燃煤煙氣脫硝技術(shù)研究進展

解雙洋

摘 要：對燃煤煙氣脫硝現(xiàn)有技術(shù)進行了綜述。重點對選擇性催化還原法（SCR）、非選擇性催化還原法（SNCR）、SNCR-SCR聯(lián)合脫硝法等工藝及工業(yè)化現(xiàn)狀進行了分析，最后針對環(huán)保要求提出了我國脫硝技術(shù)應(yīng)以開發(fā)中國特色的脫硝技術(shù)和加強新技術(shù)的研發(fā)為方向。

關(guān)鍵詞：燃煤煙氣；脫硝；機理；工藝；研究進展

通常所說的是NOx（氮氧化物）主要包括NO，NO2，N2O3，N2O，N2O5等，其中以易造成酸雨的NO，NO2為主。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，燃煤電廠排放的NOx成為我國NOx排放的主要來源。如果不加強對煙氣中NOx的治理，我國未來的酸雨污染也將由硫酸型向硫酸/硝酸復合型發(fā)展。

目前，對于燃燒產(chǎn)生的NOx污染的控制技術(shù)主要分兩大類：生成前的控制（燃料脫氮、低NOx燃燒工藝）、生成后的煙氣脫硝。生成前控制的燃料脫氮技術(shù)至今尚未很好開發(fā)，低NOx燃燒工藝國內(nèi)外已做了大量研究，開發(fā)了一些技術(shù)和設(shè)備，并已部分應(yīng)用，但這些控制技術(shù)的脫硝效率都不高。目前，煙氣脫硝仍是NOx污染控制的主要技術(shù)。

1 選擇性催化還原法

SCR脫硝技術(shù)是指在催化劑的作用下，還原劑（H2，CO，烴類，NH3）與煙氣中的NOx反應(yīng)生成無害的N2和水，從而去除煙氣中的NOx。

催化劑是影響NOx脫除效率的重要因素，催化劑的種類主要有以下3種：（1）催化劑主要是Rh和Pd等，有較高的活性且反應(yīng)溫度較低。但由于它們和硫反應(yīng)，且價格昂貴，在20世紀八九十年代以后逐漸被金屬氧化物類催化劑所取代。（2）金屬氧化物類催化劑，主要包括V2O5，F(xiàn)e2O3，CuO，CrOx，MnO，MgO，MoO3等金屬氧化物或其聯(lián)合作用的混合物，還原劑一般選擇NH3。（3）沸石分子篩型，主要是采用離子交換方法制成的金屬離子交換沸石。特點是反應(yīng)較高，最高可達600℃，目前是國外研究的重點，但在工業(yè)應(yīng)用方面不是很多。

用NH3催化還原NO脫氮效率高，鐘秦等研究V2O5/TiO2選擇性催化還原脫除煙氣中NOx時發(fā)現(xiàn)在310℃時脫硝效率達到最大值（90%），F(xiàn)lora等的研究結(jié)果表明，當n（NH3）/n（NOx）在1.0左右時能達到95%以上的NOx脫除率。但這種催化方法用的NH3價格相當貴，而且存在氨泄漏的危險。由此各種替代還原劑和催化劑應(yīng)運而生。有人指出，在低溫（150℃）和有氧、水蒸氣存在時，烴類是選擇性催化還原NO中最有效的還原劑，相應(yīng)的催化劑為活性炭和以活性炭為載體的過渡金屬氧化物。

2 非選擇性催化還原法

SNCR是一項成熟的技術(shù)。1974年在日本首次投入商業(yè)應(yīng)用，到目前為止，全世界大約有300套SNCR裝置應(yīng)用于電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、市政垃圾焚燒爐和其他燃燒裝置。SNCR工藝就是把含有氨基的還原劑噴入到鍋爐爐膛中900～1100℃的區(qū)域內(nèi)，該還原劑快速熱解成NH3，并和煙氣中的NOx進行還原反應(yīng)，把NOx還原成N2和H2O。非選擇性催化還原法受溫度、NH3/NOx摩爾比及停留時間影響較大。王智化等通過模擬試驗得出氨水最佳噴射溫度范圍為850～1100℃，NH3/NOx理想摩爾比介于1～2，停留時間為1s時，最大NOx還原率達到82%。

SNCR的應(yīng)用中可能出現(xiàn)一些問題：（1）SNCR工藝中氨的利用率不高，容易形成過量的氨泄漏。氨泄漏造成環(huán)境的污染并形成氨鹽可能堵塞和腐蝕下游設(shè)備。（2）形成溫室氣體N2O。研究表明用尿素作還原劑要比用氨作還原劑產(chǎn)生更多的N2O。（3）如果運行控制不適當，用尿素作還原劑時可能造成較多的CO排放。（4）在鍋爐過熱器前大于800℃的爐膛位置噴入低溫尿素溶液，必然會影響熾熱煤炭的繼續(xù)燃燒，引發(fā)飛灰、未燃燒碳提高的問題。

3 SNCR-SCR聯(lián)合脫硝法

混合SNCR-SCR煙氣脫硝技術(shù)并非是SCR工藝與SNCR工藝的簡單組合，它是結(jié)合了SCR技術(shù)高效、SNCR技術(shù)投資省的特點而發(fā)展起來的一種新型工藝。Brain等研究提出，SCR-SNCR聯(lián)合技術(shù)可以達到90%的NOx的去除率，并且NH3的泄漏率僅為0.0003%。

混合SNCR-SCR工藝最主要的改進就是省去了SCR設(shè)置在煙道里的復雜AIG（氨噴射）系統(tǒng)，它具有以下優(yōu)點：（1）在節(jié)省催化劑的情況下，脫硝效率高，能達到SCR法的脫硝效率；（2）反應(yīng)塔體積小，空間適應(yīng)性強；（3）與傳統(tǒng)SCR工藝相比，系統(tǒng)壓降將大大減小，從而減少了引風機改造的工作量，降低了運行費用；（4）降低腐蝕危害。

4 煙氣脫硝新技術(shù)

4.1 微生物脫硝法

微生物脫硝法的原理：適宜的脫氮菌利用NOx作為氮源，將NOx還原成最基本的無害的N2，而脫氮菌本身獲得生長繁殖。其中NO2先溶于水中形成NO3及NO2-再被生物還原為N2，而NO則是被吸附在微生物表面后直接被微生物還原為N2，因此微生物法凈化NOx也主要利用了反硝化細菌的異化反硝化作用。微生物法的處理裝置主要有生物洗滌塔、生物過濾塔、生物滴濾塔和生物轉(zhuǎn)鼓等。國內(nèi)外對微生物法的研究報道主要針對NOx中不易溶于水的NO，按其處理方式分為硝化處理、反硝化處理及真菌處理3類。微生物脫硝法與傳統(tǒng)的脫硝法相比，具有工藝設(shè)備簡單、能耗小、處理費用低、二次污染少等特點，因而成為世界各國工業(yè)廢氣凈化的熱點課題之一。

現(xiàn)今國際上對微生物脫硝技術(shù)的研究尚處于初始階段，其原因一方面是由于煙氣的氣量通常比較大，且煙氣中的NOx主要以NO形式存在，NO又基本不溶于水，不能進入液相介質(zhì)中被微生物所轉(zhuǎn)化，再加上微生物吸附NO的能力差，導致NOx的實際凈化率較低；另一方面，由于對脫氮微生物的基礎(chǔ)研究不夠，致使工業(yè)放大有技術(shù)上的困難。因此，今后微生物脫硝技術(shù)研究的發(fā)展方向是：（1）與其它脫硝方式復合，使微生物作用最大化；（2）開發(fā)相關(guān)微生物固定載體及微生物應(yīng)用放大技術(shù)；（3）加強高效廉價吸附還原NOx的功能菌的選育的研究。

4.2 微波脫硝法

微波脫硝技術(shù)是近年來隨著微波電子工業(yè)的發(fā)展而產(chǎn)生的新型煙氣脫硝技術(shù)之一。目前國內(nèi)外該方面的研究主要集中在微波輔助NOx催化分解技術(shù)和微波脫硝與其它技術(shù)聯(lián)用兩個方面。微波脫硝法具有裝置簡單、一次性投資小、操作簡單、使用壽命長等優(yōu)點。

目前，國內(nèi)外對該技術(shù)的研究尚處于起步階段，盡管NOx去除率很高，但欠缺理論支持、能耗大、設(shè)備費用高、屏蔽防護等問題一時難以解決，也限制了微波脫硝的工業(yè)化進程，然而隨著技術(shù)的進步，微波在燃煤電廠中的應(yīng)用仍然具有巨大的潛力和誘人的發(fā)展前景。

4.3 液膜法

液膜法凈化煙氣是美國能源部Pittsburgh能源技術(shù)中心（PETC）開發(fā)的，其原理是利用液體對氣體的選擇性吸收，使低濃度的氣體在液相中富集。液膜為含水液體，置于兩組多微7L憎水的中空纖維管之間，構(gòu)成滲通器，這種結(jié)構(gòu)可消除操作中時干時濕的不穩(wěn)定性，延長設(shè)備的壽命。用于凈化煙氣的液膜不僅需要有選擇性，同時對氣體還必須具有良好的滲透性。

4.4 H2O2法

Greiner提出H2O2吸收紫外光（UV）光解可產(chǎn)生OH。DavidCooper等人在低溫下在煙道氣內(nèi)設(shè)置UV燈激發(fā)H2O2發(fā)生反應(yīng)，氧化NO，得出高溫下煙氣中的NO可達到10%～70%的轉(zhuǎn)化率。UV/H2O2法脫硫脫硝技術(shù)在國內(nèi)的研究并不多。對于我國燃煤電廠來說，H2O2是一種相對廉價的吸收劑，而對于UV來說，電廠能源取用方便，成本低。因此，UV/H2O2法脫硫脫硝對于燃煤電廠煙氣污染物控制存在很大開發(fā)潛力，研究的目的在于如何應(yīng)用最少的資源獲得最理想的污染物控制效果。

5 結(jié)語

我國的煙氣脫硝技術(shù)研究還處于起步階段，但隨著我國經(jīng)濟實力的提高和硝酸型酸雨的危害越來越明顯，煙氣脫硝技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)成為大勢所趨。目前成熟的工業(yè)化技術(shù)主要是選擇性催化還原法和非選擇性催化還原法，其他煙氣脫硝技術(shù)尚未成熟，需要對現(xiàn)有工藝進行改善，確定最佳的應(yīng)用條件。

根據(jù)我國的實際情況，在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)對于新建電廠建議采用脫除效率高、運行穩(wěn)定的SCR煙氣脫硝工藝；在經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)，可以采用SNCR-SCR聯(lián)合脫硝法以分步建設(shè)，在排放標準較低的時期，可以只建SNCR部分，待排放標準提高后再建SCR部分。

另外，開展脫硝新技術(shù)及各種技術(shù)的聯(lián)用的研究。目前SCR-SNCR混合脫硝、微波-SCR聯(lián)用、生物絡(luò)合聯(lián)用等脫硝技術(shù)聯(lián)用的技術(shù)研發(fā)已經(jīng)出現(xiàn)，但工業(yè)化放大研究還未出現(xiàn)，因此加強新技術(shù)及聯(lián)用技術(shù)開發(fā)，形成若干擁有我國自主知識產(chǎn)權(quán)、適合我國國情的脫硝新工藝、新技術(shù)，力爭有所突破，使我國在煙氣脫硝市場上占領(lǐng)一席之地。

參考文獻

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