关键词：烟气脱硫 烟气脱硝
一、二氧化硫以及氮氧化物的危害
煤炭资源是我国的传统能源，因为煤炭中含有硫等有机质，燃煤时会产生大量含有二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOX）的废气，对环境造成污染。据报道,二氧化硫的环境容量为1200万吨[1]，远超过环境所能承载的范围。二氧化硫具备毒性，可抑制或影响酶的活性，诱导机体发生变异。燃煤过程产生二氧化硫，其是酸雨形成的重要原因。氮氧化物中的二氧化氮（NO2）对环境生态有特别大的影响，NO2的释放量达到一定限度时，可形成光化学烟雾，使人类的生产生活以及动植物的生长发育收到威胁[2]。NOx在环境大气中可发生液相氧化反应，得到硝酸和亚硝酸，同硫酸和亚硫酸一起，形成硫酸雨滴和硝酸雨滴，造成酸雨的严重污染与恶化。
二、.脱硫技术的发展现状
依据燃煤过程中脱硫时间的不同，脱硫技术可分为燃烧前的煤燃料脱硫、燃烧过程中的可燃硫分脱硫和燃烧后的烟气脱硫三种[3]。燃烧前的煤燃料脱硫是将燃料所含硫分先行脱除再燃烧，主要是煤炭洗选脱硫，去除原煤中部分硫分和灰分、包括煤气化、液化和水煤浆技术; 燃烧过程中的可燃硫分脱硫指的是加入石灰石或白云石作固硫剂，使可燃硫分在燃烧过程中实现脱硫，包括型煤固硫、流化床燃烧技术和炉内喷钙技术;燃烧后进行的脱硫过程指的是烟气脱硫(FGD)技术。
湿法烟气脱硫工艺(FGD)是当下最普及和在用的脱硫工艺，通常采取以碱性(PH＞7)溶液或浆液作为脱硫吸收剂，以生石灰或石灰石为吸收剂在吸收塔中对烟气进行强制氧化、湿法脱硫，烟气中的 SO2遇到生石灰或石灰石吸收剂，中和后得到硫酸钙等产物，硫酸钙等在洗涤液的作用下积淀，与溶剂分开后可以石膏作为回收产物进行重新利用。
三、脱硝技术的发展现状
低氮氧化物(NOx)燃烧工艺和烟气脱硝工艺是当下普遍采用的脱硝技术。烟气脱硝，是把存在的 NOX与适当的碱性物质反应进行氧化还原反应，得到产物 N2，通过这种模式将烟气中所含的NOX脱去消除，按烟气脱硝的处理方法的不同，可分为湿法烟道气脱硝技术和干法或半干法烟道气脱硝技术。
四、MSN综合高效烟气净化工艺
目前烟气脱硫、脱硝技术已达成熟，但是却没有一种对燃煤烟气进行联合脱硫脱硝的高效方式，脱硫脱硝一体化技术大多处于研究阶段，目前国内外普遍采用的联合脱硫脱硝方式主要是湿式烟气脱硫和选择性催化还原或选择性非催化还原技术脱硝组合。而MSN高效烟气净化工艺的提出，作为一种新兴高效技术，能够有效解决燃煤烟气污染有害问题，促进我国煤矿经济与生态环境共同发展[4]。
MSN工艺拟定工艺系统主要由如下6个子系统构成：烟风系统、浆液制备系统、脱硫脱硝一体化系统、副产品处理系统、工艺水系统和脱硫废水处理系统。本文重点介绍烟风系统、脱硫脱硝一体化系统、副产品处理系统与废水处理系统[5]。
（一）烟风系统
与FGD石灰石—石膏湿法脱硫技术中的烟风系统相似，MSN工艺的烟风系统的必要设备也包含增压风机、烟气换热器、烟道辅助挡板等。然而MSN工艺中原烟气在增压风机增压后，进入烟气－烟气再热器（GGH），进行降温处理，再次被脱硫吸收塔吸入。烟气从脱硫吸收塔的中仓入口流入，经浆液喷淋初步净化后进入吸收塔下仓，经下仓鼓泡塔除硫后，深度净化的烟气在下仓汇集，而后经过连通管将烟气导入上仓，经工业水（即四类水质的水）喷淋处理，除雾器冷却、饱和处理，将二氧化硫及液滴脱除，处理后的气体经过脱硫吸收塔的顶部，进入脱硝塔，在脱硝塔中进行完脱硝处理后流GGH，原烟气的高温对已处理的净烟气进行热传递，净烟气升高到目标温度后通过烟囱排出释放。
（二）脱硫脱硝一体化系统
1、脱硫系统
MSN工艺拟采用MgO湿法三仓式脱硫技术。吸收塔自下而上分为三仓:下仓浆液制备区、中仓洗涤反应区、上仓气体释放区。
下仓浆液区为吸收剂浆液液面以下的区域，用于储存脱硫剂、氧化脱硫产物；中仓洗涤区为浆液池表面到中仓洗涤区的喷淋层之间的区域；上仓气体区为吸收塔内喷淋层以上的区域，装有除雾器以及水冲洗系统。三仓由隔板相隔开，原烟气在中仓洗涤区喷淋后通过与下仓相连的通道进入浆液池强制氧化，然后通过管道流入上仓。
2、脱硝系统
脱硝吸收塔是MSN工艺中最关键的设备之一，同时是提供烟气通道的重要系统组成;脱硝吸收塔是具备吸收作用的反应容器，在吸收塔内，所有的氮氧化物被反应完全。脱硝吸收塔从下到上可分为三个区：泥浆区、洗涤区和气体区。
脱硝塔中的浆液池是指脱硝吸收塔中吸收剂浆液液面以下的部分，其作用是吸收剂浆液提供反应的场所、进行吸收剂浆液的储存。洗涤区(气液混合区)是指脱硝吸收塔中浆液池上表面到顶部浆液喷淋层之间的区域。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在此空间中安装浆液喷淋喷头，通过的烟气与喷头喷出的吸收剂浆液和添加剂进行化学反应，将氮氧化物吸收。气体区是指吸收塔内浆液喷淋层上部到脱硝塔上部出口的区域，吸收塔内的烟气至下而上，经过除雾器，脱去水分，大大减少了烟气中水份含量。
3、脱硫脱硝一体化系统的设计特色
（1）为避免预冷水回流产生影响以及生成物的沉积，MSN工艺中的脱硫脱硝吸收塔将采用倾斜状设计的烟道入口。
（2）为防止浆液聚集堵塞，吸收塔的底部拟采用锥形构造的设计方法，同时鼓风机的进气管路也安置在锥体下方，运用气泡的上浮的特点掀起沉淀物，能够有效的解决吸收塔内浆液的石灰乳沉积、堵塞的问题。
（3）添加专利技术文丘里棒层。在吸收塔烟道入口与喷淋装置之间添置一层文丘里棒层，使气体通过此棒层时产生文丘里效应，使得烟气分布均匀，喷淋的液滴被烟气击碎产生新的表面[6]。
（4）在脱硝塔中拟加入旋流板，扩大烟气与脱硝浆液的反应范围，增加脱硝效率，有效脱去氮氧化物。
（5）添加浆液再分配圈。从顶部喷淋装置喷淋下来的浆液部分会与与塔壁吸附，于喷淋装置下方添加该装置后，可通过分配圈分级导流,提高浆液利用率，同时达到使浆液在塔内散布更均匀的目的。同时倾斜的分配圈阻挡了沿塔壁运动的烟气,降低了塔壁内部表面的结垢几率[7]。
（三）副产品处理系统
1、脱硫副产物处理
利用氧化镁进行脱硫的一级产物主要以MgSO3·6H2O（亚硫酸镁）为主，同时含有少量未完全反应的氧化镁、氢氧化镁及其他杂质(原烟气中的飞灰、脱硫剂本身所带来的不溶物如硅酸盐等）。
一般来说，脱硫产生的副产物有三种处理方法：回收法、抛弃法和强制氧化法。
其中强制氧化法中，对脱硫塔废弃液强氧化处理后，其主要成分为硫酸镁等物质，经过循环富集使得硫酸镁浓缩后，重结晶获得七水合硫酸镁。强制氧化法的优点在于喷淋耗水量少、消耗能源低，经济可行性高。其回收产物可作农肥用于改良土壤，还可以制革、造纸、造瓷等，提高了产物回收利用的的可能性和可靠性，实现了经济价值。MSN工艺拟使用此法回收副产品七水硫酸镁。脱硫过程中形成亚硫酸镁浓浆液，鼓入空气并添加催化剂进行强制氧化，可得到高浓度硫酸镁溶液，利用硫酸镁在水中溶解度受温度影响较大的特点，再结晶恢复粗粒的Mgso4﹒7H2o，得到的可用做镁肥。
2、脱硝副产物处理
在脱硫脱硝一体化系统中，进行脱硫过程里包含脱氮产品的处理。在脱硫吸收塔中，除尘净化后的废气与氢氧化镁浆液充分混合，生成亚硫酸镁和硫酸镁等，经鼓泡器鼓泡以及曝气，充分氧化后得到硫酸镁，作为主要副产物重结晶产出。而在此过程中，部分氮氧化物也被氧化与氢氧化镁反应生成少量的脱氮产物硝酸镁。经重结晶后的废液，富集积累的硝酸镁含量较高，可以将硝酸镁加热浓缩后冷却结晶析出，析出的硝酸镁在农业上可用作氮肥。
3、废水处理系统
吸收了二氧化硫的废弃液成分主要是亚硫酸根离子和亚硫酸氢根离子，在脱硫塔下部使用鼓风机进行强氧化，可生成硫酸镁。氧化镁湿法脱硫废液的成分主要包括烟尘、杂质、悬浮物、硫氧化物、氮氧化物、有机污染物和重金属污染物等。对于这些物质的处理，氧化镁湿法脱硫与石灰石—石膏湿法脱硫中废液的处理相似，废水处理工艺通常包括中和、沉降、絮凝、浓缩后脱水等[8]。
五、结论与展望
利用氢氧化镁浆液与烟气充分接触的烟气脱硫技术经过10多年的实践探讨，其在技术工艺上已经成熟，具有可靠、经济的优点；以活性氧化镁为原材料的镁法烟气脱硫工艺，具有环境友好、资源利用率高、对烟气处理完全等优势；国内镁法烟气脱硫工艺日渐完善，在环境保护和资源循环利用方面潜力巨大[9]。
MSN工艺系统既融合了传统FGD脱硫系统的基本构造，同时又在其基础上进行了优化设计，具体化地介绍了镁法烟气脱硫工艺及其副产物的回收利用过程，对脱硫脱硝一体化系统进行了深入研究、探索出一条燃煤废气处理的高效率及副产物的多元化利用地新道路，同时MSN工艺系统将FGD装置安全可靠、功能完整的和氧化镁脱硫法污染小、效率高的特点相结合，操作流程合理、顺畅，必定可为我国脱硫事业作出新的贡献，在烟气处理、环境保护的道路上创下新的篇章。
参考文献：
[1]姚立英,张继东,王伟,白文娟,黄浩云.关于大气环境容量核算的讨论[J]。环境科学与管理,2012,37(10):8-10+23.
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[3]许瑶，张立娟，望西萍，等．镁法烟气脱硫技术在工程中的应用及运行中若干问题的探讨［J］．广东化工，2009，36( 6) :121-123，260-261．。
[4]王海峰。火电厂脱硝技术与应用及脱硫脱硝一体化的发展趋势[J]。科技资讯,2015,13(23)37-38.
[5]张倩.氧化镁法与石灰-石膏法烟气脱硫技术的适用性分析[J].冶金能源,2017,36(S2):114-115.
[6]闫志谦，程艳坤，张滨，等．湿式氧化镁法烟气脱硫中吸收塔系统的设计与应用[J]．煤炭技术，2013，32（2）．
[7]杜云贵,邓佳佳,冯治云,余宇.湿法烟气脱硫塔的设计与优化。..环境工程,2010,28(02):69-71+77.
[8]赵金丹. 氧化镁湿法脱硫废液生物净化处理技术研究[D].大连海事大学,2015.
[9]唐绍刚,周晓瑾,王进,吴其荣.镁脱硫关键技术[J]。能源与环境，2012（01）：62-63.
论文作者: 张鑫洋1,刘宇昆2,史焕鑫3, 冯明慧4
论文发表刊物:《建筑实践》2019年 24期
论文发表时间:2020/4/26
标签：烟气论文; 浆液论文; 吸收塔论文; 系统论文; 硫酸镁论文; 工艺论文; 氧化物论文; 《建筑实践》2019年 24期论文;