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摘 要：针对某公司热电厂现有1、2号燃煤锅炉氮氧化物和二氧化硫排放浓度超标的问题，浅谈有机催化烟气综合治理技术的反应原理、工艺流程、技术特点及其应用。
关键词：有机催化烟气综合治理技术；脱硝、脱硫反应机理；工艺流程；氨逃逸；气溶胶；技术特点；预期应用效果
1 概述
根据《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）及国家环境保护部最新发布的公告（2013年第14号）：现有企业“十二五”期间，位于重点控制区47个城市主城区的火电、钢铁、石化行业现有企业以及燃煤锅炉项目执行大气污染物特别排放限值。乌鲁木齐在47个城市之列，重点地区的火力发电锅炉及燃气轮机组执行表2规定的大气污染物特别排放限值，二氧化硫排放浓度限值为50mg/Nm3，氮氧化物排放浓度限值为100mg/Nm3。乌鲁木齐市某公司热电厂现有1、2号燃煤锅炉（额定烟气总量530000Nm3/h），二氧化硫排放浓度为1500mg/Nm3，氮氧化物排放浓度为650mg/Nm3，已严重超标，必须对其进行脱硝、脱硫技术改造。
有机催化烟气综合治理技术是国内对烟气中的SO2和NOX同时进行治理的一种新兴技术。该技术属脱硫、脱硝和脱汞一体化技术，即在一个吸收塔内完成脱硫、脱硝和脱汞，不需设独立的脱硫、脱硝和脱汞系统，大大降低了环保项目的投资费用和运行费用，不产生二次污染，副产品化肥还可回收经济效益，做到变废为宝。
2 有机催化烟气综合治理技术
有机催化烟气综合治理技术，是来自以色列的一种独特的烟气处理专利技术，用于治理各种锅炉所排放烟气中的氮氧化物和二氧化硫，同时具有脱汞的作用；该技术已获欧盟及美国专利。
2.1 脱硝、脱硫反应基理
有机催化脱硝技术是在锅炉采用低氮燃烧降氮（约40%）后，在烟气进入吸收塔前（低温段烟气）利用强氧化剂强氧化烟气中的NO，使其转化为易溶于水的高价氮氧化物（NO2或N2O3），从而溶于水生成硝酸和亚硝酸；然后在吸收塔里，通过含有有机催化剂的混合液循环喷淋对烟气进行清洗，有机催化剂中的自由电子对基团与亚硝酸结合成稳定络合物，有效抑制了不稳定的亚硝酸分解再次释放污染气体，并促进它们被持续氧化成硝酸，与有机催化剂自动分离，通过加入氨水与硝酸中和，制成有价值副产品——硝酸铵化肥，有机催化剂循环利用。通过低氮燃烧与臭氧氧化相组合，有机催化技术可以实现稳定良好的脱硝效果。
在吸收塔里，有机催化剂对脱硫过程中亚硫酸的处理过程与上述对亚硝酸的处理过程相似，因而脱硫和脱硝可以同时进行。脱硫脱硝一体化时得到的是硫酸铵和硝酸铵混合肥。
2.2 工艺流程简述
烟气自锅炉引风机出口烟道引出，经烟道喷淋降温、脱硝氧化，然后进入吸收塔进行脱硫、脱硝和脱汞；处理后的干净烟气由烟囱排出。
有机催化烟气综合治理技术，整个装置包括：烟气系统、循环吸收系统、氨水制备和供给系统、脱硝氧化系统、固液分离系统、化肥制备系统、事故排空系统、工艺水系统、压缩空气系统等。
有机催化技术采用的吸收塔从下至上按其功能分为混合液段、吸收段、除雾段。在吸收塔混合液段布置有搅拌器和氧化空气曝气管为吸收塔提供氧化空气，将亚硫酸铵和亚硝酸铵氧化成硫酸和硝酸。吸收塔为喷淋空塔，内设三层喷淋、塔顶设有二级除雾器和一层防逃逸装置（设有在线自动冲洗系统），塔内装有机催化剂。SO2、NOX在吸收塔内通过催化剂的作用被氧化和脱除，同时在塔内生成硫酸铵和硝酸铵盐液。通过控制氨水加入量，控制吸收塔浆液的PH值约5.5～6.5。循环系统采用单元制设计，每个喷淋层都配有一台独立的循环泵，保证吸收塔内200%以上的吸收浆液覆盖率。
本项目中和剂为业主提供的20%浓度的氨水，再经氨水罐和泵不断地补充到吸收塔内。
本项目采用氧气源，氧气为该公司化肥厂空分装置放空气氧，经减压、稳压后送至臭氧发生器生成脱硝氧化剂臭氧，经臭氧均布器进入烟道参与反应。
盐液从吸收塔浆液池中泵出，经固液、液液分离后，泥饼落入接渣车；催化剂回收后循环使用；化肥盐液经泵输送至后处理，在后处理厂房内经蒸发、结晶、干燥、包装后，生成硫酸铵和硝酸铵混合肥。
事故排空系统在事故状态或检修时，吸收塔内浆液通过排出泵送入事故罐临时储存，待事故消除或检修完成时，由事故罐返回泵将浆液送回吸收塔内，以满足准备正常运行的需要。
压缩空气系统负责烟气温控装置、事故降温装置、臭氧均布器、固液分离系统、化肥制备系统用气。
有机催化烟气综合治理技术的核心，是采用一种专利生产的有机催化剂。该催化剂具有对二氧化硫等酸性气体的强烈捕捉能力，并对脱硫脱硝具有正向反应的促进作用，同时还对汞等重金属具有极强的物理吸附作用，可以持续地对烟气中含量很少的汞等重金属进行吸附、收集，当催化剂吸收重金属饱和后，可在线分离，重金属的存在不会对有机催化剂的脱硫、脱硝能力产生任何影响。
3 氨逃逸、气溶胶问题的解决措施
在湿法脱硫中，氨逃逸、气溶胶现象是一个众所周知的瓶颈问题。本项目对吸收塔做了一些改进，以下五个部分均可起到减少氨逃逸、气溶胶的作用：（1）在图示1的吸收塔浆液区，由于有机催化脱硫脱硝工艺的氨水是从脱硫塔的底部注入（即液相加入而非气相加入），pH值控制在5.5到6.5的弱酸性环境，并通过自动控制系统实时补充氨水；新加入的氨水迅速与被有机催化剂捕获并转化生成的硫酸和硝酸进行中和反应，生成稳定的硫酸铵和硝酸铵化肥。由于浆液池维持在匮氨的弱酸环境，没有富余的碱性物质逃逸，也就不易产生气溶胶的问题，大大减少了氨水在喷淋层产生氨逃逸的机会。（2）在图示2的吸收反应区，烟气中的SO2和经氧化后生成的NbO3、NOb等酸性气体首先遇水生成亚硫酸和亚硝酸，亚硫酸和亚硝酸随即被有机催化剂的硫氧基团稳定住，生成临时的共价化合物，阻止了亚硫酸和亚硝酸的二次分解，并促成其氧化成硫酸和硝酸，从而达到高效脱硫脱硝的效果。在该过程，因首先与亚硫酸反应的是有机催化剂而不是氨，不仅降低了吸收反应区的氨浓度（同时减少了氨逃逸），而且避免了亚硫酸氢铵的产生，从而大大减少因亚硫酸氢铵分解、再聚合产生的气溶胶问题，从源头上减少了氨逃逸和气溶胶的产生。（3）在图示3的位置，采用专有防逃逸系统，使得处理后的烟气回旋上升，不但减缓了烟气上升速度，还使得液滴进一步下坠，降低气液夹带的机率。（4）在图示4的位置，选用屋脊式除雾器（液滴<50mg），其工作原理是：气体在穿过除雾器的狭小通道时，气体中夹带的液滴与除雾器的内壁反复碰撞，除雾效果好。（5）在图示5的位置，工艺水首先对除雾器进行冲洗后再进入塔底浆液池，工艺水在冲洗除雾器的同时，还起到了水封的作用，可进一步减少氨逃逸和气溶胶现象。
上述五项措施同时有效减少了有机催化剂随烟气的流失，降低有机催化剂的年耗量，节约运用费用。
4 有机催化烟气综合治理技术的显著特点
有机催化烟气综合治理技术，是先进的新一代湿法烟气综合治理技术。该技术具有以下显著特点：（1）具有多效减排能力：在同一个吸收塔内，可以同时具有脱硫（达99%以上）、脱硝（可达80%以上）、脱重金属（达90%）、二次除尘（达60%以上）等多种减排效果；适应国家日益严格的环保要求。（2）实现水资源循环利用，符合国家节能节水政策。整个装置无二次污染，“变废为宝”，化肥品质可达国家GB535-1995标准。（3）催化剂循环使用；一塔多用，系统占地小；工艺成熟、可靠，便于维护，降低了运行成本。（4）该技术对燃料含硫量的适应性极强，在确保达标排放的同时，允许和鼓励用户使用高硫燃料以节约生产成本。（5）该技术对烟气条件的波动适应性极强，可广泛适应特殊烟气如钢铁烧结机、石油石化汽油清洁装置尾气等烟气波动大的工况条件。（6）可以有效降低氨逃逸和气溶胶现象。
（7）脱硝预处理在锅炉本体外的低温烟道段进行，不影响锅炉热效率，系统压降低。脱硫、脱硝一体化，操作简单。工期安排灵活，不需长时间停运锅炉。
5 预期应用效果
该公司热电厂1、2号燃煤锅炉项目，采用“低氮燃烧技术+有机催化烟气综合治理技术”，有效地脱除烟气中的二氧化硫和氮氧化物。目前，本项目即将建成投运，投产后将满足现行规范及标准的要求，实现达标排放。改造后污染物排放浓度（氧含量6%，标态，干基）：SO2≤50mg/Nm3，NOx≤100mg/Nm3，NH3≤10mg/Nm3，粉尘<20mg/Nm3，雾滴≤75mg/Nm3。
参考文献
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