摘要：本文針對(duì)國(guó)內(nèi)火電和燒結(jié)行業(yè)脫硫脫硝除塵的現(xiàn)狀以及存在的問(wèn)題,，研發(fā)的低溫?zé)煔庋h(huán)流化床同時(shí)脫硫脫硝除塵技術(shù),，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)低溫?zé)煔舛喾N污染物的協(xié)同控制，且脫硫效率可達(dá)到85～98%,，脫硝效率可達(dá)到60%~85%,，系統(tǒng)出口粉塵濃度小于20mg/m3。該技術(shù)目前已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用,。

目前我國(guó)火電行業(yè)普遍采用的脫硫脫硝除塵技術(shù)路線是從國(guó)外引進(jìn)的脫硝SCR(SNCR)→除塵→濕法脫硫→靜電除塵的分項(xiàng)治理技術(shù),，此技術(shù)效率高、配置靈活,，但只適用于溫度≥350℃煙氣,。隨著我國(guó)環(huán)保要求的不斷提高，未來(lái)對(duì)二惡英,、重金屬,、汞等多種污染物的排放都將實(shí)行限制，故研發(fā)一種可實(shí)現(xiàn)對(duì)低溫?zé)煔舛喾N污染物協(xié)同控制技術(shù)是該領(lǐng)域迫在眉睫的事情,，也是國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家努力的方向,。

除活性炭吸附技術(shù)之外,，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)成熟的低溫?zé)煔饷撓跫夹g(shù)得到應(yīng)用?；痣婎I(lǐng)域廣泛應(yīng)用的脫硝技術(shù)為選擇性催化還原技術(shù)（SCR）,，該技術(shù)中脫硝核心裝置催化劑對(duì)溫度要求高（350℃以上），在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)（小于60%負(fù)荷）,，鍋爐排煙溫度降低,，不能滿(mǎn)足催化劑對(duì)煙氣溫度要求，SCR不得不退出運(yùn)行,。對(duì)于鋼鐵行業(yè)燒結(jié)機(jī)及供暖用的鏈條鍋爐,，煙氣溫度通常低于150℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于SCR運(yùn)行溫度,，SCR技術(shù)若要得以應(yīng)用,，需將煙氣溫度加熱至350℃以上，耗能巨大,，運(yùn)行成本過(guò)高,。

石灰石-石膏法脫硫技術(shù)目前被鋼鐵行業(yè)及火電廠廣泛應(yīng)用。該技術(shù)具有適用范圍廣,、脫硫效率高,、吸收劑利用率高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),，同時(shí)脫硫吸收劑--石灰石來(lái)源豐富且廉價(jià),。但是石灰石-石膏法的缺點(diǎn)也是比較明顯的：投資運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高、占地面積大,、系統(tǒng)管理操作復(fù)雜,、磨損腐蝕嚴(yán)重等，此外,，煙氣中攜帶的漿液滴,，經(jīng)GGH加熱后，重新以微顆粒形式被帶出系統(tǒng),，部分形成了人們常說(shuō)的PM2.5,，隨著國(guó)家對(duì)粉塵顆粒物排放要求的進(jìn)一步提高，濕法脫硫系統(tǒng)出口不得不再配置濕式電除塵來(lái)滿(mǎn)足國(guó)家排放限值的要求,，濕法脫硫和濕法電除塵后的污水處理也是一個(gè)難題,，目前大部分企業(yè)還沒(méi)有重視。

我公司研發(fā)的低溫?zé)煔庋h(huán)流化床同時(shí)脫硫脫硝除塵技術(shù)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷,，提供一種同時(shí)脫除煙氣中硫氧化物,、氮氧化物及粉塵的方法，并可對(duì)煙氣中的多種污染物實(shí)現(xiàn)一定的協(xié)同控制。該技術(shù)采用生石灰或消石灰為吸收劑,，具有低溫同時(shí)脫硫脫硝的能力,，在較低的Ca/(S+0.5N)摩爾比下就能達(dá)到很高的脫硫脫硝效率，非常適合處理溫度在150℃以下的低溫?zé)煔?，同時(shí),，該工藝尾部配備脈沖袋式除塵器，對(duì)煙氣中的粉塵具有高效過(guò)濾的作用,。

該工藝具有投資省,，運(yùn)行費(fèi)用低，運(yùn)行可靠,，流程簡(jiǎn)單,，易于維護(hù)，脫硫脫硝副產(chǎn)品易于處理,，無(wú)二次污染等顯著優(yōu)點(diǎn),，其脫硫效率可達(dá)到85～98%，脫硝效率可達(dá)到60%~85%,，系統(tǒng)出口粉塵濃度小于20mg/m3,。

1、煙氣循環(huán)流化床同時(shí)脫硫脫硝除塵工藝的工作原理

煙氣循環(huán)流化床同時(shí)脫硫脫硝除塵技術(shù)是我公司研發(fā)的一種低溫干法同時(shí)脫硫脫硝工藝,。該技術(shù)以循環(huán)流化床原理為基礎(chǔ),，利用催化劑將NO氧化為NO2，通過(guò)吸收劑的多次再循環(huán)利用,，延長(zhǎng)吸收劑與煙氣的接觸時(shí)間,，以達(dá)到高效脫硫脫硝的目的,。

工藝流程：鍋爐或燒結(jié)機(jī)系統(tǒng)排出的煙氣（一般為100℃~150℃左右）引入催化劑中,，在催化劑作用下，大多數(shù)NO被氧化成NO2,，經(jīng)催化劑后的煙氣再進(jìn)入脫硫脫硝反應(yīng)塔底部,，脫硫脫硝反應(yīng)塔底部為一布風(fēng)裝置，煙氣流經(jīng)時(shí)被均勻分布,。脫硫脫硝吸收劑和水被噴入塔內(nèi),，使煙氣降溫并與吸收劑相混合，復(fù)合吸收劑與煙氣中的SO2,、NOx反應(yīng),，生成亞硫酸鈣、硫酸鈣,、亞硝酸鈣和硝酸鈣等,。固體顆粒部分在塔頂回落，在塔內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)，部分隨煙氣從脫硫脫硝反應(yīng)塔上部排出,，然后進(jìn)入脈沖袋式除塵器,。大部分的固體顆粒通過(guò)除塵器下的再循環(huán)系統(tǒng)，返回脫硫脫硝反應(yīng)塔繼續(xù)參加反應(yīng),，如此循環(huán)達(dá)100～150次,，少部分脫硫脫硝產(chǎn)物則經(jīng)過(guò)灰渣處理系統(tǒng)輸入到渣倉(cāng)。最后的煙氣經(jīng)除塵器通過(guò)脫硫脫硝增壓風(fēng)機(jī)排入煙囪,。由于脫硫脫硝過(guò)程中,，煙氣中的大量酸性物質(zhì)尤其是SO3被脫除，煙氣的酸露點(diǎn)溫度很低,，排煙溫度高于露點(diǎn)溫度,，因此煙氣也不需要再加熱。

圖1 燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)流化床同時(shí)脫硫脫硝除塵系統(tǒng)流程圖

圖2 燃煤鍋爐煙氣循環(huán)流化床同時(shí)脫硫脫硝除塵系統(tǒng)流程圖

    脫硫脫硝反應(yīng)塔上部設(shè)有回流裝置,，塔中的煙氣和吸收劑顆粒在向上運(yùn)動(dòng)時(shí),，會(huì)有一部分煙氣及固體顆粒產(chǎn)生回流，形成很強(qiáng)的內(nèi)部湍流,，從而增加了煙氣與吸收劑的接觸效率,，使脫硫脫硝反應(yīng)更加充分。固體顆粒在上部產(chǎn)生強(qiáng)烈的回流,，加強(qiáng)了固體顆粒之間的碰撞和摩擦,，不斷地暴露出新鮮的吸收劑表面,，大大提高了吸收劑的利用率,。吸收塔較高，煙氣在脫硫脫硝反應(yīng)塔中的停留時(shí)間較長(zhǎng),，使得煙氣中的SO2,、NO2能夠與吸收劑充分混合反應(yīng),，99%的脫硫反應(yīng)和80%的脫硝反應(yīng)都在脫硫脫硝反應(yīng)塔內(nèi)進(jìn)行并完成。

當(dāng)鍋爐或燒結(jié)機(jī)負(fù)荷較低導(dǎo)致煙氣量不能滿(mǎn)足循環(huán)流化床運(yùn)行工況要求時(shí),，可以通過(guò)調(diào)節(jié)回流調(diào)節(jié)閥開(kāi)度使部分凈煙氣重新返回脫硫脫硝反應(yīng)塔,，以滿(mǎn)足流化床對(duì)系統(tǒng)風(fēng)量的要求。

2,、煙氣循環(huán)流化床同時(shí)脫硫脫硝除塵工藝的反應(yīng)機(jī)理

循環(huán)流化床脫硫脫硝反應(yīng)原理：在脫硫脫硝反應(yīng)塔內(nèi),，多次循環(huán)的固體吸收劑形成一個(gè)濃相的床態(tài)，消石灰粉末,、煙氣及噴入的水分,，在流化狀態(tài)下充分混合。消石灰粉末和煙氣中的SO2,、NO2,、SO3,，HCl，HF等在水分存在的情況下,，在Ca(OH)2粒子的液相表面發(fā)生反應(yīng),，從而實(shí)現(xiàn)高效脫硫脫硝。下列簡(jiǎn)化反應(yīng)式描述了一定溫度范圍內(nèi)脫硫脫硝反應(yīng)塔內(nèi)發(fā)生的大部分反應(yīng),。

脫硫反應(yīng)：

SO2+ Ca(OH)2→CaSO3﹢H2O

脫硝反應(yīng)：

NO+ 1/2O2→NO2  （催化劑作用下）

4NO2+2Ca(OH)2→Ca(NO3)2+Ca(NO2)2+H2O

脫硫脫硝互相促進(jìn)的反應(yīng)：

2NO2+CaSO3+Ca(OH)2→ Ca(NO2)2 + CaSO4 + H2O

與其他酸性物質(zhì)（如SO3,、HF、HCl）的反應(yīng)：

SO3+ Ca(OH)2→CaSO4+H2O

2HCl+Ca(OH)2→CaCl2+H2O

2HF+Ca(OH)2→CaF2+H2O

相比諸多采用循環(huán)流化床原理的干法脫硫工藝,，本工藝的特點(diǎn)是采用新型布風(fēng)裝置,，加快氣體對(duì)固體顆粒的加速作用，快速獲得均一的氣固濃度分布,，縮短脫硫脫硝塔入口的長(zhǎng)度,，提高床層利用效率，同時(shí),，脫硫脫硝塔下部是脫硫脫硝反應(yīng)迅速進(jìn)行的區(qū)域,，采用新型布風(fēng)裝置，消除了脫硫脫硝裝置下部流場(chǎng)的偏轉(zhuǎn),，提高了顆粒均勻性和脫硫脫硝效率,。同時(shí)，在脫硫脫硝反應(yīng)塔上部出口區(qū)域布置了回流裝置,，旨在造成煙氣流中固體顆粒的回流,，通過(guò)這種方式，延長(zhǎng)了固體顆粒在塔內(nèi)的停留時(shí)間,，同時(shí)改進(jìn)了氣固間的混合,。此外，脫硫脫硝反應(yīng)塔內(nèi)還裝有內(nèi)構(gòu)件,，增強(qiáng)了氣體的紊流效果,，使吸收劑和二氧化硫、二氧化氮接觸更加充分,，明顯提高了脫硫脫硝效率,。

該工藝最重要的特色是在維持高污染物去除率的同時(shí)保持低反應(yīng)物消耗率，這主要是通過(guò)優(yōu)化循環(huán)流化床內(nèi)部的反應(yīng)條件達(dá)到的,，具體包括加強(qiáng)氣固接觸、固體物有較長(zhǎng)的接觸時(shí)間,、不斷更新吸收劑反應(yīng)表面等,。

3、循環(huán)流化床同時(shí)脫硫脫硝工藝的副產(chǎn)物利用

采用鈣基脫硫劑單純脫除煙氣中二氧化硫的干法（半干法）工藝,，包括目前普遍采用的循環(huán)流化床脫硫工藝,、SDA旋轉(zhuǎn)噴霧工藝及密相干塔工藝等,，產(chǎn)生的脫硫渣主要成分為CaSO3、CaSO4,、CaCO3及Ca(OH)2等,，其中CaSO3占到多數(shù)。由于脫硫時(shí)系統(tǒng)采用的鈣硫比不同,，脫硫渣中CaSO3的組分一般控制在35%±10%,，脫硫渣平均粒徑在10ūm左右，堆比重在600-900 kg/m3之間,。

由于CaSO3對(duì)水泥中礦物的選擇性較強(qiáng),，不具有應(yīng)用的普遍適應(yīng)性，因此無(wú)論是電廠煙氣還是燒結(jié)煙氣的干法脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的脫硫渣都很難利用,。多數(shù)都是堆棄,，或者是有限地利用于礦井填埋，路基鋪墊等,，無(wú)法高效的利用,。

我公司研發(fā)的煙氣循環(huán)流化床同時(shí)脫硫脫硝除塵工藝對(duì)煙氣進(jìn)行處理后，其脫硫脫硝副產(chǎn)物的主要礦物組成是硫酸鈣,、硝酸鈣,、亞硝酸鈣及其它鈣化合物。硫酸鈣是礦渣粉生產(chǎn)企業(yè)常用的外加劑,，也是GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》所允許添加的外加劑。硝酸鹽和亞硝酸鹽不僅能作為混凝土的早強(qiáng)劑組分,，而且可以作為混凝土防凍劑組分使用,。我國(guó)曾生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)以硝酸鹽和亞硝酸鹽為主的許多品種的早強(qiáng)劑或防凍劑，如亞硝酸鈣一硝酸鈣,，亞硝酸鈣一硝酸鈣一尿素,、亞硝酸鈣一硝酸鈣一氯化鈣，以及亞硝酸鈣一硝酸鈣一氯化鈣一尿酸等,。亞硝酸鈣的摻入還可以防止混凝土內(nèi)部鋼筋的銹蝕,，其原因是可以促使鋼筋表面形成致密的保護(hù)膜。

通過(guò)我們對(duì)脫硫脫硝副產(chǎn)物資源化利用的研究,，結(jié)合鋼鐵企業(yè)固體廢棄物資源化利用技術(shù),，該副產(chǎn)物可用于礦渣粉生產(chǎn)用添加劑和配制鋼鐵渣粉早強(qiáng)激發(fā)劑，達(dá)到提高礦渣的活性,，并解決鋼鐵渣粉早期強(qiáng)度低的技術(shù)問(wèn)題,，達(dá)到“零排放”，還具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,。

4,、煙氣循環(huán)流化床同時(shí)脫硫脫硝除塵工藝的特點(diǎn)

（1）技術(shù)先進(jìn),，工藝流程與傳統(tǒng)流化床脫硫技術(shù)相似，配套低溫催化劑,，達(dá)到同時(shí)脫硫脫硝的功能,，而且脫硫脫硝效率很高。

（2）該工藝在脫除SO2,、NOx的同時(shí),，對(duì)SO3、氯化物和氟化物吸收率超過(guò)90%,，系統(tǒng)中增加部分設(shè)備和吸收劑,，就可以增加對(duì)二惡英等的脫除功能，滿(mǎn)足更加嚴(yán)格的環(huán)保要求,。

（3）脫硫脫硝副產(chǎn)物可以作為礦渣粉等生產(chǎn)用添加劑和配制鋼鐵渣粉早強(qiáng)激發(fā)劑使用,，使用價(jià)值高。

（4）在滿(mǎn)足同時(shí)脫硫脫硝的前提下,，與目前現(xiàn)有各項(xiàng)脫硫脫硝技術(shù)相比,，該工藝的投資及運(yùn)行成本都是比較低的。

（5）因吸收劑為干態(tài),，床溫只取決于噴水量的多少,。塔內(nèi)優(yōu)良的混合條件，使塔內(nèi)的水分迅速蒸發(fā),，所以脫硫反應(yīng)塔及其它設(shè)備不會(huì)產(chǎn)生粘結(jié)和堵塞,，也不會(huì)產(chǎn)生腐蝕。排放煙氣水汽含量少,，不飽和,，不會(huì)產(chǎn)生影響景觀的白煙柱現(xiàn)象。

（6）該工藝在脫硫脫硝反應(yīng)塔的頂部區(qū)域加裝了導(dǎo)流板,，在塔內(nèi)加裝了紊流裝置,，加上外部循環(huán)，延長(zhǎng)了脫硫劑的停留時(shí)間,，加大了固體顆粒的碰撞,、摩擦，從而提高了吸收劑的利用率,。

（7）較低的塔內(nèi)流速使塔內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生磨損,。

（8）煙氣在塔內(nèi)的停留時(shí)間較長(zhǎng)，使SO2,、NOx與吸收劑能得到充分的混合,，提高了脫硫脫硝效率。

（9）可動(dòng)部件少,，易損件少,，整個(gè)裝置可用率高。

（10）煙氣負(fù)荷大范圍（50～100%）變化時(shí)下,，系統(tǒng)仍可正常運(yùn)行,。

（11）本工藝末端除塵設(shè)備為袋式除塵器，可以減少PM2.5的排放,，粉塵排放濃度控制在20mg/m3以?xún)?nèi),，滿(mǎn)足國(guó)家對(duì)粉塵排放濃度要求。

5,、煙氣循環(huán)流化床同時(shí)脫硫脫硝除塵工藝的工業(yè)化應(yīng)用

2014年9月,，我公司同兗州聚源熱電有限責(zé)任公司就58MW角管式（鏈條）鍋爐煙氣脫硫脫硝項(xiàng)目簽訂總承包合同。項(xiàng)目采用我公司研發(fā)的循環(huán)流化床同時(shí)脫硫脫硝技術(shù),，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)煙氣量105000Nm3/h,，設(shè)計(jì)二氧化硫入口濃度2500mg/m3、氮氧化物入口濃度850mg/m3,、粉塵入口濃度2000mg/m3,，經(jīng)煙氣同時(shí)脫硫脫硝除塵系統(tǒng)凈化后，系統(tǒng)出口二氧化硫濃度小于50mg/m3,、氮氧化物濃度小于150mg/m3,、粉塵濃度小于20mg/m3，經(jīng)兩個(gè)采暖季運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示,，系統(tǒng)出口排放指標(biāo)全面優(yōu)于設(shè)計(jì)值,。

該項(xiàng)目通過(guò)一套系統(tǒng)同時(shí)解決了鍋爐煙氣中二氧化硫、氮氧化物,、氯化氫,、氟化氫、粉塵等多污染物的凈化問(wèn)題,，同時(shí)解決了半干法脫硫副產(chǎn)物難以利用的問(wèn)題,，且投資及運(yùn)行費(fèi)用較常規(guī)濕法脫硫+SCR脫硝方法大幅降低，為工業(yè)煙氣多污染物的治理開(kāi)辟了一條新的技術(shù)途徑,，對(duì)其他工業(yè)煙氣脫硫脫硝項(xiàng)目具有示范作用,，因此，中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)特將我公司承擔(dān)的“兗州聚源熱電有限責(zé)任公司58MW角管式（鏈條）鍋爐煙氣同時(shí)脫硫脫硝除塵工程”列為工業(yè)煙氣同時(shí)脫硫脫硝一體化首臺(tái)套科研與技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程,。

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