脱硫脱硝新工艺研究

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1、1 NOx-SO2联合脱除新工艺 科科研研 项项目目 立立项项申申请请 书书 内蒙古自治区环境科学研究院内蒙古自治区环境科学研究院 二二一一年九月一一年九月 2 1、立项的必要性和紧迫性3 2 新工艺设计.4 2.1 脱硫脱硝除尘工艺方案的比较4 2.1.1 脱硝工艺分析4 2.1.2 脱硫工艺分析.5 2.1.3 烟气除尘工艺分析.7 2.1.4 多污染物同时脱除工艺分析8 2.1.5 NOX-SO2 联合脱除新工艺分析.9 2.2 脱硫脱硝系统概况11 2.2.1 脱硫脱硝系统工艺流程.11 2.2.2 脱硫脱硝主要反应.12 3.组织实施方式.14 3.1. 基本原则14 3.2. 组织

2、与管理机构14 3.3 建议的课题牵头单位及课题负责人介绍15 4 依托工程.16 5 预算编制.17 5.1. 预算编制依据17 5.2.收入预算的编制 18 3 1、立项的必要性和紧迫性立项的必要性和紧迫性 我国脱硝形势严峻，在我国以煤炭为主的能源结构，导致了大 气中 NOx 污染物比较多。但我国对 NOx 的控制却基本处于缺位状态， NOx 排放量逐年增多，危害增加。烟气脱俏是继烟气脱硫之后国家 控制污染物排放的又一个重点领域。烟气脱硝主要是处理氮氧化物， 主要由一氧化氮和二氧化氮构成。一氧化氮原本无毒无害，当发生 反应转化成为二氧化氮后，对环境就造成了极大的污染，并严重危 害身体健康。

3、氮氧化物的大量排放，一是增加了空气中氮氧化物的 浓度，导致城市或区域灰霆、光化学烟雾等复合型空气污染加重;二 是增加了酸雨的污染程度;三是通过干、湿沉降的作用，加重了水体 富营养化的影响。统计数据显示，我国氮氧化物排放量主要来自火 电、交通部门及工业部门。2007 年火电厂排放的氮氧化物总量已增 至 840 万吨，比 2003 年的 597 .3 万吨增加了近 40 .6%，约占全国 氮氧化物排放量的 40%。 2009 年 3 月环境保护部印发了2009-2010 年全国污染工作防 治要点中第九条规定“全面开展氮氧化物防治，以火电为重点， 开展工业氮氧化物防治。 ” 我国脱硫脱硝产业在未来几

4、年将经历快 速发展时期。目前我国的脱硝技术主要依赖进口，具有自主知识产 权的脱硝技术较少。我国目前在发电机组上应用的烟气脱硝技术基 本都不具有自主知识产权的核心技术，绝大多数单位采用的 4 SCR、SNCR 烟气脱硝技术尚处于引进、消化吸收和初步应用阶段。 因此开发具有自主知识产权的脱硝技术十分迫切，内蒙古环境科学 研究院联合中国环境科学研究院开发了 NOx-SO2联合脱除新工艺。 2 新工艺设新工艺设计计 2.1 脱硫脱硝除尘工艺方案的比较脱硫脱硝除尘工艺方案的比较 通过对目前技术较为成熟并有一定应用的烟气处理工艺进行简 单分析和比较，经过初步筛选，结合实际情况，提出本科研课题设 想。 2.

5、1.1 脱硝工艺分析脱硝工艺分析 脱硝工艺主要有气体还原法（3R） 、选择性催化还原法（SCR） 和选择性非催化还原法（SNCR）技术。 （1）3R 脱硝工艺 3R 技术为低氮燃烧技术的一种，通过在蓄热室里进行 NOx 还原 反应，其特点是向蓄热室添加天然气等碳氢燃料，使其与蓄热室废 气中的 NOx 发生反应而生成氮气和水。该技术可同时适用于浮法玻 璃熔窑和瓶罐玻璃熔窑，具有应用范围广、操作使用方便、不使用 化学药品、运行成本低等优点，但去除 NOx 效率较低，难以达到最 新的排放标准。 （2）SCR 脱硝工艺 选择性催化还原法脱除 NOx 技术，使用氨水或尿素作还原剂， 5 在催化剂的催化作

6、用下，使 NH3与 NO 在催化剂表面进行还原反应而 生成氮气和水。由于采用了特殊的催化剂，该方法可在较低温度下 使用，废气处理温度可降至 280-450，其除 NOx 的效率可达 80%以 上，但运行成本较高。 （3）SNCR 脱硝工艺 选择性非催化还原脱除 NOx 技术是将氨水或尿素溶液喷入玻璃 熔窑内 850-1100的温度段，使 NO 还原为氮气和水。该方法运行 成本较低， NOx 的去除效率一般低于 60%，低于 SCR 法，由于需在 窑内进行，对产品质量的影响尚不能确定。 2.1.2 脱硫工艺分析 按脱硫工艺在生产中所处的部位不同可分为：燃烧脱硫和燃烧 后脱硫（即烟气脱硫） 。燃烧

7、脱硫主要通过使用含硫量低的燃料、或 原料中利用芒硝代替纯碱的工艺。燃烧后的烟气脱硫（FGD）是控制 SO2排放的主要技术手段，目前已达到工业应用水平的烟气脱硫技术 有十余种，大致可以分为干法和湿法。 2.1.2.1 干法烟气脱硫工艺干法烟气脱硫工艺 干法烟气脱硫采用粉状或粒状吸收剂、吸附剂或催化剂来脱除 烟气中的 SO2，特点是处理后的烟气温度降低很少，烟气湿度没有增 加，有利于烟囱的排气扩散，同时在烟囱附近不会出现雨雾现象。 但是干法脱硫时 SO2 的吸附或吸收速度较慢，因而脱硫效率低，且 设备庞大，投资费用高。 干法脱硫常用的方法有活性炭法、氧化铜法、接触氧化法等。 6 活性碳法应用较广泛

8、，这种方法稳定性好，还能回收硫酸。氧化铜 法是以氧化铝为载体，氧化铜为吸附剂吸收 SO2，生产硫酸铜，然后 用氢还原硫酸铜，回收氧化铜和 SO2，但这种方法费用较高。接触氧 化法是用五氧化二钒做催化剂，将 SO2转化为 SO3。 干法中最新的方法是喷雾干燥器同布袋或静电除尘器组合成的 开式二段流程。这种方法也叫半干法，是利用喷雾干燥的原理向热 烟气中喷入石灰浆液并形成雾滴，烟气中的 SO2与雾滴中的 Ca(OH)2 发生化学反应，生产性质稳定的、溶解度低的 CaSO31/2H2O 及少 量的 CaSO42H2O，从而达到脱除 SO2的目的。细小雾滴可以提供较 大的反应表面积，提高脱硫效率。而雾

9、滴在吸收 SO2的同时被烟气 干燥，生产固体粉末，大部分随烟气排出进入除尘器，除尘器将各 种粉尘同时除去，而净化后的烟气因降温不多，可直接排入大气。 这种方法具有运行稳定、脱硫除尘效率高的优点，但能耗大、一次 性投资大。 2.1.2.2 湿法烟气脱硫工艺湿法烟气脱硫工艺 湿法烟气脱硫（湿式吸收法）是采用液体吸收剂洗涤烟气去除 SO2，脱硫反应速度快，所以湿法脱硫效率高，且设备不大，投资也 相当较少。但处理后的烟气温度降低，含水量增加。为了提高扩散， 防治烟囱附近形成雨雾，还需对烟气进行再加热，但由于近年节能 意识不断提高，且水蒸气并不污染空气，所以也有不再加热烟气的 例子。湿法脱硫以石灰-石灰

10、石法应用最为普遍，其次是氢氧化镁、 苛性（活性）碱、氨法等，湿法脱硫除尘的工艺流程如图。就设备 7 而言，玻璃熔炉大多使用苛性碱或氢氧化镁做吸收剂。 （1）石灰-石灰石法 此法是用石灰石浆或石灰浆洗涤含SO2的烟气，在高效脱硫除尘 装置内烟气中的SO2与碱性脱硫剂作用，生成亚硫酸钙，部分被氧化 成硫酸钙，并随洗涤液排出。这种方法的优点是脱硫效率高、工艺 设备简单、投资和运行费用低，但易结垢且会产生二次污染物。 （2）苛性钠法 此法就是用苛性碱溶液与废气中的二氧化硫反应，生成亚硫酸 盐和亚硫酸氢钠： 吸收液中的Na2SO3经过氧化，形成芒硝(Na2SO4） ，而吸收液中 的NaHSO3过多时，就

11、要加入苛性碱溶液，与Na2SO3分离、氧化，形 成芒硝。 苛性钠法在玻璃行业使用较多。 2.1.3 烟气除尘工艺烟气除尘工艺分析分析 烟气烟尘粒度范围从0.1m到0.5m以上，燃烧重油的玻璃熔 窑废气中烟尘浓度通常在200mg/Nm3以上。由于重力除尘器、惯力除 尘器、离心除尘器无法捕集1m以下的小粒径烟尘，一般不用于玻 8 璃熔窑。因此，玻璃工业烟尘控制目前主要采用如下几种处理工艺： 湿式除尘、电除尘器和袋式除尘器。 2.1.4 多污染物同时脱除工艺多污染物同时脱除工艺分析分析 目前国内外研究较多的是利用各种氧化物质将不溶于水的NO氧 化生成能溶于水的NO2，再利用碱性吸收剂在尾部同时吸收N

12、O2和 SO2，实现联合脱硫脱硝。此类联合脱硫脱硝技术大致可分为：添加 剂催化氧化法和静电增强氧化法。前者采用氧化性添加剂（如 NaClO2、HClO3、KMnO4等）使NO转化成易被吸收的NO2，可实现基于 烟气脱硫平台的多种污染物联合脱除。但是已有的研究发现，添加 剂氧化无法实现烟气中NO的高效氧化，致使整体NOx脱除率不够高。 后者利用电晕放电技术产生氧化性自由基（O、OH、HO2等）实现了 烟气中多种污染物的高效氧化，促进了化学吸收。虽然这些技术获 得了较理想的多种污染物联合脱除效果，但是在工业化推进过程中 仍需解决能耗较大以及能量利用率不高等问题。 美国NETL开发的烟气脱汞技术采用

13、活性炭喷射和除尘技术对汞 的脱除率高达90%左右，同时对SO2和NOx也有较好的作用，脱硫脱硝 效率分别为20%和70%。这项技术的主要缺点是投资高，使用大量的 活性炭增加了运行成本，同时，吸收汞后的活性炭的洗脱也很困难， 大量的活性炭堆放容易产生二次污染等问题。这项些技术仅处于示 范阶段，难以实现工业化和产业化。 日本荏原制作所发明一种电子束照射法的新型烟气净化技术， 9 通过利用高能电子束的能量使烟气中的N2、O2和H2O产生大量的自由 基，同时瞬间氧化烟气中的SO2和NO，并与水结合生成硫酸和硝酸， 同时可将烟气中的部分NO氧化为NO2，利用氨与酸反应生成硫酸铵与 硝酸铵，回收反应产物。

14、这项技术的主要特点是能同时脱硫脱硝脱 汞，SO2去除率达90%以上，NOx去除率为80%以上；副产物为硫酸铵 和硝酸铵，可作为家用肥料。但该技术需要有放射线防护设施，运 行费用较高、能耗大、维护量较大，目前工业化应用较困难。 由美国能源部资助的Dravo公司研究开发的湿式烟气脱硫(FGD) 加金属螯合物脱硫脱硝技术，利用传统的湿法烟气脱硫工艺，采用 石灰石作为吸收剂，脱硫率可达90%以上，通过对湿法FGD的溶液中 加入金属螯合物，该化合物能与NO反应，同时NO还与SO2和O2反应生 成N2、N2O、各种N-S化合物等，通过去除硫酸盐、各种N-S化合物， 并将三价铁螯合物还原即可实现吸收剂再生。

15、但该工艺吸收液的再 生工艺复杂，运行成本高，目前还没有实现工业化应用。美国加州 大学Berkeley试验室提出利用含有SH基团的氨基酸和脂肪酸的亚铁 络合物来同时脱硫脱硝。一些学者提出用过氧化氢法进行脱硝，由 于双氧水能将NO氧化为有价值的硝酸，而且又不产生其它污染物， 因此也是近年来文献中报道较多的方法，但此工艺的缺点是采用强 氧化剂成本太高、经济效益较差，工业化价值低。 2.1.5 NOX-SO2 联合脱除新工艺分析联合脱除新工艺分析 NOx-SO2联合脱除新工艺是内蒙古环境科学研究院与中国环境科 10 学研究院联合研发的最新科研成果，该技术已成功应用在2t/h链条 锅炉烟气脱硫脱硝工业性

16、试验，并通过了验收。 该工艺通过对已有的成熟湿法脱硫工艺加以改进，开发一种高 效、经济的湿法NOx-SO2联合脱除工艺。该工艺利用NO2/NO匹配到摩 尔比为1左右就可在碱性液中达到很好的吸收效果的特点，选择合适 的NO2/NO比、吸收温度和吸收介质等工艺条件，确定最佳的工艺参 数，用湿法脱硫的吸收剂氨水即可实现同时脱硫脱氮。达到以较少 的成本，大幅度消减SO2、NOX、重金属排放的目的，在烟气脱硫脱 硝方面实现环境、经济和社会效益的高度统一。 通过2t/h实验锅炉研究结果表明： （1）利用15%的氨水空塔喷淋时，试验开始初期系统的脱硝效 率达到85%以上，其中NO2的去除率到达90%以上，NO的去除率在85% 左右，脱硫效率在98%以上。 （2）利用15%的氨水进行填料塔喷淋实验时，在试验开始初期 系统的脱硝效率达到90%以上，其中NO2的去除率到达95%以上，NO的 去除率在90%以上。吸收塔出口几乎未测出SO2的存在。中间产物硫 酸铵、硝酸铵结晶回收率为90%以上，其中硫酸铵回收率达95%，硝 酸铵回收率达90%。达到预期的目的。 （3）NO2可将Hg、C