【《多污染物一体化脱除技术发展历程与趋势概述》3700字】

1 多污染物一体化脱除技术发展历程与趋势概述目录TOC\o"1-3"\h\u31059多污染物一体化脱除技术发展历程与趋势概述 1108251.1多污染物一体化脱除技术介绍 1285471.2多污染物一体化脱除技术种类 2146391.3多污染物一体化技术展望 41.1多污染物一体化脱除技术介绍目前，多污染物一体化技术按脱除机理可分为两大类，即联合脱除技术(combinedremovaltechnology)和同时脱除技术(simultaneousremovaltechnology)[22]。联合脱除技术是将目前现有的脱硝技术(SCR/SNCR多脱技术)与脱硫技术联合在一起，涉及的脱硫技术有钙基吸附法[23,24]、CuO/Al2O3氧化吸附法[25,26]，贵金属催化氧化法[27,28]等。因为脱硫单元与脱硝单元均已是成熟的工业技术，联合脱除技术在相互独立的基础上相互联合，便于整合开发，能够确保优异的脱硫脱硝效率。该类工艺由于成熟和高效占据了较广的国内外市场但这种技术仍然需要多套装置，故存在占地面积大、工艺流程复杂，运行成本高等的不足。同时脱除技术指采用一种方法脱除多种污染物，按照反应状态可以分为湿法烟气同时脱除技术和干法烟气同时脱除技术。自由基结合碱液吸收技术[29]、臭氧结合碱液吸收多脱技术[30]及有机钙多种污染物同时脱除技术[31]、美国ThermalEnergyInternational公司THERMALONOXTM技术[32](即黄磷激发氧化吸收技术)及Argonne国家实验室ANL开发的NOXSORB技术[33](利用次氯酸和次氯酸钠)等。以上方法均采用氧化剂对多种污染物进行氧化再联用湿式吸收，其脱除率较高，但废液回收处理工序复杂、二次污染、腐蚀及堵塞设备、占地面积大、运行成本高等问题的存在限制了其工业化应用[35-36]。针对多种污染物中温一体化脱除技术的研究在国内尚处空白，如果能通过理论研究与技术创新，在该技术的研发上取得重大突破，发展适合我国火力发电特点的污染物脱除技术，将产生划时代意义的成果。并且该技术的应用不止局限于火力发电厂烟气污染物的一体化脱除，还可以应用于城市垃圾处理厂中含二噁英烟气的脱除、生物质发电过程中烟气污染物治理等。针对火力发电厂烟气污染物一体化脱除的技术研究，国外进行了较为广泛的研究。涉及的技术包括以下几种。1.2多污染物一体化脱除技术种类1)炭基多污染物一体化脱除技术炭基催化剂用于多污染物一体化脱除工艺首先在日本[37]、欧洲部分[38]发达国家的钢铁烧结烟气治理方面应用，这些国家的烧结烟气治理经历了由湿法到干法，由单一脱硫到多污染脱除的过程。以日本为例，早期以石灰石-石膏法和氧化镁法等传统湿法脱硫为主，由于湿法脱硫无法解决烧结烟气中高含量的二噁英及NOx、SO3、HCl、HF、重金属等污染物，不能从根本上治理烧结烟气，因此1989年以后能实现多污染脱除的活性炭类(包括活性炭、活性焦及其他相似材料)脱硫工艺占领日本烧结烟气脱硫领域[39,40]。欧洲烧结烟气治理技术[41]目前主要有活性炭(焦)吸附、循环流化床、半干喷雾法和奥钢联的MEROS烟气净化技术等，均实现了多污染物脱除的目的。我国于2004年开始钢铁烧结烟气治理工作，而应用活性炭脱硫脱硝除尘一体化技术的极少。图1-8活性焦多污染物一体化脱除工艺路线2)高能电子活化氧化技术高能电子火花氧化技术利用高能电子与烟气中的N2、O2、H2O等分子的撞击，获得各种激发态物质如大量的自由基、离子、原子、电子等活性物，将SO2和NO分别氧化为SO3，NO2，然后与H2O反应分别生成H2SO4，HNO3，并与喷入的氨接触反应生成(NH4)2SO4和NH4NO3。高能电子的产生方式一般有两种，一种为电子束－氨法(EBA)，另一种为脉冲电晕-氨(PPCP)。这种方法耗电量过大，运行费用高，限制其应用。3)电子束-氨法(EBA)EBA是利用电子枪发射的高能电子束(电子能量0.8～1MeV)照射已降温至约70℃烟气，使部分烟气分子发生电离，产生大量的离子、自由基、原子、电子和各种激发态原子、分子等活性物质，瞬间将烟气中的SO2和NOx氧化成高阶的SO3和NO2，最后与H2O和NH3反应生成固态(NH4)2SO4和NH4NO3的一种脱硫脱硝方法[42]。其副产物可作为硫铵肥和氮肥进行回收利用。EBA法[43]的特点是能同时高效脱硫、脱硝，处理过程为干法，不产生废水、废渣，设备简单、操作方便、过程易于控制，且能同时高效脱硫、脱硝，脱硫率可达90%以上，脱硝率可达到80%以上，且副产物((NH4)2SO4和NH4NO3)可做农用肥料。不足之处是需要产生高能电子的电子束加速器和大功率电子枪，并需要放射线防护设施。而且电子加速器成本昂贵、耗能高、维护工作量大。3)脉冲电晕-氨法(ppcp)脉冲电晕氨法烟气脱硫技术是在电子束法的基础上发展起来的。由于EBA法必须用昂贵的高耗能电子枪，在20世纪80年代，Masuda和Mizunou又提出了脉冲电晕－氨法(PPCP)[44]。它是将高压脉冲电源加到放电电极上。电晕极对接地极发生脉冲电晕放电。使迁移率高的电子在自由程中受到突发强电场的加速而获得足够的能量。利用前沿陡峭、窄脉宽的高压脉冲电晕放电。使容器中烟气分子突然获得爆炸式的巨大能量。在常温下获得非平衡等离子体，即产生大量的高能电子和O、·OH等活性物质(8×10-19-32×10-19J)。对工业废气中的气体分子进行氯化、降解，使污染物转化，再向其注入气体NH3。脉冲电晕放电产生的自由电子经电场加速，能量高达5～15eV，它轰击烟气分子可产生各种氧化能力极强的自由基，瞬间即可将SO2和NOx氧化为SO3和NO2，再与H2O和NH3反应生成固态(NH4)2SO4和NH4NO3。该方法不需要电子枪，不需防辐射，它只提高电子温度，而不提高离子温度，能量效率比EBA(电子束氨)法高，投资约为EBA法的40%。PPCP具有显著的脱硫、脱硝效率，双脱效率均在80%以上，除尘效果也优于直流电晕方式的传统静电除尘技术。另外，能量效率更高，设备简单，无需大功率电子加速器，也不存在电子枪寿命和X射线屏蔽问题，另外氨与脉冲电晕的协同效应能显着地提高SO2脱除率，造价和运行成本低。这项技术是国内外研究的技术前沿。近年来，已有许多科研人员进行了中试和工业化实验。如吴彦[45]采用PPCP法进行的烟气脱硫脱硝工业化实验，SO2脱除率84%，NOx脱除率72%。中国绵阳建成了一套烟气脱硫脱硝中试装置[46]，烟气处理量达2×104m3/h，运行结果达到了设计要求，脱硫率达到85%以上，脱硝率达到70%以上。4)多种污染物光催化剂脱除技术从20世纪70年代到现在，国内外对于利用TiO2光催化技术降解气相和液相中有机污染物的研究己经取得了许多成果，尤其是气相中低浓度污染物的降解[47]。TiO2光催化氧化污染物是在电场的作用下，电子与空穴发生分离，迁移到粒子表面的不同位置。而电子具有很强的还原性，使得TiO2固体表面的电子受体如O2被还原。O2既可抑制光催化剂上电子和空穴的复合，提高反应效率;同时作为氧化剂，可以氧化已经羟化的反应产物，成为表面羟基自由基的一个来源。缔合在Ti4+表面的氧化能力极强的·OH等自由基与电子和空穴一起使吸附在TiO2表面的污染物发生氧化还原反应，从而实现污染物的去除[48]。光催化氧化技术是一种有效的可在低操作温度下降解大气污染物的方法，也是烟气多种污染物同时脱除技术发展的方向之一[49]。但由于半导体光催化剂还存在量子产率低，对气量大、浓度高的废气处理效率较低，以及TiO2光催化剂只能吸收利用太阳光中的紫外线等问题，使该技术在工业应用受到很大制约。因而发展光催化同时脱除技术，需要从经济高效的光催化剂的开发、辐射光源的选择、能最大限度利用光源和光催化剂的光反应器的设计等方面深入研究。5)CuO吸附剂多污染物一体化脱除技术CuO/γ-Al2O3在约400℃条件下既可吸附烟气中的SO2将其催化氧化为硫酸盐,又可在喷氨条件下同时将烟气中的NOx选择性催化还原(SCR)为无害的N2,从而受到人们的关注[50-56]。自20世纪80年代以来,研究者运用流化床、移动床和固定床等多种反应器体系对Cu/γ-Al2O3上的脱硫脱硝反应进行了广泛的研究,但脱硫脱硝过程及条件(如温度,SO2及NH3氧化等)对Cu/γ-Al2O3上脱硝反应的影响,Cu/γ-Al2O3再生过程及条件对后续同时脱硫脱硝反应的影响等诸多问题还有待更深入一步研究.在单独脱硝(无SO2存在)条件下,NH3氧化是导致高温下Cu/γ-Al2O3上脱硝反应活性下降的主要原因,但同时脱硫脱硝(有SO2存在)条件下的脱硝行为较为复杂,至今对其尚无深入的研究。这种技术尚无工业应用案例。以上这些技术的研究由于成本以及氨逃逸等问题限制了方法的推广与应用，距实际应用尚有一定的距离。1.3多污染物一体化技术展望当前，针对电厂的烟气治理要求越来越严格，污染物的控制种类越来越多，现行电厂采用串糖葫芦式的污染物脱除系统，使得整个污染物脱除技术存在系统冗杂与设备繁琐问题。针对这一情况，污染物协同脱除是一个有效的解决方法，可以节省电厂相关费用的投入，由于温区的不同附属配套设施可略有不同，在此基础上再耦合粉尘的脱除，除了SO2、NOx、粉尘等，还可进一步耦合其他污染物，进一步优化整合系统。炭基吸附剂、CuO/γ-Al2O3、高等电子活化法等技术是现在处于研究热点的多污染物一体化脱除方法，大部分技术仍处于实验室研究和中试阶段。同时，这些技术在烧结烟气治理领域有一定的应用基础，可以满足一定的排放要求，但面对电厂超低排放的要求，却略显吃力。这些方法的使用区间普遍处于低温或高温条件。中试或工业应用时，脱硝效率普遍不理想，高温条件对于污染物系统材料要求较高，低温条件对于脱硝效果有一定的限制。而较少出现基于中温条件的多污染物一体化脱除技术。中温区(200-400