本文主要介紹了一種基于粉體催化劑的干法脫硫脫硝協(xié)同新工藝，經測試發(fā)現(xiàn)該催化劑在實驗室的模擬煙氣環(huán)境下對SO2和NOx具有良好的協(xié)同脫除效應并且具有較高的脫除效率;目前，該工藝已成功應用于多個實際工業(yè)鍋爐的煙氣凈化，處理后的煙氣中SO2和NOx含量符合超低排放標準。

　　SO2和NOx是燃煤鍋爐煙氣中的有害大氣污染物，它們是造成酸雨和光化學煙霧的罪魁禍首。煙氣脫硫脫硝協(xié)同技術是目前控制SO2和NOx排放的最有效手段之一。傳統(tǒng)的煙氣脫硫脫硝協(xié)同工藝一般是在脫硫裝置后或在除塵器前加裝脫硝裝置，常用的方法主要是選擇性催化還原(SCR)或選擇性非催化還原(SNCR)，從而實現(xiàn)協(xié)同脫硫脫硝。

　　這種分級脫除方式包括兩套設備、兩套反應裝置、兩種反應機理，只是對其進行了簡單的疊加。為了實現(xiàn)煙氣的排放符合現(xiàn)行國家要求，需要將脫硫/脫硝進行二次或者多次疊加，也就是需要提高處理強度。但是簡單的設備疊加，帶來的不是效率的提升，而是耗能的增加和設備故障率的翻倍，其整體效率和穩(wěn)定性都不能達到長期穩(wěn)定運行的要求。

　　此外，該種方式所使用的設備占地面積大，投資及運營成本高，并不適合大面積推廣應用。因此，開發(fā)能夠在同一套系統(tǒng)內同時實現(xiàn)脫硫與脫硝并且具有設備精簡、占地面積小、基建投資少、運行管理方便和生產成本低等優(yōu)點的工藝已成為大氣污染控制領域前沿性的研究方向。

　　濕法脫硫脫硝工藝成熟、效率高、應用廣泛，但存在成本高、占地面積與耗水量大、易產生二次污染、氨泄漏和設備腐蝕等問題[7]。據相關媒體報道，我國大范圍頻繁出現(xiàn)的霧霾污染的元兇就是人為排放的水分過多，水中大量的溶解物是加重霧霾的元兇之一。

　　此外，有專家通過觀測和模擬的綜合分析發(fā)現(xiàn)，在霾液滴中的液相反應是我國北方冬季硫酸鹽生成的重要途徑。重污染期間的高顆粒物濃度和高相對濕度，使得空氣中積累了大量以顆粒物結合水或霧滴形式存在的液滴，為液相氧化提供了反應器。

　　在液滴中，NO2可以充當氧化劑的角色，促進SO2向硫酸鹽的轉化，從而加劇了霧霾的嚴重程度。因此，干法、半干法工藝雖然仍存在一些技術和經濟等方面的缺陷，但由于具有耗水量少、運行成本低、設備簡單、占地面積小、硫便于回收等優(yōu)點，成為極具發(fā)展前景的煙氣凈化技術。

　　1 AO干法脫硫脫硝協(xié)同技術實驗研究

　　1.1實驗工藝流程

　　AO干法脫硫脫硝協(xié)同技術實驗工藝流程如下。采用流量計和閥門控制進入氣體反應器的氣體流量和模擬煙氣(一定比例的NO、NO2、SO2、N2和O2)中各組分的濃度，氣體先進入混氣罐中，以保證混合均勻。隨后氣體進入氣體反應器，模擬煙氣經過反應器中的催化劑并發(fā)生反應，采用德圖氣體檢測儀分別檢測反應器入口及出口氣體中的SO2和NOx含量;設定反應器入口的SO2和NOx的濃度分別為1500ppm和800ppm，通過反應器出口氣體中的SO2和NOx的含量來計算催化劑對SO2和NOX的脫除率。實驗流程如圖1所示。

圖1AO干法脫硫脫硝協(xié)同技術實驗工藝流程示意

　　1.2催化劑性能研究

圖2催化劑的脫硫脫硝效率

　　進行脫硫脫硝實驗時，催化劑的脫硫脫硝效率如圖2所示。由圖2可知，在開始實驗的40min內，出口的SO2和NOx的濃度均接近0ppm，脫硫和脫硝效率一直維持在99%以上。隨后，SO2和NOx的脫除率開始下降，根據入口的SO2和NOx的濃度推算，SO2和NOx的超低排放時間分別為42min和45min。

　　從上述實驗現(xiàn)象可以看出，該催化劑對于SO2和NOX均具有較好的脫除效果，可以實現(xiàn)SO2和NOx較長時間的超低排放。此外，隨著實驗的進行，SO2和NOx的脫除效率出現(xiàn)下降的可能原因為催化劑表面的活性位點被占據。總的來說，該催化劑對于SO2和NOx具有良好的協(xié)同脫除性能，能夠滿足實際工業(yè)應用。

　　1.3催化劑反應機理初探

　　為了初步探究該催化劑與SO2和NOx的反應機理，對反應前后的催化劑進行了水洗，采用離子色譜分析水洗后上清液的成分，結果如表1所示。由表1可知，在反應前催化劑的水洗上清液中，SO42-比NO3-的含量高，而SO32-和NO2-的濃度低于檢測限，可以認為催化劑中基本不含這兩種離子。

　　催化劑與模擬煙氣反應結束后，水洗上清液中的SO42-和NO3-的濃度均增大，并且出現(xiàn)了一定濃度的SO32-和NO2-。此外，多余的含硫和含氮的陰離子的量與SO2和NOx的脫除量基本一致。從上述現(xiàn)象可以推測出，該催化劑與SO2和NOx的反應機理如下。

　　首先，SO2和NOx通過吸附作用吸附到催化劑表面，分別形成SO32-和NO2-，此為反應后催化劑上清液中出現(xiàn)SO32-和NO2-的原因。隨后這兩種離子被催化劑氧化并吸收生成硫酸鹽和硝酸鹽，因而出現(xiàn)反應后催化劑上清液中SO42-和NO3-的含量增加的現(xiàn)象。

表1催化劑反應前后水洗上清液的離子濃度

　　1.4催化劑的再生

　　由圖2可知，催化劑在反應一段時間后會出現(xiàn)脫除效率降低的現(xiàn)象，推測該現(xiàn)象是由于催化劑表面的活性位點被生成的亞硫酸鹽、硫酸鹽、亞硝酸鹽和硝酸鹽覆蓋導致的。因此，解決催化劑脫除效率降低的問題，可以從去掉表面的惰性覆蓋層著手。

　　針對上述鹽類的物理化學性質，即它們均屬于水溶性化合物，可以嘗試通過水洗的方法來去除。因此，本研究通過水洗的方法來進行催化劑的再生。將初次反應后的催化劑均分成兩份，一份直接重復脫硫脫硝，另一份先通過超純水充分清洗、低溫烘干后，再進行脫硫脫硝實驗，考察兩種樣品的脫硫脫硝效率，實驗結果如表2所示。

　　從表2可以看出，經過水洗后的催化劑的脫硫脫硝效率均比直接重復實驗的催化劑的脫除效率高，與初次使用的催化劑的脫除效率相當，說明通過水洗的方法能夠較好地實現(xiàn)失效催化劑的再生。

　　表2不同方法處理后的催化劑的脫硫脫硝效率對比

　　2 AO干法脫硫脫硝協(xié)同技術的工程應用

　　AO干法脫硫脫硝協(xié)同技術是一種通過催化劑同步對SO2和NOx進行催化氧化的方法，同步脫除煙氣中的SO2和NOx，使排放煙氣達到超低排放的要求。該技術的設備示意如圖3所示。

　　如圖3A所示，該工藝設備簡單，在煙氣治理的過程中，采用一種催化劑、一套裝置，同時對煙氣中的二氧化硫和氮氧化物進行處理，相互協(xié)作、相互促進。此外，如圖3B所示，整套設備還使用了自動化控制系統(tǒng)，一方面，在線監(jiān)測系統(tǒng)可以監(jiān)測出口煙氣中SO2和NOx的濃度，以此來控制催化劑使用量;另一方面，可以在手機、PAD、電腦上遠程監(jiān)控和調節(jié)，并且通過云存儲來保存和分析數據。

　　圖3AO干法脫硫脫硝協(xié)同工藝設備圖(A)及自動化控制系統(tǒng)(B)

　　該技術作為目前唯一的一種可從煙氣中同步脫除SO2和NOx的環(huán)保新技術，可在煙氣治理領域，同時完全替代濕法脫硫和SNCR/SCR脫硝。該技術可適用的行業(yè)包括電廠、城市供暖、鋼鐵行業(yè)、焦化行業(yè)、水泥行業(yè)、玻璃行業(yè)以及化工行業(yè)。圖4A所示為山東省某熱力公司2×70MW脫硫脫硝改造項目，利用AO干法脫硫脫硝協(xié)同技術，對其進行改造。

　　2016年底，該項目正式投入運營，各項指標穩(wěn)定達標，極大地改善了當地大氣環(huán)境。從圖4A可以看出，在1400min內，SO2的出口濃度一直維持在30mg˙m-3左右，NOx的出口濃度為40mg˙m-3左右，達到了超低排放的標準。圖4B所示為河北省某供熱站20t/h鍋爐煙氣脫硫脫硝改造項目。改造完成后，出口煙氣中SO2濃度為20mg˙m-3左右，NOx濃度在35mg˙m-3左右，能夠滿足超低排放的要求。

　　圖4AO干法脫硫脫硝協(xié)同技術的工程應用A：山東省某熱力公司2×70MW脫硫脫硝項目及運營數據;B：河北省某供熱站20t/h鍋爐煙氣脫硫脫硝項目及運營數據

　　此外，由于使用了干法技術，煙氣尾氣中含水率低，煙囪排煙口并未出現(xiàn)白色尾氣。在濕法脫硫的煙囪排煙口可以看見白色長龍，該方法會向大氣中排放大量的水，通過回收尾氣中水可以發(fā)現(xiàn)，回收的水樣整體呈現(xiàn)灰黑色，說明其中的溶解物濃度很高，這些水霧進入大氣生成的二次塵是形成霧霾的一個重要原因。因此，本工藝可以有效減少排入大氣中的水蒸氣，是一種更為有效的治理霧霾技術。

　　到目前為止，AO干法脫硫脫硝協(xié)同技術已在河北、山東、內蒙等地的44臺燃煤鍋爐提標和改造超低排放治理項目中得到了成功應用，除上述2個項目以外的17個項目正在運營或建設中，應用的行業(yè)包括供熱、電力、玻璃、焦化、鋼鐵，總噸位已達2000t/h以上。

　　3結語

　　AO干法脫硫脫硝協(xié)同技術是一種新的干法脫硫脫硝技術，可以實現(xiàn)SO2、NOx的超低排放。該技術具有以下優(yōu)點。

　　1、無需消耗水，無廢水、廢渣產生，無二次污染;

　　2、使用的藥劑安全、無腐蝕性，不需要對設備和管道等進行防腐;

　　3、系統(tǒng)能耗低，排煙溫度在100℃以上，極大地節(jié)省了排煙動力;

　　4、設備便于安裝，可以在原有的脫硫裝置上進行改造建設，不改變原有鍋爐及余熱系統(tǒng)。

　　與傳統(tǒng)技術相比，該技術不只可以更有效的治理霧霾，避免產生加重霧霾的因素，還可以大大降低投資成本，為政府及用戶單位帶來巨大的經濟效益，實現(xiàn)社會效益與經濟效益的雙贏。

　　此外，隨著國家及社會對于環(huán)保的逐步重視，除了脫硫和脫硝，未來還會提出對煙氣中汞、二噁英及VOCs等更多的環(huán)境污染物的脫除。目前，對于汞、二噁英及VOCs等的脫除，研究較多的是吸附脫除，常用的物質主要有活性炭。

　　一方面，本工藝中使用的催化劑本身具有良好的吸附性能，另一方面，本工藝系統(tǒng)由于具備較靈活的拓展性，未來可在該脫硫脫硝協(xié)同治理系統(tǒng)設備的基礎上略微改造，即可結合活性炭等其他吸附性物質進行拓展，達到脫除煙氣中的汞、二噁英和VOCs的目的。因此，該技術在未來將會具備更加廣闊的市場前景。