脱硫脱硝新工艺研究.docx
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脱硫脱硝新工艺研究
NOx-SO2联合脱除新工艺
科研项目立项申请书
内蒙古自治区环境科学研究院
二○一一年九月
1、立项的必要性和紧迫性
我国脱硝形势严峻，在我国以煤炭为主的能源结构，导致了大气中NOx污染物比较多。
但我国对NOx的控制却基本处于缺位状态，NOx排放量逐年增多，危害增加。
烟气脱俏是继烟气脱硫之后国家控制污染物排放的又一个重点领域。
烟气脱硝主要是处理氮氧化物，主要由一氧化氮和二氧化氮构成。
一氧化氮原本无毒无害，当发生反应转化成为二氧化氮后，对环境就造成了极大的污染，并严重危害身体健康。
氮氧化物的大量排放，一是增加了空气中氮氧化物的浓度，导致城市或区域灰霆、光化学烟雾等复合型空气污染加重;二是增加了酸雨的污染程度;三是通过干、湿沉降的作用，加重了水体富营养化的影响。
统计数据显示，我国氮氧化物排放量主要来自火电、交通部门及工业部门。
2007年火电厂排放的氮氧化物总量已增至840万吨，比2003年的597.3万吨增加了近40.6%，约占全国氮氧化物排放量的40%。
2009年3月环境保护部印发了《2009-2010年全国污染工作防治要点》中第九条规定“全面开展氮氧化物防治，以火电为重点，开展工业氮氧化物防治。
”我国脱硫脱硝产业在未来几年将经历快速发展时期。
目前我国的脱硝技术主要依赖进口，具有自主知识产权的脱硝技术较少。
我国目前在发电机组上应用的烟气脱硝技术基本都不具有自主知识产权的核心技术，绝大多数单位采用的SCR、SNCR烟气脱硝技术尚处于引进、消化吸收和初步应用阶段。
因此开发具有自主知识产权的脱硝技术十分迫切，内蒙古环境科学研究院联合中国环境科学研究院开发了NOx-SO2联合脱除新工艺。
2新工艺设计
2.1脱硫脱硝除尘工艺方案的比较
通过对目前技术较为成熟并有一定应用的烟气处理工艺进行简单分析和比较，经过初步筛选，结合实际情况，提出本科研课题设想。
2.1.1脱硝工艺分析
脱硝工艺主要有气体还原法（3R）、选择性催化还原法（SCR）和选择性非催化还原法（SNCR）技术。
（1）3R脱硝工艺
3R技术为低氮燃烧技术的一种，通过在蓄热室里进行NOx还原反应，其特点是向蓄热室添加天然气等碳氢燃料，使其与蓄热室废气中的NOx发生反应而生成氮气和水。
该技术可同时适用于浮法玻璃熔窑和瓶罐玻璃熔窑，具有应用范围广、操作使用方便、不使用化学药品、运行成本低等优点，但去除NOx效率较低，难以达到最新的排放标准。
（2）SCR脱硝工艺
选择性催化还原法脱除NOx技术，使用氨水或尿素作还原剂，在催化剂的催化作用下，使NH3与NO在催化剂表面进行还原反应而生成氮气和水。
由于采用了特殊的催化剂，该方法可在较低温度下使用，废气处理温度可降至280-450℃，其除NOx的效率可达80%以上，但运行成本较高。
（3）SNCR脱硝工艺
选择性非催化还原脱除NOx技术是将氨水或尿素溶液喷入玻璃熔窑内850-1100℃的温度段，使NO还原为氮气和水。
该方法运行成本较低，NOx的去除效率一般低于60%，低于SCR法，由于需在窑内进行，对产品质量的影响尚不能确定。
2.1.2脱硫工艺分析
按脱硫工艺在生产中所处的部位不同可分为：
燃烧脱硫和燃烧后脱硫（即烟气脱硫）。
燃烧脱硫主要通过使用含硫量低的燃料、或原料中利用芒硝代替纯碱的工艺。
燃烧后的烟气脱硫（FGD）是控制SO2排放的主要技术手段，目前已达到工业应用水平的烟气脱硫技术有十余种，大致可以分为干法和湿法。
2.1.2.1干法烟气脱硫工艺
干法烟气脱硫采用粉状或粒状吸收剂、吸附剂或催化剂来脱除烟气中的SO2，特点是处理后的烟气温度降低很少，烟气湿度没有增加，有利于烟囱的排气扩散，同时在烟囱附近不会出现雨雾现象。
但是干法脱硫时SO2的吸附或吸收速度较慢，因而脱硫效率低，且设备庞大，投资费用高。
干法脱硫常用的方法有活性炭法、氧化铜法、接触氧化法等。
活性碳法应用较广泛，这种方法稳定性好，还能回收硫酸。
氧化铜法是以氧化铝为载体，氧化铜为吸附剂吸收SO2，生产硫酸铜，然后用氢还原硫酸铜，回收氧化铜和SO2，但这种方法费用较高。
接触氧化法是用五氧化二钒做催化剂，将SO2转化为SO3。
干法中最新的方法是喷雾干燥器同布袋或静电除尘器组合成的开式二段流程。
这种方法也叫半干法，是利用喷雾干燥的原理向热烟气中喷入石灰浆液并形成雾滴，烟气中的SO2与雾滴中的Ca（OH）2发生化学反应，生产性质稳定的、溶解度低的CaSO3·1/2H2O及少量的CaSO4·2H2O，从而达到脱除SO2的目的。
细小雾滴可以提供较大的反应表面积，提高脱硫效率。
而雾滴在吸收SO2的同时被烟气干燥，生产固体粉末，大部分随烟气排出进入除尘器，除尘器将各种粉尘同时除去，而净化后的烟气因降温不多，可直接排入大气。
这种方法具有运行稳定、脱硫除尘效率高的优点，但能耗大、一次性投资大。
2.1.2.2湿法烟气脱硫工艺
湿法烟气脱硫（湿式吸收法）是采用液体吸收剂洗涤烟气去除SO2，脱硫反应速度快，所以湿法脱硫效率高，且设备不大，投资也相当较少。
但处理后的烟气温度降低，含水量增加。
为了提高扩散，防治烟囱附近形成雨雾，还需对烟气进行再加热，但由于近年节能意识不断提高，且水蒸气并不污染空气，所以也有不再加热烟气的例子。
湿法脱硫以石灰-石灰石法应用最为普遍，其次是氢氧化镁、苛性（活性）碱、氨法等，湿法脱硫除尘的工艺流程如图。
就设备而言，玻璃熔炉大多使用苛性碱或氢氧化镁做吸收剂。
（1）石灰-石灰石法
此法是用石灰石浆或石灰浆洗涤含SO2的烟气，在高效脱硫除尘装置内烟气中的SO2与碱性脱硫剂作用，生成亚硫酸钙，部分被氧化成硫酸钙，并随洗涤液排出。
这种方法的优点是脱硫效率高、工艺设备简单、投资和运行费用低，但易结垢且会产生二次污染物。
（2）苛性钠法
此法就是用苛性碱溶液与废气中的二氧化硫反应，生成亚硫酸盐和亚硫酸氢钠：
吸收液中的Na2SO3经过氧化，形成芒硝（Na2SO4），而吸收液中的NaHSO3过多时，就要加入苛性碱溶液，与Na2SO3分离、氧化，形成芒硝。
苛性钠法在玻璃行业使用较多。
2.1.3烟气除尘工艺分析
烟气烟尘粒度范围从0.1μm到0.5μm以上，燃烧重油的玻璃熔窑废气中烟尘浓度通常在200mg/Nm3以上。
由于重力除尘器、惯力除尘器、离心除尘器无法捕集1μm以下的小粒径烟尘，一般不用于玻璃熔窑。
因此，玻璃工业烟尘控制目前主要采用如下几种处理工艺：
湿式除尘、电除尘器和袋式除尘器。
2.1.4多污染物同时脱除工艺分析
目前国内外研究较多的是利用各种氧化物质将不溶于水的NO氧化生成能溶于水的NO2，再利用碱性吸收剂在尾部同时吸收NO2和SO2，实现联合脱硫脱硝。
此类联合脱硫脱硝技术大致可分为：
添加剂催化氧化法和静电增强氧化法。
前者采用氧化性添加剂（如NaClO2、HClO3、KMnO4等）使NO转化成易被吸收的NO2，可实现基于烟气脱硫平台的多种污染物联合脱除。
但是已有的研究发现，添加剂氧化无法实现烟气中NO的高效氧化，致使整体NOx脱除率不够高。
后者利用电晕放电技术产生氧化性自由基（O、OH、HO2等）实现了烟气中多种污染物的高效氧化，促进了化学吸收。
虽然这些技术获得了较理想的多种污染物联合脱除效果，但是在工业化推进过程中仍需解决能耗较大以及能量利用率不高等问题。
美国NETL开发的烟气脱汞技术采用活性炭喷射和除尘技术对汞的脱除率高达90%左右，同时对SO2和NOx也有较好的作用，脱硫脱硝效率分别为20%和70%。
这项技术的主要缺点是投资高，使用大量的活性炭增加了运行成本，同时，吸收汞后的活性炭的洗脱也很困难，大量的活性炭堆放容易产生二次污染等问题。
这项些技术仅处于示范阶段，难以实现工业化和产业化。
日本荏原制作所发明一种电子束照射法的新型烟气净化技术，通过利用高能电子束的能量使烟气中的N2、O2和H2O产生大量的自由基，同时瞬间氧化烟气中的SO2和NO，并与水结合生成硫酸和硝酸，同时可将烟气中的部分NO氧化为NO2，利用氨与酸反应生成硫酸铵与硝酸铵，回收反应产物。
这项技术的主要特点是能同时脱硫脱硝脱汞，SO2去除率达90%以上，NOx去除率为80%以上；副产物为硫酸铵和硝酸铵，可作为家用肥料。
但该技术需要有放射线防护设施，运行费用较高、能耗大、维护量较大，目前工业化应用较困难。
由美国能源部资助的Dravo公司研究开发的湿式烟气脱硫（FGD）加金属螯合物脱硫脱硝技术，利用传统的湿法烟气脱硫工艺，采用石灰石作为吸收剂，脱硫率可达90%以上，通过对湿法FGD的溶液中加入金属螯合物，该化合物能与NO反应，同时NO还与SO2和O2反应生成N2、N2O、各种N-S化合物等，通过去除硫酸盐、各种N-S化合物，并将三价铁螯合物还原即可实现吸收剂再生。
但该工艺吸收液的再生工艺复杂，运行成本高，目前还没有实现工业化应用。
美国加州大学Berkeley试验室提出利用含有SH基团的氨基酸和脂肪酸的亚铁络合物来同时脱硫脱硝。
一些学者提出用过氧化氢法进行脱硝，由于双氧水能将NO氧化为有价值的硝酸，而且又不产生其它污染物，因此也是近年来文献中报道较多的方法，但此工艺的缺点是采用强氧化剂成本太高、经济效益较差，工业化价值低。
2.1.5NOX-SO2联合脱除新工艺分析
NOx-SO2联合脱除新工艺是内蒙古环境科学研究院与中国环境科学研究院联合研发的最新科研成果，该技术已成功应用在2t/h链条锅炉烟气脱硫脱硝工业性试验，并通过了验收。
该工艺通过对已有的成熟湿法脱硫工艺加以改进，开发一种高效、经济的湿法NOx-SO2联合脱除工艺。
该工艺利用NO2/NO匹配到摩尔比为1左右就可在碱性液中达到很好的吸收效果的特点，选择合适的NO2/NO比、吸收温度和吸收介质等工艺条件，确定最佳的工艺参数，用湿法脱硫的吸收剂氨水即可实现同时脱硫脱氮。
达到以较少的成本，大幅度消减SO2、NOX、重金属排放的目的，在烟气脱硫脱硝方面实现环境、经济和社会效益的高度统一。
通过2t/h实验锅炉研究结果表明：
（1）利用15%的氨水空塔喷淋时，试验开始初期系统的脱硝效率达到85%以上，其中NO2的去除率到达90%以上，NO的去除率在85%左右，脱硫效率在98%以上。
（2）利用15%的氨水进行填料塔喷淋实验时，在试验开始初期系统的脱硝效率达到90%以上，其中NO2的去除率到达95%以上，NO的去除率在90%以上。
吸收塔出口几乎未测出SO2的存在。
中间产物硫酸铵、硝酸铵结晶回收率为90%以上，其中硫酸铵回收率达95%，硝酸铵回收率达90%。
达到预期的目的。
（3）NO2可将Hg、Cr、Pb等重金属氧化为可溶性的重金属盐类，研究发现脱硫脱硝底泥中的汞能有效地被溶解出来，说明大部分的汞等重金属元素被转化为二价的重金属离子，通过使中间产物中重金属与硫酸铵、硝酸铵、卤铵等的分离可实现重金属回收，达到副产物的资源化的目的，并可实现无废水排放。
（4）技术经济评估结果表明，仅烟气脱硝一项，本技术投资及运行费明显低于同类技术中SCR烟气脱硝和氧化剂结合湿式脱硝技术。
并可实现副产物的资源化，为我国的锅炉、窑炉脱硫脱硝提供技术支持。
（5）经以上分析比较发现，该NOx-SO2联合脱除新工艺适合用于玻璃窑烟气脱硫脱硝烟气综合治理，并可实现对副产物的资源化利用。
2.2脱硫脱硝系统概况
2.2.1脱硫脱硝系统工艺流程
图1所示为中国环境科学研究院与内蒙古环境科学研究院联合研发的NOx-SO2联合工艺流程图，烟气由实验锅炉排出，经喷淋脱硫脱硝系统进入氨洗涤塔，处理达标后的烟气经烟囱排放。
图1NOx-SO2联合脱除系统流程图
利用向烟气中注入NO2，根据成熟的硝酸制备原理，使烟气中NO与NO2在氨条件下进行吸收，生成硝酸铵。
NO2来自于NH3催化氧化反应生成NO，并进一步氧化为NO2，烟气脱硫脱硝NO2制备系统如图2所示。
氨气经加热后进入氧化炉，经催化氧化生成NO，经进一步氧化为NO2，NO2的产生量根据烟气中NO的量按一定比例优化确定。
图2NO2制备系统工艺图
2.2.2脱硫脱硝主要反应
NO2制备
简化工业氨氧化制稀硝酸的第一段，采用适当比例的氨空混合气在铂铑钯三元催化剂的催化作用下发生如下反应：
其中第一个反应为主反应，由此生成所需的NO气体。
第二段反应：
脱硫脱硝反应
脱重金属等反应
重金属回收反应
3.组织实施方式
3.1.基本原则
（1）加强组织领导和统筹协调，提高项目/课题的执行质量，充分发挥各研究单位、地方以及各部门的积极性和主动性，充分实现创新资源的优化配置，形成“统一领导、协同推进、风险共担”的实施机制，鼓励适度竞争，完善立项机制。
充分调动各方积极性，形成多元化投资机制。
（2）充分发挥项目责任专家、项目负责人和地方政府的作用，调动多方积极性，多部门、多学科大协作，实现强强联合与优势互补，凝聚一支高水平的研发队伍。
（3）构建资源共享平台，强化资源共享和知识产权保护，营造创新环境，避免资源浪费，提高资金利用效率,通过信息交流和成果共享；
（4）滚动支持、动态调整，创新管理机制，建立年度检查和中期评估制度，对课题的进度、指标、经费使用与知识产权等情况进行动态评估和有效监督，及时发现并解决实施过程中存在的问题；建立必要的公示制度与公众参与制度，加强与公众的交流与沟通；根据中期和年度监督和检查的结果，实施子课题滚动支持、动态调整与绩效优先的滚动机制。
（5）加快培养一批科技领军人才、科研骨干和创新团队，通过研究锻炼磨合队伍，尽快形成一支具有较高水平的创新人才队伍。
3.2.组织与管理机构
（1）课题责任主体
本课题的责任主体是内蒙古自治区环境科学研究院。
（2）课题领导小组
本课题成立项目领导小组，设组长1名，副组长2名，中国环境科学研究院为成员单位。
（3）课题管理办公室
本课题成立项目管理办公室，在领导小组的领导下，负责项目的日常管理、运行和协调。
办公室设在内蒙古自治区环境科学研究院。
3.3建议的课题牵头单位及课题负责人介绍
课题牵头单位：
内蒙古自治区环境科学研究院
内蒙古自治区环境科学研究院始建于1979年，是内蒙古自治区唯一从事环境保护研究的非盈利性的综合性环境科学研究机构，以环境污染防治、草原生态环境保护、自然保护、生物多样性保护、环境与生态影响评价为科学研究方向，同时开展区域生态环境保护、生态功能保护、湖泊水环境生态、环境污染控制技术、环境标准、环境容量、环境污染防治等方面的研究；开展有机食品认证、ISO14000认证、环境工程、环境影响评价、环境与生态规划以及环境咨询等方面的工作，并在相关领域与国际组织、外国科研机构和基金会开展广泛的合作。
内蒙古环境科学研究院持有国家环境影响评价甲级证书。
内蒙古自治区环境科学研究院现内设环境规划所、环境生态所、环境评价所、环境工程所、中心试验研究室等研究机构，以及国家有机食品发展中心内蒙古分中心、内蒙古环境管理体系认证咨询中心、内蒙古清洁生产中心等分支机构。
经国家教委批准，内蒙古大学和内蒙环境科学院共同设立了环境科学专业硕士生点。
主办学术刊物《北方环境》杂志。
内蒙古自治区环境科学研究院在环境科学领域开展了多学科的研究，承担了“六五”到“十一五”环境科研攻关项目及相关课题研究，在大气环境、水环境、生态环境、湖泊水环境生态、环境工程治理与评价等问题的研究方面形成了自己的学科优势，拥有两项技术专利、颁布地方标准一部。
成立二十五年来，完成国家或自治区立项科研课题60多项，其中30多项获得国家、有关部委或自治区、有关厅局科技进步奖。
近年来，内蒙古环境科学研究院主持并先后完成实施了国家科技部重大国际合作项目内蒙古乌梁素海综合整治研究；国家环保总局下达的阴山北麓科尔沁沙地国家级生态功能保护区规划研究、内蒙古生态功能区划研究等；内蒙古科技厅下达的准格尔煤田环境综合整治与生态示范工程应用研究、内蒙古达赉湖有毒藻类污染及防治对策研究、内蒙古平原、丘陵、城市地区空气质量模式研究、矿山废弃地、电厂贮灰场生态恢复技术与开发利用优化模式、内蒙古中西部地区大气气溶胶的粒径构成以及气溶胶垂直、水平输送的分析与研究等；以及内蒙古环境保护厅下达的微生物絮凝剂开发研究、呼市能源结构优化及治理呼市大气污染的经济政策研究、锡盟湿地珍禽鸟类调查研究、呼和浩特市污染气象对城市发展的制约条件研究等项目。
课题总负责人：
刘卫
4依托工程
内蒙古环境科学研究院与中国环境科学研究院拟使用共同研发的NOx-SO2联合脱除新工艺对福耀集团通辽有限公司玻璃窑烟气多污染物进行综合治理，拟以其作为国家“863”计划-玻璃窑炉烟气多污染物协同控制技术示范工程，同时列为本科研项目中试实验内容
福耀集团通辽有限公司的第2条浮法玻璃窑的基本概况见表1，其参数作为本工程的设计依据。
脱硫脱硝部分采用NOX-SO2联合脱除新工艺，拟选择第2条生产线的玻璃窑作为科研实验对象。
表1第2条浮法玻璃窑的基本概况
项目
内容
项目
内容
第1条生产线
规模
400吨/日
SO2排放浓度*
5300mg/m3
有效熔化面积
189.05m2
NOx浓度**
1500~3000mg/m3
燃料煤焦油
S含量：
0.3%。
热值：
8700Kcal/kg
烟尘浓度*
800mg/m3
燃料石油焦粉
S含量：
<3%。
热值：
8500Kcal/kg
脱硫效率
95%
烟气量
85000NM3/h
脱硝效率
80%
排烟温度
~270℃
除尘效率
99.5%
第2条生产线
规模
500吨/日
SO2排放浓度*
4700mg/m3
有效熔化面积
226.6m2
NOx浓度**
1500~3000mg/m3
燃料煤焦油
S含量：
0.3%。
热值：
8700Kcal/kg
烟尘浓度
2100mg/m3
燃料石油焦粉
S含量：
<3%。
热值：
8500Kcal/kg
脱硫效率
95%
烟气量
116000NM3/h
脱硝效率
80%
排烟温度***
~270℃
除尘效率
99.8%
*为燃烧石油焦粉时SO2、烟尘的测试浓度
**为估算NOx浓度
***为余热锅炉出口烟气温度
5预算编制
5.1.预算编制依据
（1）《中华人民共和国预算法》；
（2）《中华人民共和国预算法实施条例》；
（3）《财政部科技部关于改进和加强中央财政科技经费管理若干意见》；
（4）财政部《进一步加强科技重大专项概（预）算编制工作的若干意见》及附表：
《科技重大专项概算书（参考格式）》。
5.2.收入预算的编制
1.收入概算编制说明
根据《进一步加强科技重大专项概（预）算编制工作的若干意见》要求，本实施方案的概算编制坚持资金来源多元化的原则。
根据规定专项收入概算包括“政府投入”和“社会投入”两类，由政府财政和企业共同投入。
鉴于本课题为公益型，属于产业市场的前期培养，具有长期投入、环境与社会效果强、直接经济效益低的投融资特征。
对此，需要政府财政和企业共同投入，体现国家重点扶植引导、地方配合实施、社会积极参与的投融资原则。
其中，地方政府组成的公共财政与企业环保治理资金作为本专项的主要资金收入来源。
根据《进一步加强科技重大专项概（预）算编制工作的若干意见》，政府财政投入主要用于支持重大专项实施过程中市场机制不能有效配置资源的基础性和公益性研究，以及企业竞争前的共性技术和重大关键技术研究开发等公共科技活动，并对重大技术装备进入市场的产业化前期工作予以适当支持。
地方财政投入和社会资金投入应当按照相关资金提供者对资金使用和管理的具体要求，统筹安排和使用。
2.经费投入数额与来源
本课题总概算额为2773万元，其中企业自筹75%，2079.75万元，申请财政支持拨款25%，693.25.6万元。
表3总估算表金额单位：
万元人民币元
序号
工程或费用名称
费用
各项占总计（%）
1
设备费
1550
55.90
2
安装费
372
13.42
3
测试、试验费
200
7.21
4
会议费
81
2.92
5
设计费
184
6.64
6
调试费
155
5.59
7
不可预见费
92
3.32
8
管理费
30
1.08
9
小计
2634
94.99
10
税费
139
5.01
11
合计
2773
100.00
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