技術(shù)前沿

氮肥增益煙氣多污染物協(xié)同控制技術(shù)

隨著我國(guó)對(duì)燃煤污染物控制種類越來(lái)越多、排放標(biāo)準(zhǔn)越加嚴(yán)格,除塵、脫硫、脫氮、脫汞和溫室氣體控制等一系列治理措施一次和多次性投資大、運(yùn)行費(fèi)用高,煙氣治理的工藝流程正在變得復(fù)雜而冗長(zhǎng)。我國(guó)現(xiàn)有的這些煙氣治理技術(shù)如石灰石-石膏法脫硫技術(shù)、選擇性催化還原脫硝技術(shù)等主要存在著污染控制系統(tǒng)冗長(zhǎng)復(fù)雜、硫硝資源浪費(fèi)、副產(chǎn)物二次污染等問(wèn)題。

燃煤煙氣脫硫以石灰石-石膏濕法技術(shù)為主,存在石灰石開采量大,脫硫石膏資源化率較低,石膏堆積和脫硫廢水二次污染嚴(yán)重等問(wèn)題。我國(guó)每年脫硫所需石灰石開采量約2000多萬(wàn)噸,每年排放的脫硫副產(chǎn)品(石膏)和脫硫廢水分別近1億噸,二者均含有較高濃度重金屬,易形成二次污染問(wèn)題,同時(shí)也造成了我國(guó)石灰石、硫、水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。

脫硝采用的選擇性催化還原(SCR)技術(shù),存在對(duì)液氨需求量大、廢催化劑二次污染等問(wèn)題。SCR技術(shù)以尿素或液氨為脫硝還原劑,每年運(yùn)行需消耗大量的氨。若我國(guó)80%的電廠采用SCR技術(shù),則每年消耗約500萬(wàn)噸的氨,占全國(guó)氨總產(chǎn)量的10%,而其副產(chǎn)物為不可回收的氮?dú)?。同時(shí), SCR技術(shù)所用的催化劑主要成分以進(jìn)口為主,限制了我國(guó)SCR脫硝產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展,并且所用催化劑失效后難以處置,所含重金屬易造成二次污染。

在脫汞方面,目前以協(xié)同脫除為主,存在污染轉(zhuǎn)移問(wèn)題。研究結(jié)果表明,燃煤汞的60%-70%遷移至飛灰、脫硫石膏及脫硫廢水中,容易形成汞的二次污染。

煙氣多污染物協(xié)同控制技術(shù)從系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度出發(fā),對(duì)各污染物治理工藝進(jìn)行一體化設(shè)計(jì),同時(shí)有效配置動(dòng)力、配電、輸送等配套系統(tǒng),具有降低治理投資、占地、能耗和運(yùn)行費(fèi)用,減少二次污染并實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)物的資源化再利用等優(yōu)勢(shì),具備商業(yè)推廣價(jià)值,是未來(lái)減排技術(shù)的發(fā)展方向。

目前,國(guó)內(nèi)外煙氣多種污染物聯(lián)合脫除技術(shù)研發(fā)主要集中在聯(lián)合脫硫、脫硝、脫汞方面,有些技術(shù)還處在研發(fā)階段,一些技術(shù)已取得了一定研究成果,并在部分工業(yè)領(lǐng)域建設(shè)了示范裝置。比如活性炭吸附-催化一體化控制技術(shù)、臭氧氧化化學(xué)聯(lián)合吸收技術(shù)、電子束法脫硫、脫硝技術(shù)和氮肥增益煙氣多污染物協(xié)同控制技術(shù)等。但是,這些技術(shù)還有待進(jìn)一步試用完善后推廣。針對(duì)我國(guó)燃煤煙氣治理技術(shù)的現(xiàn)狀,目前迫切需要開展適合我國(guó)國(guó)情的氮肥增益煙氣多污染物協(xié)同治理技術(shù)的研發(fā)。

在總結(jié)多年的煙氣污染物控制技術(shù)、深入研究各污染物相互影響機(jī)理和多種污染物控制技術(shù)協(xié)同效應(yīng)的基礎(chǔ)上,這一技術(shù)的原理主要是通過(guò)催化劑在一定濃度硝酸中催化氧化煙氣中的一氧化氮,使得一氧化氮和二氧化氮比例為1：1左右,利用氨等堿液吸收去除,副產(chǎn)物硝酸銨通過(guò)氫氧化鈣等鈍化生成為硝酸銨鈣,以實(shí)現(xiàn)脫硝的目標(biāo)。脫硫則通過(guò)稀土催化劑的氧化液與煙氣中的二氧化硫反應(yīng),生成稀硫酸。將煙氣中的二氧化硫變?yōu)榱蛩?、氮氧化物變?yōu)榈?。該技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、方便易行、綜合能耗低。脫硝副產(chǎn)物硝酸銨鈣可作為農(nóng)用化肥回收,脫硫副產(chǎn)物硫酸,易商品化,且無(wú)副產(chǎn)物二次污染問(wèn)題。脫硫段由于吸收液和催化劑的氧化性可將煙氣中的零價(jià)汞氧化為二價(jià)汞并將其吸收脫除?？赏瑫r(shí)協(xié)同脫除汞,還可避免汞的二次污染。

該技術(shù)還以氯銨形式回收了煙氣中的氯離子,使脫硫工藝水可循環(huán)利用,實(shí)現(xiàn)無(wú)廢水排放,脫除效率高,二氧化硫脫除率99%以上,氮氧化物脫除率90%以上。由于一氧化氮的氧化不受煙氣中其他成分和濃度的影響,因而能夠適用不同氮氧化物濃度、成分的燃煤鍋爐、工業(yè)鍋爐、窯爐等煙氣污染物的治理。使用氮肥增益煙氣多污染物協(xié)同控制技術(shù),企業(yè)只需出資在傳統(tǒng)技術(shù)條件下環(huán)保設(shè)備投資額的90%,環(huán)保運(yùn)行費(fèi)用的90%,還能按1∶1分得高硫煤與低硫煤的差價(jià)收益,預(yù)計(jì)3-5年可收回全部環(huán)保設(shè)備成本。

我國(guó)目前二氧化硫和氮氧化物的年排放量分別約為2200萬(wàn)噸、2400萬(wàn)噸,如其中有40%的二氧化硫和氮氧化物排放量采用氮肥增益煙氣多污染物協(xié)同控制技術(shù)處理,則每年可回收副產(chǎn)物硫酸約1400萬(wàn)噸、硝酸銨鈣約3000萬(wàn)噸。若按脫硫效率為95%,脫硝效率為80%,硫酸、硝酸銨鈣回收率98%,工藝水可循環(huán)利用計(jì)算,每年可節(jié)水1億噸。另外,我國(guó)是世界主要硫磺進(jìn)口國(guó),每年進(jìn)口量約1000萬(wàn)噸,而采用本工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)硫資源的回收利用,可有效緩解我國(guó)硫磺的進(jìn)口壓力。

中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院大氣污染控制技術(shù)研究中心與常州循天能源環(huán)境科技有限公司合作,在武漢長(zhǎng)利玻璃有限公司已完成了將氮肥增益煙氣多污染物協(xié)同控制技術(shù)應(yīng)用于1000立方米/時(shí)玻璃煙氣的中試研究和實(shí)踐。結(jié)果顯示,二氧化硫基本被完全脫除,氮氧化物出口濃度控制在300毫克/立方米以內(nèi),使用高硫煤煙氣脫除的銷售增益副產(chǎn)品是硫酸和氮肥。目前正在進(jìn)行示范工程的建設(shè)工作,預(yù)計(jì)今年年底建成投產(chǎn)和驗(yàn)收運(yùn)行。中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院大氣污染控制技術(shù)研究中心還計(jì)劃在明年完成一個(gè)75噸以上的自備電廠脫硫、脫硝、脫汞試點(diǎn),并逐步向工業(yè)鍋爐和水泥窯推廣應(yīng)用該技術(shù)。

(汪家銘)