燃煤煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)探討

我國“富煤”的能源結構，使得我國成為了世界上生產(chǎn)煤炭同時(shí)也是煤炭消耗的第一大國。2016 年我國煤炭消耗量達到3.8×10⁵萬(wàn)噸，在我國能源消耗總量中占到62%。在總共利用的煤炭中84%是以直接燃燒的方式被消耗掉，煤炭采用直接燃燒的利用方式將會(huì )產(chǎn)生大量的如煙塵、SO2、NOx 等廢氣污染物，嚴重影響了生態(tài)環(huán)境的平衡和人們的身體健康。
近年來(lái)，SO2和NOx的排放引起了國家的高度重視，十三屆全國人大第二次會(huì )議的政府工作報告中明確提出：2019年SO2和NOx的排放量要較2018年下降3%。目前傳統的煙氣脫硫和脫硝技術(shù)治理成本高、系統復雜且污染物脫除技術(shù)單一，因此探究高效且穩定的煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)成為了國內外研究者的關(guān)注重點(diǎn)。同時(shí)脫硫脫硝就是指在同一個(gè)系統內對SO2和NOx等多種污染物實(shí)現同時(shí)脫除，目前對該類(lèi)技術(shù)可以分為氧化法同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)、等離子體法同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)以及吸附法同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)等。
1、傳統煙氣脫除技術(shù)
1.1 傳統煙氣脫硫技術(shù)
目前在世界上各種脫硫技術(shù)中，煙氣脫硫（FGD）是一種應用最為廣泛、最成熟的二氧化硫脫除技術(shù)，國內外對于煙氣脫硫技術(shù)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了近200多種，但在實(shí)際應用過(guò)程中只有約十幾種技術(shù)。排放的煙氣中的SO2呈酸性，煙氣脫硫技術(shù)就是利用堿性物質(zhì)與煙氣中的酸性SO2進(jìn)行中和反應，從而達到脫硫的目的。以煙氣脫硫中所利用脫硫劑的干濕狀態(tài)以及脫硫后產(chǎn)物的漿液狀態(tài)，將煙氣脫硫技術(shù)可以分為三類(lèi)：濕法脫硫技術(shù)、半干法脫硫技術(shù)以及干法脫硫技術(shù)，其中濕法脫硫技術(shù)占脫硫市場(chǎng)的85%。目前國內外在脫硫市場(chǎng)中應用最多的脫除技術(shù)有：石灰石-石膏法、氨法、雙堿法、海水法、循環(huán)流化床法等。
1.2 傳統煙氣脫硝技術(shù)
脫硝可以分為三類(lèi)：煤炭燃燒前的脫硝、煤炭在燃燒過(guò)程中脫硝以及煤炭燃燒后脫硝（即煙氣脫硝）。燃燒前的脫硝技術(shù)常采用加氫、洗選等對NOx進(jìn)行脫除；燃燒中脫硝常用的有低氮燃燒技術(shù)、煙氣再循環(huán)技術(shù)等；但在脫硝市場(chǎng)上煙氣脫硝是應用最廣泛、最成熟的脫硝技術(shù)，煙氣脫硝與煙氣脫硫技術(shù)分類(lèi)方式相同，以煙氣脫硝中所利用脫硝劑的干濕狀態(tài)以及脫硝后產(chǎn)物的漿液狀態(tài)分為干法和濕法兩種方式。目前，煙氣脫硝市場(chǎng)上應用最廣泛的技術(shù)有三種：選擇性催化還原技術(shù)（SCR）、選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）以及SNCR-SCR 聯(lián)合脫硝技術(shù)，但此三種技術(shù)同樣存在著(zhù)SCR催化劑易中毒、SNCR 氨逃逸高、SNCR+SCR 聯(lián)合技術(shù)還原劑消耗量過(guò)大等問(wèn)題。
2 氧化法同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)
NO 是 NOx中的主要污染物，燃煤煙氣中的 NOx中90%都是NO，無(wú)論是堿性溶液或水都不易將其溶解。氧化法同時(shí)脫硫脫硝就是利用氧化劑在吸收塔內創(chuàng )造一種強氧化環(huán)境，將NOx中的主要污染物NO（不易溶）氧化為易溶于堿性溶液或水的高價(jià)態(tài)NOx，以此來(lái)達到脫除NO的目的。其中，O3、NaClO2、KMnO4、H2O2等強氧化劑是氧化法同時(shí)脫硫脫硝常用的氧化劑。
2.1 臭氧（O3）氧化法
臭氧（O3）具有很強的氧化性，且在氧化過(guò)程中無(wú)二次污染，是一種清潔氧化劑。臭氧氧化法同時(shí)脫硫脫硝就是利用了O3 強氧化性的特點(diǎn)，在污染物脫除過(guò)程中，首先將煙氣中的SO2和NO氧化為高價(jià)態(tài)的氧化物（SO2、NO2、NO3 等），氧化后的高價(jià)態(tài)氧化物再由堿液進(jìn)行濕法吸收脫除。但目前臭氧氧化法 脫硫脫硝所需臭氧量較大、投資成本較高，現階段還較難滿(mǎn)足市場(chǎng)工業(yè)化需求。因此，O3氧化法同時(shí)脫硫脫硝還需進(jìn)一步研究。
2.2  NaClO2氧化法
NaClO2氧化法同時(shí)脫硫脫硝是一種濕法煙氣脫除工藝，該方法的脫除原理是利用 NaClO2的強氧化性將SO2和NO氧化，煙氣中的SO2和NO被氧化后，以SO4^2-和 NO3^-的形式存在，然后再利用堿液（NaOH、Na2S 等）對 SO4^2-和 NO3^-進(jìn)行吸收，達到脫硫脫硝的目的。近年來(lái)亞氯酸鈉氧化法同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)因氧化性強、脫除效率高、簡(jiǎn)單易行等優(yōu)點(diǎn)成為了脫硫脫硝行業(yè)的主流技術(shù)之一，但操作過(guò)程如何優(yōu)化反應條件、解決設備易腐蝕、減少脫硫脫硝過(guò)程中造成的二次污染等問(wèn)題需要進(jìn)一步研究。
2.3 其它氧化劑氧化法
以H2O2作為氧化劑同時(shí)脫除SO2和NOx，利用的是氧化劑產(chǎn)生的強氧化性的O· H，將SO2和NOx氧化為高價(jià)態(tài)氧化物，然后結合堿液進(jìn)行吸收脫除。H2O2氧化法同時(shí)脫硫脫硝具有污染物脫除率高、氧化劑價(jià)格低廉、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)；但該方法投資費用高、H2O2利用率低且氧化劑易分解等缺點(diǎn)限制了該方法的工業(yè)化應用。
KMnO4氧化性很強，在同時(shí)脫硫脫硝實(shí)驗中經(jīng)常被作為氧化劑使用。但該方法還需要解決氧化劑KMnO4成本高、吸收劑難制備、反應易生成副產(chǎn)物以及設備易堵塞等一些問(wèn)題。
3 等離子體法同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)
等離子體法以其過(guò)程易控制、煙氣處理量大、能源利用率高等優(yōu)點(diǎn)受到越來(lái)越多研究者的關(guān)注。電子束法（EBA）和脈沖電暈法是等離子體法研究最廣泛的兩種同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)，該兩種等離子體技術(shù)都有較大缺點(diǎn)，未能大規模應用。
4 吸附法同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)
吸附法同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)是一種工業(yè)分離技術(shù)，該法脫除原理就是采用吸附劑將煙氣中的污染物SO2和NOx同時(shí)脫除，其中物理吸附和化學(xué)吸附是吸附法在應用中最廣泛的兩種吸附技術(shù)。吸附法具有很好的研究前景，目前碳基吸附技術(shù)和鈣基吸附技術(shù)是吸附法同時(shí)脫硫脫硝中研究較多的兩種方法。