烟气脱硫脱硝技术的现状及发展分析

张洋

摘要：世界环境形势日益严峻，各国都在积极开发新能源，为的就是避免对环境造成的过度污染。煤炭是当前大气污染的主要源头之一，煤炭在燃烧的同时，往往会产生大量的硫化物和含硝物质，对环境会造成重大污染。因此，为保护环境，在煤炭的燃烧过程中做好烟气的脱硫脱硝就成为了重要的一步。本文就从当前的脱硫脱硝技术进行分析，进一步探讨当前脱硫脱硝技术的现状和未来发展趋势。

关键词：烟气；脱硫脱硝；现状；发展趋势

中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）06（a）-0000-00

前言：随着工业化进程的不断深入，多数国家和地区的环境污染也日益严重。特别是大气污染，由于大气污染是一种全球性的问题，所以需要引起世界范围内的共同关注。目前，对大气污染最为严重的是各种工业企业在燃料的使用过程中所产生的废气，这些废气通常包含大量的硫化物和氮氧化物成分，会对大气造成极其严重的危害，更是酸雨和光化学烟雾形成的直接推手。因此环保等部门需要对此类废气的排放高度重视，并通过一系列手段规范处理相应的废气，才能减少废气对大气环境的负面影响。

一、近年来我国的空气污染物排放现状分析

最近几年，北京空气污染爆表的新闻频繁见诸报端。这在一定程度上反应了我国空气污染的现状。其实不只是北京，在华北多地都出现了严重的雾霾天气，甚至对当地的居民生活都造成了诸多不利影响，患有呼吸系统疾病的人员也在雾霾天里大大增加。

根据北京环保进程中心的雾霾观察数据指出，PM2.5中所占成为最高的为硝酸盐和二次硫酸颗粒，占到整个雾霾污染物的42%以上。这两种大气颗粒物一般由大气中的SO 2 、 NH3和氮氧化物反应生成，而这些物质的最主要来源，就是来自于工业活动中的燃煤、燃油。特别是我国，由于煤炭储量大，价格便宜，所以许多发电厂和工业企业的能源以煤炭为主，这大大加剧了我国的大气污染状况。

煤烟型污染是我国硫化物、氮氧化物以及颗粒物产生的首要大气污染源。而且，百分之九十的SO2和百分之六十七的氮氧化物的排放都是来自于我国的燃煤。据不完全统计，我国的火电装机容量已经达到 86200 ×104 kW，发电装机容量占到了全国的 69%以上。全国工业锅炉 中，燃煤锅炉的占比达到了惊人的85%。这些对大气污染问题造成了直接的影响。

二、大气污染物的控制技术现状分析

大气污染的现状已经如此严峻，对大气污染物的控制已是刻不容缓。为此，我国在十二五规划期间提出了一系列有关环境保护的正常措施，如《节能减排“十二五” 规划》、《国家环境保护“十二五” 规划 》等。其中对多个 燃料消耗行业进行了大气污染物的排放标准制定工作，对相关企业的脱硫脱硝措施提出了相应的要求。下面介绍我国大气污染物控制技术的发展现状。

2.1 烟气脱硫技术的现状

当前我国燃煤烟气脱硫技术，主要是以石灰石 - 石膏湿法、氧化镁法、氨法、半干法、双碱法、海水脱硫等技术为主。其以石灰石 - 石膏湿法，氨法、半干法、双碱法这几种在工业锅炉脱硫工艺中应用较多。其中因受地域限制的影响，海水脱硫是所有方法中应用最少的。下面具体介绍各种脱硫技术：

2.1.1石灰石-石膏湿法脱硫技术

这种脱硫工艺主要应用碳酸钙（CaCO3）或氢氧化钙Ca（OH）2粉末的料浆来进行脱硫工作，其能有效去除空气中的二氧化硫（SO2）。运用石灰石-石膏湿法进行脱硫工作，不仅效率高，稳定性好，所需的成本也相对较低。因此，这种方法也是所有脱硫方法中应用最广泛的方法之一。在此种方法中，烟气与碱性的吸收剂浆液在喷淋塔发生反应，烟气中的二氧化硫（SO2）溶于水中，并与浆液中的碳酸钙（CaCO3）或氢氧化钙Ca（OH）2中和生成了亚硫酸钙，强制氧化反应是其成为了脱硫副产品石膏。目前石灰石-石膏湿法脱硫技术的脱硫效率可达95%至99%，对降低大气污染具有举足轻重的作用。

不过此技术中的副产品石膏却是急需解决的问题。就算至按照燃煤的百分之一来计算含硫率，从13年燃煤发电产生的烟气分析，电力行业每年需要消耗1200×104t的石灰石。且会生成大量的CaSO4 ·2H2O和CO2气体。

2.1.2氨法脱硫技术

氨法脱硫技术，这是一种湿法脱硫技术。该技术主要采用氨水作为吸收剂，将氨水与烟气中的二氧化硫进行反应，达到脱硫效果。这种技术的最大优点就是脱硫效率高，据测算，这种方法的脱硫率可高达95%到99%，同时，这种脱硫技术能耗较低，脱硫反应速率也很快，其吸收剂的利用率也相对较高。更重要的是，此种脱硫技术的副产品可用作农业肥料。

氨法脱硫技术是较为适宜中国具体情况的一种脱硫技术，不过其对空气的净化却不很彻底，在其净化SO2气体的同时，可能会产生相应的NH3气体，进而造成大气的另一种污染。另一方面，由于氨法脱硫技术的副产品硫酸铵的销售受到农业市场和气候季节的原因而波动，因此也会相应的引起氨法脱硫法运行成本的大幅波动。

2.1.3其他脱硫技术探讨

除了上述两种主要脱硫方法外，还有一些不常用到的脱硫方法。如半干法脱硫技术，其主要以钙基脱硫剂为脱硫剂与烟气在密闭的环境中进行反应，这种方法的脱硫效率较低，一般很难达到95%的脱硫率。而在我国对烟气排放标准不断提高的现状，这种方法已经很难符合排放标准了，因此其使用也被局限在很小的范围内。另一种不常用的脱硫方法就是海水脱硫技术了，这种脱硫技术需要大量用到海水资源，所以只有在靠近海边的地区才能实现，地域性非常强，所以应用范围也相对狭窄。

2.2烟气脱硝技术的现状分析

氮氧化物是目前造成酸雨问题的主要因素之一，其也对光化学烟雾的形成提供了前提。是目前大气污染的重点控制排放物之一。脱硝技术可以在燃料燃烧之前、之中和之后进行。当前，燃烧前的脱硝方法主要包括洗选和加入氢脱硝。燃烧中的脱硝方法主要采用低氮燃烧技术实现。而燃烧后的推销技术，主要有SNCR（选择性非催化还原）脱硝、SCR （选择性催化还原）脱硝、电子束脱硝和活性炭吸附这几种。在所有的脱硝技术中，燃烧前的脱硝一般需要对燃料进行处理，这直接导致了脱硝成本的居高不下，因此这种方法较不常用。下面主要介绍然燃烧中和燃烧后的脱硝技术。

2.2.1低氮燃烧技术分析

燃烧中的脱硝技术以低氮燃烧技术为主，其主要通过改变燃烧的相关条件来达到降低氮氧化物排放的目的。低氮燃烧技术主要分为以下五类，空气分级燃烧技术、低 NOx 燃烧器技术、烟气再循环技术、燃料分级燃烧技术和循环流化床锅炉燃烧技术。上面所述的几种低氮燃烧技术，都是通过改变燃料的燃烧条件及方式 实现的脱硝目的。它们的使用的过程中会改变空气混合方式，降低空气比，从而达到控制燃烧温度、抑制氮氧化物生成的效果。

不过就效果来说，当前的低氮燃烧技术效果并不十分明显，目前的脱硝率在25%到40%之间。而且通过控制空气比例的方式，容易造成燃料的不完全燃烧，不仅降低了锅炉的燃烧效率，也容易造成炉壁的腐蚀和结渣状况。

2.2.2 选择性非催化还原脱硝技术

选择性非催化还原脱硝技术，以SNCR 脱硝技术为主。其最早发明于美国，后被日本大量投入到工业应用之中。SNCR脱硝技术要求在800至1000℃的高温中，将氨类化合物或者还原剂尿素与烟气中的氮氧化物进行反应，可以生成N2。这样将其中的氮元素分离出来，就能相应的减少氮氧化物气体的排放。这种技术能在高温的环境中促使反应迅速活化，可以避免使用催化剂。

SNCR 脱硝技术的优点是系统简单、阻力隐私小、系统占地少、且所需投资较低。不过其缺点也很明显，那就是脱硝效率很低，只能达到20%到40%左右。要想提高脱硝效率也面临着氨逃逸率大幅提高的窘境，这会造成大气的重复污染。

2.2.3选择性催化还原脱硝技术

选择性催化还原脱硝技术以SCR 脱硝技术为代表，其是应用催化剂，让烟气中的氮氧化物有选择性的与氨发生反应，生成N 2 和 水。SCR 脱硝技术一般安装在锅炉尾部的反应器中，与300到400℃的烟气繁盛反应。据测算，SCR 脱硝技术的脱销率一般可达90%甚至更高，所以这种脱硫方式被我国广泛的应用于火力发电行业。SCR 脱硝技术的缺点是装置占地面积大，投资费用高，维护成本大，其催化剂需要进行更换作业等。

三、脱硫脱硝技术的发展趋势探讨

现在我国对很多电厂实行了超净排放改造措施，鼓励采用综合化的流程处理。对多种脱硫脱硝技术进行综合利用，以减少相关大气污染物的排放。这样的措施虽然能大大降低烟气中的相关污染物排放，但是其投资规模和占地较大，且容易造成副产物的二次污染等问题。要解决上述问题，就要相应的发展成套一体化控制技术。当前国外已经研发成功了很多相关工艺，如联合脱硫脱硝的NOXSOX工艺、SNOX （WSA-SNOX）工艺、SNRB（SOX-NOX-ROX-BOX）工艺等。

我国环境科研院也开发的了相关技术，即烟气多污染物协同一体化资源化控制技术（RECO），其能将烟气中的二氧化硫及三氧化硫制备成硫酸制品。并将氮氧化物气体进过催化、氧化和氨吸收等工艺制备成农业硝酸铵钙或硝酸产品，且该技术还能在催化及氧化的工作中，完成对汞的脱除。采用这种技术，不仅脱硫脱硝的效率交高，其副产品也符合相关的工业产品标准，可以实现商业化的销售，避免副产品的二次污染。

RECO的应用前景十分广泛，其不仅对污染物的转化效率高，且投资运行的成本相对较低。特别是从我国的国情出发，符合我国的建设情况。目前我国的硫资源严重短缺，每年我国会对外大量进口硫磺矿产，并将之用于硫酸的生产。RECO技术不仅能降低SO2对大气的污染，还能在一定程度上缓解这一问题。另一方面，我国的粮食安全战略要求我们保持农业的自给自足，这就对我国的农业发展提出了一定的要求。而众所周知，农业的发展离不开氮肥在内的各种农业物资。我国是氮肥消费大国，也是合成氨和硝酸生产大国。因此RECO技术的应用，能改善我国的农业肥料产业环境，促进落后产能的淘汰，对相关产业的良性发展有了很大的助推作用。

结语：

目前众多单一的脱硫脱硝技术都面临各种各样的问题，而大气污染的防治又是大势之所趋。RECO技术不仅能极大的减少相关污染物对大气的负面影响，其副产品也是符合我国国情和经济建设的。因此，在我国大力发展烟气多污染物协同一体化资源化控制技术（RECO）是当前烟气污染防治工作的重中之重。

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