摘要：煤炭是我国的重要能源之一。在我国现有能源结构中，煤炭占比可达一半以上，远远超过欧美等发达国家煤炭消耗的比例。近年来，我国经济飞速发展，对于电力的消耗也日益增大。随之我国火电装机容量的不断加大，而火电厂发电主要是消耗煤炭。煤炭在燃烧过程中，会产生众多污染物。如二氧化硫、氮氧化物以及一些重金属等污染物质，对环境造成严重危害。其中，火电厂排放的二氧化硫是酸雨的主要形成来源。而氮氧化物对人体具有毒性，也是酸雨和光化学烟雾的主要来源。因此，实现对电厂烟气排放的脱硫脱硝，是实现大气污染有效治理的关键。
关键词：脱硫脱硝；一体化；燃煤
1 导言
随着电力行业的迅猛发展，大气环境污染问题也日趋严重起来。目前绝大多数电厂采用煤作为燃料进行火力发电，燃煤产生的大量的二氧化硫和氮氧化物等严重地污染了大气环境。大气污染造成的自然灾害也在我们身边频繁发生，酸雨、气候异常、光化学烟雾等严重地影响了我们的生活和身体健康。据统计，在我国的大气污染源中，燃烧排放的SO2占总排放量的85%以上，NOx占排放总量的67%以上。因此，削减并控制燃煤产生的SO2和NOx污染，是我国能源和环境保护部门面临的严峻挑战。
为了控制污染、保护大气环境，国家环保部等相关部门新修订的火电厂污染物排放标准《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）已经从2012年1月起开始实施。从新修订的排放标准可以看出，二氧化硫和氮氧化物的排放限值进一步缩小，要求更加严格。强制性的国家污染物排放标准是控制电厂烟气污染物排放、改善空气质量最强有力的保障。
虽然烟气脱硫和脱销分步进行控制的工艺已经使二氧化硫和氮氧化物的排放得到了一定程度的控制，但其存在工艺流程复杂、设备占地面积大、设备投资高、运行费用高等缺点。有研究学者提出了技术简单、运行成本低的同时脱硫脱硝工艺技术，虽然这类技术仍处于实验阶段或半工业化阶段，但是它将逐步成为今后电厂烟气治理的发展方向之一。
2 电厂脱硫脱硝一体化技术
2.1金属络合法
液相络合吸收的基本原理是NO和过渡金属络合物反应生成金属亚硝酰化合物，可以增大NO在水中的溶解度，进入液相的NO与还原剂反应生成N2和NH3等，从而达到脱除NO的目的。早在20世纪末，就有研究者发现亚铁螯合剂溶液能够吸收烟气中的NO和SO2。
近年来，一直广受关注的络合亚铁湿法脱硫脱硝一体化技术不仅能在一套装置中、低温条件下同时高效脱除SO2和NOx，而且显著降低了投资和运行费用，但因吸收剂再生困难一直没有工业化。
2.2高级氧化技术
目前电厂排放的烟气中比较难处理的是NOx，95%以上的NOx在烟气中以NO形式存在，由于NO不溶于水，所以类似的湿法脱硫装置很难将其吸收。但高价态的NO2、NO3和N2O5可以与水反应生成HNO3，可以大大提高NOx的溶解能力。因此，如果将NO有效氧化，就可以与烟气中的酸性气体成分如SO2、HCl、HF等在碱液洗涤装置中一并脱除。目前改变NO价态、促进其溶解性的方法多种多样，如高级氧化剂NaClO2、HClO3、KMnO4、P4等，活性自由基如O、OH、O3、HO2等。采用新型高级氧化技术，其关键在于系统能耗和氧化剂的消耗。
2.3 CuO吸收法
CuO吸收法脱硫脱硝技术即采用CuO复合物作为吸附剂，针对烟气中的二氧化硫和氮氧化物进行吸收，目前比较常用的吸附剂主要有CuO-Al2O3和CuO-SiO2。原理是CuO在一定反应温度（300℃~500℃）下可以与烟气中的SO2生成CuSO4，而CuSO4和CuO可以作为催化剂，在通入NH3的情况下以选择性催化还原法催化还原NOx，对于吸收饱和的CuSO4可以进行还原，再生成CuO重新利用副产物SO2进行制酸。
这种方法可以使脱硫率达到90%以上，脱硝率达到75%，当吸附温度在750℃左右时，其脱硫脱硝率可达90%以上，且不产生废渣废液，无二次污染。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但其存在的问题在于吸附剂的稳定性差，在不断吸收、还原、氧化的过程中CuO的活性逐渐下降甚至失去作用；另外，反应温度较高，需要加热装置。
2.4活性炭吸附法
活性炭作为一种很好的吸附剂，可以吸收SO2、O2、H2O，形成硫酸，并与氨反应达到同时脱硫脱硝的目的。活性炭吸附法脱硫脱硝工艺优势很明显，其吸附过程不使用水，不会产生二次污染；占地小、建设费用低；可以回收一些含硫副产品；已经实现了商业化应用，但仍有需要改进的地方。比如，固态热吸附剂循环使用采用机械的方式，操作较复杂；烟气通过吸附床有明显的压力降；吸附剂在运行中有磨损消耗等。
2.5电子束辐射技术
它是集物理、化学原理于一体的脱硫脱硝技术。具体过程为：利用除尘器使烟气中的固体颗粒和灰尘净化，然后在冷却塔内进行冷却降温，使冷却后的烟气与同等计量标准的氨气混合，进入催化反应器装置，再利用高能电子束辐射烟气，使N2、O2、水蒸气等发生电离辐射，产生自由基等活性物质。烟气中的SO2和NOx被氧化成SO3和NO2，然后与进入的氨发生反应生成硫铵和硝铵，经造粒处理后可作化肥。
2.6脉冲电晕等离子体技术
脉冲电晕等离子体技术的基础是电子束辐射法，二者基本原理相同，只是脉冲电晕等离子体技术采用的是高压电源电晕发电，电子束照射法是由加速器产生的。脉冲在放电过程中会产生大量的高能量电子、离子和其他粒子，这些微粒携带的能量在与污染物互相碰撞时，会形成单原子分子，并产生臭氧，最终经过化学反应生成对大气无污染的成分，然后这些活性粒子就会和SO2、NOx经过复杂的化学反应形成酸，酸再和氨形成酸铵，达到同时脱硫脱硝的目的。这种技术可以达到同时脱硫脱硝，而且操作简单，但是试验研究不充分，在具体脱除效果的实现上并不理想，因为不能进行较为精准的人为控制和人为提升。
2.7催化法
活性炭除了作为吸附剂，还可以作为催化剂辅助湿法脱硫脱硝工艺使用。同活性炭法一样，催化技术处理流程并不复杂、所需要的处理条件也不高，优势还是比较明显的，但其当前的应用水平还有待进一步深化。
3 电厂脱硫脱硝一体化技术工业应用研究
CuO吸附法是一种较为成熟的脱硫脱硝技术。但在处理过程中，常出现吸附剂稳定性较差的问题。同时，对于反应温度的要求也较高。因此该技术应用成本较高，不利于在我国电厂中进行广泛应用。
NaClO2作氧化剂氧化吸收法被认为是湿法氧化法中最好的一体化处理技术之一。但是，该方法中NaClO2价格高，导致运行成本高。因此，有研究者采用价格较低的NaClO和NaClO2进行混合，作为吸收液实现对二氧化硫和氮氧化物的脱除。研究显示，NaClO和NaClO2反应可生成大量氧化性很强的Cl2等气体。从而可有效提高脱硫脱硝效率。NaClO和NaClO2复合吸收液可有效降低成本并提高效率。可广泛应用于我国大量的小型燃煤锅炉的脱硫脱硝中。
脉冲电晕等离子体法具有良好的同时脱硫脱硝效果。同时，还具备一体收集飞灰的能力。但该技术要实现工业化应用，其难点在于开关控制简便的大功率高压脉冲电源，以及对能耗的降低。
4 结束语
总之，我国是以煤炭为主要能源的国家，煤炭燃烧过程会产生SO2和NOx等污染物。当前阶段脱硫脱硝技术主要以干法脱硫脱硝一体化为主，未来需要在湿法技术研究上多做努力，或者将干法与湿法配合使用。总之，从我国的基本国情出发，目前了解到的电厂脱硫脱硝技术虽然在一定程度上发挥了它的积极作用，但是距离工业化应用还有很大的差距。应对日趋严峻的大气污染形势，目前最为有效的方式是找到一种可以在中国快速推广应用的脱硫脱硝一体化工艺。
参考文献
[1]唐志军.探究燃煤电厂烟气脱硫脱硝一体化技术发展趋势[J].资源节约与环保，2016，0（2）；17-18.
[2]王旭伟，鄢晓忠，陈彦菲，等.国内外电厂燃煤锅炉烟气同时脱硫脱硝技术的研究进展[J].电站系统工程，2017，23（4）；5-7.
[3]环境保护部.火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011）[S].北京；中国标准出版社，2016.
论文作者:柳盛霖
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/18
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