锅炉脱硫脱硝是工业烟气净化的核心环节,目的是消除燃煤、燃气等锅炉排放的硫氧化物和氮氧化物,减少酸雨和雾霾的形成。下面为您系统性地介绍:
一、 为什么要进行脱硫脱硝?
SOx(二氧化硫等): 主要导致酸雨,腐蚀建筑、危害农作物和水生系统,并形成二次PM2.5。
NOx(氮氧化物等): 是形成光化学烟雾和细颗粒物的关键前体物,对人体呼吸系统有害,也会导致酸雨和臭氧层破坏。
环保法规要求: 各国都有严格的排放标准,中国《锅炉大气污染物排放标准》对新建和现有锅炉的SO₂、NOx排放浓度有明确限值。
二、 主流技术路线概览
通常分为“单独脱硫”、“单独脱硝”和“一体化技术”。
(一) 脱硫技术
湿法脱硫(主流)
原理: 用碱性浆液或溶液在吸收塔内洗涤烟气,发生化学反应除去SO₂。
代表性技术:
石灰石-石膏法: 应用最广。使用石灰石浆液吸收SO₂,最终产物为石膏(可综合利用)。脱硫效率高(>95%),技术成熟,但投资和运行成本较高,会产生废水。
氨法脱硫: 用氨水吸收,产物为硫酸铵(可作化肥)。具有脱硫效率高、无废水、副产品价值高的优点,但氨逃逸控制是关键。
镁法、钠法等。
干法/半干法脱硫
原理: 喷入干态或雾化的碱性吸收剂,在干燥状态下与SO₂反应。
代表性技术:
循环流化床脱硫: 将石灰浆液喷入流化床反应器,与烟气接触反应。效率较高,耗水量少,无废水。
喷雾干燥法: 将碱性溶液雾化喷入,边反应边蒸发。适用于中低硫煤。
特点: 系统简单,无废水,但吸收剂利用率通常低于湿法,副产物价值较低。
(二) 脱硝技术
低氮燃烧技术(前端控制)
原理: 在燃烧过程中通过优化空气分级、燃料分级、低氮燃烧器等方式,抑制NOx的生成。
特点: 是成本最低的减排手段,通常是首选和必选,但脱硝效率有限(30-50%),难以满足最严标准。
选择性催化还原法(SCR,主流末端技术)
原理: 在催化剂作用下(温度窗口280-420℃),向烟气中喷入氨作为还原剂,将NOx选择性还原为无害的N₂和H₂O。
特点:效率最高(可达90%以上),技术成熟,是达到超低排放的核心技术。但投资和运行成本高,催化剂昂贵,且存在氨逃逸、SO₂转化为SO₃等问题。
选择性非催化还原法(SNCR)
原理: 在高温区域(850-1100℃)喷入氨或尿素,无需催化剂,将NOx还原。
特点: 系统简单,投资低,但脱硝效率中等(30-70%),氨逃逸率高,对温度窗口要求苛刻,多用于中小型锅炉或作为SCR的补充。
(三) 一体化脱硫脱硝技术(新兴/发展中)
活性炭(焦)吸附法: 活性炭同时吸附SO₂和NOx,通过热再生回收富集气体。可实现多污染物协同治理,无废水,但系统复杂,投资大,占地面积大。
电子束法/脉冲电晕法: 利用高能电子氧化污染物,再与氨反应生成硫酸铵和硝酸铵。技术新颖,但能耗高,工业化应用案例较少。
臭氧氧化/氯酸氧化结合吸收: 将难溶的NO氧化为易溶的高价氮氧化物,然后在洗涤塔内与SO₂一同被碱液吸收。适用于需要深度脱除的场合。
三、 典型锅炉烟气净化组合工艺
为满足“超低排放”(如中国标准:SO₂≤35mg/m³,NOx≤50mg/m³,粉尘≤10mg/m³),现代大型燃煤锅炉通常采用“三联动”的组合工艺:
锅炉 → 低氮燃烧器 → SCR脱硝 → 静电/袋式除尘 → 湿法脱硫(石灰石-石膏法) → 湿式电除尘(可选) → 烟囱
这个流程的合理性在于:
SCR布置在除尘和脱硫之前,因为其催化剂怕粉尘和硫中毒。
高效除尘布置在脱硫之前,可以减轻脱硫系统的负担和石膏品质。
湿法脱硫本身也有一定的除尘效果,末端再加湿电可确保粉尘超低排放。
四、 技术选择考量因素
燃料类型与含硫量: 高硫煤通常需用高效湿法脱硫。
锅炉规模与炉型: 大型电站锅炉首选SCR+湿法,中小型工业锅炉可能选用SNCR+半干法。
排放标准要求: 标准越严,所需技术组合越高效复杂。
场地条件与投资预算: SCR和湿法占地面积大,投资高。
副产物处理与利用: 考虑石膏、硫酸铵等是否有市场。
运行成本: 包括吸收剂/催化剂的消耗、电耗、水耗、人工等。
总结
锅炉脱硫脱硝是一个成熟的环保产业领域,技术路线清晰。湿法脱硫(石灰石-石膏法)和SCR脱硝是目前大型锅炉满足超低排放的黄金标准组合。选择时需根据具体情况进行技术经济综合比选,并越来越多地考虑多种污染物(包括汞等)的协同控制。
如果您有特定类型的锅炉(如电站煤粉炉、循环流化床锅炉、燃气锅炉、工业链条炉等)或具体的排放指标,我可以提供更具针对性的分析。