電子束照射法脫硫脫氮工藝概述

電子束照射法脫硫脫氮技術是一種物理與化學相結合的高新技術，是在電子加速器的基礎上逐漸發(fā)展起來的，已引起了國內(nèi)外專家的廣泛重視。使用化石燃料的后果是產(chǎn)生了大量含SO2和NOx的氣態(tài)污染物，造成了酸雨等一系列威脅人類生存和發(fā)展的重大環(huán)境問題。氣態(tài)污染物雖然危害大，但在廢氣中濃度相對較低，凈化的技術難度大，處理成本高，是大氣污染治理工程中較棘手的問題。?

1 電子束照射法脫硫脫氮機理?

電子束照射法利用電子加速器產(chǎn)生的高能等離子體氧化煙氣中的SO?2和NO??x?等氣態(tài)污染物。經(jīng)電子束照射，煙氣中的SO2和NOx?接受電子束而強烈氧化，在極短時間內(nèi)(約十萬分之一秒)被氧化成硫酸和硝酸，這些酸與加入的氨(其量由煙氣中的SO?2和NO??x?的濃度確定)反應生成(NH?4)2SO4和NH4NO3的微細粉粒，粉粒經(jīng)捕集器回收作農(nóng)肥，凈化氣體經(jīng)煙囪排入大氣。?

脫硫脫氧整個反應大致可分為3個過程進行。

1.1 生成具有氧化活性的物質(zhì)?

由于高速電子束照射在反應器內(nèi)，具有很高能量的電子與煙氣中的主要成分N?2、O?2、H?2O分子碰撞反應，生成了氧化力很強的OH、O、HO?2等活性物質(zhì)。

1.2 SOx?和NOx?的氧化?

生成的氧化活性物質(zhì)將SOx?和NOx?氧化成霧狀硫酸和硝酸分子。

???SO??x?→ OH+O HO?2 H?2SO?4，NO??x?→ OH+O HO?2 HNO?3

???

1.3 (NH4)2SO4和NH4NO3的生成?

生成的硫酸和硝酸與摻入煙氣中的氨中和反應生成微粒狀(NH4)2SO4和NH4NO3，這些微粒從反應器進入收塵裝置，在短時間內(nèi)顆粒凝聚長大則被分離回收。?

上述這3個過程在反應器內(nèi)相互重疊，相互影響??〔1〕?。

??2 電子束照射法工藝流程和反應裝置?

該工藝由廢氣冷卻、加氨、電子束照射以及粉體捕集這幾道工序組成。粉體的捕集大都采用靜電除塵器(ESP)，如圖1所示。?

電子束發(fā)生器由直流高壓電源和電子束加速管組成，兩者之間用高壓電纜連結，如圖2。在高真空下，由加速管端部的燈絲發(fā)射出來的熱電子，在高壓靜電場作用下，使熱電子加速到任意能級。

?圖1 電子束照射脫硫脫氮裝置?

圖2 電子束發(fā)生裝置?

為了擴大高能電子束的有效照射空間，調(diào)節(jié)?X，Y?方向的磁場作用，并使電子束通過

照射窗進入反應器內(nèi)，使廢氣中的SO2和NOx?強烈氧化。

?3 電子束照射法的工藝特點和優(yōu)點?

①能同時脫除硫氧化物和氮氧化物，具有進一步滿足我國對脫硝要求的潛力;②系統(tǒng)簡單，操作方便，過程易于控制，對煙氣成分和煙氣量的變化具有較好的適應性和跟蹤性;③該工藝為干法脫硫，不產(chǎn)生廢水廢渣，形成二次污染;④副產(chǎn)品可作肥料利用，產(chǎn)生一定經(jīng)濟效

益。且我國目前硫資源缺乏，每年要進口硫磺以制造(NH4)2SO4，該工藝無疑對緩解目前狀況有一定的幫助:⑤脫硫效率高，脫硫效率在80%~94%之間。

??4 電子束照射法的技術發(fā)展現(xiàn)狀和應用

?

1987年美國印第安納州普列斯燃煤發(fā)電所完成的電子束脫硫脫硝中試，最大處理量24000m?3/h(相當于發(fā)電量約8000kW)，脫硫率達90%以上，脫硝率達80%以上??〔2〕?。?

日本的荏原制作所在該工藝方面進行了深入細致的研究，在好幾個國家(包括中國)都申請了專利。該所1999年在日本新名古屋火電廠完成的電子束處理裝置最大處理量達620000m?3/h(相當于220MW機組)。?

在我國，該技術于1994年被國務院批準列入"中國21世紀議程"的"優(yōu)先項目計劃"中。1997年，四川成都熱電廠與日本荏原制作所合作建成了電子束處理裝置，最大處理量為300000m?3h(相當于90MW機組)??〔3〕?。

??5 問題討論

?5.1 關于副產(chǎn)品?

5.1.1 生成的化肥能否有效捕集 電子束煙氣脫硫工藝所存在的主要問題在集塵器上，由于燃煤煙氣經(jīng)電子束脫硫后，煙氣及煙塵的物理、化學特性發(fā)生了很大的變化，故對電除塵器的運行產(chǎn)生很大影響，如二次電流為零，除塵性能惡化等。美國能源部1988年的報告中提到:由于副產(chǎn)品的吸濕特性和微小粒徑使其容易從集塵設備上(無論布袋還是電除塵器)上逃逸。在我國，成都電廠電子束脫硫中試工程中出現(xiàn)了電除塵器二次電流為零，以致整體系統(tǒng)無法正常運行的現(xiàn)象。在成都電廠的最近的運行中，電除塵器一、二電場電流一般為100~300mA，低時甚至僅20~30mA，遠低于設計電流1200mA，除塵效率自然也很難達到設計要求。這產(chǎn)生了兩方面的問題:一方面導致煙塵排放濃度偏高，造成煙塵污染;另一方面使電子束脫硫所產(chǎn)生的化肥得不到有效捕集，造成經(jīng)濟損失。雖然通過一系列改進措施，電除塵器二次電流為零的現(xiàn)象得到一定改觀，但由于所捕集的粉塵粘性和表面張力較大，依靠電極振打難以達到對電極清潔的目的，使電極表面為煙塵層所覆蓋，甚至產(chǎn)生結垢，導致"灰捧"，致使其表面的荷電煙塵粒子難以釋放，尤其是當陰極上結垢嚴重時產(chǎn)生電暈閉塞，不能放出電子，即二次電流大幅度下降，乃至為零，影響ESP正常運行??〔4〕?。?

5.1.2 生成的化肥的質(zhì)量和銷路問題 反應生成的副產(chǎn)品(NH?4)?2SO?4和NH?4NO?3因煙塵帶入而

含有微量的重金屬元素，但分析表明其濃度符合有關規(guī)定(GB8173-87)，分析結果見表1。??

表1 電子束脫硫副產(chǎn)品重金屬元素分析/mg·kg?-1??

項目 電子束?副產(chǎn)品 GB8173-87 判定

Cd?0.4 5 合格

As?37 75 合格

Mo?3.1 10 合格

Se?7.7 15 合格

Ni??6.1 200 合格

Cr?19 250 合格

Cu?10.9 250 合格

Pb??16 ?250 合格

成都熱電廠電子束脫硫副產(chǎn)品用作盆栽和農(nóng)田試驗的初步結果表明，其肥效與等氮量的尿素和硫酸銨肥料相當，說明電了束脫硫脫氮副產(chǎn)品確實可用作肥料??〔3〕?。?

但硫酸銨和硝酸銨近年來已銷量下降。因其價格較高，長期施用會導致土壤板結硬化，隨著近年來質(zhì)優(yōu)價廉的其他氮肥產(chǎn)量的不斷提高，其競爭力大大下降。根據(jù)肥料市場的走向，出路只能是將硫酸銨和硝酸銨與磷肥或鉀肥滲混后，生產(chǎn)農(nóng)用混肥料。

?5.2 與傳統(tǒng)的煙氣脫硫技術的投資運行費用比較?

傳統(tǒng)的煙氣凈化方法有吸收法、吸附法和催化凈化法等。大型火電機組的煙氣脫硫一般采用吸收法中的石灰石--石膏濕法工藝。陜西某電廠曾就電子束工藝和濕法工藝的投資和運行費用作過比較??〔5〕?。?

投資和運行情況見表2、表3。?

由表可見電子束工藝的靜態(tài)投資略低于濕法工藝，在不考慮副產(chǎn)品利用的情況下，電子束工藝

的處理費用是濕法工藝的2倍左右。在考慮副產(chǎn)品利用的情況下，兩者處理費用相差無幾。

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表2 濕法脫硫和電子束脫硫投資比較 ?

項 目 濕法脫硫工藝 電了束脫硫工藝

靜態(tài)投資/萬元? 31864 30708

單位投資/元×kW-1? 796.6 ?767.7

表3 濕法石灰石-石膏脫硫和電子束脫硫運行費用比較?

單位:/萬元?

項 目石灰石-石膏法?年運行費用〖〗電子束法?年運行費用〖HT5"〗

電?550.8? 663

石灰石?488.16 -?

液氨?- 3502. 8

工業(yè)水?21 18.69

蒸汽?54 162

大修費用?491.9 491.9

折舊費用?1574.07 1574.07

人員工資??26.41 18.87

不考慮副產(chǎn)品利用運行費用?3206.34 6431.33

副產(chǎn)品銷售收入?103.74 3150

考慮副產(chǎn)品利用運行費用???3102.6?3281.33

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5.3 處理后煙氣的排放 ?

由于進行脫硫脫氮前進行了廢氣冷卻，煙氣溫度由150℃左右降至60℃左右，使得排放口的煙溫偏低，煙氣抬升高度△H偏小。目前采取的解決辦法是使處理后煙氣和未處理的高溫煙氣混合升溫后排放，如果排放標準提高，則要增加煙氣再熱系統(tǒng)，這會提高電子束照射法脫硫脫氮系統(tǒng)的投資和運行費用。

6 結語 ?