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Investigación y análisis de la tecnología integrada de desulfuración y desnitrificación de gases de combustión en centrales térmicas

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Caldera Taishan

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Los gases de combustión emitidos por el carbón contienen óxidos de azufre y de nitrógeno. Entre ellos, el NO2, el NO y el SO2 son los principales componentes de la contaminación atmosférica y las sustancias clave que forman la lluvia ácida. En la actualidad, la tecnología integrada de desulfuración y desnitrificación de los gases de combustión se ha convertido en un punto caliente de investigación y desarrollo en varios países para purificar la contaminación de los gases de combustión de las centrales térmicas. Sin embargo, la promoción y la aplicación a gran escala están actualmente restringidas debido a la inmadurez de la tecnología. Evitar la contaminación secundaria de los subproductos de la tecnología de tratamiento de gases de combustión o considerar la utilización integral de los subproductos es un aspecto importante para mejorar la competitividad de las tecnologías integradas de desulfuración y desnitrificación. Se recomienda reforzar la investigación de los subproductos para garantizar que las tecnologías de desulfuración y desnitrificación desarrolladas puedan realizar el reciclaje de recursos y mejorar los beneficios económicos y sociales de la tecnología. Reforzar la integración de las tecnologías de desulfuración y desnitrificación con los dispositivos de desulfuración existentes. En la actualidad, la mayoría de las centrales eléctricas están equipadas con dispositivos de desulfuración de gases de combustión, y considerar la posibilidad de aprovechar al máximo los dispositivos existentes y combinarlos con las tecnologías de desulfuración existentes. Se puede ahorrar energía y reducir las emisiones, así como reducir los costes de inversión y funcionamiento. Este artículo describe brevemente el mecanismo de desulfuración y desnitrificación, e investiga y analiza la tecnología integrada de desulfuración y desnitrificación.

En la composición de la energía primaria de mi país, el carbón representa hasta el 70%. Entre ellas, las centrales eléctricas de carbón son los principales lugares donde mi país consume carbón y emite óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre. Por lo tanto, el control de los óxidos de nitrógeno y el dióxido de azufre emitidos por las centrales eléctricas de carbón es la principal tarea en el ámbito del control de la contaminación atmosférica en nuestro país en la actualidad.

1. Mecanismo de desulfuración y desnitrificación

La desulfuración y la desnitrificación consisten en la eliminación o reducción de NOx y SOX en el proceso de combustión del carbón. Cómo controlar de forma económica y eficaz las emisiones de SOX y NOx en el carbón es una cuestión importante que urge resolver en el ámbito del ahorro energético y la reducción de emisiones en mi país e incluso en el mundo. Hasta ahora, las tecnologías que han logrado la integración a escala de aplicación industrial incluyen principalmente el método de materiales basados en el carbón, el método de oxidación con ozono, el método de irradiación con haz de electrones, el método de corona de pulsos, el método de catálisis de óxidos metálicos, etc. El método adoptado por estas tecnologías consiste en convertir el azufre y el nitrógeno de los contaminantes gaseosos en una forma más estable, como el sulfato y el nitrato, para su uso industrial mediante una serie de reacciones químicas.

2. Tecnología integrada de desulfuración y desnitrificación

1. Tecnología tradicional de desulfuración y desnitrificación integrada de gases de combustión. La tecnología de desulfuración y desnitrificación integrada más utilizada en el país y en el extranjero es principalmente la tecnología combinada WET-FGD+SCR/SNCR, que es una combinación de desulfuración de gases de combustión húmedos y reducción no catalítica selectiva o reducción catalítica selectiva. (WET-FGD: desulfuración húmeda de los gases de combustión; SNCR: reducción selectiva no catalítica; SCR: reducción catalítica selectiva) La desulfuración húmeda de los gases de combustión utiliza generalmente la desulfuración de la cal o la desulfuración de la piedra caliza, y su eficacia es superior al 90%, pero su La desventaja es que la escala del proyecto es grande, la inversión única y los costes de funcionamiento son relativamente altos, y es fácil formar contaminación secundaria.

2. Tecnología de desulfuración y desnitrificación simultánea de los gases de combustión por vía húmeda. El proceso de desulfuración y desnitrificación simultáneas de los gases de combustión por vía húmeda utiliza principalmente aditivos para mejorar completamente la solubilidad del NO y oxidar el NO a NO2 en la sección gas/líquido. La tecnología de desulfuración y desnitrificación simultáneas por vía húmeda se encuentra actualmente en fase de investigación, e incluye principalmente la oxidación y la complejación por vía húmeda.

(1) Método de oxidación. El proceso de oxidación con ácido clórico utiliza un sistema de lavado húmedo para eliminar simultáneamente el dióxido de azufre y los óxidos de nitrógeno en un conjunto de equipos. Este método utiliza un proceso de lavado en dos etapas de torre de absorción de oxidación y torre de absorción básica, que puede eliminar el dióxido de azufre y los óxidos de nitrógeno, a la vez que tiene un buen efecto de eliminación de elementos metálicos pesados tóxicos, como el Se, el Hg, el Pb, el Cd, el Be y el As y muchos más. Estudiar el proceso de oxidación de SO2 y NOX a ácido nítrico y ácido sulfúrico en condiciones ácidas para aprovechar al máximo el peróxido de hidrógeno.

(2) Proceso de absorción compleja en húmedo. El proceso de absorción de complejos en húmedo consiste en añadir un agente complejante a la solución, hacer pasar los gases de combustión que contienen NO y SO2 a través de la solución que contiene el quelato de Fe(Ⅱ)EDTA, y el NO de los gases de combustión del carbón reacciona con el Fe(Ⅱ)EDTA para formar el quelato de nitrosilo ferroso que mejora la tasa de absorción del NO y aumenta su capacidad de absorción. El NO coordinado puede reaccionar con el SO2 y el O2 disueltos para generar N2, N2O, ditionito, sulfato, varios compuestos N-S y quelato de Fe(Ⅲ). El proceso puede realizar simultáneamente la desulfuración y la desnitrificación, pero el método está todavía en fase experimental. Los obstáculos en su aplicación industrial son principalmente la pérdida de quelato durante la reacción, la dificultad de regeneración y la baja tasa de reutilización. Esto provoca el problema de los elevados costes de explotación.

(3) Proceso WSA-SNQX. Los gases de combustión pasan primero por el reactor SCR. Bajo la acción del catalizador, el NOx se reduce a N2 por el amoníaco, y luego los gases de combustión entran en el reformador. El SO2 se oxida catalíticamente a S03, que se condensa e hidrata en ácido sulfúrico en el condensador de membrana en cascada, y se concentra posteriormente en ácido sulfúrico concentrado vendido. Además de consumir amoníaco, esta tecnología no consume otros productos químicos, no produce una segunda contaminación, como las aguas residuales, tiene una alta tasa de desnitrificación y fiabilidad, y tiene bajos requisitos de funcionamiento y mantenimiento. La desventaja es que el coste de la inversión es elevado, y el almacenamiento y el transporte del subproducto ácido sulfúrico concentrado son difíciles.

3. Tecnología integrada de desulfuración de gases de combustión en seco y desnitrificación

(1) Método de adsorción/regeneración de sólidos. En primer lugar, la tecnología de desulfuración de gases de combustión por fibra de carbón activado. La tecnología de desulfuración de gases de combustión de fibra de carbono activado utiliza un nuevo material de desulfuración de catalizador de fibra de carbono activado para eliminar el SO2 en los gases de combustión y reciclar los recursos de azufre. Un nuevo tipo de tecnología de desulfuración. Según la información pertinente, utilizando esta tecnología, la eficiencia de desulfuración puede alcanzar más del 95%. Porque esta tecnología tiene muchas ventajas, como una tecnología de procesamiento muy sencilla, menos equipos utilizados y un funcionamiento fácil. En segundo lugar, el método NOXSO. La tecnología NOXSO es una tecnología de regeneración por adsorción en seco que utiliza sal de sodio soportada en esferas γ-A1203 (φ1,6mm) como adsorbente, que puede eliminar simultáneamente el SO2 y el NOx en los gases de combustión. El proceso de tratamiento incluye la absorción y la regeneración. Y otros pasos. El proceso específico de funcionamiento es el siguiente: el gas de combustión, tras la eliminación del polvo, entra en el absorbedor, donde el SO2 y el NOx son eliminados por el adsorbente al mismo tiempo, y el gas de combustión purificado se descarga en la chimenea. Una vez que el adsorbente alcanza una determinada saturación de absorción, se traslada al regenerador para su regeneración. En tercer lugar, el método de adsorción de CuO. El proceso de desulfuración y desnitrificación por adsorción de CuO utiliza CuO/Si02 o CuO/A12O3 como adsorbentes para la desulfuración y desnitrificación. El proceso puede lograr una tasa de eliminación de dióxido de azufre de más del 90% y una tasa de eliminación de óxido de nitrógeno del 75% al 80%. Este método requiere una temperatura de reacción relativamente alta, requiere un dispositivo de calentamiento y el coste de fabricación del adsorbente es relativamente alto.

(2) Método de radiación de alta energía. El método de radiación de alta energía se divide en el método de irradiación de haz de electrones y el método de plasma de corona de pulso. El método de haz de electrones utiliza un plasma de alta energía generado por un acelerador de electrones para oxidar los contaminantes gaseosos como el SO: y el NO en el gas de combustión. Una vez que el SO: y el NO de los gases de combustión se oxidan fuertemente con electrones de alta energía, reaccionan con el vapor de agua para formar ácido sulfúrico en forma de niebla. Éste reacciona con el ácido nítrico y el amoníaco inyectados previamente para obtener sulfato de amonio y nitrato de amonio, y el gas de combustión neto se descarga en el aire a través de la chimenea. La ley de la corona de impulsos utiliza principalmente la energía de impulsos de alto voltaje para generar electricidad en lugar del costoso haz de electrones del acelerador, y el mecanismo de reacción es coherente con el método del haz de electrones. El método de haz de electrones ha alcanzado el nivel de industrialización. En un proyecto de demostración de una central térmica, la tasa de desulfuración puede alcanzar alrededor del 90%, y la tasa de desnitrificación puede alcanzar alrededor del 18%. Durante el funcionamiento, no hay vertido de aguas residuales ni de residuos, y no se produce contaminación secundaria. Los subproductos pueden utilizarse como materia prima para el procesamiento de fertilizantes agrícolas, lo que tiene grandes beneficios integrales. La desventaja es que el consumo de energía es alto, y hay que tener en cuenta la protección contra los rayos X, lo que puede causar la transferencia de la contaminación en el proyecto real. Además, el almacenamiento y el transporte del amoníaco líquido también son más difíciles.

(3) Método de la urea. El proceso de purificación de gases de combustión con urea fue desarrollado conjuntamente por el Instituto Mendeleev de Tecnología Química y otras unidades de Rusia. Puede eliminar simultáneamente el S02 y el NOx. La tasa de eliminación de S02 es casi del 100%, y la tasa de eliminación de NOx es > 95%. El valor del pH del líquido de absorción utilizado en este proceso es de 5-9, lo que no tiene ningún efecto corrosivo sobre el equipo; la tasa de eliminación de SO2 y NOx no se ve afectada por la concentración inicial de NOx y S02 en los gases de combustión; los gases de escape pueden descargarse directamente; el líquido de absorción puede reciclarse tras el tratamiento de sulfato de amonio. Sin embargo, el volumen de procesamiento de los gases de combustión es demasiado pequeño para satisfacer los requisitos de las aplicaciones industriales, y es necesario mejorar el proceso.

Observaciones finales:

Nuestro país ha llevado a cabo una serie de experimentos de desulfuración de gases de combustión y de procesos de desinstalación en la década de 1970, y ha conseguido algunos logros. Sin embargo, las tecnologías tradicionales no son muy prácticas para nuestro país. Para nuestro país, la principal dirección de desarrollo tecnológico debe ser la alta y nueva tecnología con baja inversión, bajo coste de funcionamiento, alta eficiencia y utilización de los recursos del producto. Por lo tanto, hay que acelerar la industrialización y la economía de este tipo de tecnología. Investigación química. Apoyar firmemente la investigación del mecanismo del proceso integrado de desulfuración y desnitrificación. Mediante la investigación y el análisis en profundidad del proceso de transferencia de masa y del proceso de reacción gas-líquido entre el SO2 y el NOx en los gases de combustión y el absorbente, se proporciona una base teórica para la aplicación industrial de las tecnologías de desulfuración y desnitrificación.