用辐射法处理工业三废,目前发展最快的是用加速器电子束辐射净化烟道气技术。此法在日本、德国、俄罗斯、波兰等国已开展了相当成功的中间试验,中国也是较早开展此项研究的国家之一。1989年,中国科学院上海原子核研究所建立了中国第一套电子束辐射烟气脱硫脱硝实验装置,进行了原理性研究和若干重要工艺参数的试验,取得了预想的结果综合国内外许多研究机构和企业十几年来逐步工业化试验的经验,应用加速器电子束辐射净化烟道气技术的主要特点是：

一、可同时净化烟道气中的SO₂和NO_x，且净化效率高,这是湿石灰淋洗、选择性催化还原方法所无法比拟的；

二、工艺过程属干式方法,没有水、溶剂等,不会造成二次污染；

三、净化系统操作简便,工艺流程易于控制；

四、占地少,一次性投入和运行成本低；

五、副产物是农业肥料,有较好的经济回报,有利于资源综合利用。

1998年5月,由中日两国合作并共同投资,在中国成都发电厂建成了一套烟道气处理量为300000m3/h的系统,是世界上第一套具有工业规模的电子束净化工业范装置。该装置经过长时期运转,标志着加速器电子束净化烟道气技术已由中间试验进入实际应用的工业化阶段;在运行中不断出现的故障,反映出其工艺设备、辅助设备以及系统配置等方面尚存在较大的技术发展空间;随着中国在大功率加速器研制与生产能力的增强和设备标准化水平的提高,辐射净化系统的一次性投资、综合运行成本已经逐步下降,在市场上具有竞争力。

一、辐射净化烟道气反应机理

众所周知,由燃煤锅炉、冶炼厂熔炉等排放出的烟道废气含有大量有害的SO和NO2,未经处理的烟道废气,在大气中通过光化学反应转化成高价氧化物,进而形成硫酸和硝酸,以酸雨形式积聚返回大地,对地球环境和生物造成严重污染。辐射净化反应机理就是将烟道废气在大气中的光化学反应过程人为地限定在某一可控制的有限空间内进行,同时加入反应剂使硫酸和硝酸生成具有经济价值的化肥。鉴于烟道气的组分除少量SO₂和NO₂外,主要是N₂、O₂H₂O和CO₂。这些组分加上后来注人的NH₂,经电子束辐照会产生H·、HO₂·、·OH等一系列初级粒子和自由基。由这些粒子引起的一系列初、次反应,如离子分子反应、中和反应聚反应等,最终将SO₂和NOx“净化”掉,得到无害的产物日本名古屋燃煤烟所在烟气中SO₂为8×10^-4、温度为70℃的条件下,获得了不同辐照剂量条件下的SO₂和NO清除率。实验表明,氨和氧的热反应可以清除掉SO₂,清除率可达58%。此种热反应过程是通过一种亚硫酸盐的中间反应过程进行的,其效率随着SO浓度的增加和温度的降低而增加。当辐照剂量大于25kGy时，SO₂几乎全部(>97%)被清除掉。清除NO_x则完全是依靠辐射激发,NOx清除率随辐射剂量的增加而提高,在10.3kGy时达到88%。

二、辐射净化烟道气工艺流程

燃煤锅炉排放出的烟气经电除尘器或喷雾气冷却器冷却到适合反应的温度(70~90℃),并调节到适宜的湿度后,将烟气送入反应容器,同时加入近似化学计量的氨,反应容器上方安装电子加速器,能量为0.3~0.8MeV,功率200~300kW,烟气经电子束辐照后,其中SO2和NO最终与氨生成硫铵和硝铵,呈结晶铵盐。此副产物经收集器收集和加热烘干处理后送入副产物的储存系统。净化后的烟道气以辅助引风机通过烟囱排入大气。

三、电子束辐射系统的基本单元(子系统)

电子束辐射净化系统是由以下五个装置单元组成:

1、烟气冷却系统

冷却塔的关键技术是冷却水雾化喷嘴。采用气液二流喷嘴,一般布置于塔的顶部,雾化效果要求粒径达到100~200m。烟气与喷入的水蒸气完全混合,没有污水排出。

2、氨注人系统

般由液氨贮槽、液氨蒸发器、气氨缓冲罐、氨计量投加泵和自助控制装置组成。贮槽中的液氨经蒸发器蒸发为气氨,氨气经由设置在反应器入口部位的喷头注人烟气。

3、加速器辐射处理系统

该系统由两台或多台大功率电子加速器、辐射反应器及辐射辅助装置组成。电子加速器的主要参数为:能量800keV,最大束流强度400mA,扫描窗尺寸1200mm×100mm。辐射反应器水平布置,设有氨气和冷却水注入部件、电子束入射窗和清扫风口。在反应器的设计方面,既要充分提高电子束流的利用效率,又要尽量缩短箔窗更换时间,降低操作难度

4、副产物收集系统

采用有静电除尘器,收集生成的硫酸铵和硝酸铵。其技术关键是解决副产物中细微颗粒的捕集,提高副产物收集效率,消除生成物粘附积聚,并要解决收集器对副产物与尾气的腐蚀等问题。

5、监测控制系统

工艺流程中的烟气参数,是通过分别置于辐照反应器前后各工艺段的入口和出口处的烟气成份在线分析探头采集的。由总控制室实现对现场设备的远程自动控制。现场仪表的数据,由计算机系统实时采集、监控并以图形、曲线方法显示。整个现场仪器和设备的运行状况及工艺流程,都实时显示在总控制室的模拟盘上

四、电子束辐射技术与化学法比较

1、治理烟道气技术分类

长期以来,各国为治理烟道气中的灰尘、SO2和NO2,已经开发了数十种治理方法,它们分别适用于燃烧过程不同阶段,一般可分为三类:

（1）燃烧前治理。选用优质燃料或进行燃料清洁处理;或燃料经气化及净化处

（2）燃烧中治理。采用新型燃烧器改进燃烧过程,如低NO燃烧器、流化床燃烧、循环沸腾床燃烧等。有的还在燃烧时加入添加剂,如往炉内喷石灰石脱硫等。

（3）燃烧后治理。这就是本章要叙述的烟道气净化处理。这种治理从原理上又分为两种:一是采用添加剂和催化剂的化学方法,二是采用物理能激发化学反应的物理化学方法。

化学方法治理烟气是20世纪70年代以前普遍采用的,经济上发达的国家和地区已形成了各具特色的烟道气净化成套设备,技术臻于成熟。其中得到广泛采用的是湿法石灰石石膏脱硫系统;还有的采用湿法石灰石石膏脱硫,另加催化还原工艺组成脱硫脱硝系统。据统计,大约80%采用湿法工艺,10%为喷雾干法,10%为其他方法,因此湿法工艺长期属于主流技术。但是经过长期的实践,传统湿法工艺的缺陷已充分显现,其主要是一次性投资大,运行成本高,占地面积较大,有大量废水废渣需要进行再处理,造成二次污染。

2、辐射净化技术的发展

烟道气辐射净化技术起源于20世纪70年代初的日本。1970~1971年,日本科学家用一台能量为2~12MeV、1.2kW的直线加速器在不锈钢反应箱中清除重油燃烧物中的SO₂(含量为1×10^-3)。在吸收剂量为50kGy、温度为100℃的条件下可以将SO₂完全清除掉。正是这一原理性的突破,开辟了电子束辐射净化烟道气这一新途径。

此后经过不断改进,实现了气流装置的连续处理,同时清除SO₂和NO,以及电子束双面辐照等,处理对象也由重油燃烧废气发展到烧结废气等多种烟道气,处理能力不断增加。进入20世纪80年代,由日本原公司建成的实验模拟装置使技术可行性得到证实。该实验装置处理烟气能力为1000m/h,处理时向烟气中加入氨气,从而生成一种干燥的、粉末状产物,其中含有可以用作肥料的(NH)SO和NHNO₃。这就是著名的荏原处理法。

1985年在美国印第安纳州的波利和德国卡尔斯鲁厄相继建成了利用荏原处理法的工业试验装置。印第安纳波利装有两台加速器(电子束能量0.8MeV,总功率160kW),处理烟气量16000~32000m³/h(相当于8MW汽轮机组燃煤锅炉产生的烟气量);卡尔斯鲁厄工厂使用两台电子帘加速器(电子束能量0.3MeV,总功率180kW),处理烟气量10000~20000m³/h。两家工业试验装置运用均获成功,进一步证明了荏原处理法不仅在技术,而且在工艺上也是可行的。

③经济性比较

从经济角度分析,影响辐射处理法成本的主要是大功率加速器的价格,一般要占整个系统1/3左右。长期以来,世界上仅有少数几家公司有能力生产大功率加速器成套设备,售价高达1.5~2万美元/kW,供货周期较长,售后服务也不能完全令人满意。1985年美国人N.W. Frank比较了28种烟气脱硫技术工程的数据,并对电子束辐射净化技术的经济性作过评价。结果认为,即使在加速器售价居高不下的情况下,电子束辐射净化技术的工程造价同湿法脱硫技术相当,而运行费用仅为湿法脱硫技术的1/2,是所有脱硫技术中运行费用最低的。在这一研究结果中,并未扣除同时脱除氮氧化物导致的运行和建设费用的增加。

从处理烟气量的规模角度分析其经济性后认为:处理量为3×10m³/h烟气的荏原处理法的投资费用大约比传统处理法低15%;处理量直至12×104m³/h时,荏原处理法仍有成本优势;但处理量达到了18×104m³/h时,荏原处理法就敌不过传统处理法了。