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　　摘要:詳細介紹幾種典型電廠燃煤鍋爐同時脫硫脫氮技術，并對其進行技術和經濟比較。認為活性焦吸附法屬于干法處理技術，最具有競爭力。

　　關鍵詞：燃煤鍋爐　同時脫硫脫氮　技術分析

　　1、前言

　　隨著經濟的快速發展，我國因燃煤排放的二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）急劇增加，二氧化硫、氮氧化物是大氣污染的主要物質。據統計我國每年NOx、SO2排放量分別約為770萬t和2400萬t，然而NOx、SO2是形成“酸雨”和“酸霧”的主要原因之一，氮氧化物與碳氫化合物結合形成光化學煙霧，所以NOx、SO2污染帶來的后果嚴重危及人體健康，對自然環境造成嚴重損害。

　　我國每年因NOx、SO2及形成酸雨造成損失達1100億元，其損失約占國民經濟生產總值的7%～8%。

　　在我國，SO2主要來自燃煤燃燒排放的煙氣約占90%，其中火電廠燃煤排放占SO2總量的1/4左右；NOx90%來自燃料燃燒，因此脫硫脫氮及除塵是中國治理燃煤污染改善大氣環境的最主要目標。

　　2、幾種典型的脫硫脫氮技術

　　對于電廠燃煤鍋爐排放的SO2和NOx，近年來各國相繼開發了許多同時脫硫脫氮的方法，下面就幾種方法進行技術、經濟比較。

　　2.1　排煙循環流化床

　　排煙循環流化床（FGD-CFB）是80年代初由德國Lurgi公司開發的，該公司也是世界上第一臺燃燒煤的循環流化床鍋爐的開發者，后來又把循環流化床技術引入脫硫領域，取得了良好的效果。該技術在德國有三家公司進行開發研究，丹麥的FLS正在做。該法脫硫脫氮屬于燃燒中處理，脫硫采用循環流化床，脫氮采用低氮燃燒。2001年我國在四川白馬電廠300MW機組建示范工程。

　　排煙循環流化床優點：

　　①投資費用較低。

　　②脫硫裝置不需要太大空間。

　　③固硫劑產物以固態排放。

　　排煙循環流化床問題：

　　①燃燒中采用低氮燒燃，脫氮效果不能保證。

　　②由于鍋爐內噴射CaO吸收劑進行脫硫，產生CaCO3和煤灰一起排出，易造成二次污染。

　　③控制排煙溫度70℃，需要有排煙加熱裝置〔1〕。

　　2.2　組合法（FGC）

　　這種方法是用石灰石石膏法濕式脫SO2：（FGD）和選擇性催化還原法（SCR）脫NOx組合的技術〔2〕。據資料介紹，德國、日本、美國等國家多數采用這種方法。該組合技術中濕法脫硫效率高（90%～98%），吸收塔自身緊湊，但該法的問題是耗水量大，而且必須進行排水的深度處理，生成的大量副產品石膏應用也有限，煙氣在進入煙囪前需要加熱提高溫度。該組合技術中氨選擇性催化劑還原法的缺點是，脫氮的催化劑壽命維護比較麻煩，工藝中生成的胺化合物有堵塞系統的弊病等〔3〕，因此使該組合法的推廣應用受到影響。

　　2.3　電子束法（EBA）

　　為了克服以上方法的缺點，國際上開發了許多同時脫硫脫氮的技術，電子束法既是屬于同時脫硫脫氮的典型方法之一。電子束法是利用電子加速器產生的高能粒子照射煙氣，使其SO2和NOx氧化生成硫酸和硝酸，再與添加的氨反應生成硫酸氨和硝酸氨。該技術首先是日本茬原制作所1970年著手研究，又經過與原子能研究所合作研究，1974年進行了1000/Nm3h-1、1萬/Nm3h-1規模不同的氣體試驗，從而肯定了這種干法技術。受美國能源部委托，在椹薩斯洲又進行了1.4萬/Nm3h-1的改進試驗，在西德進行了2.0萬//Nm3h-1規模的試驗，都取得了很好的結果。其它有些國家也在研究。我國2000年由中國工程物理研究院在四川綿羊投資2000萬元建造一套電子束輻射煙氣脫硫脫氮工業試驗裝置，煙氣處理量3000～12000//Nm3h-1，脫硫率90%，脫氮率70%電子束法處理煙氣的優點：

　　①用一個過程能同時脫硫脫氮，且去除效率高。

　　②能夠生成硫酸氨和硝酸氨副產品作化肥用，沒有廢棄物。

　　③是干法過程，沒有廢水及其處理設施。

　　④因為不用催化劑，所以不存在催化劑中毒，影響使用壽命的問題。

　　⑤設備結構簡單，對煙氣條件變化適應性強，容易控制〔4、5〕。

　　電子束處理法存在問題：

　　①該法耗電量大，由此占的運行費用很高。

　　②煙氣輻射裝置還不適合用于大規模應用系統。

　　③處理后的煙氣仍然存在排放氮、硫酸和一氧化二氮的可能性〔6〕。

　　2.4　活性焦吸附法

　　該法是用活性焦進行煙氣的同時脫硫和脫氮。SO2是通過活性焦的微孔催化吸附作用，生成硫酸儲存于焦碳微孔內，通過熱再生，生成總量雖少，但含SO2濃度很高氣體，根據需要再去轉換成各種有價值的副產品，如高純硫磺、液態SO2、濃硫酸、化肥等。NOx是在加氨的條件下，經活性焦的催化作用生成水和氮氣再排入大氣。該工程的主要設備是脫硫脫氮塔，活性焦在塔內由上往下移動，煙氣橫向交叉通過活性焦炭層，因此煙氣中的塵也被除掉〔7〕。

　　活性焦和活性炭是不同的兩種炭質吸附材料。活性炭的綜合強度（耐壓、耐磨損、耐沖擊）低，而且表面積大，若用移動床，因吸附、再生往返使用損耗大，存在著經濟性問題，因此人們研究出比活性炭比表面積小，但強度高的成型活性焦炭，具有更好的脫硫、脫氮性能，用于煙氣的同時脫硫脫氮。

　　活性焦吸附法是西德BF（Bergbau-Forschung）公司在1967年開發的，日本的三井礦山（株）公司根據日本的環境標準對其進行了改進，吸收了西德BF公司的成功經驗，于1981年到1983年進行了1000/ Nm3h-1規模的試驗，在此基礎上又于1984年10月在自家的燃煤電廠建立了處理能力3萬/ Nm3h-1的工業試驗裝置。經過改進和調整，達到長期、穩定、連續地運轉，脫硫率幾乎100%，脫氮率在80%以上，被日本通商產業省認定為第一號商品化裝置。（根據設備運轉結果，獲得了各種資料，肯定了該技術，并定名為三井BF法。同時建立了3000/ta-1成型活性焦的商品化制造廠。

　　在我國1991年，由遼寧省環境保護科學研究所承擔“同時脫硫脫氮綜合利用一體化”項目，并于2001年通過了遼寧省科技廳技術鑒定。該成果主要在三井BF方法基礎上進行改進，利用我國煤炭特點（灰分高＞10%）研制出活性焦，其比表面積低，強度高，脫硫率90%，脫氮率80%，并且初期脫硫率、脫氮率均高于三井BF法，取得滿意效果〔8〕。

　　活性焦吸附法脫硫脫氮的優點：

　　①具有很高的脫硫率（98%）。

　　②能除去濕法難以除去的SO3。

　　③能除去廢氣中的HCl、HF、砷、硒、汞，是深度處理的技術。

　　④在低溫下（100～200℃）能得到高的脫氮率（80%），因而不需要廢氣升溫裝置。

　　⑤具有除塵功能。

　　⑥過程中不用水，無需廢水處理裝置，沒有二次污染問題。

　　⑦堿、鹽類對活性焦炭沒有影響，不存在吸附劑中毒問題。

　　⑧建設費用低，使用動力小則運行費用低。

　　⑨廠地面積小也可以建設。

　　⑩可以回收副產品，高純硫磺（99.95%）或濃硫酸（98%）或高純液態SO2，其中任選一副產品。

　　活性焦吸附法脫硫脫氮的主要問題：

　　①固態的熱吸收劑循環使用，是機械的方式，操作較復雜。

　　②吸附劑在運行中有磨損消耗，是成本的主要部分。

　　③煙氣通過吸附床有較大的壓力降由于以上特點，因此在美國政府調查報告中認為，該技術是最先進的煙氣脫硫脫氮技術〔9〕

　　3、經濟分析

　　由于排煙循環流化床是屬于燃燒中進行脫硫脫氮，處理方法不同于其他三種方法（燃燒后煙氣處理），所以不列入經濟比較之內。

　　根據美國能源部（DOE）報告，一個500MW的火力發電廠，用濕法脫硫（FGD）其設備費用為175/kw，運行費用18mille/kwh，在其后組合進SCR法脫氮，設備費為125/kw，運行費為6.2mille/kwh（催化劑使用壽命按6年計算，若按4年壽命則為7.6mille/kwh）〔10〕，因此合計起來該組合法脫硫脫氮的設備費用為300/kw，運行費為24.2mille/kwh。

　　活性焦吸附法按300MW規模的火電廠煙氣同時脫硫脫氮，其設備費用為175～225/kw，運行費用為10.8mille/kwh。

　　電子束法100MW規模的電廠，煙氣同時脫硫脫氮，根據美國能源部報告的數據，設備費用是247/kw，運行費是21.6mille/kwh。根據日本資料報道，電子束法用于500MW規模的電廠，設備費是組合法的70%～80%，運行費是組合法的90%，由此計算，500MW規模的電廠，電子束法的設備費是210～240/kw，運行費是21.7mille/kwh，這個數值與美國能源部報告的數值是一致的。

　　通過以上分析這三種方法的經濟比較結果見表1。

表1　三種脫硫脫氮方法的經濟比較

項目	組合處理法	電子束法	活性焦吸附法
設備占的空間比例	100％	40％	較小
設備費$／kw	300	210~240	175~225
(占的比例)	100％	70％~80％	65%~75％
運行費用mille/kwh	24.2	21.7	10.8
(占的比例)	100％	90％	45％
電廠規模MW	500	500	300

 

　　注：活性焦吸附法是按300MW計算的，若按500MW同樣規模比較，經濟效益會更好。

　　根據表1經濟分析結果表明，活性焦吸附法的設備費用和運行費用都比較低，需要的建設空間也小，尤其是運行費用是電子束法的50%，所以活性焦吸附法在經濟上具有競爭力。

　　4、結語

　　活性焦吸附法雖然開發歷史較短，但是進展速度非常快，日本在1981年開始進行了1000/Nm3h-1煙氣脫硫脫氮試驗，到1989年即在西德建立了32/萬Nm3h-1的電廠燃煤煙氣處理裝置，處理效果非常好。相比之下，電子束法盡管開發的歷史較早（1970年），在技術上也有許多優點，但是由于大容量的電子加速器功率較大，耗電高，價格昂貴，建設燃煤電廠大型的實用規模的處理裝置比較困難，因此實際進展速度并不快。

　　活性焦吸附法脫硫脫氮有完整的工藝系統，最終可以得到高質量的副產品，隨著我國經濟的快速發展，對環境質量要求將愈來愈高，必將對二氧化硫、氮氧化物制定更加嚴格的排放標準，所以一方面可以滿足當前對SO2控制的要求，又要為控制NOx作技術準備。因此，這種技術即屬于超前性，又具有推動環境可持續發展的戰略意義。

　　參考文獻

　　1．徐旭常 中國燃煤SO2、NOx污染防治及生態優化。第七屆全國大氣環境學術論文集，1998.11.571～577.

　　2．C.David Livengood,US DOE Rep（CONF-8908146-1）1989,34.

　　3．荻須吉洋.化學工業，1989，（11），1972.

　　4．青木慎治.燃料協會志，1990，（3），165.

　　5．德永興公.放射線產業，1989，（44），16.

　　6．W.Depriest et al.US PB Rep,1989,（PB-89-220537）987-9107.

　　7．尹藤儀郎.化學裝置，1990.3.

　　8．王德榮等.同時脫硫脫硝綜合利用一體化研究技術報　告.2001.

　　9．（）Ekkehard Richter et ai.US PB Rep,（PB-89-172159）4229-4244.

　　10．J.E.Cichanowica　火力原子發電，1990（10）99.

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