毛文启金迪
杭州北高峰电力工程设计有限公司310013
【摘要】随着国家环保法规的逐渐严格，对工业烟气脱硫以后，对其再进行脱硝和其他多污染物脱除是种必然趋势。而如果采取分级治理方式，即针对不同污染物加装不同的去除装置显然是不合理的，因为这种分级治理的方式存在投资、运行费用高、占地面积大和烟气系统复杂等缺点。而如果能够仅在同一个烟气治理设备中，将SO2，NOx，甚至包括二噁英以及其他重金属等污染物全部同时脱除，就避免了上述分级治理的缺点。因此，开发经济高效、简单可靠的脱硫脱硝一体化技术对我国工业烟气治理有着极为重要的意义。
【关键词】湿式氨法；活性碳法；脱硫脱硝
前言
我国经济和工业化进程的不断发展，大气污染物排放的问题日益突出。在排放的大气污染物当中，对生态环境和公众健康影响最为严重的有SO2，NOx，二噁英以及工业废气中掺杂的多种重金属等。其中SO2和NOx是酸雨的前体物，NOx还是光化学烟雾的前体物，二噁英以及重金属有严重的致毒致癌作用。而且这些大气污染物的排放量正在逐年增加。据中国环境科学研究院、清华大学等单位在2011年研究结果表明：单由SO2一项导致的酸雨污染，每年给我国造成的经济损失超过1100亿元；整个大气污染造成的损失，每年约占中国GDP总量的2％～3％。我国SO2和NOx的排放主要是来自于燃煤电厂的锅炉废气和钢铁冶金行业的烧结烟气。目前，火电厂烟气脱硫已取得了较大改观，国家“十二五”要求电厂开始对烟气进行脱硝，2015年前后80%的电厂将加装脱硝装置，从而实现“十二五”期间SO2减排8%，NOx减排10%的整体目标。火电厂烟气脱硫主要应用湿式石灰石-石膏法，脱硝主要选用的是选择性催化还原（SCR法）工艺，在两种技术日趋成熟、火电厂烟气排放达标的背景下，钢铁冶金行业的烟气治理与减排压力正日益增大，也将成为国内工业烟气治理的下一个重点。基于目前脱硫脱硝一体化的研究进展，针对烧结烟气的特点，为了更好的发挥不同工艺的技术优势，经分析认为以下三种技术更适合钢铁冶金行业的烧结烟气治理工作。
一、湿式氨法脱硫脱硝一体化工艺
湿式氨法脱硫技术十分适合于钢铁联合企业，因为钢厂中焦炉煤气中废氨水可以作为脱硫的吸收剂，直接打入到湿式脱硫塔里，参与吸收反应，同时脱硫产物硫胺可以用作化肥。这样可将烧结烟气脱硫和焦化脱氨结合，达到以废治废、产物综合利用、发展循环经济的目的。同时也能省去了湿式石灰石-石膏法对脱硫剂石灰石的购买，运输等问题，因此是烧结烟气治理的首选方案。目前，在国内武汉的都市环保和北京中冶设备研究设计院对钢厂冶金烧结烟气的氨法脱硫工艺研究的较多，尤其北京中冶设备研究设计院在湿式氨法脱硫方面获得了多项专利和工程奖。该院现在正在成熟的氨法脱硫工艺的基础上，开发脱硫脱硝一体化技术及脱硝副产物可回收利用工艺。该工艺按照氧化吸收的思路进行，即在湿式洗涤塔前或烟道的局部，加装一层氧化喷淋区，烟气在进塔之前，先完成氧化阶段的反应，其中NO氧化为更易溶的NOx，然后再在后续的湿式洗涤中，被氨水固定吸收为NH4NO3，而SO2则更多的被氧化吸收为（NH4）2SO4。
针对此工艺，大部分人的报道集中于氨水（或亚硫酸铵溶液）对于NOx的高效去除，而如何将NO快速彻底的氧化为NOx研究的较少，而此问题也是氨法脱硫脱硝一体化工艺的控制性因素和核心难点。因为氧化剂存在成本高，腐蚀性强等缺点，也是的该技术一直只停留在实验室研究阶段的原因。北京中冶设备研究设计总院以湿法氧化为基本思路，以“烧结烟气脱硫脱硝一体化技术及脱硝副产物回收利用”为题目完成了科研立项工作，该项目得到了国家工信部等有关部门的大力支持并获得了专项科研资金。该技术拟采用全新的烟道氧化技术，即先氧化后脱除的思路，实现了真正意义上的脱硫脱硝一体化技术。此外，在技术开发过程中做到科研与工程实际相结合，技术研发成功后可以做横向推广，应用到钙法或其他行业，因此该技术的研发对工业烟气的治理有着极高的研究价值和重要意义。
二、活性碳法
活性炭法在太钢450m2的烧结机上已经获得应用，通过活性炭吸附工艺，该钢厂的烧结烟气可实现同时脱硫，脱硝，脱重金属，脱二噁英，除尘的治理目标，且副产物是可以利用的硫酸。在实现增产减污的同时，可以降低排污费的支付，取得环境效益的同时，产生了一定的经济效益。但是活性炭法因其造价和运行费用，再生条件高，反应速度慢等缺点，难以大规模工业应用。
除了活性炭法以外，目前研究的较多的就是活性焦吸附法（BF），与活性炭法类似，活性焦法是通过活性焦的微孔吸附作用，将SO2存于活性焦的微孔内，再通过热再生，产生高浓度的SO2气体，经过转化装置形成高纯硫磺、浓硫酸等副产品；NOx则在加氨的条件下经活性焦的催化作用生成水和氮气，排入大气。应指出的是：BF法必须将活性炭改性为活性焦，普通活性炭的综合强度（耐压、耐磨、耐冲击）低，表面积大，若使用移动床，因吸附、再生损耗大，存在经济问题。而对于钢铁冶金行业，固相吸附剂由活性炭向活性焦的转变，无疑更有利于此工艺在烧结烟气治理中的推广和应用。因为钢铁企业可以在自制焦炭后对其进行活化，然后直接应用于烧结烟气的治理。自产自销，省去了固相吸附剂的购买，运输，储存等一系列问题，大幅降低运行，投资成本的同时，可以实现多污染物的一体化脱除。
同时，为了解决活性炭固相吸附存在的反应速度缓慢的缺点，近年来一些研究者提出利用微波诱导活性炭吸附，从而利用催化还原来快速的脱硫脱硝，在实验室条件下，该方法脱硫脱硝效率均达96％以上基于同样的思路，可以对活性焦法同样进行微波诱导，以加快其反应速度和反应深度。具体情况有待实验进一步验证。
三、烟气循环流化床工艺
烟气循环流化床从工艺的角度分析，可以在烟气进入床体前设计预留接口。在此接口处，可以加装活性碳固相吸附装置或络合剂Fe（II）EDTA吸收装置，将烟气循环流化床脱硫功能与脱硝，脱汞等多污染物一体化脱除进行有机的结合，在保证高效脱除SO2和NOx的同时，也能达到脱除汞一类的重金属，还能脱除二噁英等其他气体污染物。多种工艺同时发挥各自的优势，从而达到高效，廉价，稳定的脱除烧结烟气的多种污染物的目的。
但由前文对烟气循环流化床的特点可知，烟气循环流化床的两个技术缺点是脱硫产物难以综合利用和脱硫效率不高。半干法的烟气循环流化床的脱硫产物以CaSO3为主，而CaSO3的化学稳定性较差，目前只能依靠简单的填埋进行处理，这不仅使脱硫产物难以得到综合利用应用，且其最大隐患是当遇水或环境条件发生变化，很容易造成CaSO3的分解，使已经被固定的SO2又挥发出来。在烟气循环流化床脱硫脱硝一体化技术中，在向系统加入高氧化活性添加剂后，CaSO3可以较快的转变为更为稳定的CaSO4正盐，使脱硫产物更稳定。但半干法较低的含湿率决定了氧化剂对烟气氧化的效果较差，并最终难以避免氧化剂的浪费。因此开发出真正工业级应用的高效、廉价的一体化技术，还需要进行大量的理论研究和工业试验。尽管湿法脱硫脱硝一体化技术有脱除效率高的优点，但是它存在投资运行费用高，占地面积大，耗水量大，易产生二次污染和氧化剂泄露等问题，而干法脱硫脱硝一体化技术则克服了技术难题。
四、总结
整体而言，上述的大部分脱硫脱硝一体化技术只停留于实验室研究阶段，难以真正应用于上百万烟气量的大规模工业烟气的净化。而且大部分技术的经济性不高，脱除效率也难以达到我国即将执行的新环保法规要求；而目前可以应用于大规模烟气治理的湿式FGD技术又存在着工业废水，设备腐蚀，吸收剂昂贵和泄露等问题；CFB-FGD以及密相塔法等干法技术则存在效率低，副产物无法综合利，吸附昂贵，吸附性能下降等技术难题，因此目前脱硫脱硝一体化技术仍处于试验研究或工业装置师范阶段，世界上只有很少的脱硫脱硝一体化装置投入商业化运行。研究与开发的热点在于寻求无二次污染、廉价和高效的脱硫脱硝添加剂上。
参考文献：
{1}中华人民共和国国家标准.GB13223-2011.2012火电厂污染物排放标准；
{2}高慧王敏，烟气脱硫脱硝技术综述.环境科学与技术，2009（12）：158~161；
{3}杨波，活性炭在太钢450烧结烟气脱硫脱硝工程中的应用及展望.科学之友，2011（8）：10~11.