套系统内实现烟气的脱硫与脱硝，并具有以下特点：

（一）、设备精简，占地面积小；

（二）、建设投资少，生产成本低；

（三）、自动化程度高，管理方便[1]。

目前已开发出多种被认为有应用价值的方法，而可以将这些技术分为干法、半干法、湿法三大类，干法、半干法虽然相比湿法耗水量更少、运行成本更低，但仍存在一些技术和经济等方面的缺陷；另一方面，湿法效率高、工艺成熟，应用广泛，但也存在着不少问题例如：成本高、占地面积与耗水量大、易产生二次污染、氨泄漏和设备腐蚀等。

二、干法同时脱硫脱硝技术

（一）、等离子法

1、电子束照射法

电子束法是利用电子加速器产生的强氧化性等离子体来氧化烟气中的SO2和NOx等污染物，烟气中的SO2和NOx被该高能电子氧化后，与水蒸气反应生成雾状的H2SO4和HNO3，并与注入的NH3发生反应，得到NH4SO4和NH4NO3以达到净化烟气的目的。

该方法具有较高的脱硫、脱硝效率，对煤种和烟气量的变化有较好的适应性，可达到90%以上的脱硫效率和80%以上的脱硝效率[2]，并且副产物也可以作为肥料使用，但是该法的核心设备功率大、价格昂贵并且设备稳定性仍需进一步提高，这些因素限制了该方法的发展。

2、脉冲电晕等离子体技术

脉冲电晕等离子体技术的发展是基于电子束照射法的。该法和电子束法均属于等离子体法，但与其不同的是，脉冲电晕法利用高压脉冲电源放电获得活化电子，利用活化电子来获得非平衡等离子体，即产生大量的高能电子和O、OH等活性自由基，进而对工业废气中的气体分子进行氧化、降解等反应，使污染物转化；再将氨注入反应器中，产生硫铵、硝铵等物质以达到脱硫脱硝的目的。显著提高了SO2和NOx的脱除率以及除尘效率，进而实现脱硫脱硝和除尘一体化[3]。由于并没有使用电子加速器，所以不会有因其产生的不良因素。

（二）、NOXSO工艺

NOXSO技术是一种干式、可循环利用的系统，利用可同时吸附SO2和NOx的吸附剂，例如，以γ-Al2O3为基质，在其上浸渍碳酸钠，经干燥焙烧后制得的Na2O/Al2O3即可作为NOXSO吸附剂[4]。在加热器中饱和的吸附剂会发生解吸，重新释放出NO和NO2，而NOx对SO2的吸附有促进作用，所以可以将解吸气体再次送入燃烧炉以提高SO2的吸附效果，然后利用甲烷或天然气使吸附剂再生，使吸附的硫脱离吸附剂，再对含硫气体进行处理制得可以再次利用的硫。

此技术可同时脱除NOx和SOx气体，并且可再生，且没有淤泥和废液的排放问题，对烟气中SO2的净化率可达90%，NOx的净化率亦可达70%～90%，净化效率的确很高，虽然吸附剂可再生，但仍需要大量的吸附剂，而且设备庞大，因此仍有很大的提高空间。

（三）、LILAC法

LILAC法是Hokkaido电力公司和Mitubishi重工业有限公司联合开发的以增强活性石灰-飞灰化合物（ LILAC）为吸收剂的同时脱硫脱硝技术[5]。在浆液箱内将飞灰、消石灰和石膏与5倍于总固体重的水混合制得浆液，然后将制得的浆液处理箱内在95℃下搅拌3～12小时。在烟气处理量为80m3/h，Ca与S摩尔比为2.7的条件下，将吸收剂喷射到喷雾干燥塔内能同时脱除90%SO2和70%NOx[6]。LILAC 工艺的设备具有占地面积小，施工周期短，但若要进一步提高脱除效率则会大大提高运行费用。

（四）、活性炭吸附法

活性炭吸收同时脱硫脱硝工艺是日本率先研究的一种干式固相吸收并再生的工艺。该工艺主要由吸附、解吸和回收三部分组成。该法脱除机理为：

1、烟气中的SO2在脱硫塔中被活性炭吸附，并在吸附状态中被催化氧化为吸附态硫酸，随着脱硫塔中的活性炭一起被送入分离塔，反应式如下：

2SO2+O2+2H2O→2H2SO4 （1）

2、脱除SO2的烟气将被送入脱硝塔中，在活性炭的催化作用下NOx与NH3在塔中反应生成N2：

4NO+O2+4NH3→4N2+6H2O （2）

3、吸附了H2SO4的活性炭可在350℃下熱解并再生。

该法反应温度为100～200℃，SO2脱除率可达90%，NOx脱除率可达70%[7]，并在不断的研究下NOx的脱除率已可以达到80%以上。但是活性炭吸附法最大的缺点是活性炭目前价格相对较高，在吸附、脱附过程中消耗较大，投资费用大，能耗高。

三、 半干法同时脱硫脱硝技术

半干法脱硫脱硝是指把水溶液或浆液作为脱硫脱硝的吸收剂，而生成的脱硫脱硝产物为干态的脱硫工艺。其特点为一般在湿态下脱硫脱硝，干态下处理或再生，此类方法同时具有WFGD 技术和DFGD 技术的某些特点。

（一）、以尿素为吸收剂的喷动床脱硫脱硝工艺

此技术是由张少峰[8]等人进行的半干法的脱硫脱硝技术，就是将尿素溶液溶解至浆料筒内，并配制成一定的浓度，通过离心泵输送至喷动床顶部的雾化喷嘴，喷出的雾状液滴会附着在床内循环运动的刚玉球上，并在刚玉球表面形成液膜，一方面尿素液膜吸收模拟烟气中的SO2、NOx，另一方面模拟烟气的热量蒸发尿素液膜水分使之固化于刚玉球表面。刚玉球间的无规则碰撞使其表面干态物质脱落，新的尿素液滴则会继续附着在其表面上。模拟烟气脱除SO2、NOx后自上部经旋风分离器捕集粉尘后排空。该方法在一定的操作条件下可获得85%以上的脱硫效率和70%以上的脱硝效率。

四、湿法同时脱硫脱硝技术

（一）、氧化吸收法

燃煤烟气所含NOx中95%为NO，而NO难溶于水，不易被水或者碱液吸收；而NO2能够被水或者碱液吸收。由于此性质，研发出了先用氧化剂将NO氧化成NO2，然后再进行碱液吸收或者湿法脱硫的技术，从而达到脱除NOx的目的。目前常用的氧化剂有亚氯酸钠（NaClO2）、高锰酸钾（KMnO4）、臭氧（O3）和过氧化氢（H2O2）等，而每种氧化剂与烟气中的NO均有复杂且不同的反应，但主要机理类似。

（二）、络合吸收法

络合吸收法是在液相脱硝溶剂中添加液态络合物，可与NO发生快速络合反应，从而增大NO的溶解度，以此实现脱硝的目的[9]。此工艺大多是利用Fe（Ⅱ）EDTA等氨基羟酸亚铁螯合物与NO结合生成亚铁亚硝酰络合物，同时亚铁亚硝酰络合物可与溶液中SO2溶解生成的亚硫酸根反应生成N2及其他化合物并使Fe（Ⅱ）EDTA还原，促进了反应的继续进行：

6Fe（Ⅱ）（EDTA）（NO）2-+8HSO3-→6Fe（Ⅱ）（EDTA）2-+4HON（SO2）22-+N2+2H2O （3）

现在随着研究的深入，越来越多的络合物被用来脱除氮氧化物，但目前此方法还处在试验阶段，尚不能进行工业应用。

（三）、还原吸收法

还原吸收法是指在将烟气中的NOx还原成无毒无害的N2的吸收过程。目前研究最多的还原剂是尿素和亚硫酸铵。主要反应式如下：

2NO+O2=NO2 （4）

2HNO2+O2=2HNO3 （5）

2HNO2+NH2CONH2=2N2+CO2+3H2O （6）

从反应式中可看出，在尿素溶液脱硫脱硝过程中，液相中的氧气对NO具有一定的氧化作用，而NO的氧化在还原吸收脱硝过程中起到了非常重要的作用，而O2的存在是添加剂起催化作用的必要条件，并且溶解于水的SO2也对NO的吸收起到了促进作用[10]。

五、各技术对比

将以上各方法进行对比后，结果如表1所示：

表1 同时脱硫脱硝技术对比

技术名称 技术类别 添加剂 脱硫效率（%） 脱氮效率（%） 副产物

电子束照射法 干法 NH3 95 80 NH4SO4、NH4NO3

脉冲电晕法 干法 NH3 95 85 硫硝氨复合盐

NOXSO工艺 干法 Na2O/Al2O3 90 90 硫單质

LILAC法 干法 LILAC 90 70 Ca（NO3）2

活性炭吸附法 干法 NH3 90 80 H2SO4、N2

喷动床技术 半干法 尿素 90 70 氮气、硫酸铵

氧化吸收法 湿法 NaClO2，O3等 99 95 硫酸盐、硝酸盐

络合吸收法 湿法 络合物 99 65 N-S化合物、Fe （Ⅲ）螯合物

还原吸收法 湿法 尿素或亚硫酸铵 98 75 氮气、硫酸铵

由表可见，各技术在脱硫效率方面均已达到90%以上，而在脱氮方面仍有很大的进步空间。

六、结语与展望

目前，烟气同时脱硫脱硝技术是控制烟气中SO2和NOx最为有效的途径之一，其中部分方法还能做到同时脱除汞等污染物，符合我国现有国情，是目前我国环境保护工作中一个令人关注的重要课题，而且还具有较大的市场空间。

虽然目前上述各个方法均有各自的优点与特色，但是仍有不少可以提高与研究的地方，并且这些技术距离真正的工业化生产还有很长的路要走。我们应该针对一些工艺存在的缺点，早日开发出相关的成熟工艺，这将对我国的大气污染和环境保护有巨大的意义。

参考文献：

[1]方朝君， 闫常峰， 余美玲. 同时脱硫脱硝技术的应用与发展现状 [J][J]. 化工进展， 2010， 29（1）： 361-365.

[2]柏源， 李忠华， 薛建明， 等. 烟气同时脱硫脱硝一体化技术研究[J]. 电力科技与环保， 2010 （3）： 8-12.

[3]赵毅， 韩钟国， 韩颖慧， 等. 干法烟气同时脱硫脱硝技术的应用及新进展[J]. 工业安全与环保， 2009， 35（2）： 4-6.

[4]朱振峰， 张建权， 李军奇， 等. 干法同时脱硫脱硝技术的研究进展[J]. 广东化工， 2009， 36（7）： 80-81.

[5]冯威. 火电厂烟气脱硫脱硝一体化技术的发展[J]. 广州化工， 2013， 41（8）： 50-51.

[6]Nakamura H， Katsuki Y. Simultaneous SOx NOx Removal Employing Absorbent Prepared from Fly Ash[C]//Proceedings of 1991 SO2 Control Symposium. Washington DC： EPA Research and Development， 1991， 3.