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????? 電廠燃煤鍋爐同時(shí)脫硫脫氮技術(shù)與分析

????? 1 、前言隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)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(zhì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)
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?xì)浠衔锝Y(jié)合形成光化學(xué)
煙霧，所以NOx 、SO2 污染帶來的后果嚴(yán)重危及人體健康，對自然環(huán)境造成嚴(yán)重
損害。

????? 我國每年因NOx 、SO2 及形成酸雨造成損失達(dá)1100億元，其損失約占國民
經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)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(huán)境的最主要目標(biāo)。

????? 2 、幾種典型的脫硫脫氮技術(shù)對于電廠燃煤鍋爐排放的SO2 和NOx ，近年
來各國相繼開發(fā)了許多同時(shí)脫硫脫氮的方法，下面就幾種方法進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比
較。

????? 2.1 　排煙循環(huán)流化床排煙循環(huán)流化床（FGD-CFB ）是80年代初由德國Lurgi
公司開發(fā)的，該公司也是世界上第一臺燃燒煤的循環(huán)流化床鍋爐的開發(fā)者，后來
又把循環(huán)流化床技術(shù)引入脫硫領(lǐng)域，取得了良好的效果。該技術(shù)在德國有三家公
司進(jìn)行開發(fā)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(huán)流化床，脫氮采用低氮燃燒。2001年我國在四川白馬電廠300MW 機(jī)組建示范
工程。

????? 排煙循環(huán)流化床優(yōu)點(diǎn)：①投資費(fèi)用較低。

????? ②脫硫裝置不需要太大空間。

????? ③固硫劑產(chǎn)物以固態(tài)排放。

????? 排煙循環(huán)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(nèi)噴射CaO 吸收劑進(jìn)行脫硫，產(chǎn)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(shù)〔2 〕。據(jù)資料介紹，德國、日本、美國等國家多數(shù)
采用這種方法。該組合技術(shù)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(jìn)行排水的深度處理，生成的大量副產(chǎn)品石
膏應(yīng)用也有限，煙氣在進(jìn)入煙囪前需要加熱提高溫度。該組合技術(shù)中氨選擇性催
化劑還原法的缺點(diǎn)是，脫氮的催化劑壽命維護(hù)比較麻煩，工藝中生成的胺化合物
有堵塞系統(tǒng)的弊病等〔3 〕，因此使該組合法的推廣應(yīng)用受到影響。

????? 2.3 　電子束法（EBA ）

????? 為了克服以上方法的缺點(diǎn)，國際上開發(fā)了許多同時(shí)脫硫脫氮的技術(shù)，電子
束法既是屬于同時(shí)脫硫脫氮的典型方法之一。電子束法是利用電子加速器產(chǎn)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(yīng)生
成硫酸氨和硝酸氨。該技術(shù)首先是日本茬原制作所1970年著手研究，又經(jīng)過與原
子能研究所合作研究，1974年進(jìn)行了1000/Nm3h-1 、1 萬/Nm3h-1 規(guī)模不同的氣
體試驗(yàn)，從而肯定了這種干法技術(shù)。受美國能源部委托，在椹薩斯洲又進(jìn)行了1.4
萬/Nm3h-1 的改進(jìn)試驗(yàn)，在西德進(jìn)行了2.0 萬//Nm3h-1規(guī)模的試驗(yàn)，都取得了很
好的結(jié)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(yè)試驗(yàn)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(yōu)點(diǎn)：①用一
個(gè)過程能同時(shí)脫硫脫氮，且去除效率高。

????? ②能夠生成硫酸氨和硝酸氨副產(chǎn)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(shè)施。

????? ④因?yàn)椴挥么呋瘎?，所以不存在催化劑中毒，影響使用壽命的問題。

????? ⑤設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，對煙氣條件變化適應(yīng)性強(qiáng)，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(yùn)行費(fèi)用很高。

????? ②煙氣輻射裝置還不適合用于大規(guī)模應(yīng)用系統(tǒng)。

????? 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(jìn)行煙氣的同時(shí)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(nèi)，通過熱再生，生
成總量雖少，但含SO2 濃度很高氣體，根據(jù)需要再去轉(zhuǎn)換成各種有價(jià)值的副產(chǎn)品，
如高純硫磺、液態(tài)SO2 、濃硫酸、化肥等。NOx 是在加氨的條件下，經(jīng)活性焦的
催化作用生成水和氮?dú)庠倥湃氪髿?。該工程的主要設(shè)備是脫硫脫氮塔，活性焦在
塔內(nèi)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(zhì)吸附材料。活性炭的綜合強(qiáng)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(jīng)濟(jì)性問題，因此人們研究出比活性炭比表面積小，但強(qiáng)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(shí)脫硫脫氮。

????? 活性焦吸附法是西德BF（Bergbau-Forschung ）公司在1967年開發(fā)的，日
本的三井礦山（株）公司根據(jù)日本的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行了改進(jìn)，吸收了西德BF公
司的成功經(jīng)驗(yàn)，于1981年到1983年進(jìn)行了1000/ Nm3h-1規(guī)模的試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)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(yè)試驗(yàn)裝置。
經(jīng)過改進(jìn)和調(diào)整，達(dá)到長期、穩(wěn)定、連續(xù)地運(yùn)轉(zhuǎn)，脫硫率幾乎100%，脫氮率在80%
以上，被日本通商產(chǎn)業(yè)省認(rèn)定為第一號商品化裝置。（根據(jù)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果，獲得
了各種資料，肯定了該技術(shù)，并定名為三井BF法。同時(shí)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(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所承擔(dān)“同時(shí)脫硫脫氮綜合利
用一體化”項(xiàng)目，并于2001年通過了遼寧省科技廳技術(shù)鑒定。該成果主要在三井
BF方法基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，利用我國煤炭特點(diǎn)（灰分高＞10% ）研制出活性焦，其
比表面積低，強(qiáng)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(yōu)點(diǎn)：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(shù)。

????? 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(shè)費(fèi)用低，使用動力小則運(yùn)行費(fèi)用低。

????? ⑨廠地面積小也可以建設(shè)。

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

????? 活性焦吸附法脫硫脫氮的主要問題：①固態(tài)的熱吸收劑循環(huán)使用，是機(jī)械
的方式，操作較復(fù)雜。

????? ②吸附劑在運(yùn)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(diǎn)，因此在美國政府調(diào)查報(bào)
告中認(rèn)為，該技術(shù)是最先進(jìn)的煙氣脫硫脫氮技術(shù)〔9 〕3 、經(jīng)濟(jì)分析由于排煙循
環(huán)流化床是屬于燃燒中進(jìn)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(jīng)濟(jì)比較之內(nèi)。

????? 根據(jù)美國能源部（DOE ）報(bào)告，一個(gè)500MW 的火力發(fā)電廠，用濕法脫硫
（FGD ）其設(shè)備費(fèi)用為175/kw，運(yùn)行費(fèi)用18mille/kwh ，在其后組合進(jìn)SCR 法脫
氮，設(shè)備費(fèi)為125/kw，運(yùn)行費(fèi)為6.2mille/kwh（催化劑使用壽命按6 年計(jì)算，若
按4 年壽命則為7.6mille/kwh）〔10〕，因此合計(jì)起來該組合法脫硫脫氮的設(shè)備
費(fèi)用為300/kw，運(yùn)行費(fèi)為24.2mille/kwh.活性焦吸附法按300MW 規(guī)模的火電廠煙
氣同時(shí)脫硫脫氮，其設(shè)備費(fèi)用為175 ～225/kw，運(yùn)行費(fèi)用為10.8mille/kwh.電子
束法100MW 規(guī)模的電廠，煙氣同時(shí)脫硫脫氮，根據(jù)美國能源部報(bào)告的數(shù)據(jù)，設(shè)備
費(fèi)用是247/kw，運(yùn)行費(fèi)是21.6mille/kwh.根據(jù)日本資料報(bào)道，電子束法用于500MW
規(guī)模的電廠，設(shè)備費(fèi)是組合法的70% ～80% ，運(yùn)行費(fèi)是組合法的90% ，由此計(jì)算，
500MW 規(guī)模的電廠，電子束法的設(shè)備費(fèi)是210 ～240/kw，運(yùn)行費(fèi)是21.7mille/kwh
，這個(gè)數(shù)值與美國能源部報(bào)告的數(shù)值是一致的。

????? 通過以上分析這三種方法的經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果見表1.表1 　三種脫硫脫氮方法
的經(jīng)濟(jì)比較項(xiàng)目組合處理法電子束法活性焦吸附法設(shè)備占的空間比例 100％ 40
％較小設(shè)備費(fèi)$ ／kw 300 210~240 175~225（占的比例） 100％ 70 ％~80 ％ 65%~75
％運(yùn)行費(fèi)用mille/kwh 24.2 21.7 10.8（占的比例） 100％ 90 ％ 45 ％電廠規(guī)
模MW 500 500 300注：活性焦吸附法是按300MW 計(jì)算的，若按500MW 同樣規(guī)模比
較，經(jīng)濟(jì)效益會更好。

????? 根據(jù)表1 經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果表明，活性焦吸附法的設(shè)備費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用都比較
低，需要的建設(shè)空間也小，尤其是運(yùn)行費(fèi)用是電子束法的50% ，所以活性焦吸附
法在經(jīng)濟(jì)上具有競爭力。

????? 4 、結(jié)語活性焦吸附法雖然開發(fā)歷史較短，但是進(jìn)展速度非?？?，日本在
1981年開始進(jìn)行了1000/Nm3h-1 煙氣脫硫脫氮試驗(yàn)，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(fā)的歷史較早（1970年），在技術(shù)上也有許多優(yōu)點(diǎn)，但是由于大容量的電子加
速器功率較大，耗電高，價(jià)格昂貴，建設(shè)燃煤電廠大型的實(shí)用規(guī)模的處理裝置比
較困難，因此實(shí)際進(jìn)展速度并不快。

????? 活性焦吸附法脫硫脫氮有完整的工藝系統(tǒng)，最終可以得到高質(zhì)量的副產(chǎn)品，
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對環(huán)境質(zhì)量要求將愈來愈高，必將對二氧化硫、氮氧
化物制定更加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，所以一方面可以滿足當(dāng)前對SO2 控制的要求，又
要為控制NOx 作技術(shù)準(zhǔn)備。因此，這種技術(shù)即屬于超前性，又具有推動環(huán)境可持
續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略意義。

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