脫硝技術：形式多種多樣 效益轉換面臨難題

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“電力環保領域已經出現了拐點,今後脫硝技術會取代目前占主流的脫硫技術,成為電力環保企業的新增長點”,早在3年前就有業內人士做出了以上判斷,並大膽預測2010年底國家或將出臺有關脫硝的強制性指標的政策。

脫硝是控制氮氧化物汙染的一個重要途徑。目前,氮氧化物已逐漸成為第一大酸性汙染氣體,由其引起的環境問題以及對人體健康的危害可以歸納為以下幾個方面:其一,對人體的致毒作用,尤其是二氧化氮,可以引起支氣管和肺氣腫等呼吸系統疾病;其二,對植物具有損害作用;其三是形成酸雨、酸霧的主要汙染物;其四是與碳氫化合物共同作用可形成光化學煙霧;最後是參與臭氧層的破壞。氮氧化物的排放多集中在火電廠和汽車尾氣。

因此,控制和治理氮氧化物汙染迫在眉睫,國內外的電力環保企業紛紛涉足其中。目前,國內外已研究開發了各種各樣的煙氣脫硝工藝,並取得了一定成果。但基本都存在一個共同問題:由於脫銷技術開發過程周期長、技術難度大、投入大,導致脫硝技術的應用存在較大的經濟效益難題。如何將環保效益與經濟效益相結合,將成為該領域的主要課題。

多種多樣的脫硝技術

迄今為止,國內外對煙氣脫硫脫硝問題做過大量研究,方法也近百種,能夠工業化的多達十幾種。

煙氣脫硝技術按治理工藝可分為濕法和幹法脫硝。濕法脫硝包括:酸吸收法、堿吸收法、氧化吸收法、絡鹽吸收法等;幹法脫硝包括:選擇性催化還原法（SCR）、非選擇性催化還原法（SNCR）、吸附法、等離子體活化法等。此外,近十幾年來國內外一些科研人員還開發了用微生物來處理含氮氧化物廢氣。

濕法煙氣脫硝是利用液體吸收劑將氮氧化物（NOX）溶解的原理來凈化燃煤煙氣,其最大的障礙是NO很難溶於水,往往要求將NO首先氧化為NO2,然後NO2被水或堿性溶液吸收,實現煙氣脫硝。

濕法脫硝技術優點是脫硝效率較高。因吸收劑種類較多,來源廣泛,適應性強,能以硝酸鹽等形式回收NOX,可達到綜合利用的目的。但其技術比較復雜,設備容量大不易建造,成本較高,而且易造成溶液的二次汙染。

而幹法脫銷技術中的SCR脫硝原理是利用NH3和催化劑將NOX還原為N2。NH3具有選擇性,只與NOX發生反應,基本上不與O2反應,所以稱為選擇性催化還原脫硝。SCR法中催化劑的選取是關鍵。SCR法是國際上,特別是歐美應用最多、技術最成熟的一種煙氣脫硝技術。

與SCR法相比,SNCR法除不用催化劑外,基本原理和化學反應基本相同。該法的優點是不需催化劑,投資較SCR法小。但氨液消耗量大,NOX的脫除率也不高。目前大部分鍋爐都不采用此法。

吸附法是利用多孔性固體吸附劑凈化含氮氧化物廢氣。常用的吸附劑有雜多酸、分子篩、活性炭、矽膠及含NH3的泥煤等。其中利用分子篩作吸附劑來凈化含氮氧化物廢氣是吸附法中最有前途的一種方法,國外已有工業裝置用於處理硝酸尾氣。

等離子體活化法是80年代發展起來的一種新型煙氣脫硝技術,其原理主要是利用高能輻射激發煙氣的各種氣體分子,使之產生自由電子和活性基團,從而與SO2及NO反應達到脫硫脫硝目的。

與濕法相比,幹法凈化處理含NOX尾氣的主要優點是:基本投資低,設備及工藝過程簡單,脫除NOX的效率也較高,無廢水和廢棄物處理,不易造成二次汙染。

采用微生物凈化含NOX廢氣的思路是建立在用微生物凈化有機廢氣以及利用微生物進行廢水反硝化脫氮獲得成功的基礎上,它的凈化機理是:適宜的脫氮菌在有外加碳源的情況下,利用NOX作為氮源,將NOX還原為最基本無害的氮氣,而脫氮菌本身獲得生長繁殖。

用微生物進行廢氣脫硝是近年來國際上開始的基礎性研究工作,該法能有效地脫除廢氣中的NOX,具有工藝簡單、能耗和處理費用低、效率高、無二次汙染等優點。但要實現工業應用還存在一些問題:比如微生物的生長速度相對較慢,要處理大流量的煙氣,還需對菌種作進一步的篩選;另外微生物的生長需適宜的環境;而且微生物的生長會造成塔內填料的堵塞。

國內也開展了相關的研究工作,如近兩年報道的將城市生活汙水處理廠活性汙泥中的硝化細菌培養、掛膜到填料塔中,進行模擬廢氣脫除NOX的實驗。該技術正越來越受到人們的重視,正在全面發展。

效益轉換面臨難題

雖然,國內外已研究開發了各種各樣的煙氣脫硝工藝,各有特色,並取得了一定成果。但基本都存在一個共同問題:投資大、原料消耗高、操作費用高。環境效益和經濟效益綜合考慮將成為今後氮氧化物防治技術的發展主流。

到目前為止,我國還未形成得到權威部門認可的完整的煙氣脫硝經濟評價規則,對電廠氮氧化物排放造成的經濟損失估算也還沒有建立一套完整的數據收集分析系統。在企業中暫行的方式還比較粗略,即通過計算年費用和脫除每噸氮氧化物的費用來進行經濟評價,其中年費用與動態投資額,年運行費,銀行平均貸款利率等有關;而由年費用除以年數即可得脫除每噸氮氧化物的費用。

在企業進行技術研發和投資決策時,需要通過對脫硝技術的技術經濟分析,並就排汙費及貸款政策對脫硝費用的影響做出定量分析,可使煙氣脫硝裝置的投資,特別是脫硝技術開發更加合理。

脫銷技術開發是一個多層次、涉及多學科的復雜過程工業系統開發過程,技術開發過程具有周期長、技術難度大、投入大等特點,按照常規的技術開發模式,需要經過機理研究、小試、中試、工業示範,逐級放大,投入應用整個開發流程。

脫銷技術開發過程周期長、技術難度大、投入大,我國不少環保企業在煙氣脫硝工程應用的過程中已逐漸將數值模擬、計算流體力學等技術分散應用於脫硝工程設計中,在一定程度上縮短了設計周期,降低了設計難度。通過這些方式的探索,可逐步形成系統設計和運作方案,加快脫硝技術產業化的進程。

http://news.hexun.com.tw/2010-06-21/124008015.html