摘要: 在化石燃料燃烧的过程中，会产生大量的酸性气体，比如=氧化硫、氮氧化物等，这些气体的产生将会对大气造成严重的污染。为了减少有害气体对大气的污染，采用烟气脱硫技术，在传统的烟气脱硫技术中，包含湿法、干法、半干法等，不过，经过多年的研究，一些新的脱硫脱硝技术已经出现，由此有了脱硫脱硝除尘一体化技术的研究。
关键词:烟气；脱硫脱硝；一体化技术
1 燃煤烟气脱硫脱硝技术概述
一体化工艺是指将脱硫脱硝技术合并在同一个设备中进行。许多发达国家已开发出多种烟气脱硫脱硝一体化装置，但其中能实现工业化应用的较少，大部分尚处于中间试验阶段。这些技术按照脱除机理的不同可分为两大类：联合脱硫脱硝（combined SO2/NOxRemoval）技术和同时脱硫脱硝（simuhaneous SO2/NOxRemoval）技术。特别指出，这里所提及的联合、同时脱硫脱硝技术都是在同一个反应设备中完成的。而二者的差异在于能否只用一种反应剂并在不添加氨的条件下直接达到脱除的目的。联合脱硫脱硝技术实质上还是分两个工艺流程分别脱除SO2和NOx，采用氨作为还原剂。而同时脱硫脱硝技术才是真正意义上的一体化脱除技术，用一种反应剂在一个过程内将烟气中的SO2和NOx一并脱除。
作为全球最大的煤炭生产国，中国对煤炭的生产和应用是非常普遍的。但是，随着生产的不断发展及对煤炭需求量的日益增加，使得燃煤烟气中的SO2和NOx含量不断增加，对环境造成的威胁愈加严重。近年来，自然环境给人类发出的警号越来越来频繁，降低SO2和NOx的排放成为一项紧迫而严峻的任务。传统的脱硫脱硝程序是分步进行的，即脱硫与脱硝不能同时进行，并且出现脱硫脱硝时间长、过程复杂、步骤繁多、耗用资金多、脱硫脱硝效率不高等实质性问题。这些问题的出现，使得生产率下降，与现代生产要求不相符合，不能适应生产发展的需要，与构建社会主义和谐社会的宗旨更是相去甚远。综合国内外烟气脱硫脱硝技术的研究，目前大多数国家都把目光聚集在一体化技术上，其优势是传统的脱硫脱氧技术不可比拟的。无论是从环保性、占用资金数量还是性价比以及功能性等各个方面来看，一体化技术都符合现代工艺的发展要求，具有广阔的应用前景。
2 燃煤烟气脱硫脱硝一体化技术分析
燃煤烟气脱硫脱硝一体化技术基本工艺流程如图1所示，根据其脱离过程和原理，大致可分为两类，即联合脱硫脱硝与同时脱硫脱硝。联合脱硫脱硝虽然也属于一体化技术，但其应用的步骤和使用的原料均比同时脱硫脱硝繁多，实用性低于后者，这也是各国致力于开发和研究同时脱硫脱硝技术的最终原因。
2.1 联合脱硫脱硝技术
2.1.1 活性炭和活性焦吸附法
活性炭和活性焦块体中具有大量的微孔结构，而活性炭和活性焦吸附法主要是利用这一物理特性吸收烟气中的二氧化硫与氮氧化合物，烟气吸附过程中还需加入氨气进行催化还原。烟气中的硫化物被吸收后，在催化剂的作用下将会形成硫酸；而烟气中氮氧化物在催化剂的作用下会氨气反应生成H2O与N2。此法是较为传统的脱硫脱硝工艺，在脱除效率方面也较为理想，一般脱硫与脱硝率分别能够达到97%和80%以上。活性炭和活性焦吸附烟气中二氧化硫与氮氧化物时，需控制好反应过程中的温度与水等因素，降低外界因素对吸附剂活性与脱除能力的影响。
2.1.2 CuO吸附法
该方法的应用原理比炭质材料吸附法稍微复杂，且运用起来的成本较高，但是该项工艺的运用可以脱离90%的硫和75%的硝，净化程度较高。其实行的步驟如下：将氨气与烟气混合，然后通过装有CuO/Al2O3吸收剂的床层，利用CuO与SO2的化学反应生成CuSO4，在CuSO4，CuO和氨气共同作用下，促进对氮氧化物的吸收，吸收饱和的吸附剂还可以进行再生回收，整个过程不会产生任何污染物，但是吸附层的长期使用会降低吸附作用，使得净化烟气的功能不断降低直至最终消失，所以，该方法由于其耐用性较低，一直未能被工业生产广泛运用。
2.1.3 电子束法
电子束法与前两种方法的原理不同，该项技术操作过程较为简单，实用性强，在国外很受工业生产的欢迎。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为了实现脱硫脱硝的目的，该项工艺主要利用物理原理与化学反应相结合的方式进行，首先利用高能电子束照射烟气，使得烟气中的SO2和NOx被产生的活性基因OH、OH2、O等氧化，形成硫酸铵和硝酸铵，同时注入氨气与之发生反应，经过一系列的反应，最后形成硫酸铵和硝酸铵，从而实现脱硫脱硝的最终目的。这个工艺主要涉及四个装置，分别是烟气冷却塔、反应器、氨供应设备以及最后的副产品收集器，它主要是将硫酸铵和硝酸铵与氨发生反应生成肥料。这项工艺的SO2脱离程度达到95%，同时脱硝率达到80～85%，具有非常显著的效果。
2.1.4 脉冲电晕法
脉冲电晕法不仅具有脱硫脱硝的功能，同时还具备除尘的功能。其原理与电子束法原理基本相同，共同点都是通过获取活性基来促成脱硫脱硝的进程。不同的是脉冲电晕法高能电子的获得是通过高压电源的方式，而电子束法是通过加速器来获得。但是，脉冲电晕法比电子束法更为节约资源，安全性能也更高。
2.2 同时脱硫脱硝技术
2.2.1 干式吸附再生法
目前干式吸附再生法主要采用NOXSO技术。该技术以担载在γ-Al2O3圆球上的钠盐为吸附剂，达到脱硫脱硝的目的。首先将净化后的烟气注入吸收装置，吸附剂会在此将硫氧化物和氮氧化物脱除，净化后的烟气会通过出气管道排出，而吸附饱和后的吸附剂会进行再生重复利用。再生过程中，在600℃的温度下饱和的吸附剂可释放出氮氧化物，氮氧化物浓度达到稳定状态时，可形成化学平衡，从而进行吸收利用。
2.2.2 亚铁螯合剂法
亚铁螯合剂法属于湿法脱硫脱硝技术，该技术是在溶液中加入亚铁离子生成氨基羟酸亚铁螯合物。再利用此亚铁螯合物吸收氮氧化合物生成亚硝酰亚铁螯合物。最终再与硫氧化合物反应生成硫酸盐和连二硫酸盐等。该技术目前还在试验阶段，由于螯合物再生困难目前还无法推广应用。
2.3.3 氯酸氧化吸收法
氯酸氧化吸收法设置两个阶段。首先在氧化吸收塔内先用氯酸氧化SO2和氮氧化物，然后再利用碱性溶液吸收剩余的酸性气体。该方法可达到95%以上的脱硫效果，不仅如此该技术对有毒重金属也有较好的去除作用，例如Hg、Cr、Be、Pb等都有能有效去除。但该技术同时会造成设备腐蚀，生成物无法再利用等问题，目前还待进一步研究。
2.3.4金属氧化物催化法
金属氧化物催化法是在金属氧化物催化剂作用下的烟气脱硫脱硝工艺，已有催化剂包括CuO、Al2O3等，新的催化剂也在不断试验中。梁均方等对催化一体化脱硫脱硝的SnO2-TiO2的升温还原和脱附过程作了研究，SnO2、TiO2单独作用没有催化活性，但它们组合成固溶体而具有活性表明两者具有协同效应。徐云龙等研究了V2O5/TiO2在同时脱除烟气中的SO2和NOX的性能，结果表明，V2O5/TiO2催化剂可以提高脱硫脱硝活性，脱硫率高但脱硝率稍低，最佳还原温度为700℃。
2.3.5氯酸氧化法
氯酸氧化工艺是一种湿式工艺，可同时脱硫脱氮，脱硫率可达98%，脱氮率达95%以上。氯酸通常由氯酸钠电解得到，用于氧化NO和SO2，该过程在氧化塔中进行；后续工艺采用Na2S和NaOH来吸收残余的酸性气体，吸收过程在碱式吸收塔中完成。采用强氧化剂脱硫脱硝具有催化活性高的优点，但是容易对设备造成强腐蚀，另外，氧化剂的回收、吸收废气后溶液的处理等较为困难。
2.4 光催化脱硫脱硝技术
光催化脱硫脱硝技术是近年来研究的新型一体化脱硫脱硝技术。该技术耗能低、无污染、开发前景良好。它主要是利用TiO2的光催化作用，产生电子和空穴对，与烟气作用产生大量的活性基团。这些活性基团催化氧化氮氧化物和硫氧化物达到脱硫脱硝的目的。目前该技术的难点是如何大面积安全利用紫外线光源作业，对这一难点的攻克未来将成为脱硫脱硝技术的一个研究方向。
2.5炭质材料吸附法
炭质吸附材料主要是指活性炭和活性焦。其實，活性焦与活性炭制法相似，但前者的突出特点是比表面积小，强度高，且细孔结构独特，与活性炭相比具有更好的脱硫、脱硝性能。烟气中的sO，在活性焦微孔的吸附催化作用下生成硫酸；NOx则在加氨的条件下经活性焦的催化还原生成水和N2。该工艺主要由吸附、解吸和再生三部分组成。烟气首先进入活性焦吸收塔的第1段，在此S02被脱除，流经吸收塔的第Ⅱ段时，喷入氨以除去NOx。
3 结束语
综上所述，国外内对脱硫脱硝一体化技术的研发均十分重视，所涉及的工艺方法较多，工业化应用除了要考虑到技术条件外，还要在经济性上具有竞争力，目前活性焦燃煤烟气脱硫脱硝技术在国内应用较具有发展前景，能够带来很好的经济效益和社会效益，应加大这方面的技术改造力度和工艺方法研究，促使相关设备尽早实现工业化。
参考文献
[1] 丁佳生.烟气脱硫脱硝工艺一体化设计与探究[J].科技展望.2015（29）.
[2] 毛晓香.烟气脱硫脱硝技术的现状与发展[J].山东工业技术.2015（19）.
论文作者:张立伟
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/25
标签：烟气论文; 技术论文; 活性论文; 氧化物论文; 亚铁论文; 工艺论文; 电子束论文; 《防护工程》2018年第27期论文;