燃煤烟气多污染物联合脱除技术分析

李苇林，苏军划，沈煜晖，谷吉林

（中国华电工程（集团）有限公司，北京 100160）

0 引言

煤炭是我国的主要能源，煤炭燃烧在放出热量的同时也排放了很多有毒污染物。随着我国经济的快速发展，人们对环境质量的要求越来越高，GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》明确将Hg排放要求纳入火电厂大气污染物排放标准［1］，不久会将多环芳烃、大气挥发性有机物及As等污染物的排放也纳入排放标准。如果将每种污染物的脱除技术串联起来，不但增大设备占地面积，而且增加了基建和操作费用。因此，多种污染物在单一设备中同时脱除是烟气净化的发展方向。目前世界各国都开展了烟气多污染物脱除技术的研究，有些技术还得到了工业化应用。以下对目前燃煤烟气的多污染物联合控制技术进行分析和探讨，并对其应用前景进行了预测。

1 燃煤烟气多污染物联合脱除技术概况［2-5］

燃煤烟气多污染物联合脱除工艺主要包括湿法联合脱除工艺、电催化氧化联合脱除工艺及移动床活性焦联合脱除工艺。

1.1 湿法联合脱除工艺

湿法脱硫是目前SO2脱除的主流技术，已经在世界范围内获得广泛应用。若在湿法脱硫的基础上加入氧化剂，将NO和Hg氧化成可溶物，在吸收塔中一并去除，将达到一举多得的效果。在该脱除工艺中，氧化剂的选取是关键，该氧化剂需既能氧化NO和Hg，又不能将SO2氧化为SO3。近年来，环境领域的专家和学者在这方面做了大量工作，采用HClO3，NaClO2，H2O2，Cl2，O3等氧化剂［6］，能够高效脱除SO2，NOx和Hg，其中以O3作为氧化剂的低温氧化技术（LoTOx）已经工业化。贝尔哥（Belco）公司在得到LoTOx工艺专利授权后，将其与EDV湿式洗涤器结合起来应用于石油精炼厂，可同时脱除烟气中的SO2，NOx和颗粒物。NOx和Hg被氧化后生成NO2和Hg2+，SO2和NO2被同一种碱性物质（如石灰石、氨水、海水等）吸收和反应，而Hg2+被溶液捕集下来，进入废水处理系统中。理论上，LoTOx工艺有将SO2氧化成SO3的潜力，但根据现场试验结果来看，与占主导地位的NOx的氧化反应相比，SO2氧化成SO3的反应速率很低，基本可以忽略［7］。目前这一技术在石油精炼厂已有应用实例，但在燃煤电站应用上尚处于示范阶段。但现阶段O3的制备费用较高，制约了该技术的推广应用。

1.2 电催化氧化联合脱除工艺

电催化氧化联合脱除工艺通过3个步骤实现污染物协同脱除［3］。

通过传统的干式静电除尘器脱除烟气中绝大多数的飞灰，然后采用阻挡介质放电反应器将气相污染物氧化至更高价态的氧化物，如将NOx氧化为HNO3，将 SO2氧化为 H2SO4，将 Hg氧化为 HgO，最后氧化后的产物采用湿式静电除尘器（WESP）来收集。WESP收集的废液经过除灰处理后送往处理系统用来制造商品级的H2SO4和HNO3。用于氧化气相污染物的阻挡放电反应器是此工艺的关键组件。介质阻挡放电时，在整个反应器内产生高能电子，与烟气中的H2和O2碰撞产生氧化性自由基，自由基可以瞬间氧化SO2，NOx，Hg等。目前该技术已经在美国开展了商业示范项目，但该项目的基建和电耗费用较高，且用于氧化气相污染物的阻挡放电反应器在短期内无法国产化。

1.3 选择性催化还原（SCR）＋湿法脱硫

GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》限制了NOx排放质量浓度，目前国内燃煤电厂污染物脱除设备除了除尘和脱硫设备外，基本都会有SCR脱硝设备。若对SCR催化剂进行适当改进，可以使之除了能够还原NOx外，还能将Hg，VOCs及PAHs等氧化为CO2，H2O等无害物，将Hg，As等氧化后产物在后续的湿法脱硫装置中除去。这种工艺无需修改或增加设备，因此适合于旧电厂改造。

1.4 移动床活性焦联合脱除工艺［8-10］

移动床活性焦联合脱除工艺由德国Bergbau Forschung（BF）公司、日本三井矿业株式会社Mitsui Mining Smelting Co公司共同开发，后被美国玛苏莱环保技术公司（MET）收购，形成MET-Mitsui-BF技术。目前该技术已经应用于多家电站的多种类型锅炉。国内活性焦移动床联合脱除工艺开展较晚，目前尚未有自主知识产权技术的工业化应用报道。2001年，南京电力自动化设备总厂与煤炭科学研究总院北京煤化所在国家“863计划”的支持下进行了工业示范装置的技术攻关，形成了可资源化的活性焦脱硫技术，目前在冶金行业已运行、建成数十台工业化装置。此种技术脱硫率可达96%，但脱硝率只有20%，且对烟气中的Hg在活性焦中的迁移转化没有关注。在此基础上，中国华电工程（集团）有限公司环保分公司在北京市重大科技成果转化落地培育项目“活性焦载金属催化剂的SO2，NOx，Hg一体化脱除关键技术研究”的帮助下，将活性焦的脱硝率提高至70%，并对Hg在活性焦中的迁移转化规律进行了研究，初步形成活性焦脱硫脱硝脱汞工艺包。目前，此工艺存在的主要问题是活性焦的耗量大，运行成本高。

2 技术应用前景及经济性分析

2.1 应用前景分析

从多污染物联合脱除技术的发展趋势以及我国国情来看，电催化氧化联合脱除工艺除了电耗较高外，用于氧化气相污染物的阻挡放电反应器在短期内无法国产化，只能依靠国外进口，这无疑会使此类技术的成本居高不下。因此，我国燃煤电厂的多污染物联合脱除工艺主要从以下3个方面来考虑。

（1）基于湿法脱硫的多污染物联合脱除工艺。湿法脱硫是应用最为广泛的SO2脱除技术，基于湿法脱硫的多污染物联合脱除工艺在湿法脱硫的基础上，实现同时脱硫、脱硝及脱汞，且不需要重新投资建设。随着国家环保标准的提高，该工艺是今后旧电厂改造的首选。

（2）基于SCR+湿法脱硫的多污染物联合脱除工艺。按目前国内燃煤电厂的污染物脱除装置的发展来看，SCR+湿法脱硫装置不久将达80%以上，在此基础上，将SCR催化剂替换为同时脱除NOx和VOCs等污染物的催化剂，将NOx，VOCs还原为N2，CO2及H2O等无害物，湿法脱硫装置将Hg及As氧化后的产物除去。这种联合脱除工艺也是今后旧电厂改造的重点技术之一。

（3）活性焦移动床多污染联合脱除工艺有着完整的工艺系统，能够得到高质量的副产品。该工艺不但能够满足SO2，NOx及Hg等污染物更为严格的排放要求，还能脱除烟气中的VOCs，PAHs及As等污染物。因此，该技术既能满足当前对SO2和NOx的排放限值要求，又具有超前性，工业应用前景广阔，特别适合用于新建电厂以及工业锅炉建造。但由于活性焦价格较高，导致运费也高，所以用于小型的工业锅炉比较合适。

2.2 经济效益分析

表1 活性焦联合脱除技术与石灰石-石膏湿法脱硫、SCR脱硝、活性炭喷射脱汞技术比较

表1是活性焦联合脱除技术与石灰石-石膏湿法、SCR脱硝、活性炭喷射脱汞技术在工程造价、占地面积及脱硫、脱硝、脱汞效率等方面的比较。可以看出，活性焦脱硫、脱硝、脱汞一体化技术脱除效率高，占地面积小，反应剂消耗量少，副产品硫酸收益高，特别适合于我国中西部缺水地区。

3 结论

多污染物联合脱除技术是我国燃煤锅炉排气治理的发展趋势，对于已建电厂而言，湿法联合脱除技术和SCR+湿法脱硫联合脱除技术是今后旧电厂改造的重点方向；对于新电厂而言，活性焦联合脱除技术在占地面积、单位造价等方面有显著的优势，但需要解决活性焦较高的运行费用和成品酸的销路问题。

［1］GB 13223—2011火电厂大气污染物排放标准［S］.

［2］王永政，王聆燕，李紫龙.烟气多污染物系统一体化控制技术的研究［J］.电力科技与环保，2014（6）：13-15.

［3］严金英，郑重，于国峰，等.燃煤烟气多污染物一体化控制技术研究进展［J］.热力发电，2011（11）：9-13.

［4］孙岩.烟气多污染物控制技术研究［J］.能源环境保护，2014（6）：15-18.

［5］孙岩.烟气多污染物控制技术研究［J］.能源环境保护，2015（3）：29-32.

［6］赵毅，陈周燕，汪黎东，等.湿式烟气脱硫系统同时脱汞研究［J］.环境工程学报，2008，2（1）：64-69.

［7］United States Environmental Protection Agency.Multipollutant emission control technology options for coal-fired power plants［R］.Washington：United States Environmental Protection Agency，2005.

［8］张守玉，曹晏.活性炭（焦）脱除烟道气中二氧化硫工艺［J］.煤炭转化，1999（3）：28-34.

［9］黄戒介，杨之媛.移动床活性焦烟气脱硫试验研究［J］.环境工程，1997（2期）：25-29.

［10］翟尚鹏，刘静，辛昌霞，等.移动床活性焦烟气脱硫与除尘中试研究［J］.环境科学，2006（5）：850-854.