大气治理过程中烟气除尘方法探究

北京利德衡环保工程有限公司 辛铖，额尔德木吐

由于工业社会的迅速发展，导致对能源的需求也随之增大。在煤的燃烧、燃油的燃烧以及炼油过程中会形成大量的酸性气体和颗粒物，这就是大气污染的主要污染物。现今社会人们的环保意识都很强烈，所以对于气体污染物的处理也需要重视起来，生活污染仅仅是导致大气污染的很小一部分原因，如果仅仅是居民正常生活产生的污染气体并不会达到需要紧急治理的地步，而正常的减排治理又不能满足治理工业生产过程中产生的废气，这就需要依靠相关的技术。随着时代的发展我国工业水平和科学技术得到极大的发展，出现了更为环保和节约的技术，就是脱硫、脱硝、除尘技术综合起来的新兴技术。

一、烟气脱硫脱硝及烟气除尘技术现状及优势

使用脱硫、脱硝技术必定是未来发展的大势所趋，企业要想在新时代发展下去，就只能秉承绿色发展理念，不断提升自身技术，企业基本上都对锅炉等设备系统进行了相应的设计和完善，我国的脱硫、脱硝技术已经日益成熟化，完全可以投入到高压、高重复的工业生产中，并且如今这项技术的工艺已经可以实现自动化，还能减少人力、物力等支出，增强企业竞争力。这项工艺的应用十分广泛，操作也很简单，保障了装置的高效性、环保性，也保障了燃烧装置对于环境的无害影响，避免了环境二次污染。

二、烟气脱硫技术

（一）湿法烟气脱硫技术

湿法烟气脱硫技术是指浆态或液态的气液脱硫反应,这项技术凭借效率高、速率快、适用范围广等技术优势,在各类脱硫技术中居于主导地位。

1．石灰/石灰石—石膏法

该法是利用石灰石或石灰浆液中的有效成分吸收SO2,通过一系列反应生成CaSO4,目的是转化为石膏(CaSO4·2H2O)。

石灰/石灰石—石膏法脱硫反应如下：

石膏法运用的吸收剂主要是含有碳酸钙的物质，比如石灰和石灰石等，这些物质有个相同的特性，就是易获得并且价格低,适用于工程量大和转换物中含硫量高的工艺,但是该法却存在设备占地面积大、易腐蚀以及有二次污染等缺点。

2．氨法

氨法脱硫是利用氨水作脱硫液,以酸碱中和反应为基本原理的脱硫技术。

氨法脱硫反应原理是:

氨法脱硫中,氨水为企业自产或统一外购。在脱硫塔内,氨水自塔顶向下喷淋,含硫尾气自塔底部进入,自下向上与氨水逆流接触,至塔顶后再经除雾器除雾,完成脱硫操作,最后由烟囱排入大气。氨法操作的优势是SO2吸收后可转化为具有附加值的产品(NH4)2SO4,实现物质资源化利用,同时脱硫除雾为一塔式结构(脱硫塔),占地面积小、流程简单、不易结垢、脱硫效率高。

3.镁法

镁法脱硫中主要采用MgO或直接采用Mg(OH)2为脱硫剂。MgO作为脱硫剂时,最先进行的反应是通过加入水生成Mg(OH)2后吸收SO2,使之转化为MgSO3和MgSO4,然后再经高温重新分解为SO2和MgO，实现脱硫剂的循环利用。镁法脱硫反应如下:

4.海水法

海水的碱性特征可以与酸性气体产生反应，通过酸碱中和作用实现空气治理的技术被称为海水法,海水法脱硫后会生成SO2经氧化处理形成可溶于海水的硫酸盐,从而实现脱硫目的。脱硫后的海水中硫酸盐含量虽比原本海水中硫酸盐含量略有增加,但入海后基本无其他影响，这也让海水法成为一种极其实惠并且高效的处理方法。

（二）半干法烟气脱硫技术

1.喷雾干燥法

喷雾干燥法是利用机械或高速气流将碱性脱硫剂(氢氧化钠溶液、石灰石浆、石灰乳等)分散成细小雾滴,与焦炉废气进行气液接触,从而完成脱硫操作。

该工艺的优势是脱硫剂用量少、设备简单且不易堵塞,缺点是自动化要求较高、效率较低，并且可能存在二次污染。

（三）干法烟气脱硫技术

干法脱硫中所用脱硫剂为固相脱硫剂,属气固脱硫反应。这种方法相比其他脱硫方法具有污染小、不需要水等特性。常用的干法脱硫技术有活性炭(焦)吸附法、金属氧化物脱硫法等。

1.活性炭(焦)吸附法

SO2在吸附器内被活性炭吸附并氧化为SO3,然后与水反应，转化为H2SO4,或解吸后转化为液态SO2和单质硫。整个过程分为扩散、吸附、氧化及硫酸化三个步骤。活性炭脱硫效率可达90%以上,且具有一定的脱硝能力,解吸后的活性炭还可循环利用。

2.电子束辐射法

电子束辐射法是利用高能电子束照射烟气,生成大量活性物质来氧化SO2及NOx,使之转化为SO3和NO2,再溶于水中进一步生成H2SO4和HNO3,最后通入氨水或石灰石中，得到副产物氮肥((NH4)2SO4和 NH4NO3)。

3.金属氧化物法

常见的脱硫金属氧化物有ZnO、CuO、Fe3O4及MnO等。由于SO2属于活泼型气体,可在高温条件下与金属氧化物发生氧化还原反应,生成金属盐，之后金属盐在高温下分解再生为金属氧化物和液态SO2,金属氧化物可循环利用。脱硫过程无废酸、污水,但存在脱硫剂成本高、设备庞大、脱硫效率低等问题。

4.新兴的烟气脱硫技术

近年来,科研工作者在脱硫研究领域取得了许多新的研究成果,如利用工业级Na2S为原料吸收SO2后转化为副产物硫黄的硫化碱脱硫技术,利用微生物(脱硫细菌)的间接氧化作用将SO2氧化成H2SO4的微生物脱硫技术,利用有机高分子膜与液相吸收技术相结合的膜吸收法以及电化学法等。

三、烟气脱硝技术

（一）SCR脱硝技术

20世纪60年代、70年代,日本最早完成了SCR技术的商业运行。目前国内主流的SCR工艺中，催化剂的反应温度区间在350-450℃之间。近年来，由于低温催化剂市场日益扩大,已出现专门针对低温脱硝市场的低温催化剂,可将反应温度区间降至190-320℃,扩大了SCR工艺的经济适用范围。

以某焦化企业为例,利用企业自产或外购的氨水(或液氨和尿素)为还原剂,将大量空气稀释后的氨喷入到190-260℃烟气中,混合后再通入装有催化剂(V2O5WO3(MoO3)/TiO2)的SCR反应器内,在催化剂作用下，使氨与NOx发生选择性催化还原反应,生成无污染的N2和H2O,最后直接通过烟囱排入大气中。

由于NOx中NO的含量达到90%至95%,所以脱硝反应器内以NO脱除为主。以NH3为脱硝还原剂的反应方程式如下：

以尿素为脱硝还原剂的反应为:

此外,在烟气脱硫、脱硝过程中,如果先脱硝后脱硫,则烟气中含有的SO2与SO3可与氨发生下述副反应:

就SCR脱硝技术而言,催化剂的选取是核心,科学界相继提出了多种催化反应理论。该机理认为，在脱硝过程中NH3首先吸附在催化剂表面Bronsted酸性位上形成NH4+(ads),然后吸附态NH4+与气相NOx反应形成活化络合物,随后分解为N2和H2O,通入O2使催化剂活性位循环再生。

研究表明，NO在有氧存在下转化为NO2(ads)并吸附在V2O5表面,接着与催化剂表面活性位上NH4+(ads)反应成为终产物N2和H2O。在环保铁钛酸催化剂表面NH3还原NOx的催化反应机制,认为在催化剂表面NOx主要以硝酸盐的形式吸附,在选择性催化还原过程中,温度较低(<200℃)时主要遵循L-H机制,在温度相对较高(>200℃)时,主要遵循E-R机制。Pb对SCR催化剂(Ce/TiO2)的毒副作用揭示了催化剂表面NH3-SCR反应同时遵循E-R和L-H机制。SCR脱硝工艺具有脱硫效率高、技术成熟稳定、运行可靠等优势,在国内外有许多成功案例,逐渐成为脱硝技术的主流工艺。例如，福建漳州后石电厂、唐山达丰焦化及宝钢炼铁厂等企业均采用SCR烟气脱硝技术，但催化剂受SO3影响而造成中毒失活的现象也不可忽视。

（二）SNCR脱硝技术

SNCR脱硝主要是将液氨、氨水、尿素或碳酸氢铵等含氮还原剂喷入到900-1100℃的含氧烟气中,使氨与NOx发生氧化还原反应,生成无污染的N2和H2O,此法在高温含氧条件下进行,无需使用催化剂。主要反应如下：

SNCR反应对温度变化较为敏感,要严格控制反应温度。当温度低于800℃时，NO脱除率低，当温度高于1100℃或用氨作为还原剂时，又可能发生副反应，同时加剧氨逃逸量：

SNCR脱硝原理与SCR法类似,但工艺无需使用催化剂，脱硫成本低、技术成熟,SNCR技术的不足之处在于脱硫效率低(30%-60%),因此多作为低NOx燃烧排放的补充手段,较少单独使用。

四、除尘工艺研究

（一）布袋除尘技术

布袋除尘器是十分方便的一个除尘工具，其除尘机理是将烟气通过过滤装置，使得尘粒依靠惯性碰撞的作用进被过滤下来。这其中，搜集材料也是一项重要的工作，具体的搜集方式是依靠尘粒的扩散和筛分。除此之外，滤料的粉尘层也因为其特殊的结构具有一定的过滤作用，其材料比较独特,包含合成纤维、天然纤维等,后期根据需要将布或毡弄成圆筒的形状以供使用。最后，该技术根据烟气的性质,选择最适合的滤料,该滤料在温度低于200℃时具有较强的耐酸性和耐久性,在温度较高时,则需要具有较强的耐高温性,因此广泛被使用的是石墨化玻璃丝布,由于一些特殊要求,部分情况下也会选择碳素滤料。

（二）湿法除尘技术

湿式除尘器在生产实践中又称为“除雾器”,这是一种精密、复杂的仪器,它的工作原理是通过使含有粉尘杂质气体和液体混合,利用湿气的性质,通过小水滴和固态粉尘颗粒的惯性进行碰撞，来提高收集的效率,将体积较大的颗粒充分捕获。另外,湿式除尘器融合了两种技术方法的特点,离心风机所产生的吸引力可以把含有粉尘的气体吸到混合体系中,然后利用水浴把尘粒吸引到水下。最后的阶段是经过反应系统内部的均匀分流把工质吸引上来,湿式除尘器可以有效地除去气流中直径很小的液体或者固体颗粒，还能够有效地除去一些气态的污染物。

五、结语

综上所述，各工艺路线均有不同的适应工况，新的时代，必须要加强烟气的综合治理工作，在保障烟气质量和效率的同时，考虑充分运行是否可行、投资成本等因素，通过对现有装置的调整、优化,挖掘装置潜力,积极引入硫、脱氮、除尘等先进综合技术，来达到国家环保排放标准，既能提升烟气颗粒的处理水平，也要保证其不对大气环境造成污染。有关部门和企业需要加强技术研究和工队伍的人员培训，加强对于对于脱硫、脱硝、除尘技术的研究，促进技术一体化的进程，提升整个行业的烟气综合治理水平。