（环境科学专业论文）微波还原烟气脱硫脱硝的试验研究.pdf

微波还原烟气脱硫脱硝的试验研究 摘要 净化效率基本一致；s 0 2 的存在并不影响微波碳铵还原脱硝的效果。 微波碳铵、尿素还原脱硝适宜的微波功率和气体流量为分别2 5 9 2 8 0 w 和 0 4 0 5 m 3 h ，微波碳铵同时脱硫脱硝适宜的微波功率和气体流量分别为2 5 9 w 和 0 4 3 0 5 m 3 h 。入口s 0 2 、n o ；浓度的变化对微波脱硫脱硝效率影响不大。 微波还原烟气脱硝机理为微波诱导催化作用使碳铵、尿素分解产生的n 飓、 n h 2 与烟气中的n o 。发生还原反应，生成n 2 和h 2 0 ；微波碳铵同时脱硫脱硝机 理为微波诱导催化作用使碳铵分解产生的n h 3 与烟气中的n o 。、s 0 2 发生还原反 应，生成n 2 、单质硫和h 2 0 。微波还原脱硫脱硝反应的温度明昆低于 s c r ( 2 5 0 4 0 0 ) 和s n c r ( 9 0 0 一1 1 0 0 。c ) 。 关键词：烟气，微波还原脱硝，微波同时脱硫脱硝 i i 微波还原烟气脱硫脱硝的试验研究 摘要 t i t l e ：t h ee x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho nm i c r o w a v er e d u c e dd e s u l f u r i z a t i o na n d d e n i t r i f i c a t i o no ff i u eg a s m q j o r ：e n v i r o n m e n ts c i e n c e n a m e ：l i nz h e h a n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rq i ur o n g l i a n g d o c t o rw 就z a i s h a n a b s t r a c t s u l f u rd i o x i d e ( s 0 2 ) a n dn i t r o g e no x i d e s 世0 x ) a r et h em a i nc a u s e so fa c i dr a i n a n dp h o t o c h e m i c a ls m o g c o a lc o m b u s t i o np r o d u c e sa b o u t2 4m i l l i o nt o n ss 0 2a n d 7 7m i l l i o nt o n sn o xp e ry e a ri nc h i n at h a tl e a d st ol o s sa s s e s s e da tm o r et h a n1 1 0 0 b i l l i o nr m b n e wp o l l u t i o nc h a r g e sp o l i c yf u r t h e ra p p e a l st od e s u l f u r i z a t i o na n d d e n i t r i f i c a t i o no ff l u eg a s d e s u l f u r i z a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o no ff l u eg a sb e c o m e st h e c u r r e n th o ts t u d ys p o t t h e r e f o r e ，c o n s i d e r i n gt h ee c o n o m i ca n dt e c h n i c a ll e v e l so f o u rc o u n t r y , i ti so fi m p o r t a n te n v i r o n m e n t a ls i g n i f i c a n c ea n de c o n o m i cb e n e f i tt o i n v e s t i g a t ea n de x p l o r ean e wt e c h n o l o g yo fd e s u l f u r i z a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o nt h a t m a y d e c r e a s ei n v e s t m e n te x p e n s ea n ds i m p l i l y i n gt e c h n i c sf l o w e x p e r i m e n t a lr e s e a r c hh a sb e e nd o n eo nm i c r o w a v ea m m o n i u mb i c a r b o n a t e ， u r e a ，a m m o n i ar e d u c e dd e n i t r i f i e a t i o na n dm i c r o w a v ea m m o n i u mb i c a r b o n a t e s i m u l t a n e o u sd e s u l f u r i z a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o nw i t hh i 曲o x y g e nc o n c e n t r a t i o n ( 1 4 1 9 、a n da tl o wt e m p e r a t u r e ( 8 0 - 1 2 0 。c ) s t a t e i ti sc o n c l u d e dt h a tm i c r o w a v e d e s u l f u r i z a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o na r ef a s ta n de f f i c i e n t ；a m m o n i u mb i c a r b o n a t e ，u r e a ， a m m o n i aw i t hm i c r o w a v ec a nr e d u c en o xe f f i c i e n t l yf r o mf l u eg a s ，n o xr e m o v a l e f f i c i e n c y c a r lr e a c h9 6 7 a n dt h ee f f e c to fr e d u c e dd e n i t r i f i c a t i o ni s ： a m m o n i a a m m o n i a mb i c a r b o n a t e u r e a ；m i c r o w a v ea m m o n i u mb i c a r b o n a t e r e d u c t i o nc a ne f f i c i e n t l yr e m o v es 0 2a n dn o xs i m u l t a n e o u s l yf r o mf l u eg a s ，s 0 2a n d n o xr e m o v a le f f i c i e n c yc a na c h i e v e9 5 4 5 a n d9 2 5 r e s p e c t i v e l y 微波还原烟气脱硫脱硝的试验研究 m i c r o w a v er e d u c e dd e n i t r i f i c a t i o ne f f i c i e n c yw i t ha m m o n i u mb i c a r b o n a t eo r u r e aa n dg a az e o l i t e sb o t hi so b v i o u s l yh i g h e rt h a nt h a tw i t ha m m o n i u mb i c a r b o n a t e o ru r e ao rg a az e o l i t e ss i n g l y o n l yg a az e o l i t e sh a sn oe f f e c to nd e n i t r i f i c a t i o n w i t h o u tg a az e o l i t e s ，t h eb e s tn o kr e m o v a le f f i c i e n c yo fm i c r o w a v ea m m o n i u m b i c a r b o n a t ea n du r e ar e d u c e dd e n i t r i f i c a t i o ni sj u s t1 1 1 a n d1 3 r e s p e c t i v e l y , t h e b e s tn o ；r e m o v a li sj u s t9 6 m g ha n d1 3 m g hr e s p e c t i v e l y w h i l e 研t hg a - az e o l i t e s ， t h eb e s tn o xr e m o v a le f f i c i e n c ya c h i e v e s9 5 4 5 a n d9 2 5 r e s p e c t i v e l ya n dt h eb e s t n o 。r e m o v a la c h i e v e s8 5 4 m g ha n d7 2 m g hr e s p e c t i v e l y m i c r o w a v er e d u c e dd e n i t r i f i c a t i o ne f f i c i e n c yw i t ha m m o n i u mb i c a r b o n a t ea n d g a az e o l i t e sb o t hi so b v i o u s l yh i g h e rt h a nt h a tw i t ha m m o n i u mb i c a r b o n a t eo rg a 。a z e o l i t e ss i n g l y o r d ya m m o n i u mb i c a r b o n a t eh a s n oe f f e c to nm i c r o w a v e d e s u l f u r i z a t i o n b u tw h e nu s i n ga m m o n i u mb i c a r b o n a t et o g e t h e rw i t hg a az e o l i t e s t od e s u l f u r a t ea n dd e n i t r i f ys i m u l t a n e o u s l y , t h eb e s ts 0 2a n dn o xr e m o v a le f f i c i e n c y r e a c h e s8 4 2 a n d8 2 6 7 r e s p e c t i v e l y , a n dt h eb e s ts 0 2a n dn o xr e m o v a lr e a c h e s 6 9 3 m g ha n d8 4 m g hr e s p e c t i v e l y r e m o v a le f f i c i e n c yo fs 0 2 i sa l m o s tt h es a m ea s t h a to fn o xw i t hd i f f e r e n tm i c r o w a v e ，a n de x i s t e n c eo fs 0 2d o e sn o ta f f e c tt h ee f f e c t o fm i c r o w a v ea m m o n i u mb i c a r b o n a t er e d u c e dd e n i t r i f i c a t i o n t h eo p t i m u mm i c r o w a v ea n df l o wo ff l u eg a sa r e2 5 9 2 8 0 wa n d0 4 0 5m 。h r e s p e c t i v e l yf o rm i c r o w a v ea m m o n i u mb i c a r b o n a t eo ru r e ar e d u c e dd e n i t r i f i c a t i o n ， w h i l ef o rm i c r o w a v ea n a l n o n i u mb i c a r b o n a t es i m u l t a n e o u sd e s u l f u r i z a t i o na n d d e n i t r i f i c a t i o n t h eo p t i m u mo n ea r e2 5 9 wa n d0 4 3 0 5m 3 hr e s p e c t i v e l y v a r i e t yo f i n l e ts 0 2a n dn o xc o n c e n t r a t i o n sh a v el i t t l ei m p a c to nm i c r o w a v ed e s u l f u r i z a t i o na n d d e n i t r i c a t i o n m e c h a n i s mo fm i c r o w a v er e d u c e dd e n i t r i f i c a t i o ni st h a tm i c r o w a v er e d u c e d c a t a l y s i sa c t i v a t e sr e d u c t i o no fn h 3 、n h 2d e c o m p o s e db ya m m o n i u mb i c a r b o n a t eo r u r e aw i t hn o xf r o mf l u eg a s ，w h i c hp r o d u c e sn 2a n dh 2 0 ；m e c h a n i s mo fm i c r o w a v e a m m o n i u mb i c a r b o n a t es i m u l t a n e o u sd e s u l f u r i z a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o ni st h a t m i c r o w a v er e d u c e dc a t a l y s i sa c t i v a t e sr e d u c t i o no fn h 3d e c o m p o s e db ya m m o n i u m b i c a r b o n a t ew i t hs 0 2a n dn o x ，w h i c hp r o d u c e sn 2 、sa n dh 2 0 r e a c t i o nt e m p e r a t u r e i v 微波还原烟气脱硫脱硝的试验研究摘要 o fm i c r o w a v er e d u c e dd e s u l f u r i z a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o ni s8 0 1 2 0 ，w h i c hi s o b v i o u s l yl o w e rt h a ns c r ( 2 5 0 - 4 0 0 ) a n ds n c r ( 9 0 0 一l 1 0 0 。c ) k e yw o r d s ：f l u eg a s 、m i c r o w a v er e d u c e dd e n i t r i f i c a t i o n 、m i c r o w a v es i m u l t a n e o u s d e s u l f u r i z a t i o na n dd e n i t “f i c a t i o n v 微波还原烟气脱硫脱硝的试验研究 第1 章概述 第1 章概述 1 1 研究的目的及意义 s 0 2 和n o ，是大气中的主要的气态污染物，能引起人体中毒、植物损害， 是形成酸雨的主要根源。其中，由于燃煤而排放出来的s 0 2 、颗粒物以及s 0 2 氧化所形成的硫酸盐颗粒物在适合的气象条件下可形成硫酸型烟雾：而n o 。与 碳氢化合物在大气温度较低且有强的阳光照射条件下会反应生成0 3 、醛、p a n 、 h 2 0 2 等二次污染物，形成光化学烟雾，造成臭氧层的破坏【1 】o 由于我国拥有丰 富的煤炭资源j + 蕴藏量达6 0 0 0 亿吨，在相当长的一段时期内煤将柞为我国主要 能源。目前，我国燃煤取得的能量达到总能源总量的7 5 以上，s 0 2 及n o 。的 污染9 0 来自煤的燃烧，全国煤产量每年超过1 1 亿盹【2 】 我国s 0 2 和n o 。每年 排放量分别约2 4 0 0 万吨和7 7 0 万吨，而由此造成的损失约1 1 0 0 亿元，约占国 民生产总值的7 - 8 i 。美国宇航局资助的c h i n a m a p 项目通过p a i n s - a s i a 模式检测了中国2 9 个地区的污染物排放情况，结果表明，如果不加以排放控制， 预计到2 0 2 0 年s 0 2 的排放量将增加到约6 0 7 0 万吨，n o ，的排放将增加到 2 6 0 0 2 9 7 0 万吨【4 】。因此，对我国燃煤烟气进行脱硫脱硝能够促进经济发展、减 轻环境污染，而对于我国酸雨污染危害的地区更是刻不容缓、亟待鳃决的。 我国政府和环保部门非常重视s 0 2 和n o 。的排放，鉴于s 0 2 和n o ；污染程 度的只趋严重，国务院颁布了排污费征收使用管理条例并制定排污费征 收标准管理办法，自2 0 0 3 年7 月1 日起执行，对s 0 2 及n o x 的排污费征收有 明确的规定。新的排污费征收政策加强了对企业生产污染物排放的控制，对我 国烟气的脱硫脱硝提出了新的要求，使烟气的脱硫脱硝成为当前的研究热点。 目前工业上采用的烟气脱硫( 如f g d ) 和烟气脱硝( 如选择性催化还原脱 硝s c r ) 都为独立的工艺过程，用其治理s 0 2 、n 0 。污染废气，将面临投资费 用高、占地面积大而且运行管理不方便的问题。因此，国内外都把联合脱硫脱 硝技术作为s 0 2 和n o x 污染治理的主要方向之一。目前国外研究的主要的联合 脱 微波还原烟气脱硫脱硝的试验研究 第1 章概述 硫脱硝技术有s n o x t m 技术、s o x n o x r o x b o x t m 技术、电子束净化工艺、 脉冲电晕法和活性炭脱硫脱硝工艺等，但这些工艺、技术或者投资运行费用高， 或者能耗多，或者副产品处理利用困难，而且在我国起步晚，就整体水乎而言， 缺少成套技术，设备可靠性差，自动化程度低，工艺设计尚未达到优化1 5 】。在我 国试验运行的同时脱硫脱硝技术，如京丰热电地区和成都热电厂进行的电子束 氨法烟气脱硫脱硝高技术产业化示范工程等，联合脱硫脱硝效果一般不理 想【6 7 10 因此，有必要结合我国的经济、技术水平，研究开发出投资运行费用低、 t 艺技术流程简单的新的脱硫脱硝技术。 微波技术在2 0 世纪8 0 年代得到迅速的发展，研究应用扩展到工业、食品、 农业、医药、石油化工而成为门新兴的交叉学科微波化学于技术，在广泛 的实际应用中显示出强大的生命力。近年来，微波技术已被引入到环境科学与工 程学科领域，在污染物治理工程、环境监测与分析、清洁生产与绿色工艺等研究 方向上取得了成功。出于微波反应具有快速高效、简化操作程序、省时节能、成 本低的特点，本研究利用微波的加热特性和诱导催化作用进行脱硫脱硝，可能成 为我国治理s 0 2 和n o 。污染的新出路。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 烟气脱硫脱硝现状 1 2 1 1 烟气脱硫现状 s o ；生成主要源于三种过程，即：燃烧过程、工业过程及天然形成。燃烧产 生的s o x 起源于燃料中的硫，特别是其中的可燃硫，可燃硫在燃烧过程中向s o ， 转化率几乎是1 0 0 。s o ；主要以s 0 2 为主，s 0 3 生成是少量的。s 0 2 污染控制技 术按过程分为三类：原料脱硫、燃烧脱硫和烟气脱硫【8 】o 这罩要介绍的是烟气脱 硫( f g d ) 。烟气脱硫技术可分为：湿式f g d 、干式f g d 及半干式f g d ( 见图1 1 ) 。 f 面介绍几种主要的烟气脱硫技术。 ( 1 ) 湿式石灰石f g d 技术 湿式石灰石f g d 技术是世界上s 0 2 污染控制技术中应用最广泛的一种。在世 2 微波还原烟气脱硫脱硝的试验研究 第1 章概述 界范罔内，采用湿式f g d 技术的为8 6 8 ，而在湿式f g d 中采用石灰石工艺占 烟一硼兑 图i - i 烟气) i ：奶, 6 f g d 技术 9 3 2 【9 j 0 其工业原理是以石灰石制浆吸收烟气中的s 0 2 生成亚硫酸钙，而后在吸 收塔浆罐内与鼓入的空气氧化生成二水石膏【1 0 l 。 湿式石灰石f g d 技术脱硫率高，可达9 5 。传统的湿式石灰石f g d 石灰石抛 弃技术一次性投资和运行成本都高，脱硫产生的副产品无法进行再利用，且占用 十分紧缺的土地资耐l 。湿式石灰磊f g d 石灰石回收技术如千代田法( c t - 1 2 1 ) 采用独特的鼓泡反应器来替代传统的湿式脱硫洗涤塔，整个脱硫和石膏结晶过程 在一个反应器内完成。与传统湿法相比，改，i = 艺在机械和工艺方面都较简单，投 资和运行费用也有所减少，脱硫副产品石膏的质量完全满足墙板和水泥拌料的要 求1 1 ”。 ( 2 ) 半干式一旋转干燥喷雾f g d 技术 半干式一旋转干燥喷雾f g d 技术以石灰为吸收剂，预先浆化的石灰经吸收塔 顶的雾化器雾化成很小的雾滴后，在于二燥塔内与烟气接触，并与烟气中的s 0 2 发 生反应，综合脱硫率为7 0 7 5 ，但设备占地面积少，动力消耗相对于湿式石灰 微波还原烟气脱硫脱硝的试验研究 第1 章概述 石f g d 法较低【”1 。 r 3 、海水脱硫 海水烟气脱硫是今年来发展起来的一项新技术。海水通过脱硫装置，吸收烟 气中的：氧化硫，再经空气氧化，最后排放到大海罩。海水脱除烟气中s 0 2 的反应 如下： 2 s 0 2 + 2 h 2 0 + 0 2 - - ： 2 s 0 4 。一+ 4 h + ( 1 - 1 ) h c 0 3 一+ h + 一c 0 2 + h 2 0( 1 2 ) 海水脱硫利用海水的自然碱度( 约为1 2 2 5 m m o l l ) ，脱硫工艺产生的硫酸根完 全溶解后返回大海，无固体生成物，且工艺需要的设备少，运行简单。挪威a b b 公司的海水脱硫工艺已在挪威和国外建成2 0 多套装置i ”j 。在我国深圳西部电厂 和福建漳州后石电厂也已有示范工程装置。 1 2 1 2 烟气脱硝现状 我困大型电站绝大部分是常规的燃煤电站，而n o 。是燃煤电r1 排放的主要 污染物之一。工业上主要采用低n o 。燃烧技术或烟气脱除的方式对n o 。其迸行 控制。各种低n o x 燃烧技术是降低燃煤锅炉n o 。排放值最主要亦较经济的技术， 但一般只降低排放5 0 左右，故应考虑燃烧后的烟气脱硝处理技术。目前，烟气 脱硝技术主要有选择性催化还原脱硝( s c r ) 、选择性非催化还原脱硝( s n c r ) 、 固体吸附法、电子束照射法和脉冲电晕法等。其中，固体吸附法、电子束照射法 和脉冲电晕法主要应用在同时脱硫脱硝技术方面，将在后文介绍。 ( 1 ) 选择性催化还原脱硝( s c r ) s c r 脱硝法是将氨气( n h 3 ) 注入烟道与烟气混合，n h 3 在催化剂条件下能 在较低温度选择n o ；发生化学反应生成氮气和水，从而使烟气中n o x 含量降低， 对于燃烧过程，氮氧化物9 5 以上是n o ，其化学反应如下： 4 n o + 4 n h 3 + 0 2 堂丝+ 4 n 2 + 6 h 2 0 ( 1 3 ) 6 n o + 4 n h 3 焦 型一5 n 2 + 6 h 2 0 ( 1 4 ) 对燃烧过程中少量n 0 2 ，其化学反应为： 6 n 0 2 + 8 n h a 焦丝型一7 n 2 + 1 2 1 4 2 0 ( 1 5 ) 4 微波还原烟气脱硫脱硝的试验研究 第1 章概述 2 n 0 2 + 4 n h 3 + 0 2 丝坐i l - 3 n 2 + 6 h 2 0( 1 - 6 ) 加氨系统有两类，一类是无水加氨系统，另一类是有水加氨系统。常用的催化剂 是氧化钛、氧化铁、沸石和活性炭等，最常用的催化剂是t i 0 2 ( 约9 5 ) ) j h t 活性物质( v 2 0 5 、w 0 3 等) ，通常制成栅格状或片状【1 4 】。催化剂因烟气性质不同 而异f 1 5 】。 s c r 法对n o 。的脱除率高，被认为是最好的固定源脱硝技术，但投资和操作 费用大，且n h 3 易泄漏造成二次污染【埘。在n i l 3 的催化降解中，小颗粒烟灰易堵 塞催化剂，使催化周期缩短。烟气中的氧气对n h 3 还原n o 。不利。s c r 对中、高 硫煤的适应性差，因为烟气中硫组分可降低催化剂寿命【1 6 1 。 f 2 ) 选择性非催化还原脱硝( s n c r ) 研究表明，在9 0 0 1 1 0 0 温度范围内，在无催化剂的作用下，氨或尿素等氨基 还原剂可选择性地把烟气中的n o x 还原为n 2 和h 2 0 ，基本上不与烟气中的氧气作 用，据此发展了s n c r 法。其主要反应为： 氨( n h 3 ) 为还原剂时： 4 n h 3 + 6 n o - - - , , 5 n 2 + 6 h 2 0 ( 1 7 ) 尿素( ( n h 2 ) z c o ) 为还原剂时： ( n h 2 ) 2 c o 一2 n h 2 + c o( 1 8 ) n h 2 + n o n 2 + h 2 0 ( 1 9 ) 2 c o + 2 n o _ n 2 + 2 c 0 2f 1 1 0 ) 实验表明，当温度超过1 1 0 0 ( 2 时，n h 3 会被氧化成n o ，反而造成n o 。排放 浓度增大。其反应为： 4 n h 3 + 5 0 2 - - - 1 4 n o + 6 h 2 0( 1 - 1 1 ) 而温度低于9 0 0 c 时， 反应不完全，氨逃逸率高，造成新的污染。可见温 度过高或过低都不利于对污染物排放的控制m 。 s n c r i 艺投资成本和运行成本与其它烟气脱硝技术相比较低，适合于对 中小型锅炉的改造。但氨的利用率不高，容易形成过量的氨逃逸，造成二次污染。 而且在反应过程中会形成n 2 0 。对温度控制在9 0 0 - 1 1 0 0 。c 范围内也是应用s n c r 工艺所必须解决的问题m1 ”。 此外，还有湿法的烟气脱硝，先用氧化剂( 如次氯酸钠、高锰酸钾、臭氧等) 微波还原烟气脱硫脱硝的试验研究第1 章概述 将难溶的n o 氧化为易于被吸收的n 0 2 ，再用液体吸收剂( 如稀硝酸、碱性液 体等) 吸收，脱除率较高，但要消耗大量的氧化剂和吸收剂，吸收产物造成二 次污染，并且运转费用高“l 。 1 2 1 3 烟气同时脱硫脱硝现状 o ) s n o x l m 烟气经布袋除尘器后，进入n o x 催化反应器，在有氨的条件f ，n o x 被催 化还原成氨气和水，然后进入第二级催化反应器，s 0 2 被催化氧化成s 0 3 ，并与 水生成硫酸。s n o x t m 技术脱硫脱硝效果高，脱硫反应器位于脱硝反应器之后， 泄漏的微量氨气在脱硫阶段可得到充分利用，基本无二次污染，但投资与运行 费用较高 1 0 , 1 2 , t 9 , 2 0 l 。 ( 2 ) s o x n o x r o x b o x t m 烟气中的s o z 通过在布袋除尘器前的烟道内喷入钙基或钠基脱硫剂并利用 句袋外表的过滤层脱除；n o x 的脱除通过向烟道内喷入氨气，然后由布袋内部 s c r 来实现。该工艺利用高温布袋除尘器在一台设备上达到同时脱硫、脱硝、 除尘的目的，脱硫、脱硝、除尘能自由组合，但投资费用较高，且存在固体物 质的处理问题f 1 0 , i 2 l 。 ( 3 1 电子束照射法 用电子束照射烟气，使生成强氧化性o h 基、o 原子和n 0 2 ，这些强氧化 基团氧化烟气中的二氧化硫和氮氧化物，生成硫酸和硝酸，加入氨气，则生成 硫硝铵复合盐。电子束工艺过程简单、操作方便，脱硫脱硝的效率高，无二次 污染，产生的铵复合盐可作肥料使用：但能耗大，运行费用较高，关键设备电子 加速器和电予反应器的技术含量高，必须考虑x 射线的防护，且产生氨的：次 污染问题1 1 0 , 1 2 0 0 纠。 ( 4 ) 脉冲电晕法 脉冲电晕放电法是2 0 世纪8 0 年代中后期从电子束照射法发展而束，其机 理与电子束照射法基本相同。脉冲电晕法是利用快速上升的窄脉冲电场加速而 得到高能电子形成非平衡等离子体状态，产生大量的活性粒子。与电子束相比， 由于脉冲电晕只提高电子温度，而不提高离子温度，能量效率比电子束照射法 高两倍。脉冲电晕等离子体法设备简单、操作简便，投资较电子束照射法低4 0 。 6 微波还原炯气脱硫脱硝的试验研究 第1 章概述 但该法起步晚，尚处于开发阶段，且能耗问题未得到很好解决阳2 1 。 f 5 1 固体吸附再生法 这类技术利用可以吸附循环的固体吸附剂来吸附废气中的s 0 2 和n o 。，然后 在不同的条件下把s 0 2 和n o 。分别脱附出来再行转化。所用的吸附剂很多，如活 性炭、活性氧化铝或者分子筛为载体负载氧化铜、氧化钠等的吸附剂。s 0 2 在这 些吸附剂卜以硫酸盐形式存在于吸附剂上，然后在再生期间用还原气体还原生成 较高浓度的s 0 2 或以s 0 2 、h 2 s 混合物的形式存在。n o 。最终被还原成n 2 。 活性炭吸附法 蚁 、一一j 再生培 图卜2 活性炭吸附法工艺流程图【2 3 】 利用活性炭对s 0 2 的吸附作用进行催化氧化，对于n o 。则在吸附脱硫系统 中加入氨进行s c r 。由于活性焦循环利用对s 0 2 的吸附能力的降低没有活性炭 明显，以活性焦取代活性炭可取得良好效果。活性炭脱硫脱硝运行管理费用低， 无：一次污染，但一次脱硫脱硝效果不高，长期使用后，活性炭会因磨损和微孔堵 塞而丧失活性，因此，改进炭材料得生产工艺并加快新型炭材料得研发是该工艺 得关键【1 0 , 2 0 , 2 4 , 2 5 。 n o x s o 法【2 3 , 2 6 l 微波还原烟气脱硫脱硝的试验研究 第1 章概述 图1 3i 、1 0 x s 0 吸附法工艺流程图例 n o x s o 技术是美国能源部洁净用煤庞大计划的一个项目，为干法吸收技术， 可同时去除烟气中的s 0 2 和n o x ，所用吸收剂为n a 2 0 y a 1 2 0 3 ，处理过程包括 吸收、再生等步骤。具体过程是：经过除尘后的烟气进入流化床进行吸收，吸附 饱和的吸附剂被送入加热器，在温度6 0 0 。c右，使得n o 。被释放，溢出的n o ； 循环送回锅炉燃烧室中，结果在燃烧室中形成了一个化学平衡，抑制n o 。的生 成，在燃烧室中n o 、的浓度达到一个稳定状态，这样就不会生成n o 。而只能是 n 2 。然后将吸附剂用h 2 或c l - h 还原( 6 1 0 。c ) 除硫。采用此技术，s 0 2 的去除率可 达9 0 ，n o ；的去除率可达7 0 。9 0 1 2 6 l 。 n o x s o 法脱硫率和脱硝率都可以达到9 0 以一卜，但其建设费用高于活性炭 法，并且其运行费用是活性炭吸附的2 倍【2 3 1 。 氧化铜吸附法【2 3 , 2 6 再生气s 如去硫回收系统 补充吸附剂 图1 - 4 氧化铜吸附法工艺流程图【2 3 l 氧化铜吸附法同时脱硫脱硝技术的原理是烟气中的硫氧化物与含有c u o 的 微波还原烟气脱硫脱硝的试验研究 第1 章概述 吸附剂发生如下化学反应： 2 s 0 2 + 0 2 2 s 0 3r 1 - 1 2 ) c u o + s 0 3 + c u s 0 4 r 1 1 3 ) 在c u o 和c u s 0 4 的催化作用下，氨和n 0 2 发生如下反应： 2 n o z + 4 n h 3 + 0 2 3 n 2 + 6 h 2 0 f 1 1 4 ) 4 n o + 4 n h 3 + 0 2 4 n 2 + 6 1 - 1 2 0( 1 1 5 ) 反应后失效的吸附剂可以用c h 4 、h 2 或c o 等气体为还原剂，将c u s 0 4 和 c u o 还原为c u ，当吸附剂颗粒与氧气接触时，c u 又很快被氧化成c u o ，失效 的吸附剂得到再生，从而可以循环使用。 c u o 吸附法能同时去除烟气中9 0 以上的s 0 2 和n o ；，且不产生新的废弃 物，没有二次污染问题，但是浚法的反应温度要求较高，并且吸附剂的制各成本 较高。 总的来说，固体吸附法对于小规模的排放源可行，具有耗资少，设备简单， 易于再生等优点，但受到吸附容量的限制， 不能用于大排放源 1 0 】。 1 2 2 微波脱硫脱硝现状 1 2 2 1 微波技术及应用 ( 1 1 微波原理 微波属于电磁波谱中波长从l m m 到l m 的那一段，相应的频率为3 0 0 m h z 到3 0 0 g h z 。电话、雷达和电视卫星通讯所用的电磁频率就是取自这一范围内的 电磁波谱。对于微波加热，美国通讯委员会约定两个电磁频率作为一般的工业、 科学和医学加热目的。这两个最普遍使用的频率分别是0 9 1 5g h z 和2 4 5 g h z 。 近来，允许频率从o 9 g h z 到1 8 g h z 的微波炉也被用于物质处理过程。微波加热 是一种全毅的热能技术，与传统加热不同，两是向被加热材料内部辐射微波电磁 场，推动其偶极子运动，使之相互碰撞、摩擦而生热，因此加热过程是在整个物 体内同时进行，升温迅速，温度均匀f 2 7 1 。 ( 2 1 微波技术 自8 0 年代以来，微波技术的主要研究方向有：微波合成化学、微波分析化 9 微波还原烟气脱硫脱硝的试验研究 第1 章概述 学、微波等离子体技术合成材料、微波烧结技术及微波硫化化技术【2 8 】。 微波合成化学1 2 8 , 2 9 】 由于微波具有体加热、快速加热和选择性加热等特点，且在加热过程中能够 起到诱导、加速化学反应的效应，因此，对于通常需要加热或在高温高压下才能 进行的化学合成，利用微波能够起到良好的效果。国外从有机合成到无机合成， 从液相反应到干反应，从室温下合成到高温高压合成，从聚合反应到解聚反应等， 理论、技术的研究均较深入。 微波分析化学1 2 8 , 2 9 1 国外自7 0 年代中期，就将微波技术应用于分析化学之中。至今微波技术已 渗透到分析化学的各个分支，研究内容包括微波溶样、微波测湿、微波监测污染 组分、微波等离子光谱分析法、微波等离子体色谱监测器等。其中，微波溶样的 研究较为深入。 微波等离子体技术合成材料【2 8 , 3 0 该方向是当前微波技术的研究热点。其中，对微波等离子体化学气相沉积金 刚石薄膜的研究相对广泛一些。该技术也用于合成其他新材料，如微波等离子体 化学气相沉积合成复合功能材料的原料。 微波烧结技术1 2 8 , 3 1 】 微波烧结技术主要用于加热和烧制陶瓷制品和陶瓷的焊接。1 3 前，对于该项 技术的实验研究、实验技术、理论研究、设备装嚣、工业应用研究都已系统地、 全方位地开展，微波烧结技术在我国进入工业应用指闩可待。 微波硫化技术【2 8 】 微波硫化技术目前已进入工业应用阶段，主要用于橡胶工业。 ( 3 ) 环境微波技术 近年来，微波技术已被引入到环境科学与工程学科领域，在污染物治理工程、 环境监测与分析、清洁生产与绿色工艺等研究方向上取得了成功【3 2 】。 微波污染控制技术 微波加热去除挥发性有机物与壤净化 由于微波加热是内外同时进行的，较之传统的热传导，更适台用来出去土壤 和一些工业废渣中的可挥发的有害有机物。当土壤中含有水时，因水吸收微波能 1 0 微波还原烟气脱硫脱硝的试验研究第1 章概述 力很强，当用微波辐射时，水会吸收微波能并在升温后蒸发，从而将易挥发有机 污染物蒸馏带出土壤，士壤的含水量高，有利于将有机污染物蒸馏除去。对于半 挥发性化合物，或采用多级蒸馏法，或采用高温挥发法。高温挥发法是在高温条 件下，用心、n 2 等作为载体，防止有机物燃烧氧化并载带有机物进入吸收塔。 微波掘速油水分离s 污油回收 采用微波加热破乳技术进行油水分离，是1 9 8 3 年k l a i l a 等人提出的。微波 加热的作用之一是可使乳浊液的粘度降低。油滴通过水相上升的速度v 。为： 式中p 。水的密度； h = 警 风油的密度； d 油滴的直径； g 重力加速度： f 。水的粘度。 微波加热的另一个作用是可加速油滴的凝聚过程。由于微波是频率很高的电磁 波，施加微波后，会使极性分子快速旋转，从而中和胶体的宇电势。由于亭的降 低，油滴凝聚速率加快，油滴直径d 迅速加大。由公式可知，随着油滴直径d 的增大和粘度z 。的降低，微波可加速油水分离回收。 微波诱导催化技术 许多物质都不直接明显地吸收微波，但可利用某种强烈吸收微波的“敏化剂” 把微波能传给这些物质而诱发化学反应。将微波辐射聚焦到含有某种“敏化剂” 的固体催化剂床表面上，由于表面的“敏化剂”与微波能的强烈作用，微波能将 被转变为热能，从而使某些表面点位被很快加热至很高温度。反应物质虽然不会 被微波直接加热，但是当它们与受激发的表面点位接触时却可发生反应，而此时 反应介质本体仍然处于或接近于室温。 微波环境分析技术 微波环境分析技术主要应用在环境监测分析方面，有微波溶样技术、微波等 微波还原烟气脱硫脱硝的试验研究 第1 章概述 离子体分析技术和微波形态分析技术。 微波洛择技术 微波溶样与常规的湿式样品消解方法比较，可大大缩短溶样时间，提高分析 速度，并可溶解一些难溶试样，如极难溶的锆英石标样，常规加热溶解需2 0 多 天，而微波仅几个小时。 微波等离子体分析技术 微波等离子分析技术在环境监测中，主要运用在原予光谱分析方面，由于微 波等离子体激发能力高，背景辐射低，使用范围广和成本与运转费用都不高等特 点，已越来越被人们所重视。 微波形态分析技术 形态分析是分析化学的一个重要领域，也是环境科学研究的热点之一。通过 微波加热，可促进还原反应和挥发，从而进行形态分析。b u r g u e r a 等采用微波在 线加热预还原技术，与氢化物发生原子吸收光谱法联用分别测定出硒的s e ( i v ) 和s e ( v i ) 两种化学形态。b u r g u e r a 等还用微波加热选择性蒸发技术进 行了砷的形态分析。 微波杀菌消毒技术 利用微波技术对食品、药品及医疗器械进行杀菌目前在国内外已得到厂泛应 用。微波技术丌辟了一种理想的杀菌消毒方式，它能在很短的时间内，对物料内 外同时进行杀菌处理。 1 2 2 2 微波脱硫脱硝现状 1 9 9 4 年b u e n g e r 等研究了在微波作用下用炭质材料还原n o ；的方法【3 3 】，实 验装置如图1 5 所示。n 0 x 首先在常温下吸附在炭j 二，而后用微波照射，在较低 的温度f ( 4 2 0 ) 下，n o ；就可以与c 发生反应，生成n 2 和c 0 2 ；而用常规的加 热方法，在4 2 0 以下时，不发生反应，只有当温度上升至1 0 0 0 左右时，n o 。 才可被还原为n 2 。实验发现，炭质材料经过微波的反复辐射后变成了活性炭， 使炭表面积增加，对n o ；的吸附容量也增加。 微波还原烟气脱硫脱硝的试验研究 第1 章概述 烟囱 图卜5 再微波作用下用炭质材料( 煤) 还原n 0 x 的实验装置 张达欣和于爱民等人于1 9 9 7 1 9 9 8 年分别研究发表了n o 和s 0 2 的微波一炭 还原阱3 5 1 。实验装置分别如图l 卤和图1 7 。实验采用连续施加微波和间歇施加 5 6 图1 - 6n o 的微波一炭还原实验装置 图卜7s o ：的微波一炭还原实验装置 1 a n o 标准气源；1 b s 0 2 标准气源；2 一a r 气；3 ，9 一旋转闽；4 一流速控制系统； 5 3 4 波长谐振腔；6 一装有活性炭的石英放电管；7 一温度控制器；8 一微渡电源； 1 0 一气相色谱仪；1 1 一吸收显示管；1 2 一n a o h 吸收液；1 3 一n o 氧化液 微波两种方式，考察了气体流量和微波功率对n o 和s 0 2 去除率的影响，并对反 应产物进行表征。实验结果表明，随着气体流量的升高，n o 和s 0 2 去除率减少； 1 3 耳趟一i蒹茸 卞j 一 一 p r 习崮 瑶一茸 。 肾r一 萨矿 微波还原烟气脱硫脱硝的试验研究 第1 章概述 随着微波功率的增加，n o 和s 0 2 的去除率降低，而反应温度随着微波功率的增 加而增加。实验采用气相色谱法对微波作用下通过活性炭的气体进行了在线分 析，结果表明，对于n o ，在微波作用卜通过活性炭后的气体中除了微量的剩余 n o 外，还含有较大量的n 2 和c 0 2 ，