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脱硝技术面临效益难题
日期:2013/1/29 18:32:35 人气:2023

脱硝是控制氮氧化物污染的一个重要途径。目前,氮氧化物已逐渐成为第一大酸性污染气体,由其引起的环境问题以及对人体健康的危害可以归纳为以下几个方面:其一,对人体的致毒作用,尤其是二氧化氮,可以引起支气管和肺气肿等呼吸系统疾病;其二,对植物具有损害作用;其三是形成酸雨、酸雾的主要污染物;其四是与碳氢化合物共同作用可形成光化学烟雾;最后是参与臭氧层的破坏。氮氧化物的排放多集中在火电厂和汽车尾气。


因此,控制和治理氮氧化物污染迫在眉睫,国内外的电力环保企业纷纷涉足其中。目前,国内外已研究开发了各种各样的烟气脱硝工艺,并取得了一定成果。但基本都存在一个共同问题:由于脱销技术开发过程周期长、技术难度大、投入大,导致脱硝技术的应用存在较大的经济效益难题。如何将环保效益与经济效益相结合,将成为该领域的主要课题。


多种多样的脱硝技术

迄今为止,国内外对烟气脱硫脱硝问题做过大量研究,方法也近百种,能够工业化的多达十几种。

烟气脱硝技术按治理工艺可分为湿法和干法脱硝。湿法脱硝包括:酸吸收法、碱吸收法、氧化吸收法、络盐吸收法等;干法脱硝包括:选择性催化还原法(SCR)、非选择性催化还原法(SNCR)、吸附法、等离子体活化法等。此外,近十几年来国内外一些科研人员还开发了用微生物来处理含氮氧化物废气。


湿法烟气脱硝是利用液体吸收剂将氮氧化物(NOX)溶解的原理来净化燃煤烟气,其最大的障碍是NO很难溶于水,往往要求将NO首先氧化为NO2,然后NO2被水或碱性溶液吸收,实现烟气脱硝。


湿法脱硝技术优点是脱硝效率较高。因吸收剂种类较多,来源广泛,适应性强,能以硝酸盐等形式回收NOX,可达到综合利用的目的。但其技术比较复杂,设备容量大不易建造,成本较高,而且易造成溶液的二次污染。


而干法脱销技术中的SCR脱硝原理是利用NH3和催化剂将NOX还原为N2。NH3具有选择性,只与NOX发生反应,基本上不与O2反应,所以称为选择性催化还原脱硝。SCR法中催化剂的选取是关键。SCR法是国际上,特别是欧美应用最多、技术最成熟的一种烟气脱硝技术。


与SCR法相比,SNCR法除不用催化剂外,基本原理和化学反应基本相同。该法的优点是不需催化剂,投资较SCR法小。但氨液消耗量大,NOX的脱除率也不高。目前大部分锅炉都不采用此法。


吸附法是利用多孔性固体吸附剂净化含氮氧化物废气。常用的吸附剂有杂多酸、分子筛、活性炭、硅胶及含NH3的泥煤等。其中利用分子筛作吸附剂来净化含氮氧化物废气是吸附法中最有前途的一种方法,国外已有工业装置用于处理硝酸尾气。


等离子体活化法是80年代发展起来的一种新型烟气脱硝技术,其原理主要是利用高能辐射激发烟气的各种气体分子,使之产生自由电子和活性基团,从而与SO2及NO反应达到脱硫脱硝目的。


与湿法相比,干法净化处理含NOX尾气的主要优点是:基本投资低,设备及工艺过程简单,脱除NOX的效率也较高,无废水和废弃物处理,不易造成二次污染。

采用微生物净化含NOX废气的思路是建立在用微生物净化有机废气以及利用微生物进行废水反硝化脱氮获得成功的基础上,它的净化机理是:适宜的脱氮菌在有外加碳源的情况下,利用NOX作为氮源,将NOX还原为最基本无害的氮气,而脱氮菌本身获得生长繁殖。 
 

用微生物进行废气脱硝是近年来国际上开始的基础性研究工作,该法能有效地脱除废气中的NOX,具有工艺简单、能耗和处理费用低、效率高、无二次污染等优点。但要实现工业应用还存在一些问题:比如微生物的生长速度相对较慢,要处理大流量的烟气,还需对菌种作进一步的筛选;另外微生物的生长需适宜的环境;而且微生物的生长会造成塔内填料的堵塞。


国内也开展了相关的研究工作,如近两年报道的将城市生活污水处理厂活性污泥中的硝化细菌培养、挂膜到填料塔中,进行模拟废气脱除NOX的实验。该技术正越来越受到人们的重视,正在全面发展。


效益转换面临难题

虽然,国内外已研究开发了各种各样的烟气脱硝工艺,各有特色,并取得了一定成果。但基本都存在一个共同问题:投资大、原料消耗高、操作费用高。环境效益和经济效益综合考虑将成为今后氮氧化物防治技术的发展主流。


到目前为止,我国还未形成得到权威部门认可的完整的烟气脱硝经济评价规则,对电厂氮氧化物排放造成的经济损失估算也还没有建立一套完整的数据收集分析系统。在企业中暂行的方式还比较粗略,即通过计算年费用和脱除每吨氮氧化物的费用来进行经济评价,其中年费用与动态投资额,年运行费,银行平均贷款利率等有关;而由年费用除以年数即可得脱除每吨氮氧化物的费用。


在企业进行技术研发和投资决策时,需要通过对脱硝技术的技术经济分析,并就排污费及贷款政策对脱硝费用的影响做出定量分析,可使烟气脱硝装置的投资,特别是脱硝技术开发更加合理。


脱销技术开发是一个多层次、涉及多学科的复杂过程工业系统开发过程,技术开发过程具有周期长、技术难度大、投入大等特点,按照常规的技术开发模式,需要经过机理研究、小试、中试、工业示范,逐级放大,投入应用整个开发流程。


脱销技术开发过程周期长、技术难度大、投入大,我国不少环保企业在烟气脱硝工程应用的过程中已逐渐将数值模拟、计算流体力学等技术分散应用于脱硝工程设计中,在一定程度上缩短了设计周期,降低了设计难度。通过这些方式的探索,可逐步形成系统设计和运作方案,加快脱硝技术产业化的进程。



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