燃煤烟气同时脱硫脱硝技术探讨

我国“富煤”的能源结构，使得我国成为了世界上生产煤炭同时也是煤炭消耗的第一大国。2016 年我国煤炭消耗量达到3.8×10⁵万吨，在我国能源消耗总量中占到62%。在总共利用的煤炭中84%是以直接燃烧的方式被消耗掉，煤炭采用直接燃烧的利用方式将会产生大量的如烟尘、SO2、NOx 等废气污染物，严重影响了生态环境的平衡和人们的身体健康。
近年来，SO2和NOx的排放引起了国家的高度重视，十三届全国人大第二次会议的政府工作报告中明确提出：2019年SO2和NOx的排放量要较2018年下降3%。目前传统的烟气脱硫和脱硝技术治理成本高、系统复杂且污染物脱除技术单一，因此探究高效且稳定的烟气同时脱硫脱硝技术成为了国内外研究者的关注重点。同时脱硫脱硝就是指在同一个系统内对SO2和NOx等多种污染物实现同时脱除，目前对该类技术可以分为氧化法同时脱硫脱硝技术、等离子体法同时脱硫脱硝技术以及吸附法同时脱硫脱硝技术等。
1、传统烟气脱除技术
1.1 传统烟气脱硫技术
目前在世界上各种脱硫技术中，烟气脱硫（FGD）是一种应用最为广泛、最成熟的二氧化硫脱除技术，国内外对于烟气脱硫技术已经开发出了近200多种，但在实际应用过程中只有约十几种技术。排放的烟气中的SO2呈酸性，烟气脱硫技术就是利用碱性物质与烟气中的酸性SO2进行中和反应，从而达到脱硫的目的。以烟气脱硫中所利用脱硫剂的干湿状态以及脱硫后产物的浆液状态，将烟气脱硫技术可以分为三类：湿法脱硫技术、半干法脱硫技术以及干法脱硫技术，其中湿法脱硫技术占脱硫市场的85%。目前国内外在脱硫市场中应用最多的脱除技术有：石灰石-石膏法、氨法、双碱法、海水法、循环流化床法等。
1.2 传统烟气脱硝技术
脱硝可以分为三类：煤炭燃烧前的脱硝、煤炭在燃烧过程中脱硝以及煤炭燃烧后脱硝（即烟气脱硝）。燃烧前的脱硝技术常采用加氢、洗选等对NOx进行脱除；燃烧中脱硝常用的有低氮燃烧技术、烟气再循环技术等；但在脱硝市场上烟气脱硝是应用最广泛、最成熟的脱硝技术，烟气脱硝与烟气脱硫技术分类方式相同，以烟气脱硝中所利用脱硝剂的干湿状态以及脱硝后产物的浆液状态分为干法和湿法两种方式。目前，烟气脱硝市场上应用最广泛的技术有三种：选择性催化还原技术（SCR）、选择性非催化还原技术（SNCR）以及SNCR-SCR 联合脱硝技术，但此三种技术同样存在着SCR催化剂易中毒、SNCR 氨逃逸高、SNCR+SCR 联合技术还原剂消耗量过大等问题。
2 氧化法同时脱硫脱硝技术
NO 是 NOx中的主要污染物，燃煤烟气中的 NOx中90%都是NO，无论是碱性溶液或水都不易将其溶解。氧化法同时脱硫脱硝就是利用氧化剂在吸收塔内创造一种强氧化环境，将NOx中的主要污染物NO（不易溶）氧化为易溶于碱性溶液或水的高价态NOx，以此来达到脱除NO的目的。其中，O3、NaClO2、KMnO4、H2O2等强氧化剂是氧化法同时脱硫脱硝常用的氧化剂。
2.1 臭氧（O3）氧化法
臭氧（O3）具有很强的氧化性，且在氧化过程中无二次污染，是一种清洁氧化剂。臭氧氧化法同时脱硫脱硝就是利用了O3 强氧化性的特点，在污染物脱除过程中，首先将烟气中的SO2和NO氧化为高价态的氧化物（SO2、NO2、NO3 等），氧化后的高价态氧化物再由碱液进行湿法吸收脱除。但目前臭氧氧化法 脱硫脱硝所需臭氧量较大、投资成本较高，现阶段还较难满足市场工业化需求。因此，O3氧化法同时脱硫脱硝还需进一步研究。
2.2  NaClO2氧化法
NaClO2氧化法同时脱硫脱硝是一种湿法烟气脱除工艺，该方法的脱除原理是利用 NaClO2的强氧化性将SO2和NO氧化，烟气中的SO2和NO被氧化后，以SO4^2-和 NO3^-的形式存在，然后再利用碱液（NaOH、Na2S 等）对 SO4^2-和 NO3^-进行吸收，达到脱硫脱硝的目的。近年来亚氯酸钠氧化法同时脱硫脱硝技术因氧化性强、脱除效率高、简单易行等优点成为了脱硫脱硝行业的主流技术之一，但操作过程如何优化反应条件、解决设备易腐蚀、减少脱硫脱硝过程中造成的二次污染等问题需要进一步研究。
2.3 其它氧化剂氧化法
以H2O2作为氧化剂同时脱除SO2和NOx，利用的是氧化剂产生的强氧化性的O· H，将SO2和NOx氧化为高价态氧化物，然后结合碱液进行吸收脱除。H2O2氧化法同时脱硫脱硝具有污染物脱除率高、氧化剂价格低廉、无二次污染等优点；但该方法投资费用高、H2O2利用率低且氧化剂易分解等缺点限制了该方法的工业化应用。
KMnO4氧化性很强，在同时脱硫脱硝实验中经常被作为氧化剂使用。但该方法还需要解决氧化剂KMnO4成本高、吸收剂难制备、反应易生成副产物以及设备易堵塞等一些问题。
3 等离子体法同时脱硫脱硝技术
等离子体法以其过程易控制、烟气处理量大、能源利用率高等优点受到越来越多研究者的关注。电子束法（EBA）和脉冲电晕法是等离子体法研究最广泛的两种同时脱硫脱硝技术，该两种等离子体技术都有较大缺点，未能大规模应用。
4 吸附法同时脱硫脱硝技术
吸附法同时脱硫脱硝技术是一种工业分离技术，该法脱除原理就是采用吸附剂将烟气中的污染物SO2和NOx同时脱除，其中物理吸附和化学吸附是吸附法在应用中最广泛的两种吸附技术。吸附法具有很好的研究前景，目前碳基吸附技术和钙基吸附技术是吸附法同时脱硫脱硝中研究较多的两种方法。