静电技术应用

    脱硫脱硝

    高效的可以同时脱硫脱硝的新技术、新设备是国内外烟气净化技术研究的总趋势。目前许多国家和地区都开展了火力发电厂的烟气同时脱硫脱硝技术的研发工作,有的还进行了工业应用。由于种种原因,我国还停留在脱硫阶段,但同时脱硫脱硝势在必行。


    基本内容



    随着我国经济的快速发展,电力需求不断增大,排放也不断增长。由煤炭燃烧所释放的占总排放量的85%,占总排放量的60%,二者所引起的酸雨量占总酸雨量的82%。据有关研究指出,我国每年排放造成的经济失约亿万元,每年我国和酸雨污染造成的经济损失约5000亿元。

    在燃煤发电过程中,会产生一氧化二氮、一氧化氮等多种氮氧化物,是形成雾霾天气的重要因素。为了净化空气质量,中石化胜利发电厂2012年进行脱硫脱硝改造,从掺烧烟煤、煤炭结构调整源头上促进减排,2014年氮氧化物平均净烟外排浓度为85毫克/立方米,低于国家环保部要求的400毫克/立方米排放标准,均低于欧盟200毫克/立方米、美国135毫克/立方米排放标准。全年减排氮氧化物2万吨,相当于60多万辆机动车1年尾气排放量的总和。

    联合同时进行脱硫脱硝技术分为以下几种:


    辐射技术



    电子束脱硫脱硝工艺开发于20世纪70年代的日本,后在美国和德国也有研究,经过多年的研究开发,已从小试、中试和工业示范逐步走向工业化。该法系统简单,操作方便,对于煤种和烟气量的变化有较好的适应性,可达到90%以上的脱硫效率和80%以上的脱硝效率。

    电子束辐射技术脱硫脱硝的工艺流程是燃煤锅炉排出的烟气经除尘后,进入冷却塔,在塔中由喷雾水冷却到65~70℃,在烟气进入反应器之前,注入接近化学计量比的氨气,然后在反应器中接受高能电子束照射,使烟气中的N2、O2和水蒸气等发生辐射反应,生成大量的自由基、原子、电子和各种激发态的原子、分子等活性物质,它们将烟气中的SO2和NO氧化为SO3和NO2,这些高价的硫氧化物和氮氧化物与水蒸气反应生成雾状的硫酸和硝酸,这些酸再与事先注入反应器的氨反应,生成硫铵和硝铵,净化后的烟气经烟囱排放。

    1995年中日合作成都电厂示范项目在成都热电厂实验,处理烟气量3×105m3/h,设计脱硫率80%,脱硝率10%。波兰Pomorzany电厂电子束装置已安装成功,预期可达到90%脱硫率,脱硝率为80%。已建成投运的杭州热电厂项目工程设计脱硫率85%,脱硝率55%。中国工程物理研究院恒泰环境技术公司承担的北京京丰热电公司60×104 m/h烟气量电子束治理工程脱硫率大于70%,脱硝率大于20%。


    脉冲电晕放电


    近十几年来不断有关于脉冲电晕放电脱硫脱硝的研究报告。脉冲电晕等离子体技术是在电子束法的基础上发展起来的。由于等离子体化学过程在增强氧化能力、促进分子离解以及加速化学反应等方面具有很高的效率,因而成了20世纪90年代研究的热点。脉冲电晕法就是将高压脉冲电源加到放电电极(电晕极)上,电晕极对接地极发生脉冲电晕放电,使迁移率高的电子在自由程中受到突发强电场的加速而获得足够的能量。利用前沿陡峭、窄脉宽(纳秒级)的高压脉冲电晕放电,使容器中烟气分子突然获得“爆炸”式的巨大能量,从而在常温下获得非平衡等离子体,即产生大量的高能电子和O、OH等活性自由基,对工业废气中的气体分子进行氧化、降解等反应,使污染物转化;再向其中注入NH3气体,除与之产生硫铵、硝铵及其复盐的微粒外,氨与脉冲电晕的协同效应还能显着地提高SO2脱除率。该方法具有显着的脱硫脱硝效果,去除率均可达到80%以上,除尘效果优于直流电晕方式的传统静电除尘技术。它只提高电子温度,而不提高离子温度,能量效率比EBA方法高。设备简单,省去了电子加速器,避免了电子枪寿命和X射线屏蔽问题,降低了一次造价和运行成本。但脉冲电晕技术存在以下问题:

    A、实验研究不充分。脉冲电晕放电和添加剂对脱除SO2和NOx的作用相对大小不清楚;实际烟气中存在的过饱和水蒸气和大量的CO2对脱除效率的影响没有进行研究;脉冲电晕脱硫脱硝和除尘之间的相互影响仍然没有研究清楚;脱除过程中可能产生一些不利物质如N2O、CO2、NCO和CO3等,确定这些物质的产生及其浓度的测定尚有待研究。

    B、由于脱除过程非常复杂,因此对于SO2和NOx脱除的化学反应动力学的研究不够深入,如自由基的种类,添加剂、飞灰、水蒸气和CO2存在时的脱除反应过程以及烟气成分对自由基产生率的影响等等都有待于进一步研究。

    C、脉冲电源的性能还有待改善。

    我国已在绵阳建成了世界上规模最大(烟气处理量2×104 m3/h)的工业中试装置,运行结果达到了设计要求,SO2的脱除率大于85%,脱硝率为70%。


    固相吸附



    这类技术利用固体吸附剂来吸附废气中的SO2和NOx,然后在不同的条件下把SO2和NOx分别脱附出来再进行转化。可用的吸附剂很多,如活性炭、活性氧化铝或者分子筛为载体负载钠、氧化铜、碳酸钾等的吸附剂。SO2在这些吸附剂上以硫酸盐形式存在,然后在再生期间用还原气体还原生成较高浓度的SO2或以SO2、H2S混合物的形式存在。NOx最终被还原成N2。固相吸附再生技术包括炭质材料吸附法、氧化铜吸附法、NOXSO2法以及Pt/BaO/γ-Al2O3的存储还原技术等。


    SNOx工艺



    SNOx技术是一种干式脱硫脱硝技术,锅炉排烟首先经过高效布袋除尘器,以尽可能减少其后部SO2转化器内催化剂的清洁频率。布袋除尘器出口的排烟经加热后进入NOx催化反应器,在有氨的条件下NOx被还原成氮气和水;在第二级催化反应器内,SO2被氧化成SO3,经降温、水合而浓缩形成液体硫酸。该工艺的脱硫效率和脱硝效率分别可达95%和90%,其副产品为硫酸。


    烟气净化工艺



    该工艺的特点是:利用高温布袋除尘器达到一台设备同时脱硫脱硝和除尘的目的,烟气中的SO2通过在布袋除尘器前的烟道内喷入钙基或钠基脱硫剂并利用布袋外表的过滤层脱除;NOx的脱除通过向烟道内喷入氨气,然后由设置在布袋内部的选择性催化还原剂(SCR)来实现,除尘则是通过布袋的自身特性完成的。在适当条件下,该法的脱硫效率和脱硝效率分别可达80%和90%。据美国电力研究所统计现在联合脱硫脱硝技术有60多种,除以上介绍的外,烟气联合脱硫脱硝技术还有活性炭法、德国AMASOXI方法、基于液相溶液的联合脱硫脱硝技术、半干喷雾脱硫脱硝技术、烟气循环流化床脱硫脱硝技术等。在这些技术中,烟气循环流化床脱硫脱硝技术以其系统简单,投资小,脱除效率高等优点引起了人们的高度重视,现国内外有关研究非常活跃。针对我国经济的发展状况和我国电力工业的发展水平,综合分析各种联合脱硫脱硝技术优缺点,可以看出烟气循环流化床联合脱硫脱硝技术在我国的应用前景非常广阔,开发适合我国国情,拥有自主知识产权的烟气循环流化床脱硫脱硝技术是一项非常有意义的工作。


    未来趋势

    2014 年7 月1 号的减排大限将至,二氧化硫和氮氧化物的排放标准进一步严格。存量市场约有1/3 到1/2 面临二次脱硫改造,而电力和其它工业部门的脱硝市场更会在2013-2014 年达到高峰期,2011-2015年电力行业氮氧化物重点治理项目。