烟气联合脱硫脱硝工艺技术

1烟气联合脱硫脱硝工艺技术1.烟气联合脱硫、脱氮是近年来国内外竞相研制和开发的新型烟气净化工艺，它的技术和经济性明显优于单独脱硫和单独脱氮技术，因此，是一种更有发展前途和推广价值的新一代烟气净化技术。2.联合脱硫、脱氮技术仍处于试验研究或工业装置示范阶段，世界上只有很少的联合脱硫、脱氮装置投入商业化运行，3.工艺系统复杂和运行费用昂贵。在环保标准仅要求烟气脱硫的状况下，通常这种联合脱除工艺与常规单一脱除工艺相比没有竞争力，但是，当火电厂烟气SO2／NOx排放立法均要求更严格时，联合脱硫、脱氮工艺的技术和经济优势将相当显著。4.目前，大部分联合脱疏、脱氮技术是在工艺流程上将脱硫和脱氮这两种工艺串联起来，是在不同的反应器中分别实现脱硫和脱氮过程，所以，并非本质上的联合脱硫、脱氮工艺。2脱硫脱销分类分类－烟气脱硫、脱硝工艺的结合，在同一反应器内联合脱除烟气中SO2／NOx的工艺。比如，电子束烟气辐照脱硫、脱氮工艺。；－特定条件下，吸收剂（含吸附剂）实现同时脱硫脱硝；－将SO2和NOx进行氧化或生成螯合物，再同时脱除。3一、电子束辐照氨法烟气脱硫、脱氮工艺•核心—电子束法、脉冲电晕法。•这类技术基于物理和化学相结合的原理，在烟气中同时脱硫、脱氮，两种方法进行烟气脱硫、脱氮的原理是相同的。•脉冲电晕放电技术是利用脉冲放电在极间产生活化电子，而电子束技术是利用电子加速器来产生高能电子。目前，已经达到工业示范阶段的主要是电子束辐照氨法烟气脱硫、脱氮工艺。•电子束辐照氨法烟气脱硫、脱氮技术的初投资和运行费用均较高，但仍低于石灰石／石膏湿法烟气脱硫，如果考虑联合脱硫、脱氮的效果以及产品的价值，其经济性还是比较好的。4•电子束辐照氨法烟气脱疏、脱氮技术是一种无排水型干式排烟处理技术，始于20世纪70年代。•该技术通过向锅炉排烟照射电子束和喷人氨气，能够同时除去排烟中含有的硫氧化物(SO2)、氮氧比物(NOx)，可分别达到90％和80％的脱除效率。•能直接回收有用的氮肥(硫酸铵及硝酸铵混合物)，无二次污染产生。51、电子束辐照氨法烟气脱硫、脱氮工艺流程•组成：–烟气预除尘–烟气加湿冷却–喷氨–电子束照射–副产品收集–副产品处置6电子束辐照烟气示意图72、电子束辐照氨法烟气脱硫、脱氮的反应机理•烟气在电子加速器产生的电子束辐照下将呈现非平衡等离子体状态，烟气中的H2O和O2被裂解成强氧化性的过氧化物(HO，HO2)和原子态氧(O)等活性自由基•SO2及NOx在这些自由基的作用下，在极短的时间内被氧化，并与水生成中间产物硫酸(H2SO4)和硝酸(HNO3)•硫酸与硝酸和共存的氨进行中和反应，生成粉状微粒，即硫酸铵[(NH4)2SO4]，和硝酸铵(NH4NO3)的混合粉体。8A、自由基(或称活性基团)的生成•煤等燃料的燃烧产物由氮(N2)，氧(O2)，水蒸气(H2O)，二氧化碳(CO2)等主要成分及SO2，NOx等有害气体组成。当电子束照射烟气时，被加速的电子与烟气中N2、O2、H2O等分子碰撞，这些分子获得电子的能量、生成氧化反应力极强的活性自由基团(OH基，O原子，HO2基)；•其反应式为2222HOOOHOHON、、、、电子束照射9B、SO2及NOx的氧化•烟气中的SO2和NOx与电子束照射生成的OH基、O原子、HO2基在极短的时间内进行氧化反应，并与水化合分别生成为硫酸(H2SO4)和硝酸(HNO3)。•其反应式为：4232SOHHSOSOOHOH42322SOHSOSOOHO32HNOHNONOOOH22HNONONOOHO35222HNOONNOOHO22HNONONOOHO10C、硫酸铵和硝酸铵的生成•前一阶段生成的硫酸、硝酸与电子束照射以前充入的气态氨(NH3)进行中和反应，分别生成硫酸铵[(NH4)2SO4]和硝酸铵(NH4NO3)的粉体微粒。424342)(2SONHNHSOH3433NONHNHHNO4242232)(2/12SONHOOHNHSO113、电子束辐照氨法烟气脱硫、脱氨技术的特点•能够实现在一套烟气处理装置内同时进行脱硫、脱硝过程，并且反应迅速，脱除效率高，适合处理高浓度SO2和NOx的烟气，对烟气条件的变化和锅炉负荷变动的适应性较强。•电子束辐照烟气净化是干式处理工艺，不需要排水处理装置，不存在腐蚀问题。•所产生的副产品可以直接作为化肥使用，不产生废弃物。•厂用电率高，对于大型火电机组，烟气净化装置运行的电力消耗大致为机组发电功率的2.5％左右。•电子束装置运行时需采取防护措施，以防止对人体造成损害。12二、活性炭联合脱硫、脱氮技术•活性炭具有优异吸附和解吸性能的含碳物质，具有稳定的物理化学性能。•活性炭孔隙结构优良，比表面积大，吸附其他物质的容量大，且具有催化作用，一方面能使被吸附的物质在其孔隙内积聚；另一方面又能够在一定的条件下将其解吸出来，并保持碳及其基团的反应能力，使活性炭得到再生。•活性炭可单独用来脱硫或脱氮(借助于氨)，或用来联合脱硫脱氮，近年来已经开始应用于火电厂的烟气净化。在活性炭法联合脱硫、脱氮工艺中，SO2的脱除率可以达到98%左右，NOx的脱除率在80%左右。13活性炭联合脱硫、脱氮的工艺原理14•活性炭联合脱硫、脱氮工艺主要由吸附、解吸与硫回收三部分组成。•由于活性炭可以直接吸收烟气中的SO2，而脱除烟气中的NOx则需要喷氨，氨对SO2同样也有脱除作用，因此，SO2脱除反应需在喷氨脱除NOx之前，以减少氨的消耗。所以，吸附器内分为上下两级炭床，活性炭在重力作用下，从第二级的顶部下降至第一级的底部。锅炉的排烟经过除尘器后，在进入吸附器之前，一般需要喷水来冷却至90~150℃，烟气自下而上流过吸附器的一级和二级炭床。•第一级炭床的主要作用是脱除SO2，烟气流经第二级炭床时，再喷入氨除去NOx，净化后的烟气由烟囱排至大气。•吸附了H2SO4、NH4HSO4、（NH4）2SO4后的活性炭被送至解吸器，在有外界热源加热至400℃左右条件下进行再生。•在活性炭解吸过程中，SO2气体从解吸器中释放出来，再通过化工过程转化为元素硫或硫酸。再生后的活性炭经冷却后再循环回来，与补充的活性炭一起送入吸附器。151、原理（1）活性炭吸附–在一级炭床中，烟气中的SO2被活性炭的表面所吸附，并在活性炭表面催化剂的催化作用下被氧化成SO3，SO3再与烟气中的水分结合形成硫酸，活性炭的吸附和催化反应的动力学过程很快。–反应式：3222/1SOOSO4223SOHOHSO222222NCOCNO-同时，在一级炭床中，占烟气NOx总量约5%的NO2几乎全被活性炭还原成N216•在烟气进入二级炭床前，与喷入混合室的氨混合，烟气中的NO与氨发生催化还原反应生成N2与H2O，•主要反应如下：OHNNHNO2236546OHNNHNO223212786OHNONHNO2223322/12244423HSONHSOHNH424423)(2SONHSOHNH副反应：17•（2）活性炭解吸–在解吸器中吸附了H2SO4、NH4HSO4和（NH4）2SO4的活性炭在约400℃的温度条件下，进行解吸和再生，解吸器导出的气体产物为富含SO2的气体。解吸后的活性炭经冷却与筛分后，大部分还可以重复循环利用。3242SOOHSOHOHSONHSONH2334242)(22322COSOCSO222333323NOHSONHSO18•（3）硫回收–SO2与强还原剂（H2S、CH4、CO）接触，SO2可被还原成元素硫。–SO2与强氧化剂或有催化剂及氧存在的条件下，氧化成SO3，再溶于水，制取硫酸。192、活性炭联合脱硫、脱氮的特点•活性炭工艺可以联合脱硫、脱氮，并达到较高的脱除率，还可同时脱除烟气中的重金属、二恶英等污染物；•SO3的脱除率可达98%；•脱除产物可有效利用，无废水处理问题，不会对环境造成二次污染；•尽管大部分活性炭可以再生利用，但由于采用移动床装置，活性炭消耗量较大；•基本不存在系统腐蚀问题；•无需烟气再加热。20三、SNOX丹麦石油托普索Topsoe21•美国CCT计划示范第二期项目•脱硫率95%•脱硝率84%•除尘效率99%•副产品硫酸浓度93%SNOX-丹麦石油托普索Topsoe22四、SNRB（SOx-NOx-Rox-Box）Babcock&Wilcox23SNRB（SOx-NOx-Rox-Box）Babcock&Wilcox•美国CCT计划示范第二期项目•Ohio,R.E.Burger电厂#5机组（156MW）5MW烟道支流•脱硫率80%•脱硝率90%•除尘效率99%24五、CuO法•吸收–负载型CuO作为吸收剂，载体Al2O3/SiO2–与SO2反应生成CuSO4，再生•还原–CuO对NOx具有很高的选择性催化还原活性•脱硫率90%•脱硝率70%25CuO法•脱硫率90%•脱硝率70%