大气污染治理主流技术路线
2019-04-09 12:04    来源:中国环保产业协会

  1.工业烟气净化主流技术路线

  火电、钢铁、水泥、有色、煤炭等工业行业的大气污染治理技术主要为除尘、脱硫、脱硝技术及其组合,如火电厂烟气超低排放技术工艺路线:烟气→SCR脱硝→低低温电除尘→湿法脱硫→湿式静电除尘→烟囱排放;垃圾焚烧烟气净化技术路线:烟气→SNCR脱硝→半干法脱酸→活性炭喷射→布袋除尘→达标排放。

  1.1除尘技术

  除尘技术主要有电除尘技术、袋除尘技术及电袋复合除尘技术。电除尘技术又包括常规电除尘技术和高效电除尘技术,高效电除尘技术应用较多的主要有低低温电除尘技术、湿式电除尘技术、旋转电极电除尘技术及电除尘器高频电源供电技术等。

  常规电除尘技术指在高压电场内,使悬浮于含尘气体中的粉尘受到气体电离作用而荷电,荷电粉尘在电场力的作用下,向极性相反的电极运动,并吸附在电极上,通过振打、冲刷等使其从电极表面脱落,同时在重力作用下落入灰斗。电除尘技术净化效率高,电除尘器可以通过加长电场长度、增大电场有效通流面积、改进控制器的控制质量、对烟气进行调质等提高除尘效率。常规电除尘器正常运行时除尘效率一般高于99%。电除尘器阻力损失小,烟气处理量大,适用范围较广,但对粉尘比电阻有一定要求,对粉尘有一定的选择性,不能使所有的粉尘都获得很高的净化效率。如越南永兴一期2×620MW燃煤电站烟气除尘项目、塞尔维亚科斯托拉茨B 1×135MW燃煤电站烟气除尘脱硫项目等使用了该技术。

  低低温电除尘技术在电除尘器入口之前增设烟气换热系统,使进入电除尘器的烟气温度由130~170℃下降到90~100℃,降低烟气体积流量和烟尘比电阻,提高除尘效率。烟尘排放浓度可低于30mg/m3,除尘效率一般可达99.9%以上,SO3脱除率可达50%。适用于火电行业烟气除尘及余热利用,特别适用于电除尘器的提效改造。如巴基斯坦萨希瓦尔一期2×660MW燃煤电站烟气除尘脱硫项目、中国浙江浙能嘉华电厂1000MW燃煤电站超低排放项目、中国江西神华九江电厂2×1000MW超超临界燃煤电站烟气除尘脱硫项目等使用了该技术。

  湿式电除尘技术采用金属材料等作为湿法静电除尘器的集尘极板,除尘器卧式布置,烟气水平流动;可采用水雾化冲洗、加药中和冲洗等技术手段,并与湿法脱硫整体考虑,减少水耗。可实现对微小液滴、微细粉尘及SO3、气溶胶、重金属等的高效脱除。单级除尘效率可以达到50%以上。适用于燃煤电厂湿法脱硫后尾气深度净化处理。如塞尔维亚科斯托拉茨B 1×135MW燃煤电站烟气除尘脱硫项目、中国浙江浙能嘉华电厂1000MW燃煤电站超低排放项目、中国江西神华九江电厂2×1000MW超超临界燃煤电站烟气除尘脱硫项目等使用了该技术。

  旋转电极电除尘技术在电除尘器末级电场采用旋转式阳极板替代传统的固定式阳极板,并在其底部设置旋转钢刷进行清灰,相对于传统振打清灰可有效抑制二次扬尘、提高对细颗粒物的捕集效率。烟尘排放浓度可低于30mg/m3,除尘效率一般可达99.9%以上,电除尘器系统压降低于300Pa。适用于燃煤锅炉、冶金炉窑烟气除尘,特别适用于电除尘器提效改造。

  电除尘器高频电源供电技术采用高频电源替代电除尘器中的工频电源,并相应采用强放电型的电晕线,以增强烟尘荷电效果,提高电除尘器的除尘效率,并具有节能效果。输入三相电压380V±10%,50Hz±1%;输出电压66kV~90kV;输出功率70kW~160kW;输出电流脉冲频率10Hz~40kHz。与传统工频电源相比,采用高频电源后,粉尘排放减少10%以上,节电20%~40%。适用于火电、钢铁、水泥、冶金等行业电除尘器的提效改造。如越南永兴一期2×620MW燃煤电站烟气除尘项目使用了该技术。

  袋除尘技术依靠编织的或毡织的滤布作为过滤材料分离含尘气体中粉尘。袋除尘器对各种烟(粉)尘都有很好的捕集效果。滤袋材料对袋除尘技术的适用情况具有决定性作用,多采用芳纶、聚酰亚胺、聚苯硫醚(PPS)、聚四氟乙烯(PTFE)和改性玻纤等纤维等。PTFE纤维过滤材料可适应特殊的高温、高湿、高腐蚀环境(如城市生活垃圾、工业垃圾以及医疗垃圾焚烧烟气治理领域)。为发挥不同材料的特性,扬长避短,可用两种或两种以上各具特色的纤维加工成复合滤料。如氟醚复合滤料技术将聚苯硫醚(PPS)与聚四氟乙烯(PTFE)两种布袋除尘器主要原料通过针刺或水刺复合技术、抗氧化涂层处理技术,制成抗结露氟醚复合滤料,改善了滤料耐温、抗氧化、耐腐蚀性能,提高了布袋除尘器的环境适应能力。允许连续运行温度165℃,最高使用温度200℃,使用寿命达到30000h以上。如中国河北邯钢集团邯宝钢铁有限公司焦炉烟气脱硫脱硝除尘协同治理项目、中国广西广西盛隆冶金有限公司焦炉烟气脱硫脱硝项目等使用了该技术。

  电袋复合除尘技术采用“前电后袋”的结构形式,将电除尘的荷电机理和袋除尘的过滤机理相结合,不但可对进入前级荷电区的烟尘进行有效捕集,且荷电烟尘进入袋区后因荷电的影响,袋区的捕集效率和清灰效果均有较大改善,可提高除尘器的除尘效率,降低系统的压降。电袋复合除尘技术可满足处理大烟气量和高浓度烟尘的需求,并具有高效节能和延长滤袋寿命的特点,出口烟尘排放浓度低于20mg/m3,除尘效率达到99.9%以上,系统压降小于1100Pa,滤袋寿命达到4年以上。电袋复合除尘技术主要应用于火电、水泥、化工等行业燃煤锅炉烟气除尘。如印度巴库3×135MW燃煤电站除尘改造项目使用了该技术。

  1.2脱硫技术

  中国的脱硫技术应用主要集中在燃煤电站(火电)、钢铁烟气、燃煤工业锅炉脱硫领域,这些领域的脱硫技术发展相对较为成熟。燃煤电站脱硫技术主要包括石灰石-石膏湿法、海水法、循环流化床法及氨法,主导工艺是石灰石-石膏法。钢铁行业烟气与火电厂烟气相比具有烟气量大、SO2排放不稳定且污染成分多等特点,烟气脱硫难度大。钢铁烟气脱硫技术的成熟程度又无法和规范化的火电脱硫相比,常见的有石灰石-石膏法、氨法、镁法、碱法、循环流化床法、旋转喷雾干燥法(SDA)、活性焦/炭法等,应用最为广泛的是石灰石-石膏法。燃煤工业锅炉的脱硫技术基本也采用上述技术。

  石灰石/石灰-石膏法烟气脱硫技术采用石灰石/石灰浆液洗涤烟气,SO2与烟气中的碱性物质在不同结构形式的吸收塔中发生化学反应生成亚硫酸盐,经氧化后形成硫酸钙,连续地从浆液中分离出来并排往沉淀池,脱去烟气中的SO2。脱硫效率大于95%、钙硫比小于1.03、脱硫装置电耗小于1.5%、石膏中CaSO4·2H2O含量大于90%、含水率小于10%。适用于火电、冶金等行业烟气脱硫。如土耳其EREN泽塔斯电厂三期2×660MW超临界燃煤电站烟气脱硫项目、巴基斯坦萨希瓦尔一期2×660MW燃煤电站烟气除尘脱硫项目、塞尔维亚科斯托拉茨B 1×135MW燃煤电站烟气除尘脱硫项目、中国浙江浙能嘉华电厂1000MW燃煤电站超低排放项目、中国江西神华九江电厂2×1000MW超超临界燃煤电站烟气除尘脱硫项目等使用了该技术。

  海水脱硫工艺以海水为吸收剂脱除烟气中SO2脱硫效率高,一般可达90%以上,不产生副产品和废弃物,无二次污染,技术成熟,工艺简单,维护方便,投资、运行费用低。在有海水资源的沿海地区应用海水脱硫工艺具有天然的优势。适用于火电、冶金等行业烟气脱硫。如印尼万丹1×670MW超临界燃煤电站烟气脱硫项目、斯里兰卡普特拉姆3×300MW燃煤电站烟气脱硫项目、菲律宾马利万斯2×300MW燃煤电站烟气脱硫项目等使用了该技术。

  氨法烟气脱硫技术以一定浓度的氨水或液氨作吸收剂,与烟气发生反应产生亚硫酸铵,亚硫酸铵在吸收塔内氧化生成硫铵溶液并经离心分离、蒸发浓缩,得到固体硫酸铵。脱硫效率大于95%,脱硝效率大于20%,氨逃逸浓度低于8mg/m3。适用于火电、钢铁等行业烟气脱硫。

  烟气循环流化床干法脱硫技术以消石灰粉为吸收剂,将其喷入脱硫吸收塔内,并通过吸收剂的内外多次循环,实现高效脱硫,脱硫后气体中的固体颗粒物通过布袋除尘器收集可进一步综合利用。系统没有废水产生,系统烟道和设备无需防腐;SO2脱除率大于85%,并可有效脱除HCl、HF;脱硫装置阻力小于1500Pa。适用于火电、钢铁等行业烟气脱硫。如土耳其锡洛皮二期2×135MW燃煤电站烟气脱硫项目使用了该技术。

  旋转喷雾干燥法烟气脱硫技术是烟气与喷成雾状的石灰浆液在干燥吸收塔内进行反应的脱硫工艺,属干法脱硫工艺。因添加的吸收剂呈湿态,而脱硫产物呈干态,也被称为半干法。在钙硫摩尔比1.2~1.5时,脱硫效率可达75%~85%,脱硫产物为CaSO4、CaSO3、未反应完的CaO和飞灰等混合物。适用于处理低、中硫煤的烟气。如中国河北邯钢集团邯宝钢铁有限公司焦炉烟气脱硫脱硝除尘协同治理项目使用了该技术。

  活性焦法脱硫技术中烟气中污染物经吸附塔脱硫床层脱硫。活性炭吸附的SO2解析出来送往制酸系统制成98%浓硫酸,解析后的活性炭出解析塔后经过振动筛筛除粉尘后输送到吸附塔循环使用。如中国河北邯钢集团邯宝钢铁有限公司2×360m2烧结机烟气脱硫脱硝项目使用了该技术。

  1.3脱硝技术

  NOx控制技术主要有低氮燃烧技术及SCR、SNCR和SNCR-SCR技术。

  低氮燃烧技术是指依据燃料在燃烧过程中NOx的生成机理,通过改进燃烧技术来降低NOx生成和排放的技术。低氮燃烧技术包括低氮燃烧器、空气分级燃烧技术和燃料分级燃烧技术。低氮燃烧技术可为单项技术也可为技术组合,脱硝效率一般在10%~50%;工艺成熟;投资与运行费用较低。

  选择性催化还原法(SCR)是在催化剂作用下利用还原剂有选择性地与烟气中的NOx(主要是NO和NO2)发生化学反应,将NOx转化为N2和H2O,从而减少烟气中NOx排放的脱硝技术。应用于烟气脱硝中的SCR催化剂可分为高温催化剂(345~590℃)、中温催化剂(260~380℃)和低温催化剂(80~300℃),不同的催化剂适宜的反应温度不同。国内外SCR系统大多采用高温催化剂,反应温度区间为315~400℃。SCR、SNCR和SNCR-SCR中都要使用还原剂,还原剂的选择、储存及制备系统也是烟气脱硝的重要环节。目前常用的还原剂有液氨、尿素和氨水。SCR脱硝效率一般为60%~90%,可将NOx排放浓度降至100mg/m3左右;该技术一次投资费用和运行成本高;催化剂价格昂贵;失效的催化剂是重金属富集物,需再处置;还原剂消耗费用大;用液氨或氨水作为还原剂时安全管理成本较高。如中国浙江浙能嘉华电厂1000MW燃煤电站超低排放项目、中国江西神华九江电厂2×1000MW超超临界燃煤电站烟气除尘脱硫项目、中国河北邯钢集团邯宝钢铁有限公司焦炉烟气脱硫脱硝除尘协同治理项目、中国广西广西盛隆冶金有限公司焦炉烟气脱硫脱硝项目等使用了该技术。

  选择性非催化还原法(SNCR)指在不用催化剂的条件下,将还原剂喷入800~1100℃的烟气高温区发生化学反应,将NOx转化为N2和H2O,从而减少烟气中NOx排放的脱硝技术。SNCR以炉膛为反应器,可通过对锅炉的改造实现。SNCR脱硝效率一般为20%~40%;由于不用催化剂,SNCR不受煤质和煤灰的影响,可以在锅炉上更经济有效地获得较好效果;可以单独使用或作为SCR和低氮燃烧技术的补充。

  选择性非催化还原与选择性催化还原联合法(SNCR-SCR)是将还原剂喷入炉膛脱除部分NOx,逸出的氨再与未脱除的NOx进行催化还原反应的一种脱硝技术。SNCR-SCR联合烟气脱硝技术结合了SCR和SNCR的优势,SNCR将还原剂喷入炉膛脱除部分NOx,逸出的NH3用SCR再与未脱除的NOx进行催化还原反应。此种方法灵活性较强。

  2.工业有机废气(VOCs)治理主流技术路线

  生活垃圾处理厂的臭气、污(废)水处理厂的臭气及一些工业行业如石化、化工、煤炭、汽车、电子、制革等行业产生的有机废气均属于VOCs,VOCs治理的技术具有通用性,主流技术包括吸附回收、吸附浓缩、蓄热催化燃烧、生物净化等技术。VOCs治理工艺路线可采用单项技术或组合技术,如吸附浓缩+催化燃烧技术、吸附浓缩+高温焚烧技术、吸附浓缩+吸收技术等。采用组合治理技术,从净化效果上考虑是为了实现污染物的达标排放,从成本上则可以降低治理费用,以最低的代价实现治理效果。以下为成熟主流工艺技术。

  (1)吸附回收技术

  如活性炭吸附-氮气脱附冷凝溶剂回收技术,利用颗粒活性炭吸附有机废气,活性炭吸附饱和后采用高温氮气脱附再生,脱附产生的溶剂经冷凝分离后回收。VOCs净化效率≥96%(一级吸附若不能达标则需采用两级)。适用于包装印刷、石油化工、涂布、制药等行业。

  如油品储运过程油气膜分离-吸附回收技术,收集石化行业储运过程中间歇性排放的油气后,经缓冲气柜,通过增压进入吸收塔回收60~80%的油气。吸收塔出口的油气经膜组件富集后返回压缩机入口,膜处理后的低浓度油气(约5~15g/m3)进入变压吸附装置(VPSA),出口的非甲烷总烃浓度<120mg/m3。VOCs回收率>99.9%。适用于石化行业油气回收。

  (2)吸附浓缩技术

  吸附浓缩技术通常利用吸附材料先对低浓度废气进行浓缩,然后再进行冷凝回收、催化燃烧或高温焚烧处理。如沸石转轮吸附浓缩技术,含VOCs废气进入沸石转轮吸附净化,脱附后的高浓度废气再通过燃烧装置(如RTO、RCO、TNV等)进行燃烧净化,VOCs吸附浓缩倍数10倍以上,沸石转轮吸附净化效率≥90%,燃烧净化效率≥97%。适用于涂装、包装印刷等行业中低浓度废气净化。

  (3)蓄热式(催化)燃烧技术

  如旋转式蓄热燃烧VOCs净化技术。含VOCs气体经旋转阀分配至蓄热室,经蓄热材料预热后进入燃烧室,通过燃烧器将气体加热至800°C以上氧化分解VOCs,燃烧后气体通过旋转阀引导至入口的相反侧蓄热室,将热量释放至蓄热材料中,冷却后从出口排出。VOCs净化效率可达98%以上,热回收效率可达95%以上。适用于包装印刷、涂装、化工、电子等行业的中高浓度VOCs治理。

  如蓄热催化燃烧(RCO)技术。有机废气经蓄热体加热后,在催化剂的作用下燃烧,使有机废气氧化分解为CO2和H2O。反应后的高温气体经过蓄热体储存热量用于预热后续的有机废气后直接排放,或者直接返回生产环节进一步利用热能。每个蓄热室依次经历蓄热-放热-清扫等程序,连续工作。设备运行温度300℃左右,阻力≤5000Pa,空速10000h-1-40000h-1。VOCs净化效率≥97%,热回用率≥90%,催化剂使用寿命>24000h。适用于中高浓度VOCs废气治理。

  (4)生物净化技术

  如低浓度恶臭气体生物净化技术。低浓度恶臭气体经预洗池喷淋去除颗粒物和水溶性组分、调节温湿度后,进入生物滤池,通过湿润、多孔和充满活性微生物的滤层,实现对废气中恶臭物质的吸附、吸收和降解净化。典型VOCs物质去除率可达60%以上,臭气净化效率可达85%以上。适用于低浓度恶臭气体净化。

  如污水污泥处理处置过程恶臭异味生物处理技术。针对污水污泥处理过程中产生的恶臭异味,采用生物净化技术,利用附着于填料或洗涤液中的微生物吸收、降解恶臭气体组分。恶臭去除率>90%。适用于污水污泥处理处置场所散发的低浓度恶臭气体。应用中需充分考虑环境温度影响。

  (5)常温催化氧化技术

  如臭氧协同常温催化恶臭净化技术。废气先经喷淋增湿去除粉尘及可溶性物质并初步降温,经平衡器再次降温并脱除水雾后进入催化氧化塔,利用复合催化剂活化臭氧分子,将废气中可氧化成分氧化分解,实现低浓度恶臭净化并达标排放。恶臭净化效率可达90%以上。适用于化工、制药、农药、纺织印染、碳纤维生产、污水处理等行业废气治理。