煙氣脫硝技術的研究現狀

劉 平，楊 燦

攀枝花市環境監測站，四川攀枝花 617000

“十二五”期間我國將NOX納入主要污染物總量減排四項約束性指標之一。據統計，燃煤電廠、水泥企業的NOX排放量約占全國NOX年排放總量的60%，成為“十二五”NOX減排的重點領域。目前，NOX污染治理主要采用低氮燃燒和煙氣脫硝兩種措施，低氮燃燒控制技術脫硝效率不高，而煙氣脫硝工藝在國外已較為成熟。因此，結合我國實際情況，作為NOX污染控制主要技術的煙氣脫硝具有極高的研究意義。

1 國內外成熟技術

我國煙氣脫硝技術研究和項目實施起步較晚，國內現有的較大型煙氣脫硝工藝均引進于歐美、日本等國家[1，2]。應用較為廣泛的煙氣脫硝技術主要有選擇性催化還原法、選擇性非催化還原法和SNCR-SCR聯合脫硝法。

1.1 選擇性催化還原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）

SCR法是指常壓下，向含有NOX和其它適宜溫度的煙氣中噴入約5%的氣氨，并使其混合均勻，流經裝有催化劑的反應器進行NOX與NH3的選擇性還原反應，生成無害的N2和H2O。我國首例SCR脫硝工程于1999年投運[2]，目前國內約300家電廠已采用該工藝。SCR煙氣脫硝效率較高，可達80%～90%，但該工藝設備投資大，所用催化劑昂貴且容易受多種因素影響失效，大多數中小型企業難以承受。

1.2 選擇性非催化還原法（Selective Non-catalytic Reduction，SNCR）

SNCR法是在無催化劑存在的條件下向爐內噴射化學還原劑使之與煙氣中的NOx反應，將其還原成N2和H2O，使用最廣泛的還原劑為氨和尿素。1974年日本首次將該技術投入商業使用。目前在國外SNCR工藝已普遍用于電站鍋爐、工業鍋爐、市政垃圾焚燒爐和水泥窯脫硝[3]。2011年，我國首臺SNCR脫硝技術水泥窯在湖南湘潭正式投入運行。SNCR煙氣脫硝效率為50%～80%，該工藝不需要催化劑、建設運行費用低、在現有裝置上改造比較容易，適合在中小型企業中進行推廣。

1.3 SNCR-SCR聯合脫硝法

SNCR-SCR聯合脫硝法并不是SCR工藝與SNCR工藝的簡單加和，是結合了SCR技術的高脫硝率、SNCR技術的較少投資特點而發展起來的一種新型工藝。該工藝有2個反應區，先將還原劑噴入爐膛即第1個反應區，在高溫作用下，還原劑與煙氣中NOX在沒有催化劑的情況下發生還原反應，實現初步脫氮，然后未反應完全的還原劑進入SCR反應器即第2各反應區，在有催化劑參與的情況下進一步脫硝。2011年，國華北京熱電分公司首次將SNCR-SCR工藝應用于國內燃煤電廠煙氣脫硝[4]。SNCR-SCR技術脫硝效率較高，可達到80%以上，催化劑用量較少[5]，建設運行費用相對較低，適合我國高灰煤和經濟實力相對薄弱的國情。

2 國內脫硝工藝研究進展

由于我國礦產資源情況、企業實際發展情況、生產線工藝情況與國外有較大差距，上述成熟煙氣脫硝技術在我國尚未得到大范圍的推廣。國內科研機構正積極開展煙氣脫硝技術的研發工作。

2.1 活性炭法

活性炭對低濃度NOX有很高的吸附能力，同時對脫除低濃度SO2也有較好效果，因此利用活性炭同時脫除SO2和NOX具有較好的商業前景。活性炭干法煙凈化技術起源于德國，德國WKV公司[8]開發的活性焦炭選擇性催化還原系統脫硫、脫硝效率可分別達95%和85%以上。唐強[6]等人使用不同顆粒直徑、不同活化方法、浸泡硝酸的活性炭進行SO2、NO吸附試驗，實驗證明活性炭對NO有一定的選擇性，脫硫效率達到99%。張翔宇[7]將活性炭煙氣脫硫脫硝工藝和循環流化床技術相結合，在自行設計的試驗臺上進行煙氣脫硫脫硝試驗，確定了NH3：NO摩爾比達到1∶1時，可取得脫硫率大于70%，脫硝率大于40%的最佳效果。

2.2 H2O2法

H2O2作為一種強氧化劑，可以快速有效地將煙氣中的NO氧化到高價態，再利用濕法脫硫漿液或者堿液吸收。楊柳[9]等人將電廠煙氣通過H2O2溶液、尿素溶液和脫硫石灰水漿液進行試驗，脫硝效率可達75%。柏源[10]等人對H2O2脫硝性能影響因素進行了研究，研究表明，不同濃度H2O2的脫硝效率不同，隨著尿素溶液和H2O2溶液濃度的提高均有利于提高脫硝效率。馬雙忱[11]等人采用UV/H2O2體系進行煙氣脫硫脫硝試驗，在自制的鼓泡反應器上考察模擬煙氣成分、H2O2溶液濃度和催化劑等影響因素，確定了在pH值為3.3，氧氣體積濃度大于6%，溶液溫度在45℃以下，加入金屬催化劑后SO2和NOX的脫除效率可達到95%以上。

2.3 生物質

生物燃料具有高揮發份、低灰份、低氮、低含硫率的特點，國外研究[12，13]表明將生物燃料替代一部分常規原料用于燃煤鍋爐，既可以降低污染物的排放，又可將混合燃料中的NOX進行吸收，具有較高的應用前景。蘇勝[14]等人采用木屑、谷殼和干污泥3種生物燃料作為再燃燃料進行研究，最大NO還原效果分別達到64%、55%、43%。熊志波[15]等人利用多功能脫硝試驗平臺，在再燃比為20%的工況下，煤粉混楊木屑再燃脫硝效率達到58%～74%。

2.4 微波法

微波加熱技術具有加熱速度快、加熱均勻、穿透性強等優點，馬雙忱[16]等人進行了微波輻照活性炭同時脫氮脫硝的實驗，在微波功率560W時，達到80%左右的脫硝效率。馬雙忱[17]同時研究了O2、CO2以及水蒸汽共存煙氣對微波輻照的影響，通過最優試驗條件，取得了SO2、NOX脫除率達90%的效果。

3 建議與展望

為切實降低煙氣中NOX對大氣的污染，一方面要改進燃燒技術降低NOX排放量，另一方面要加強對煙氣中NOX的綜合治理。目前，我國煙氣脫硝技術的研究正處于起步階段，大多還都處于實驗室階段，在工業應用上還存在理論研究不成熟，運行條件不確定的問題。因此，結合我國國情，針對我國煙氣脫硝市場和技術，對我國煙氣脫硝工藝的研究，提出以下建議：

1）對于煙氣脫硝工藝的研究，可借鑒國外成功經驗，但在消化國外先進技術的同時，必須加強自主開發力度，要深入進行反應機理、反應動力學的研究，為國內自主創新工藝實現工業化提供充分、有利的理論基礎和依據;

2）要結合我國國情，研究開發能夠在中小鍋爐上廣泛應用的，投資少、運行費用低、效率高、能耗低、操作易的脫硝工藝，在更大范圍內加強NOX污染治理。

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