烟气脱硫脱硝一体化技术研究进展.doc

海量资料 超值下载烟气脱硫脱硝一体化技术研究进展火电厂同时脱硫脱硝技术研究进展烟气脱硫脱硝除尘一体化技术烟气脱硫脱硝一体化技术研究进展摘要：随着氨法脱硫技术的不断更新和日益推广，液相同时脱硫脱硝技术受到了人们普遍的关注。江苏新世纪江南环保有限公司开发的LPC法烟气脱硫脱硝一体化技术，通过催化氧化作用将烟气中的NO氧化为NO2，解决了NO难溶于水溶液而无法液相脱除的难题，再结合氨法脱硫技术，利用脱硫吸收液吸收还原NOx，从而可以实现烟气的同时脱硫脱硝净化，具有良好的工程应用前景。关键词：脱硫脱硝 氨法脱硫 液相催化 烟气脱硫1 概述 燃煤烟气中SO2、NOX是大气的主要污染源。近年来，我国烟气脱硫行业靠引进吸收国外技术已发展到较大的规模，但是以此形成的以钙法为绝对主导的脱硫行业逐渐显现出脱硫石膏处置困难、设备结垢严重、消耗大量石灰石资源同时存在废水废渣等二次污染等问题1，由于氨法脱硫电耗少、运行稳定、副产物可以变废为宝，因此逐渐受到了人们的广泛研究和关注2，并且在国内也得到了很好的应用3。随着环境保护工作的深入，烟气脱硝已进入大气治理的重要日程，而目前工程应用中主流的脱硝技术仍然是国外引进的SCR技术，不仅投资高而且运行过程中由于要消耗催化剂和吸收剂，运行费用较高。所以，研究开发适合我国国情的无二次污染、资源消耗少、运行费用低的烟气脱硫脱硝技术对解决我国的SO2、NOX污染问题具有十分重要的意义，特别是开发具有自主知识产权的烟气脱硫脱硝一体化技术更具有深远的意义。 目前同时脱硫脱硝技术大多处在研究阶段，尚未得到大规模工业应用。同时脱硫脱硝技术又可分为两大类：炉内燃烧过程的同时脱除技术和燃烧后烟气中的同时脱除技术，由于燃烧过程中的同时脱硫脱硝技术存在影响煤炭的燃烧程度，降低锅炉的热效率和脱硫脱销效率受限制等问题，燃烧后烟气同时脱硫脱硝成为了目前研究的热点4,5，也是今后可能进行大规模工业化应用的重点，典型的工艺有湿法和干法。 干式同时脱硫脱硝工艺包括电子束照射法、碱性喷雾干燥法、固相吸附和再生法以及吸收剂喷射等方法。以电子束照射（ER）法、活性炭吸附脱硫脱氮法工艺等为代表的干法工艺虽然有较好的脱硫、脱硝效率，但是装置能耗、大型化及后续收集副产物等问题是困扰其发展的关键，难以在大型装置上应用。 湿式同时脱硫脱硝的方法目前大多处于研究阶段，包括碱液吸收法、氧化/吸收法、铁钴的螯合物络合吸收等方法。碱液的重复利用、有机溶剂的挥发和高成本、催化剂的稳定和再生还原、副产物的有效处置等是湿法的研究重点和难点。 本文介绍的LPC（liquid-phase catalysis flue gas denitrification technology）法烟气脱硫脱硝一体化技术是江苏新世纪江南环保有限公司结合氨法烟气脱硫技术自主开发，该技术是利用液相催化氧化作用，利用烟气中的O2将部分NO氧化成NO2，并利用吸收液同时吸收烟气中的NOx和SO2。 反应式（3-3）和（3-4）由于NO难溶于液相而难以实现，因此本技术的关键是NO到NO2的催化氧化，反应要消耗液氨，产物为氮气和副产物硫酸铵、硝酸铵。此技术的核心是液相NO催化氧化催化剂的开发，通过与氨法烟气脱硫技术相结合，仅在脱硫吸收塔上设置一段脱硝段便可达到50以上的脱硝效率（大于SNCR的脱硝率），使氨法脱硫与脱硝技术一体化，投资及运行成本大幅度降低。此技术符合国家脱硝技术导则方向，即在低NOx燃烧器的基础上，适当配合其它脱硝技术达到减排NOx的目标。2.2 LPC法烟气脱硫脱硝一体化技术研究现状 NO催化氧化催化剂是本技术的关键，江苏新世纪江南环保有限公司利用无机惰性载体经过表面钝化处理后负载几种过渡金属氧化物制备了一系列催化剂，通过优化筛选，目前在工程应用条件下可以达到NO的近20%氧化率，结合氨法脱硫脱硝使总脱硝率达50以上，通过中试装置试验分析，实现烟气脱硫脱硝一体化的目的。图1 LPC法烟气脱硫脱硝一体化工艺流程 工程应用中拟采用的工艺流程如图1所示：引风机来的烟气进入多功能塔后，首先用氨吸收液循环吸收废气中的SO2产生亚硫酸（氢）铵，脱硫后的烟气进入脱硝段，在LPC催化剂表面催化氧化并与吸收液接触过程中NOx被脱除吸收，脱硫脱硝后的净烟气经除雾后水雾量小于75mg/Nm3排放。吸收剂氨与吸收循环液混合后进入吸收塔，吸收废气中的SO2形成亚硫酸铵溶液，亚硫酸铵溶液在吸收塔底部被鼓入的空气氧化成硫酸铵溶液，脱硝吸收液与硫酸铵混合后送后处理制成化肥产品。2.3 LPC法烟气脱硫脱硝一体化技术特点 LPC法烟气脱硫脱硝一体化技术实现了烟气中NOx和SO2的同时脱除，减少了投资成本和装置规模，降低了运行费用，如果能够实现工程化应用，将是对烟气脱硫脱硝技术的一次重大突破，此技术将主要具有以下特点：1）投资省 LPC法烟气脱硫脱硝技术是结合氨法烟气脱硫装置进行烟气脱硝的，只在原氨法脱硫的吸收塔内设置一段脱硝段，无须另外建设复杂的专门脱硝的装置。2）运行费用低 LPC法烟气脱硫脱硝技术是将脱硝与氨法脱硫结合，利用脱硫吸收液作为脱硝吸收剂，大幅度减少了目前脱硝工程还原剂和相关设备等运行费用。初步测算耗氨量约0.34kg/kgNOx，以及催化剂损耗和少量电耗，脱硝成本小于5元/kgNOx，较SCR减少近40。3）无二次污染 本技术在脱硫后进行脱硝过程中不另加氨，没有SCR和SNCR的氨逃逸问题，且脱硝段的设置对原氨法脱硫中的氨逃逸控制更加有利。4）回收部分氮资源 LPC法烟气脱硫脱硝一体化技术可以将部分NOX转化成硝酸铵，硫酸铵与硝酸铵一并制成化肥，从而回收了氮资源，增加了副产品中氮含量。5）操作简单可靠、脱硝效率稳定 LPC法烟气脱硫脱硝一体化技术主要是液相催化作用，仅是在脱硫吸收塔上设置了脱硝段，整个脱硝吸收液为澄清溶液，无结垢堵塞问题且分布均匀，操作控制简单容易，脱硝效率稳定。3 工程应用试验 中国石化集团湖北化肥厂动力站二期扩建工程是在原有2台240t/h高温高压煤粉锅炉和1台25MW双抽冷凝式汽轮机组的基础上扩建1台220t/h高压煤粉锅炉和1台25MW双抽冷凝式汽轮机组，配套氨法脱流装置，包括对原有2台240t/h煤粉锅炉的烟气进行脱硫。采用江苏新世纪江南环保有限公司氨法脱硫工艺，在设计工况下全烟量、全时段的保证脱硫效率不低于95%，脱硫后烟气中SO2不高于200mg/Nm3。江苏新世纪江南环保有限公司在脱硫实施时，在3锅炉的脱硫塔内布置了两段吸收层，上段作脱硝层试验，在不降低脱硫效率的前提下，调整吸收成分、吸收循环量、吸收层的布置等，实现了脱硝率达55.2，取得了预期的效果，环境监测数据见图2。4 结论 LPC法烟气脱硫脱硝一体化技术，通过催化氧化作用将烟气中的NO部分氧化为NO2，再结合氨法脱硫技术，实现烟气的同时脱硫脱硝，经过初步的中试试验，达到了预期的效果。 LPC法烟气脱硫脱硝技术是一项具有深远意义的绿色环保技术，随着该技术的成熟和推广应用将对我国的大气治理发挥显著的作用，值得关注和支持。火电厂同时脱硫脱硝技术研究进展摘要：同时脱硫脱硝技术是目前国内外脱硫脱硝研究的一大热点，也是今后脱硫脱硝的发展方向。介绍了典型的烟气脱硫脱硝技术以及目前国内外新兴的烟气同时脱硫脱硝技术，并对各种技术的优缺点进行了分析和对比。针对我国实际情况提出了烟气同时脱硫脱硝技术的发展方向。关键词：火电厂；烟气；脱硫；脱硝；技术进展众所周知，SOx和NOx是大气污染的主要成分，据统计去年我国SO2排放总量高达2549万吨，居世界第一，比2000年增加了27%。去年8月份的国家环保总局调查数据显示，排放到大气中的SOx和NOx有67%来自燃煤发电厂，若不加控制，我国未来的酸雨污染可能将由硫酸型向硫酸/硝酸复合型发展。这种情况恰恰与我国以重化工业为主的产业结构和以煤为主的能源结构有关。并且在今后相当长的时期内，以煤为主的能源供应与消耗格局不会改变。所以脱硫脱硝的应用与发展对我国的环境有着重要意义。在此，本文就国内外火电厂的脱硫脱硝技术进行介绍和分析，并结合我国实际情况分析了同时脱脱硝技术的发展方向。1. 典型的烟气同时脱硫脱硝技术当前国内外广泛使用的同时脱硫脱硝技术是Wet-FGD+SCR组合技术，就是湿式烟气脱硫（Wet-FGD）和NH3选择性催化还原(SCR)技术脱硝的组合。湿式烟气脱硫是利用碱性浆液或溶液作吸收剂，与SO2反应生成硫酸盐产物以除去SOx。其中以石灰石或石灰为吸收剂的强制氧化湿式脱硫方式是目前使用最广泛的脱硫技术，其工艺特点是脱硫效率高于90%，吸收剂利用率可超过90%。其缺点也是很明显的：工程庞大，初投资和运行费用高，易形成二次污染。NH3选择性催化还原脱硝是在含氧气氛中利用催化剂将烟气中NOx经氨还原为N2和水。在反应温度为300450时，脱硝率可达70%90%。该技术成熟可靠，目前在全球范围尤其是发达国家应用广泛，但该工艺设备投资大，需预热处理烟气，催化剂昂贵且使用寿命短，同时存在氨泄漏、设备易腐蚀等问题。HC-SCR及低温SCR工艺是该技术改良的重点。2. 新型烟气同时脱硫脱硝技术主要包括电子束照射法、脉冲电晕等离子体法、固体吸附/再生法、电化学法和液膜法。2.1 电子束照射法（EBA）电子束辐照脱硫脱硝技术是将物理与化学原理相结合的脱硫脱硝技术。它利用电子加速器生成强氧化性的自由基等活性物质，把烟气中的NO和SO2氧化为和NO2和SO2，这些高价的氮氧化物和硫氧化物与水蒸气反应生成雾状的硝酸和硫酸，并与加入的NH3反应生成硝铵和硫铵，达到同时脱硝、脱硫的目的，该法具有一次性投资和运行成本低，同时脱硝可避免重复投资。该方法为干法处理过程，其优点是不产生废水废渣，能同时脱硫脱硝，脱硫率90%以上，脱硝率80%以上。系统简单，操作方便，过程易控制，对于含硫量的变化有较好的适应性和负荷跟踪性，脱硫成本低于常规方法。缺点是耗电量大（约占厂用电的2%），运行费用高。2.2 脉冲电晕等离子体法（PPCP）基本原理与EBA法相似，差异在于高能电子的来源不同。EBA法是通过阴极电子发射和外电场加速而获得，而PPCP法则是电晕放电自身产生的，它利用上升前沿陡、窄脉冲的高压电源与电源负载电晕电极系统（电晕反应器）组合，在电晕与电晕反应器电极的气隙间产生流光电晕等离子体，从而对SO2和NOx进行氧化去除。PPCP法的优势在于可同时除尘。研究表明，烟气中的粉尘有利于PPCP法脱硫脱硝效率的提高。因此，PPCP法集3种污染物脱除于一体，且能耗和成本比EBA法低，从而成为最具吸引力的烟气治理方法。2.3 固体吸附/再生法主要有炭质材料吸附法、NOSO法、CuO吸附法。2.3.1 炭质材料吸附法根据吸附材料的不同又可分为活性炭吸附法和活性焦吸附法两种，其脱硫脱硝原理基本相同。整个脱硫脱硝工艺流程分两部分：吸附塔和再生塔。当烟气通过吸附塔中的吸附剂时，SO2经过吸附剂内的大量微孔吸附催化作用，生成硫酸或硫酸盐贮存于炭质吸附材料的微孔内，然后这些生成的硫酸或硫酸盐再通过再生塔，在塔内加热再生，生成量少但含SO2浓度的气体，再转化成各种有价值的副产品，例如单体硫磺、液态SO2、浓硫酸等。NOx是在加NH3的条件下，在炭质吸附材料的催化作用下生成水和氮气排入大气，在这个过程中烟气中的尘也被除掉。吸附剂在还原器中被还原，可重复使用。不同的是，活性炭吸附法有两个吸附塔，一个脱硫一个脱硝，而活性焦吸附法只有一个吸附塔，塔分两层，上层脱硝，下层脱硫，活性焦在塔内上下移动，烟气横向流过塔。该方法的主要优点有：具有很高的脱硫率（98%）和低温（100200）条件下较高的脱硝率（80%）；处理后的烟气排放前不需加热；不使用水，没有二次污染；吸附剂来源广泛，不存在中毒问题，只需补充消耗掉的部分；能去除湿法难去除的SO2；能去除废气中的HF、HCl、砷、汞等污染物，是深度处理技术；具有除尘功能，出口排尘浓度小于10mg/m3；可以回收副产品，如：高纯硫磺、浓硫酸、液态SO2、化学肥料等；建设费用低，运转费用经济，占地面积小。但是炭质吸附法反应速度慢，为了克服这个缺点，20世纪90年代末日本的I.Mochida提出了一种新的活性炭纤维脱硫脱硝技术。该技术是将活性炭制成直径20m左右的纤维状，极大地增大了吸附面积，提高了吸附和催化能力。经过发展，现在该技术脱硫脱硝率可达90%。近年来有人将活性炭吸附和微波技术结合起来，提出了微波诱导催化还原脱硫脱硝技术。该技术用活性炭作为氮氧化物载体，在向活性炭床施加微波能的条件下，利用微波能诱导催化使SO2被还原为单质硫，NO被还原为氮气，效率96%以上。2.3.2 NOSO法该工艺的工作流程是：经过电除尘器除尘以后的锅炉烟气，进入到吸收剂流化床，SO2和NOx被吸附了Na2CO3的铝质吸收剂所吸收，而净化以后的烟气在除尘之后便可排放出去。该工艺脱硫率达到90%，脱硝率达到70%90%。NOSO工艺可以进行硫回收工作，适合中高硫燃煤锅炉的脱硫脱硝改造。但是技术需大量的吸附剂，设备占地达，投资消耗大。该技术目前还不完善。2.3.3 CuO吸附法该法采用CuO/Al2O3或CuO/SiO2作吸附剂（CuO含量通常在4%6%）进行脱硫脱硝，整个反应分两步：在吸附器中：脱硫时，温度在300450内时，吸附剂与SO2反应，生成CuSO4；脱硝时，由于CuO和生成的CuSO4对NH3还原NOx有很高的催化活性，结合SCR法进行脱硝。在再生器中：吸附剂吸收CuSO4饱和后用H2或CH4还原，还原后的Cu或Cu2O在吸附剂处理器中用烟气或空气氧化成CuO又可重复使用。CuO吸附法的特点是在吸附温度为750左右时脱硫脱硝率在90%以上，不产生新的废弃物，没有二次污染，除尘率可达99.9%。但反应温度要求高，需加热装置，并且吸附剂的制备成本较高。2.4 电化学法采用电化学法同时脱硫脱硝有两种模式：一种是内电池模式（直接法），烟气中的组分直接在电池液中被吸收及在电极反应中被转化；另一种是外电池模式（间接法），烟气中的组分在与电池分设的吸收器中用氧化还原中介剂吸收并转化，吸收液在电池中进行电化学再生，工业应用一般是两种模式的组合。图 二氧化铅-二连亚硫酸盐工艺流程二氧化铅-二连亚硫酸盐工艺是德国化学设备协会开发的典型电化学法脱硫脱硝工艺，其工艺流程见图。该工艺是内电池和外电池模式的组合。采用外电池模式以二连亚硫酸盐为氧化还原中介剂，将NOx还原为N2和N2O，二连亚硫酸盐被氧化成SO32-，经电化学还原而重复使用。采用内电池模式将SO2吸收在电池液中，并在电极反应中氧化为硫酸，在此反应过程中可得到质量分数为40%的硫酸。2.5 液膜法液膜法净化烟气是由美国能源部Pittsburgh能源技术中心（PFTC）首先开发的。液膜为含水液体，置于两组多微孔憎水的中空纤维管之间，构成渗透器，这种结构可消除操作中时干时湿的不稳定性，延长了设备的寿命。液膜的选取在原则上来说对SO2和NOx有选择性吸收的任何液体均可作为液膜，但还须经试验测定证明气体在其中渗透性良好才能应用。2.6 生物法微生物脱硫很早就有研究，早在1947年，Colmer和Hinkle发现并证实化能自养细菌能够促进氧化并溶解煤炭中存在的黄铁矿。20世纪50年代，Leathan及Temple等人从煤矿废水中分离出氧化亚铁硫杆菌。而将微生物用于烟气脱硫研究的却比较晚，始20世纪80年代，国内只有中山大学的谢志荣等人采用轻质陶粒生物滴滤塔处理摸拟燃煤烟气中二氧化硫和氮氧化物的试验研究，探讨生物法同时脱硫脱硝的影响因素及生物降解宏观动力学。研究证明，生物法能有效同时去除烟气中的二氧化硫和氮氧化物，烟气同时脱硫脱硝效率分别可达99.9%和88.9%。生物法烟气同时脱硫脱硝具有设备简单、投资及运行费用低、操作维护简单且无二次污染等优点，是烟气同步脱硫脱硝发展的方向之一。总之，国外广泛使用的Wet-FGD+SCR组合脱硫脱硝工艺因其经济、技术和设备腐蚀方面的原因，不能使人满意。新兴的同时脱硫脱硝技术有的虽已开始应用于工业实践，但还有很多问题亟待解决。如PPCP法在如何实现高压脉冲电源的大功率、窄脉冲、长寿命等问题上还有很多工作要做；固体吸附/再生法脱除率不高，反应温度高，吸附剂生产成本贵；液膜法使用寿命不长，脱除率不高等。3. 我国烟气脱硫脱硝技术的现状及发展方向脱硫是我国电厂烟气治理的重点，2006年5月29日国家环保总局在天津与山东等7省政府和华能等六大电力企业签订了二氧化硫减排目标责任书，这标志着“十一五”全国燃煤电厂脱硫工程正式启动。烟气脱硫已进入大规模建设阶段，技术以湿式石灰石/石膏法为主（该技术约占投运、在建和已签约合同的火电厂脱硫工程总装机容量的90%以上），此外还有海水脱硫法、电子束照射法等等，脱硫效率都可达90%以上。脱硝还处于萌芽阶段，主要是SCR催化还原法，如：浙江大唐乌沙山发电厂一期工程4号锅炉的SCR法脱硝，效率50%以上。近年来国家在抑制氮氧化物排放方面出了许多政策和措施，对电厂脱硝建了一批示范工程，并明确规定在建和将要建造的大型电厂都要预留脱硝空间。与此同时，同时脱硫脱硝技术也越来越受到重视。但从目前的技术水平和已装配的脱硫脱硝设施来看，我国今后在相当长一段时间里，同时脱硫脱硝技术仍以典型的Wet-FGD+SCR组合技术为主。目前我国烟气脱硫脱硝技术主要存在的问题有：脱硫技术自主创新能力较低，关键技术需要向国外引进；设计制造水平和产业标准化低；国家有关政策超前，环保经费投入不足；市场竞争混乱，工程质量不高。要解决这些问题绝非一朝一夕之事，本文建议：加强国外先进技术国产化进程，鼓励技术创新；建立完整的脱硫脱硝配套产业，鼓励他们参与市场竞争；呼吁国家加大环保投入，同时对目前电厂不愿兴建的示范工程要积极扶持；规范市场，严格监督质量。结语随着我国经济的发展，能源需求量也会越来越大。据估计，到2020年我国的电力需求量将是现在的2.5倍，而环境污染居高不下，国家将出台更为严格的氮氧化物排放方法，因此火电厂燃煤锅炉在低氮燃烧的基础上还需进行脱硫脱硝改造。当前主流的SCR或SNCR脱硝工艺有着投资、运行费用高的问题一直没有得到解决，在我国当前国情下，燃煤烟气脱硫脱硝协同控制技术则有着很大的优势。再则，烟气脱硫脱硝协同控制技术种类很多，各地可以根据自己的实际情况和欲求来选择合适的同时脱硫脱硝技术。最后，与当前广泛应用的各种烟气脱硫技术相比，烟气脱硫脱硝协同控制技术的发展还有很多不完善的地方，很多只是进行了示范工作并没有投入实际的运行中去，有的甚至只是处于实验室或中试阶段，技术还有待于进一步的完善和优化。参考文献：1 钟秦. 燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例M. 北京: 化学工业出版社, 2002.2 钟毅, 曾汉才, 等. 联合脱硫脱硝技术的现状J. 电力科学与工程,2002, (4): 12.3 纪晓雯. 燃煤烟气脱硫脱硝一体化技术的研究与应用J. 能源与环境, 2004, (4): 53.4 王德荣,林彦奇,赵蔚等.利用焦炭吸附进行燃煤烟气脱硫脱硝技术的研究J.环境保护科学,2002,28(1):46.5 冯治宇,王英刚等.用于烟气脱硫脱硝的活性焦的研制J.化工环保,2002.22(5):293297.6 刘涛,曾令可,锐安泽,等. 烟气脱硫脱销一体化技术的研究现状J.工业锅炉,2007,7( 4) : 1215.7 邱鸿恩,吴丹,王睿, 烟气同时脱硫脱硝技术进展J.化学工业与工程技术,2004,12( 6) : 15.烟气脱硫脱硝除尘一体化技术一、提出背景随着世界各国工业化进程的不断加深，SO2、NOX污染已超过烟尘污染成为大气环境的第一大污染物。烟气脱硫（FGD）有别于其他脱硫方式是世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方法，是控制酸雨和SO2污染的最为有效的和主要的技术手段。目前，世界各国对烟气脱硫都非常重视，已开发了数十种行之有效的脱硫技术，其中广泛采用的烟气脱硫技术有:(1)石灰/石灰石湿法。(2)旋转喷雾半干法（LSD）。(3)炉内喷钙增湿活化法(LIFAC)。(4)海水烟气脱硫法。(5)氨法烟气脱硫。(6)简易湿式脱硫除尘一体化技术。石灰/石灰石石膏湿法，具有适用煤种宽、原料廉价易得、脱硫率高（可达90%以上）等诸多优点，占据最大的市场份额，但投资和运行费用大，运行维护量大。旋转喷雾法脱硫率较湿法低（能达到80%85%），投资和运行费用也略低于湿法。产物为亚硫酸钙（CaSO3）。炉内喷钙尾部增湿法，脱硫率可达70%80%，工程造价较低。产物为亚硫酸钙（CaSO3）,易造成炉内结渣。海水烟气脱硫技术，工艺简单，系统运行可靠，脱硫率高（可达90%以上）运行费用低。脱硫系统需要设置在海边且海水温度较低，溶解氧（OC）较高。氨法除硫通常以合成氨为原料，产物为硫氨等。需要邻近合成氨工厂及化肥厂。简易湿式脱硫除尘一体化技术，脱硫率低（60%左右），造价较低原料为工业废碱及烧碱，需要临近有废碱液排放的工厂，中和后，废水需排入污水厂进行处理。烟气脱硫的技术及装置虽然日臻完善，但在大多数国家，尤其是在能源结构中煤炭占较大比例的国家中，其推广和普及却举步唯艰，拿我国来说，近20年来花巨资引进的技术和装置难以推广，巨额的投资和高昂的运行费用使企业背上了沉重的负担，难以承受。所以说具有真正推广普及意义的技术和装置还有待于继续研究和开发。在现在国际国内市场竞争异常激烈的条件下，要研究开发一种新的技术和设备装置，使其能大规模普及应用，应具备以下几个特征：（1）原料（中和剂）廉价易得，脱硫率高。（2）工程投资和运行费用要低到应用企业能承担得了。（3）工艺流程简单，运行可靠，易于调控且对锅炉正常运行无不良影响。（4）对各种含硫煤（油）具有较好的适应性。（5）不造成二次污染，诸如水污染、粉尘、噪声等。二、推理分析（1）原料（中和剂）随着市场经济的发展和社会的进步，原来意义上的百年老店越来越少，每年都有大量的新兴产业掘起，每年都有大量的老产业退出市场。烟气脱硫项目一般都需要投入大量资金，如果原料和工艺依赖于临近的工厂（如合成氨、化肥、废碱排放等），那么这个项目很可能由于这些工厂的关停并转而中途停止运转，使该项目投资得不到应有的经济和社会效益。所以以石灰石、石灰为中和剂的烟气脱硫技术为大多数业内专家所认同。以石灰为中和剂成本高于石灰石，且需要设备、构筑物及监测设备较多；使用石灰石成本低且反应易于控制，是最具实用性的中和剂。传统的“石灰石石膏法烟气脱硫”需要将石灰石粉磨至200300目，这样就需要建一座粉磨站，既增加投资，又造成了一定程度的“噪声”和“粉尘”污染，且其产物与反应物混合在一起，造成钙硫比的提高，增加了运行费用。如果采用脱硫脱硝除尘一体化技术，即可实现脱硫脱硝除尘同时在一个装置内完成，具有设备简单、投资小、运行费用低，大幅度提高经济效益。（2）产物湿法脱硫，脱硫率最高（可达90%以上），中和产物有两种，硫酸钙CaSO4和亚硫酸钙CaSO3，通常是两种物质的混和物，中和产物被完全再利用的可能性不大，如果亚硫酸钙（CaSO3）一但进入水体，由于它具有很强的还原性，会迅速耗尽水中的溶解氧，使水中鱼类大量死亡，甚至灭绝，因为它溶解速度很慢，其污染物会在很长时间内存在，严重破坏水体生态环境，所以中和产物中不含亚硫酸钙（CaSO3）最为安全，既可再利用创造价值也可安全排放。（3）钙硫比钙硫比（Ca/S）是决定运行费用的重要因素，Ca/S=1是经济运行的极限状态，也就是说哪种脱硫工艺Ca/S实现或接近1，那么它就可能实现真正意义的经济运行。目前的湿法脱硫，剩余反应物与脱硫产物混合在一起被排除掉无法分离，所以很难实现理想的Ca/S, 如果反应物以颗粒状态存在，解决这个问题，实现理想的Ca/S较为容易，而且设备和资金投入也随之减少，有利于实现真正意义的经济运行。三、理想模型综上所述，最理想的烟气脱硫工艺应该是： （1）湿法脱硫（脱硫率可达90%以上）。（2）中和剂为石灰石。（3）钙硫比（Ca/S）为1。（4）产物为硫酸钙且不含亚硫酸钙杂质。（5）投资少，工艺简单，运行费用低廉，无二次污染。（6）控制参数少，测控设备成熟，可实现全线自动控制。（7）运行中的中间循环物质由锅炉及电厂废液补充，对周边企业无依赖性。（8）充分吸收与利用烟气余热。这个理想的模型如果能够实现，很可能成为烟气脱硫技术中最为理想的运行模式，它的推广和应用可以创造巨大的市场机会和社会价值，但要真正实现这种理想模式却很难，主要原因是： (1)石灰石颗粒要迅速溶解，PH值必须小于4，但PH值小于4时CaCO3的溶解物对SO2几乎不吸收。(2)SO2溶于水生成的H2SO3及被氧化生成的H2SO4，与石灰石颗粒反应后生成的CaSO3和CaSO4会附着在石灰石颗粒的表面，而且越反应堆积越多，使反应很难继续进行下去。（3）CaSO4与CaSO3同为吸收产物，使CaSO4析出且不产生CaSO3是比较困难的。可以说这3个问题是“石灰石法”脱硫的真正的难以愈越的天险，能否解决这3个问题是这个工艺能否达到预定目标及其装置能否稳定运行的关键。 四、循环架桥理论既然是天险就应该架起一座桥梁把它愈越过去，经研究发现脱硫脱硝除尘一体化技术具有架桥作用。脱硫脱硝除尘一体化技术，系环保技术领域烟气净化技术。它是通过烟水混合器利用二次喷射原理把烟吸入水中，在均匀溶解器中将烟气和水进行充分地均匀地混合和溶解，从而使烟气中的飞灰和颗粒被水吸湿而沉淀，有害气体溶于水中，利用化学方法清除烟气中的SO2、NOX和粉尘。这种方法是通过附图所示的工作原理图来实现的。它的除尘效率100%；脱硫效率98%；脱销效率90%以上。它的烟气混合器同时又是一台引风机。它适用于燃煤(汽、油)锅炉及各种工业窑炉等的烟气净化技术工程。系统结构简单，成本低，性能价格比高，节能，耐高温，寿命长。图1 工作原理图系统的技术特征简介1)结构简单设备少（如图1）烟水混合器：由水喷管和拉法尔喷管组成，构成二级喷射机构。用于把烟气吸入水中。均匀溶解器：是一种洗烟设备，用于把烟全部溶于弱碱水中，灰尘被水弄湿而变重，有害气体和碱起化学反应生成盐。水泵：动力设备。水池：上水池，沉淀池和下水放气池。2)适合于多种工艺流程（详细见附件）废物丢弃法：适用于各种规格的燃煤（油、气）锅炉；燃煤中含硫量小；采用脱硫脱硝除尘一体化工艺流程。石灰、石灰石作脱硫剂。回收石膏法：适用于各种规格的燃煤（油、气）锅炉，燃煤中含硫量大；采用脱硫脱硝除尘一体化工艺流程。石灰作脱硫剂。回收化肥法：适用于各种规格的燃煤（油、气）锅炉，燃煤中含硫量大；采用脱硫脱硝除尘一体化工艺流程。气氨、氨水或固体碳酸氢铵作吸收剂。除尘效率100%；脱硫效率97%；脱硝效率90%以上。适用于炼钢厂、水泥厂等工业窑炉。耐高温寿命长。3）防腐措施溶液配置：溶液配置成呈碱性，避免酸存在于溶液中。如图1所示，稀碱溶液连续均匀地加入到上水池循环液中，使其PH值保持在8-9之间，在均匀溶解器中碱溶液中的碱和烟气中的SO2等酸性氧化物反应生成盐。在沉淀池中溶液的PH值保持在7-8之间。溶液保持弱碱性，腐蚀性最小。选择耐酸耐碱材料：不锈钢、陶瓷、耐火材料等耐磨耐酸碱材料。对溶液的PH值自动进行监控监测。4）废物排除系统沉淀池设计成圆形，底部成漏斗形，安装沉淀物收集器使浓度大的浆液集中在漏斗中，用泥浆泵抽出。泥浆中的废水澄清后循环使用。丢弃物用于建筑材料，石膏用于工业，肥料用于农业。五、石膏法工作原理图前级用于干法除尘器（如电除尘器等）除去90%的粉尘，便于回收再用，后级采用脱硫脱硝除尘一体化技术（本方案），除尘效率100%；脱硫效率97%,脱硝效率90%以上，并将SO2转化为石膏。1、石膏法的工艺流程图2、化学反应方程式如下Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O2CaSO3+O2=2CaSO4CaSO3+1/2H2O=CaSO31/2H20CaSO4+2H2O=CaSO42H2OCaSO31/2H20+O2+2H2O=2CaSO42H2ONO+NO2+H2O+O2=2HNO3Ca(OH)2+2HNO3=Ca(NO3)2+H2O六、回收化肥法(氨-亚硫酸铵法)适用范围适用于各种规格的燃煤（油、气）锅炉；燃煤中含硫量大；采用脱硫脱硝除尘一体化，除尘器效率100%；脱硫效率98%；脱销效率90%工艺流程。气氨、氨水或固体碳酸氢铵作吸收剂。工艺流程图1、固体碳酸氢铵作为氨源的工艺流程图如下：2、氨水作为氨源的工艺流程图如下：3、脱硫工艺流程说明化学反应方程式如下：2NH4HCO3+SO2=(NH4)2SO3+H2O+2CO2 (A)(NH4)2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3 (B)吸收过程以（B）式为主，而2NH4HSO3在产生过程中只是补入吸收系统使部分2NH4HSO3再生为(NH4)2SO3，以保持循环吸收液碱度（SO2/NH3）基本不变。若烟气中有氧，则(NH4)2SO3+O2/2=(NH4)2SO4。通常烟气中含有少量SO3，则有：NH4HCO3+SO2+H2O=(NH4)2SO4+ NH4HSO3。NH4HSO3呈酸性。需加固体碳酸氢铵中和后，使NH4HSO3转变为(NH4)2SO4；NH4HSO3+ NH4HCO3= NH4HSO3H2O+CO2 （C）（C）式为吸热反应，溶液不经冷却即可降到0左右。由于(NH4)2SO3比NH4HSO3在水中的溶解度大，则溶液中NH4HSO3H2O过饱和结晶析出，将此溶液经离心分离可制得固体亚铁。七、脱销工艺流程说明1、何为脱硝？所谓脱硝，指的是除去烟气中的NOX，NOX主要是NO和NO2组成，而NO含量占90%以上。要除去烟气中的NO和NO2，就必须研究NO和NO2的性质。NO是一种惰性氧化物，它虽然溶于水，但不能生成氮的含氧酸。在0时，一体积水可溶解0.07体积的NO。NO最特殊的化学性质是加合作用，在常温下能与空气中的氧化合，生成红棕色的NO2。NO是不稳定的，和O2相遇，能使O2分裂成氧原子，并和其中的一个氧原子结合成NO2。NO2是红棕色有特殊臭味的气体，在-10左右聚合成N2O4，在120时N2O4全部分解成NO2，温度再高NO2开始分解成NO和O2。NO2是一种强氧化剂，它能把SO2氧化成SO3。NO2溶于水生成硝酸和亚硝酸。NO2的毒性是NO的5倍。NO和NO2是怎样产生的呢？一般情况下N2和O2不发生化合反应。氮氧化合物是在空气中放电时或在高温燃烧过程中产生的，首先生成NO，然后由NO氧化成NO2。在高温燃烧过程中空气中的氮和燃料中的氮化物等不可能燃烧的物质与氧起化学反应，首先形成NO，随后它的一部分在烟道内与氧化合形成NO2,大部分的NO从烟囱中排入大气，并与大气中的氧结合成NO2。而未被氧化成NO2的NO就在大气中与NO2共存下来。在燃烧过程中燃烧气体温度越高，过剩空气越多，形成NO量就越多。即在燃烧效率越高的情况下，NO越容易生成。这种燃烧方式生成的NOX中NO占90%以上，NO2较少。按照常用的燃烧方式。煤的燃烧物中NOX的含量为500-1500ppm。2、湿法脱硝脱硝方法分为干法和湿法两种。干法脱硝效率在80%左右，且成本较高。这里采用湿法脱硝。NO2溶于水生成硝酸和NO：3NO2+H2O=2HNO3+NO当氧气足够时：4NO2+O2+2H2O=4HNO3NO虽然溶于水，但不能生成氮的含氧酸。在0时，一体积水可溶解0.07体积的NO。NO难溶于水成为脱硝的难点。但在“脱硫脱硝除尘一体化技术”中有足够的水使NO溶于水中，有关研究表明当水溶液中硝酸含量12%时，NO的溶解度比在纯水中大100倍，即一体积水能溶解7体积的NO。设烟气开始溶于水中时水是纯净，首先是NO2溶于水中生成HNO3，如果NO2在水中不被还原，按照“脱硫脱硝除尘一体化技术”中烟水的比例计算，2小时44分钟后，水溶液中硝酸的含量将为12%左右。因此可以说NO溶于水中是不成问题的。NO和NO2既然都已溶于水中。采用还原法将它们还原成N2气。还原法使用的还原剂为(NH4)2SO3和NH4HSO3，它们正是氨法脱硫工艺中的产物。还原剂就已在溶液中，脱硝就已经在均匀溶解器中悄悄地进行着。因为NOX在烟气中的数量都很小，还原剂(NH4)2SO3和NH4HSO3的数量是足够的。如果NOX的数量不能全部被还原，剩余的部分将变成NH4NO3被留在溶液中和(NH4)2SO4一起被从溶液中分离出来做为化肥。它们化学反应方程式为：2NO+O2=2NO2+27千卡NO+NO2+H2O=4HNO2NO2+2H2O=HNO2+HNO34NO2+O2+2H2O=4HNO3NH3+HNO3=NH4NO3NH3+HNO2=N2+2H2ONH4OH+HNO3=NH4NO3+H2ONH4OH+HNO2=N2+3H2ONO+NO2+3(NH4)2SO3=N2+3(NH4)2SO4NO+NO2+3NH4HSO3=N2+3NH4HSO44NO2+H2O+3(NH4)2SO3=N2+3（NH4）2SO4+2HNO34NO2+H2O+3NH4HSO3=N2+3NH4HSO4