电子束脱硫脱硝工艺应用及发展

(四川大学建筑与环境学院，四川成都，610065)

随着环境保护意识的加强，二氧化硫和二氧化氮日渐受到研究者的重视并研究出较多有效脱除的方法。其中电子束烟气处理技术由于其不产生二次污染等优点受到了广泛关注。

1 电子束脱硫脱硝技术

电子束烟气处理技术是一种等离子体技术，运用物理与化学原理相结合的方法。

该技术利用电子加速器产生等离子体，从而氧化烟气中的SO2和NOX，同时加入NH3，其与氧化后的气态污染物反应生成硫酸铵和硝酸铵，从而达到脱硫脱硝的目的。在此过程中，烟气受到电子束照射，能量从电子束转移到气体分子，电子损失了能量，而烟气分子获得能量[1]。

2 电子束脱硫脱硝反应机理

电子束脱硫脱硝具体反应如下：

(2)SO2和NOX的氧化：活性基团与烟气中的二氧化硫及氮氧化物发生反应，从而生成高价的硫化物、氮氧化物。

(3)硫酸铵与硝酸铵的生成：这一步主要分为两个反应，一个是由反应产生的高价的硫化物、氮氧化物与氨(NH3)发生中和反应，生成硫酸铵与硝酸铵。另一个是还未来得及反应的二氧化硫及氮氧化物，在已生成的硫酸铵与硝酸铵固体颗粒表面，发生热化反应。最后反应生成硫酸铵与硝酸铵固体颗粒，并被收尘器收集。

3 电子束脱硫脱硝技术主要设备及工艺流程

电子束脱硫脱硝技术主要设备包括：烟气冷却装置、反应装置、电子束发生设备、副产品收集装置等。

其具体工艺流程为：

(1)烟气经除尘器除尘处理，可使用静电除尘器或电除尘器。

(2)烟气经过除尘处理后，送入脱硫冷却塔内冷却、降温以及增湿处理，使得高温的烟气降温，由142℃降至60℃左右，随后烟气进入反应器。

(3)混合氨气、压缩空气及水，将混合气体压入反应器，使其与烟气充分混合，随后电子束照射气体，烟气中的二氧化硫及氮氧化物发生氧化反应，从而生成高价的硫化物、氮氧化物。

(4)高价的硫化物、氮氧化物与氨气发生中和反应，生成(NH4)2SO4和NH4NO3粉末。部分粉末沉降到反应器底部，通过输送机排出，部分粉末随烟气一起进入干式收集器，从而将粉状颗粒捕集下来，洁净的烟气排入大气中。此工艺产生的副产品可制成肥料或肥料原料外销。

4 电子束脱硫脱硝效率影响因素

4.1 烟气温度

烟气温度是一个重要的影响因素。研究表明[2-3]，烟气温度对SO2的影响一般表现为脱除率随温度升高而单调下降的规律。烟气温度对NOX的影响一般表现为随温度升高，脱除率先上升，然后下降。因此存在一个脱除峰值，研究表明，该脱除率峰值温度约为70℃～90℃。

4.2 烟气含水量

烟气含水量是影响SO2脱除效率的另一因素。研究表明[4]，SO2的脱除效率随烟气含水量的增加而提高，当达到饱和时，SO2脱除效率不会继续增加。当烟气温度较高时，对于NOX脱除率而言，过高的烟气含水量反而会导致NOX脱除率下降，而不是使其增加。

4.3 反应器入口

对于反应器入口，入口温度的提高对SO2的脱除有一定的抑制作用，入口温度过高，会加剧离子的热运动，从而降低其脱除效率。

4.4 氨投加量

分析电子束脱硫脱硝的化学反应式，氨的投加量增加，可以使得反应正向进行。因此，会增加二氧化硫和氮氧化物的消耗量，进而提高二氧化硫和氮氧化物的脱除效率。

但是过量增加氨的投加也并不是一定会使脱硫脱硝效果提高，反而会抑制氮氧化物的脱除效率，同时也会使尾气排放氨污染加重。研究表明[5]，二氧化硫的脱除效率更易受氨投加量的影响。

4.5 电子束投加剂量

电子束投加剂量越多，二氧化硫脱除率越高直至饱和。

研究发现[6]，电子束投加剂量的增加与二氧化硫脱除率的变化为：

(1)电子束投加剂量为零。此时二氧化硫脱除效率并不高，仅为40%-70%，由于并未投加电子束，因此二氧化硫并没有进行氧化，副产品为亚硫酸盐。

(2)电子束投加剂量增加。二氧化硫脱除效率随电子束剂量的增加而增加，直至饱和。此时二氧化硫被氧化生成高价的硫化物，此时的副产物为硫酸盐。

5 电子束脱硫脱硝技术评价

电子束脱硫脱硝技术主要存在以下问题：

(1)脱硫脱硝技术国产化率低，仅为 61.4%，技术发展不够成熟。

(2)核心部件电子束系统的电子加速器等主要设备由国外进口，设备成本高。

(3)设备寿命短，设备容易损坏，同时价格昂贵，难以满足工业化应用的基本要求。

(4)副产品应用不成熟，受限因素多，大多仅限于试验阶段。

6 结语

电子束脱硫脱硝技术能达到同时脱硫脱硝，而且这种工艺不会产生任何废渣，副产品硫铵和硝铵混合物可作为化肥回收利用，而且操作简单，具有良好的发展前景。目前，该技术已在国内应用，工程中的关键工艺设备如电子加速器和副产品收集器尚在研究国产化过程中。