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国内大气污染治理技术

发布时间:2018-10-27 20:15:08  来源:互联网   阅读:0

国内大气污染治理技术

一、脱硫技术

国内目前的烟气脱硫技术种类达十几种,按脱硫过程是否加水和脱硫产物的干湿形态,可分为:湿法、干法和半干法三大类脱硫工艺。其中湿法技术较为成熟,效率高,操作简单。

1.湿法烟气脱硫技术

常用的湿法烟气脱硫技术有石灰石-石膏法、间接的石灰石-石膏法、柠檬吸收法等,此外,还有海水脱硫法、磷铵复肥法、液相催化法等技术。

优点:湿法烟气脱硫技术为气液反应,反应速阿度快,脱硫效率高,一般均高于90%,技术成熟,适用面广。湿法脱硫技术比较成熟,生产运行安全可靠,在众多的脱硫技术中,始终占据主导地位,占脱硫总装机容量的80%以上。

缺点:生成物是液体或淤渣,较难处理,设备腐蚀性严重,洗涤后烟气需再热,能耗高,占地面积大,投资和运行费用高。系统复杂、设备庞大、耗水量大、一次性投资高,一般适用于大型电厂。

A 石灰石/石灰-石膏法(成熟):

原理:是利用石灰石或石灰浆液吸收烟气中的SO2,生成亚硫酸钙,经分离的亚硫酸钙(CaSO3)可以抛弃,也可以氧化为硫酸钙(CaSO4),以石膏形式回收。是目前世界上技术最成熟、运行状况最稳定的脱硫工艺,脱硫效率达到90%以上

国内大气污染治理技术

B 间接石灰石-石膏法:

常见的间接石灰石-石膏法有:钠碱双碱法、碱性硫酸铝法和稀硫酸吸收法等。原理:钠碱、碱性氧化铝(Al2O3dot;nH2O)或稀硫酸(H2SO4)吸收SO2,生成的吸收液与石灰石反应而得以再生,并生成石膏。该法操作简单,二次污染少,无结垢和堵塞问题,脱硫效率高,但是生成的石膏产品质量较差。

C 柠檬吸收法:

原理:柠檬酸(H3C6H5O7dot;H2O)溶液具有较好的缓冲性能,当SO2气体通过柠檬酸盐液体时,烟气中的SO2与水中H发生反应生成H2SO3络合物,SO2吸收率在99%以上。这种方法仅适于低浓度SO2烟气,而不适于高浓度SO2气体吸收,应用范围比较窄。

2.干法烟气脱硫技术

常用的干法烟气脱硫技术有活性炭吸附法、电子辐射法、荷电干式吸收剂喷射法、金属氧化物脱硫法等。

优点:干法烟气脱硫技术为气同反应,相对于湿法脱硫系统来说,设备简单,占地面积小、投资和运行费用较低、操作方便、能耗低、生成物便于处置、无污水处理系统等。

缺点:但反应速度慢,脱硫率低,先进的可达%。但目前此种方法脱硫效率较低,吸收剂利用率低,磨损、结垢现象比较严重,在设备维护方面难度较大,设备运行的稳定性、可靠性不高,且寿命较短,限制了此种方法的应用。

A 活性碳吸附法:

原理:SO2被活性碳吸附并被催化氧化为三氧化硫(SO3),再与水反应生成H2SO4,饱和后的活性碳可通过水洗或加热再生,同时生成稀H2SO4或高浓度SO2。可获得副产品H2SO4,液态SO2和单质硫,即可以有效地控制SO2的排放,又可以回收硫资源。该技术经西安交通大学对活性炭进行了改进,开发出成本低、选择吸附性能强的ZL30,ZIA0,进一步完善了活性炭的工艺,使烟气中SO2吸附率达到95.8%,达到国家排放标准。

B 电子束辐射法:

原理:用高能电子束照射烟气,生成大量的活性物质,将烟气中的SO2和氮氧化物氧化为SO3和二氧化氮(NO2),进一步生成H2SO4和硝酸(NaNO3),并被氨(NH3)或石灰石(CaCO3)吸收剂吸收。

C 荷电干式吸收剂喷射脱硫法(CDSI):

原理:吸收剂以高速流过喷射单元产生的高压静电电晕充电区,使吸收剂带有静电荷,当吸收剂被喷射到烟气流中,吸收剂因带同种电荷而互相排斥,表面充分暴露,使脱硫效率大幅度提高。

CDSI系统是美国阿兰柯环境资源公司(Alanco Environmental Resources Corporation)90年代的最新专利技术,它是目前中国用于电厂烟气脱硫较广的纯干法装置。

D金属氧化物脱硫法:

原理:根据SO2是一种比较活泼的气体的特性,氧化锰(MnO)、氧化锌(ZnO)、氧化铁(Fe3O4)、氧化铜(CuO)等氧化物对SO2具有较强的吸附性,在常温或低温下,金属氧化物对SO2起吸附作用,高温情况下,金属氧化物与SO2发生化学反应,生成金属盐。然后对吸附物和金属盐通过热分解法、洗涤法等使氧化物再生。

3.半干法烟气脱硫技术

半干法脱硫包括喷雾干燥法脱硫、半干半湿法脱硫、粉末一颗粒喷动床脱硫、烟道喷射脱硫等。

A 喷雾干燥法:

喷雾干燥脱硫方法是利用机械或气流的力量将吸收剂分散成极细小的雾状液滴,雾状液滴与烟气形成比较大的接触表面积,在气液两相之间发生的一种热量交换、质量传递和化学反应的脱硫方法。一般用的吸收剂是碱液、石灰乳、石灰石浆液等,目前绝大多数装置都使用石灰乳作为吸收剂。

一般情况下,此种方法的脱硫率65%~85%。

其优点:脱硫是在气、液、固三相状态下进行,工艺设备简单,生成物为干态的CaSO、CaSO,易处理,没有严重的设备腐蚀和堵塞情况,耗水也比较少。

缺点:自动化要求比较高,吸收剂的用量难以控制,吸收效率不是很高。所以,选择开发合理的吸收剂是解决此方法面临的新难题。

B 半干半湿法:

半干半湿法是介于湿法和干法之间的一种脱硫方法,其脱硫效率和脱硫剂利用率等参数也介于两者之间,该方法主要适用于中小锅炉的烟气治理。这种技术的特点是:投资少、运行费用低,脱硫率虽低于湿法脱硫技术,但仍可达到70%tn,并且腐蚀性小、占地面积少,工艺可靠。

工业中常用的半干半湿法脱硫系统与湿法脱硫系统相比,省去了制浆系统,将湿法脱硫系统中的喷入Ca(OH):水溶液改为喷入CaO或Ca(OH):粉末和水雾。

C 粉末一颗粒喷动床半千法烟气脱硫法:

技术原理:含SO2的烟气经过预热器进入粉粒喷动床,脱硫剂制成粉末状预先与水混合,以浆料形式从喷动床的顶部连续喷人床内,与喷动粒子充分混合,借助于和热烟气的接触,脱硫与干燥同时进行。脱硫反应后的产物以干态粉末形式从分离器中吹出。

D 烟道喷射半干法烟气脱硫:

该方法利用锅炉与除尘器之间的烟道作为反应器进行脱硫,不需要另外加吸收容器,使工艺投资大大降低,操作简单,需场地较小,适合于在我国开发应用。半干法烟道喷射烟气脱硫即往烟道中喷人吸收剂浆液,浆滴边蒸发边反应,反应产物以干态粉末出烟道。

常用的脱硫技术对比

4.新兴的烟气脱硫方法

近些年来,我国自主研发环保技术越来越多,科技部部长万钢曾表示,历年来有近百个相关技术专门应对大气污染,主要新兴技术有双极膜吸收法、化吸收脱硝技术、相脱硫技术、效蜂窝状SCR脱硝催化剂、毒脱硝技术、极膜法烟气脱硫技术等。

二、脱硝技术

脱硝技术具体可分为:

燃烧前脱硝有加氢脱硝和洗选等。

燃烧中脱硝有低温燃烧、低氧燃烧、FBC燃烧技术、采用低NOx燃烧器、煤粉浓淡分离、烟气再循环技术等

燃烧后脱硝主要有选择性非催化还原脱硝(SNCR)、选择性催化还原脱硝(SCR)、活性炭吸附和电子束脱硝技术。

1.选择性非催化还原脱硝(SNCR)

SNCR脱硝效率在大型燃煤机组中可达25%~40%,对小型机组可达80%。由于该法受锅炉结构尺寸影响很大,多用作低氮燃烧技术的补充处理手段。其工程造价低、布置简易、占地面积小,适合老厂改造,新厂可以根据锅炉设计配合使用。

2选择性催化还原脱硝(SCR)

选择性催化还原技术(SCR)是目前最成熟的烟气脱硝技术,它是一种炉后脱硝方法,最早由日本于20世纪60~70年代后期完成商业运行,是利用还原剂(NH3,尿素)在金属催化剂作用下,选择性地与NOx反应生成N2和H2O,而不是被O2氧化,故称为选择性。目前世界上流行的SCR工艺主要分为氨法SCR和尿素法SCR2种。此2种方法都是利用氨对NOx的还原功能,在催化剂的作用下将NOx(主要是NO)还原为对大气没有多少影响的N2和水,还原剂为NH3。

该方法在实际应用中的优缺点如下。

优点:该法脱硝效率高,价格相对低廉,目前广泛应用在国内外工程中,成为电站烟气脱硝的主流技术。

缺点:燃料中含有硫分,燃烧过程中可生成一定量的SO3。添加催化剂后,在有氧条件下,SO3的生成量大幅增加,并与过量的NH3生成NH4HSO4。NH4HSO4具有腐蚀性和粘性,可导致尾部烟道设备损坏。虽然SO3的生成量有限,但其造成的影响不可低估。另外,催化剂中毒现象也不容忽视。

脱硝技术对比

三、脱硫脱硝一体化技术

烟气同时脱硫脱硝技术主要有等离子法,液体吸收法,固体吸附法等。

1.等离子法:

A.电子束辐照技术(EBA法)

电子束辐照技术是利用能量大约在800keV~1MeV的高能电子束照射烟气,使烟气中O2,N2,H2O等分子生成具有强氧化性的活性物质,并且将SO2和NOx氧化成硫酸和硝酸后,进一步和喷入烟气中的NH3反应生成相应的盐[11]。

2.液体吸收法

A.氯酸/氯酸钠氧化法

氯酸/氯酸钠氧化法分为氧化和吸收两段。第一段为氯酸/氯酸钠氧化SO2和NOx使其变成相应的酸,第二段选用Na2S和NaOH吸收氧化塔中产生的酸性气体。

B.络合物吸收法

该工艺一般先在碱性或者中性溶液中加入Fe2+形成络合物,这类络合物可以吸收NOx并且形成亚硝酰亚铁络合物,并进一步和溶解的SO2,O2反应生成其他形式的络合物[21]。有研究者采用6%氧化镁增强石灰和Fe(Ⅱ)EDTA作为吸收液用于烟气脱硫脱硝,实验结果表明脱硫率和脱硝率分别可到99%和60%以上。

3.固体吸附催化法

A.金属氧化物催化法

金属氧化物催化法属于干法催化同时脱硫脱硝技术。该方法是将金属氧化物制备成相应的催化剂使其具有相应的脱硫脱硝性能。目前投入研究的金属氧化物催化剂有CuO/Al2O3,V2O5/TiO2,SnO2-TiO2等。

B.炭基催化法

最常见的炭基催化法烟气同时脱硫脱硝技术分为两部分。第一部分是用炭基材料吸附并催化氧化烟气中的SO2,使其转化为硫酸并残留在炭基材料的表面或孔隙结构内;第二部分是以炭基材料作为选择性催化还原脱硝技术的催化剂,使通入烟气中的NH3和烟气中的NOx发生氧化还原反应生成N2。

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