燃煤電廠煙氣中排放的SO2和氮氧化物是酸雨和光化學(xué)煙霧的最主要污染物。隨著我國(guó)十二五規(guī)劃對(duì)大氣污染物減排目標(biāo)的提出，煙氣脫硫脫硝技術(shù)要求更高的效率和更低的能耗。本文介紹了國(guó)內(nèi)外燃煤電廠常用的煙氣脫硫脫硝技術(shù)，分析其特點(diǎn)，比較了不同的技術(shù)。指出煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)是最具應(yīng)用前景的煙氣凈化技術(shù)，并提出相應(yīng)建議。

1.前言

煤在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)占有率超過(guò)70%，這種情況長(zhǎng)期不變。燃煤產(chǎn)生SO2和NOx等一系列大氣污染物，引起酸雨和光化學(xué)煙霧等環(huán)境問(wèn)題。

火力發(fā)電廠的煤炭燃燒量在我國(guó)工業(yè)煤炭消耗量中占有很大的比重，造成的污染非常嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年火力發(fā)電廠產(chǎn)生的SO2和NOx分別占我國(guó)SO2和NOx總排放量的52.8%和65.1%。國(guó)家環(huán)保十二五規(guī)劃重點(diǎn)工作部門分工方案指出，繼續(xù)推進(jìn)電力行業(yè)污染減排，新建燃煤機(jī)組應(yīng)同步建設(shè)脫硫脫硝設(shè)施。

對(duì)于未安裝脫硫設(shè)施的現(xiàn)役燃煤機(jī)組要加快淘汰或者建設(shè)脫硫設(shè)施，并且加快燃煤機(jī)組低氮燃燒技術(shù)改造和煙氣脫硝設(shè)施建設(shè)。因此，對(duì)火電廠煙氣脫硫脫硝技術(shù)進(jìn)行深入研究是十分有必要的。

所以我國(guó)現(xiàn)有的大部分火電廠都安裝有配套的脫硫設(shè)施，而缺少相應(yīng)的脫硝設(shè)施。為了使火力發(fā)電廠的煙霧符合排放標(biāo)準(zhǔn)，必須改造現(xiàn)有的火力發(fā)電廠。最簡(jiǎn)單的方法是在脫硫設(shè)施后端安裝一定的脫硝裝置，構(gòu)成煙霧分別脫硫脫硝系統(tǒng)。但是，這種方法成本高，系統(tǒng)雜亂，運(yùn)行費(fèi)用高，管理困難。于是研發(fā)出了煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)。

煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)是指同一套設(shè)備內(nèi)同時(shí)清除煙氣中的SO2和NOx。這種方法不僅節(jié)用地，而且投資低，是目前最有發(fā)展前景的脫硫脫硝技術(shù)。本文重點(diǎn)介紹了幾種煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)，分析其優(yōu)劣。

2.煙氣分別脫硫脫硝技術(shù)

煙氣分別脫硫脫硝技術(shù)是目前世界上應(yīng)用最廣泛、技術(shù)相對(duì)成熟的脫硫脫硝技術(shù)。

對(duì)于控制燃煤電廠煙氣SO2的方法中，有燃燒前燃燒中和燃燒后三種，而廣泛使用并且技術(shù)成熟，運(yùn)行穩(wěn)定，脫硫效率高的是煙氣脫硫（FGD）。煙氣脫硫技術(shù)在發(fā)展了幾十年后，已經(jīng)形成了幾百種工藝，不同的工藝都具有特定的有點(diǎn)，但是也相應(yīng)的存在一定的缺陷。目前，我國(guó)最廣泛應(yīng)用的是石灰石石膏法，占我國(guó)建設(shè)煙氣脫硫機(jī)組的90%。

該方法不使用昂貴的催化劑，一次投資低，但反應(yīng)溫度過(guò)高，能耗大，脫硝效率僅為30%~50%，適用于舊單元的改造，對(duì)NOx排放要求低的地區(qū)。SCR是目前世界上應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的煙霧脫硝技術(shù)。中國(guó)環(huán)境保護(hù)部于2010年1月發(fā)布《火力發(fā)電廠氮氧化物防治技術(shù)政策》，其中規(guī)定新建、改建、擴(kuò)建的燃煤機(jī)組，在去除氮氧化物時(shí)應(yīng)選擇SCR法。

SCR技術(shù)由美國(guó)Eegelhard公司開發(fā)，在1970年代末和80年代初首先在日本發(fā)展，由于脫硫效率高，很快就在世界范圍內(nèi)普及應(yīng)用。SCR煙氣脫硝技術(shù)在300~400℃的條件下，在特定催化劑的作用下，在煙氣中加入一定量的NH3，與煙氣中的NOx在催化劑中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，NOx成為無(wú)毒無(wú)害的N2排放煙氣。

目前市場(chǎng)上應(yīng)用最廣泛的是石灰石膏法脫硫-選擇性催化還原脫硝技術(shù)。該方法具有較高的除污效率，其中脫硫率可達(dá)90%，脫硝率可達(dá)80%。但是該方法工藝流程復(fù)雜，投資運(yùn)行費(fèi)用高，容易造成管道的堵塞，并且副產(chǎn)物資源化利用空間較小。因此，開發(fā)技術(shù)和設(shè)備簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)良，需要副產(chǎn)品資源化利用的脫硫脫硝技術(shù)。

3.煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)

煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)又稱煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)。該方法可在同一反應(yīng)塔內(nèi)同時(shí)去除兩種以上污染物，工藝流程簡(jiǎn)單，減少反應(yīng)裝置占地面積，同時(shí)降低一次投資費(fèi)用。煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)目前是全球研究的熱點(diǎn)，但大部分仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。

煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)主要有等離子法、液體吸收法、固體吸附法等。

3.1等離子法

3.1.1電子束輻射技術(shù)(EBA法)

電子束輻射技術(shù)利用能量約800keV~1MeV的高能量電子束照射煙霧，使煙霧中O2、N2、H2O等分子生成強(qiáng)氧化性活性物質(zhì)，將SO2和NOx氧化成硫酸和硝酸后，進(jìn)一步與噴入煙霧中的NH3反應(yīng)生成相應(yīng)的鹽。

EBA法最早于1970年代在日本開發(fā)，現(xiàn)在建成的各種裝置有30多個(gè)，其中工業(yè)化應(yīng)用的裝置只有5個(gè)。我國(guó)對(duì)該技術(shù)的研發(fā)始于1980年代，1997年在成都熱電廠建設(shè)了3.0×105m3/h的示范裝置，其次在杭州，北京分別建設(shè)了相應(yīng)的商業(yè)裝置和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程。

日本、德國(guó)等部分發(fā)達(dá)國(guó)家已有比較成熟的示范工廠，其運(yùn)行結(jié)果表明，電子束系統(tǒng)除SO2的總效率超過(guò)95%，NOx除去率也達(dá)到80%。然而，成都的示范裝置脫硫率約為80%，脫硝率約為20%。如何有效提高工業(yè)應(yīng)用電子束氨法的脫硫脫硝效率還需進(jìn)一步研究。

電子束輻射技術(shù)對(duì)SO2和NOx的去除率高，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，過(guò)程易于控制，生成的副產(chǎn)品NH4NO3和(NH4)2SO4處理后可作為化學(xué)肥料被資源化利用。但是，EBA法裝置的核心部件是高壓直流電源和電子加速器，中國(guó)現(xiàn)階段無(wú)法設(shè)計(jì)制造可靠性高的電子加速器，現(xiàn)在使用的電子加速器大多是從海外高價(jià)購(gòu)買的。這也大大限制了電子束氨法在國(guó)內(nèi)的發(fā)展。

該方法還需要考慮隔離x射線產(chǎn)生的輻射，防止對(duì)人體造成危害，污染環(huán)境，同時(shí)也需要考慮液氨的貯藏，防止泄漏，產(chǎn)生的副產(chǎn)品多為氣溶膠形式，難以收集。因此，將其推廣到工業(yè)化需要很多技術(shù)。

3.1.2脈沖電暈法(PPCP法)

1986年，Masuda和Mizuno根據(jù)電子束氨法開發(fā)了脈沖電暈法。與電子束氨法不同的是，電子束氨法的高能電子通過(guò)陰極電子發(fā)射和外電場(chǎng)加速獲得，脈沖電暈法則利用脈沖高壓電源放電本身產(chǎn)生高能電子。

國(guó)外已有脈沖電暈法脫硫脫硝的中試裝置，其中韓國(guó)建造的工業(yè)中試裝置煙氣處理量為2000m3/h，其脫硫脫硝效率分別為95%和85%。我國(guó)有研究人員對(duì)處理量為12000~20000m3/h的中試裝置進(jìn)行試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)在低能耗條件下，SO2和NOx的去除率可達(dá)85%和50%以上。

脈沖電暈法不需要電子加速器，也不需要屏蔽放射線，降低了能源消耗和成本。這種方法有很多優(yōu)點(diǎn)，但發(fā)展時(shí)間短，還不成熟，需要解決很多問(wèn)題。

3.2液體吸收法

3.2.1氯酸/氯酸鈉氧化法

氯酸/氯酸鈉氧化法分為氧化和吸收兩種。第一段為氯酸/氯酸鈉氧化SO2和NOx使其成為相應(yīng)的酸，第二段為Na2S和NaOH吸收氧化塔產(chǎn)生的酸性氣體。

氯酸/氯酸鈉氧化法具有很高的脫硫脫硝效率，分別可達(dá)98%和95%，同時(shí)可在一定程度上去除部分有毒金屬。但是在由于在氧化塔中存在大量的酸液和酸性氣體，設(shè)備容易遭到腐蝕。這增加了設(shè)備維護(hù)的費(fèi)用。同時(shí)，選擇吸收液吸收廢氣，成本非常高。另外，在實(shí)際運(yùn)行中必須嚴(yán)格控制液氣比。否則，吸收不完全或吸收液的浪費(fèi)等。

3.2.2絡(luò)合物吸收法

從1986年開始，研究人員發(fā)現(xiàn)部分金屬聚合物能夠與溶解的NOx迅速反應(yīng)。據(jù)此研發(fā)出了一種網(wǎng)絡(luò)合物吸收法，用于煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)。

該技術(shù)一般在堿性或中性溶液中加入Fe2+形成絡(luò)合物，該絡(luò)合物吸收NOx，形成亞硝酰亞鐵絡(luò)合物，進(jìn)一步溶解的SO2，O2反應(yīng)形成其他形式的絡(luò)合物[21]。有研究者采用6%氧化鎂增強(qiáng)石灰和Fe(Ⅱ)EDTA作為吸收液用于煙氣脫硫脫硝，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明脫硫率和脫硝率分別可到99%和60%以上。

這種方法可以得到很高的脫硫脫硝效率，但由于吸收液的再生困難，容易損失，成本大幅度提高，阻礙了進(jìn)一步的普及。

3.3固體吸附催化法

金屬氧化物催化法屬于干法催化同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)。該方法是將金屬氧化物制成相應(yīng)的催化劑，使其具有相應(yīng)的脫硫脫硝性能。目前投入研究的金屬氧化物催化劑有CuO/Al2O3、V2O5/TiO2、SnO2-TiO2等。

研究表明，CuO在γ-Al2O3載體上制備的催化劑可以在300~450℃下吸附催化氧化煙中的SO2，同時(shí)轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，活性組分CuO和生成的產(chǎn)物CuSO4對(duì)選擇性催化還原煙中的NOx具有很高的催化活性，可以使煙中的NOx和噴射的NH3反應(yīng)生成N2。謝國(guó)勇等采用等體積浸泡法制作的CuO/Al2O3在300~500℃下具有95%的脫硫率和90%的脫硝率。