脱硫脱硝技术全面解析

一、脱硫脱硝技术背景

在工业生产过程中，燃烧煤炭等化石燃料会产生大量的二氧化硫（SO₂）和氮氧化物（NOₓ）等污染物，这些污染物排放到大气中会形成酸雨、光化学烟雾等环境问题，对生态环境和人类健康造成严重威胁。因此，脱硫脱硝技术应运而生，旨在减少这些污染物的排放，保护环境。

烟气脱硫脱硝技术按工作介质的不同可分为干法和湿法两类。按工作原理有吸收法、吸附法、催化还原法、膜法等之分。以往烟气脱硫与脱硝多为分别处理或分级处理。分级式联合脱硫脱硝工艺是将两种技术串联起来，在不同的反应器中分别实现脱硫脱硝的目标。然而，不论是分别处理还是分级处理都存在一些问题，比如工艺流程长，需要众多的设备，这就导致占地面积大，同时投资和运行成本也较高。而且，烟气中的NOₓ中有95%为NO，其在水及碱性水溶液中的溶解度很低，很难用常规的脱SO₂溶液同时脱除。

二、脱硫与脱硝的区别

定义与脱除物质

脱硫主要是脱除燃烧过程中产生的二氧化硫，而脱硝则是脱除氮氧化物。二氧化硫是形成酸雨的主要物质之一，而氮氧化物不仅会导致酸雨，还会引发光化学烟雾等环境问题。

工艺流程差异

脱硫的工艺流程通常是让碱性物质（通常是碱溶液，更多情况是碱的浆液）与烟道气在喷雾塔中相遇。烟道气中SO₂溶解在水中，形成一种稀酸溶液，然后与溶解在水中的碱性物质发生中和反应。反应生成的亚硫酸盐和硫酸盐从水溶液中析出，析出情况取决于溶液中存在的不同盐的相对溶解性。而脱硝工艺则分为燃烧前脱硝、燃烧过程脱硝、燃烧后脱硝。比如在燃烧后脱硝中，需要特定的催化剂和反应条件来促使氮氧化物的分解。

影响因素不同

在比值方面，脱硫的钙硫比概念是以除去的二氧化硫为基础，而脱硝的摩尔比是以进口氮氧化物浓度为基础。如果两者都以排出的氮氧化物为基础，则比值基本大于1。脱硝工艺很大程度上取决于燃烧级别和锅炉类型，进口氮氧化物浓度在很大程度上决定了催化剂的设计和液氨的消耗。脱硫的二氧化硫的浓度与煤的硫含量直接相关，决定了使用多少循环泵以及液气比的大小。出口浓度方面，脱硝直接控制氮氧化物浓度，为了实现压线运行，氮氧化物浓度和排烟量受到诸多条件的干扰，难以在短时间内控制。脱硫主要由浆液的PH值控制，在此基础上根据硫含量、负荷、排放浓度考虑运行几层喷雾。此外，脱硫石灰石的用量与负荷大致成正比，而脱硝用的脱硝剂却有一定的局限性，比如氨气的使用等。

三、脱硫技术分类及特点

干法脱硫

干法脱硫工艺主要是利用固体吸收剂去除烟气中的SO₂。一般把石灰石细粉喷入炉膛中，使其受热分解成CaO，吸收烟气中的SO₂，生成CaSO₃，与飞灰一起在除尘器收集或经烟囱排出。这种方法的优点是无污水、废酸排出，设备腐蚀问题较轻。但缺点也较为明显，脱硫效率相对较低，反应速度较慢，设备庞大。

湿法脱硫

湿法烟气脱硫是采用液体吸收剂在离子条件下的气液反应，进而去除烟气中的SO₂。系统所用设备简单，运行稳定可靠，脱硫效率高。在湿法烟气脱硫系统中，碱性物质（通常是碱溶液，更多情况是碱的浆液）与烟道气在喷雾塔中相遇，发生化学反应将二氧化硫吸收。不过，湿法脱硫也存在一些问题，比如会产生废水，需要进行后续处理，同时设备容易受到腐蚀。

半干法脱硫

半干法脱硫结合了干法和湿法的一些特点。它是将脱硫剂以浆液的形式喷入烟道，在高温烟气的作用下，水分迅速蒸发，脱硫剂与二氧化硫发生反应。这种方法具有脱硫效率较高、设备相对简单、无废水排放等优点，但对脱硫剂的性能和反应条件要求较高。

四、脱硝技术分类及特点

燃烧前脱硝

燃烧前脱硝主要是通过对燃料进行预处理，降低燃料中的氮含量。例如，采用洗煤等方法可以去除煤中的部分氮元素。这种方法的优点是从源头上减少氮氧化物的产生，但预处理过程可能会增加成本，而且去除效果有限。

燃烧过程脱硝

燃烧过程脱硝是通过改进燃烧方式和燃烧条件，减少氮氧化物的生成。常见的方法有低氮燃烧器技术、分级燃烧技术等。低氮燃烧器通过优化燃烧器的结构和空气与燃料的混合方式，降低燃烧温度，从而减少氮氧化物的生成。分级燃烧技术则是将燃料和空气分级送入燃烧室，使燃烧过程分段进行，降低局部高温区域，减少氮氧化物的产生。这些方法相对简单易行，但脱硝效率一般不是很高。

燃烧后脱硝

燃烧后脱硝是在燃烧产物排出后，对烟气中的氮氧化物进行处理。常见的方法有选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）等。SCR是在催化剂的作用下，用还原剂（如氨气）将氮氧化物还原为氮气和水，脱硝效率较高，但需要使用催化剂，成本较高。SNCR则是在不使用催化剂的情况下，将还原剂喷入高温烟气中，与氮氧化物发生反应，该方法成本相对较低，但脱硝效率也相对较低。

五、同时脱硫脱硝技术

液相氧化还原吸收法

液相氧化吸收法是用含有NaclO，KMnO₄，Na₂S₂O₈，O₃，乳化黄磷，H₂O₂等强氧化剂的碱性水溶液同时脱硫脱硝工艺。这种方法利用强氧化剂将氮氧化物氧化成易溶于水的高价态氮氧化物，然后与碱性溶液反应将其吸收，同时二氧化硫也能被碱性溶液吸收。该方法工艺设备较简单，可在一套设备中完成脱硫脱硝，但强氧化剂的使用可能会增加成本，并且需要处理反应后的溶液。

气相氧化液相吸收法

气相氧化液相吸收法是将NO在气相用强氧化剂氧化为易溶的NO₂和HNOₓ，紧接着用溶液同时吸收SOₓ和NO₂、HNOₓ。该法实施较简便，对于已有湿法脱SO₂的工厂只需在前面设置气相氧化设备就可完成。例如，利用臭氧作为强氧化剂将NO氧化，然后用碱性溶液吸收氧化后的产物和二氧化硫。

臭氧氧化石灰石膏法同时脱硫脱硝

日本石川岛播磨工业株式会社在石灰石膏法基础上发展起来的湿式同时脱硫脱硝工艺简称IHI法。该方法利用臭氧的强氧化性将氮氧化物氧化，然后与石灰浆液反应生成石膏等产物，同时实现脱硫脱硝。这种方法具有较高的脱硫脱硝效率，但臭氧的制备成本较高，需要综合考虑其经济性。

六、脱硫脱硝技术的应用与发展趋势

应用现状

脱硫脱硝技术在电力、钢铁、化工等行业得到了广泛应用。在电力行业，大型燃煤锅炉普遍安装了脱硫脱硝设备，有效地减少了二氧化硫和氮氧化物的排放。在钢铁行业，烧结机等设备也采用了相应的脱硫脱硝技术，降低了污染物对环境的影响。例如，鑫昌源设备制造有限公司生产的不锈钢脱硫脱硝设备，在很多企业中得到了应用，具有较好的处理效果。河北耀一节能环保设备有限公司从几吨锅炉脱硝到几百吨锅炉脱硝都能做，而且成功案例众多，其研发的HNCR高分子脱硝技术可以解决一些企业脱硝不达标的难题，并且投资低、占地小、脱硝设备自动化，能达到节能和减排的双重目标。

发展趋势

随着环保要求的不断提高，脱硫脱硝技术也在不断发展。未来的发展趋势主要包括提高脱硫脱硝效率、降低成本、减少二次污染等方面。一方面，研发更加高效的催化剂和吸收剂，提高反应效率，降低能耗。另一方面，开发一体化的脱硫脱硝技术，简化工艺流程，减少设备占地面积和投资成本。此外，还会加强对脱硫脱硝副产物的综合利用，减少废弃物的排放，实现资源的循环利用。同时，智能化和自动化技术也将在脱硫脱硝设备中得到更广泛的应用，提高设备的运行稳定性和管理效率。