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燃煤煙氣脫硫脫硝技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用
1燃煤煙氣的脫硫脫硝研究的必要性隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,導(dǎo)致消費(fèi)環(huán)境惡化。其中大氣煙塵、酸雨、溫室效應(yīng)和臭氧層的破壞已成為危害人民生存的四大殺手。燃煤煙氣所含的煙塵、二氧化硫、氮氧化物等有害物質(zhì)是造成大氣污染、酸雨和溫室效應(yīng)的主要根源。我國(guó)南方及西南部地區(qū)相當(dāng)一大片地域頻繁發(fā)生酸雨和酸霧的災(zāi)害。2000年全國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)表明在統(tǒng)計(jì)的338個(gè)城市中,63.5%的城市超過(guò)國(guó)家空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),其中超過(guò)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的有112個(gè)城市,占監(jiān)測(cè)城市的33.1%。我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量豐富,每年的產(chǎn)量超過(guò)10億t。我國(guó)燃煤取得的能量達(dá)到能源總量的75%以上,而且這種能源結(jié)構(gòu)在近年不會(huì)改變。與此同時(shí)燃煤煙氣中排放的二氧化硫和氮氧化物占全國(guó)總排放量的90%。因此在我國(guó)對(duì)燃煤煙氣進(jìn)行脫硫脫硝是刻不容緩的任務(wù)。我國(guó)早在60~70年代就開(kāi)始了對(duì)燃煤脫硫脫硝的研究,已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種脫硫脫硝技術(shù),但其中相當(dāng)一部分仍處于試驗(yàn)階段。2目前的脫軌技術(shù)目前針對(duì)燃煤中硫的脫除,依據(jù)燃料中的硫是在燃燒過(guò)程中哪一階段去除可分為:燃燒前脫硫、燃燒中脫硫、燃燒后的煙氣脫硫。2.1不同脫硫方法的脫硫效率燃燒前脫硫主要是物理選煤法和化學(xué)選煤法。物理法操作簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉,最大的缺點(diǎn)在于只能脫除無(wú)機(jī)硫且效率不高。相對(duì)物理法而言,化學(xué)法脫硫效率較高,能脫除有機(jī)硫。但化學(xué)選煤法操作費(fèi)用和設(shè)備投資費(fèi)用高;反應(yīng)條件較為強(qiáng)烈,可能使煤質(zhì)發(fā)生變化,使凈化后的產(chǎn)品用途受到限制,難以被工業(yè)大規(guī)模采用。2.2燃燒脫硫燃燒中脫硫技術(shù)主要有層燃有固硫添加劑的型煤;床層中有(石灰石、白云石等)脫硫劑的循環(huán)流化床燃燒;爐內(nèi)噴入鈣系等脫硫劑的粉煤燃燒。燃燒中脫硫技術(shù)費(fèi)用少、投資省,但效率不高,有易結(jié)渣、磨損和堵塞的問(wèn)題。一般只適用于中小鍋爐的煙氣脫硫,而對(duì)大功率的電廠鍋爐和燃油鍋爐是不適用的。2.3煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展煙氣脫硫按其所用處理煙道氣的介質(zhì)是固態(tài)還是液態(tài)可以分為干法和濕法。濕法是用液體吸收劑來(lái)洗滌煙氣以吸收廢氣中的二氧化硫。根據(jù)中和產(chǎn)物是否回收利用又分為拋棄法和再生法。干法是用固態(tài)的粉狀或粒狀的吸收劑、吸附劑或催化劑來(lái)脫除廢氣中的二氧化硫。目前世界上在煙氣脫硫裝置的數(shù)量、容量和技術(shù)水平上日本和美國(guó)居領(lǐng)先地位。在這兩個(gè)國(guó)家的煙氣脫硫大多采用濕法煙氣脫硫技術(shù),其中石灰或石灰石濕式洗滌法的比例都占一半以上,在美國(guó)甚至達(dá)到了85%以上。我國(guó)對(duì)煙氣脫硫也進(jìn)行了大量的研究并取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展,但我國(guó)目前在電廠煙氣脫硫方面有較好效果的仍是引進(jìn)的國(guó)外設(shè)備和技術(shù),并在此基礎(chǔ)上發(fā)展了煙氣脫硫技術(shù)。表2列舉了我國(guó)近年來(lái)引進(jìn)的主要煙氣脫硫技術(shù)和設(shè)備。循環(huán)噴霧干燥法系統(tǒng)簡(jiǎn)單、設(shè)備不易腐蝕、結(jié)垢及堵塞,投資費(fèi)用低,占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。但循環(huán)噴霧干燥法的脫硫效率低、吸收劑利用不完全且單機(jī)容量小,因此目前主要用于中小型的燒低硫煤的鍋爐。石灰或石灰石濕式洗滌法脫硫效率高、吸收劑成本低廉易得、所得產(chǎn)物石膏可以作為建筑材料,且含硫量越高效益越好;但石灰或石灰石濕式洗滌法需消耗大量的水,且容易造成結(jié)垢堵塞,加添加劑(氯化鈣、鎂離子、己二酸、氨)等能防止結(jié)垢,但這又增加成本。石膏若銷路不好,仍舊造成固體排放物的堆積問(wèn)題,造成二次污染。因此在我國(guó)可用于西南或華南水量豐富且煤含硫量高的燃煤電廠的脫硫。循環(huán)流化床脫硫的效率高,但目前只開(kāi)發(fā)出發(fā)電能力最大30MW的鍋爐,故只能適用于單機(jī)容量較小的工業(yè)鍋爐。海水脫硫的效率也較高,但其顯然只能在沿海使用?;钚蕴课綗煔饷摿虻男时M管一級(jí)只能達(dá)到70%多,但二級(jí)能達(dá)到90%?;钚蕴糠ǖ牟僮骱?jiǎn)單,占地面積小,運(yùn)行費(fèi)用低,無(wú)二次污染;但目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有大規(guī)模應(yīng)用的例子,其技術(shù)運(yùn)行指標(biāo)有待考察。電子束法若僅用于脫硫則成本太高,且此法技術(shù)含量高,關(guān)鍵設(shè)備電子加速器和電子束反應(yīng)器的國(guó)產(chǎn)化還未完全解決。由于煙氣脫硫的基建投資巨大,因此降低脫硫設(shè)備的初始投資及運(yùn)行費(fèi)用,使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,體積減少高效節(jié)能是目前煙氣脫硫技術(shù)領(lǐng)域的主要研究方向。3脫硫廢水的凈化不論是燃燒過(guò)程中還是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中(如硝酸生產(chǎn)、硝化過(guò)程和金屬表面處理)都會(huì)產(chǎn)生大量的氮氧化物污染物,因此我國(guó)早就開(kāi)始了對(duì)尾氣中氮氧化物的治理,但對(duì)于大規(guī)模的煙氣脫硝還沒(méi)有開(kāi)始進(jìn)行,因?yàn)闊煔饷撓鯇?duì)于現(xiàn)階段我國(guó)的企業(yè)來(lái)說(shuō),成本不可以被接受。目前世界上主要的脫硝技術(shù)主要分類和技術(shù)特點(diǎn)可見(jiàn)表3。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng),我國(guó)已經(jīng)開(kāi)展了大規(guī)模的煙氣脫硫項(xiàng)目,但煙氣脫硝還未大規(guī)模的開(kāi)展,如果繼續(xù)不加強(qiáng)對(duì)煙氣中氮氧化物的治理,氮氧化物的總量和在大氣污染物中的比重都將上升,并有可能取代二氧化硫成為大氣中的主要污染物。因此,在歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)已開(kāi)始大規(guī)模的煙氣脫硝工程的時(shí)候,我國(guó)也應(yīng)積極的開(kāi)始對(duì)氮氧化物的治理,采用現(xiàn)階段符合國(guó)情的治理技術(shù)。對(duì)于中小鍋爐和燃?xì)馊加湾仩t可采用一級(jí)治理技術(shù)以減少氮氧化物的排放,減輕氮氧化物的污染;同時(shí)應(yīng)積極開(kāi)展對(duì)煙氣脫硝的研究,以便能使煙氣脫硝的技術(shù)和設(shè)備國(guó)產(chǎn)化,為必將到來(lái)的大規(guī)模煙氣脫硝作準(zhǔn)備。4脫硫脫硝系統(tǒng)燃燒產(chǎn)生的硫氧化物和氮氧化物的濃度都不太高,但總量卻非常大。而若用兩套裝置分別脫硫脫硝,不但占地面積大,而且投資、操作費(fèi)用高,并且隨著煙氣脫硫的普及,大氣中氮氧化物危害所占的比例將越來(lái)越大,因此同時(shí)脫硫脫硝的裝置必將受到期待?,F(xiàn)有的同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)有NFT、SNOX、SOX-NOX-ROX-BOX、NOSOX、等離子體煙氣脫硫脫硝技術(shù)及活性炭催化吸附同時(shí)脫硫脫硝等,詳見(jiàn)表4。NFT同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)是燃燒中的脫硫脫硝技術(shù),適用于小型鍋爐,但可能影響燃燒效率;SNOX、SOX-NOX-ROX-BOX、NOSOX這幾種同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)其基本原理都是利用脫硫結(jié)合脫硝的方法,具有設(shè)備的靈活性,用于舊有脫硫設(shè)備的改造為同時(shí)脫硫脫硝有比較明顯的優(yōu)勢(shì);活性炭和活性焦是二氧化硫的優(yōu)良吸附劑,同時(shí)也是用NH3還原NO的優(yōu)良催化劑。而且由于活性炭能在90~250℃之間催化還原NO至氮?dú)夂退?此溫度范圍恰好在工業(yè)鍋爐煙氣排放的窗口溫度內(nèi),不需再熱。并且同時(shí)脫硫脫硝后的活性炭能夠用多種手段再生,重復(fù)利用來(lái)降低成本,消除二次污染。因此活性炭聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)可行的潔凈空氣的先進(jìn)技術(shù)。等離子體脫硫脫硝技術(shù)是有巨大發(fā)展前景的脫硫脫硝技術(shù),主要有電子束照射法和脈沖電暈法。但由于起步晚,技術(shù)不成熟,而能耗問(wèn)題未得到好的解決方法。5燃煤與煙氣的配合我國(guó)的二氧化硫和氮氧化物的污染已到了非治不可的地步,但由于完全脫硫脫硝的費(fèi)用太高,很多企業(yè)無(wú)法承受,因此對(duì)于我國(guó)大氣污染的治理必須結(jié)合我國(guó)國(guó)情,逐步解決的辦法。對(duì)于中小鍋爐和燃?xì)馊加湾仩t可采用先進(jìn)燃燒
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