煙氣脫硝技術應用現(xiàn)狀與進展

夏廣鋒

（遼寧省環(huán)境科學研究院 遼寧沈陽 110161）

氮氧化物是我國主要的大氣污染物，經(jīng)紫外線照射能轉(zhuǎn)化為有害的光化學煙霧。同時氮氧化物也能與空氣中的水結(jié)合，生成硝酸或酸雨，從而對土壤、農(nóng)作物以及建筑材料造成損害。另外，氮氧化物會危害人體的呼吸系統(tǒng)，可引起肺氣腫、哮喘等疾病。我國最新的《大氣污染防治法》和《火電廠大氣污染物控制排放標準》的頒布實施以及《京都議定書》已經(jīng)正式生效。國內(nèi)對氮氧化物的排放控制日益嚴格，“十二五”期間明確指出煙氣中氮氧化物的排放濃度值應控制在100 mg/m3以內(nèi)。目前，減少NOX產(chǎn)生的技術無法滿足排放標準，故應采用NOX產(chǎn)生后的脫除技術。

1 干法脫硝

1.1 SCR脫硝技術

SCR脫硝技術是指在催化劑（Ti O2、V2O5-WO3等）的作用下，還原劑（H2，CO，烴類，NH3）與排放氣體中的 NOX反應，最終生成N2和水，隨氣流經(jīng)鍋爐空預器、除塵、脫硫等裝置后進入煙囪排放。因為催化劑有選擇性的與去除煙氣中的NOX反應，故又稱為“選擇性催化還原法”。以NH3為還原劑為例的主要反應式為：

催化劑是影響NOX脫除效率的重要因素，釩系催化劑（如V2O5/Ti O2、V2O5-WO3/Ti O2等）價格便宜、活性高且具有抗硫性、抗水性好以及無二次污染等優(yōu)點，是目前應用最廣泛的催化劑。若煙氣中含有SO2，SO2會被V2O5催化生成SO3，進而與NH3反應，會產(chǎn)生硫酸氫銨并附著于催化劑的表面，會影響整個脫硝過程的進行。金屬氧化物催化劑主要有Fe2O3,Cu O,Cr OX,Mg O,Mo O3等或其聯(lián)合作用的混合物，一般選擇NH3作為還原劑。對于沸石分子篩型催化劑，主要是采用離子交換法而制成的金屬離子交換沸石，最高反應溫度可達600℃，但實際應用中會存在水抑制和硫中毒問題。70%～90%的SCR技術工藝已成熟，反應溫度低（320～400℃），脫硝率高,氨逃逸率較SNCR技術低,并且沒有副產(chǎn)物產(chǎn)生，商業(yè)應用廣，是目前煙氣脫硝技術研究的重點。

1.2 非選擇性催化還原法

SNCR是一項成熟的技術，是向煙氣中噴入液氨或尿素等含氨基的還原劑，在高溫（900℃～1000℃）下，還原劑會快速熱解成NH3與NOX反應，將NOX還原成N2和H2O。反應方程式如下:

SNCR技術脫硝率為30%～50%，SNCR還原NO的反應效率是由煙氣溫度、高溫下停留時間等因素決定的，若反應溫度過高則氨會被氧化生成額外的NOX，若溫度過低則會導致反應速率較慢，造成氨逃逸率升高。SNCR技術的實現(xiàn)不需要加入催化劑，不受煤質(zhì)與煤灰的影響，并且不需額外的脫硝設備，一般也不會造成設備堵塞，因而投資及運行費用較低。但氨泄漏率大,存在二次污染,對設備腐蝕較大，仍需進一步改進。

1.3 等離子法和電子束法

這兩種方法均是用高能電子撞擊煙氣分子，生成氧化性極強的O、OH和O3等自由基，將NO氧化為NO2進而與H2O和還原劑NH3反應生成硝酸銨并被電除塵器捕集去除，其脫硝率可達80%～85%。其中電子束法（EBA）是國際比較先進的煙氣處理技術,既可去除氮氧化物又可去除SO2，且SO2的去除率大于90%。其原理是用由高能電子加速器產(chǎn)生的電子束(500～800 k V)輻照來處理煙氣,將煙氣中的SO2和NOX轉(zhuǎn)化為硫酸銨和硝酸銨。電子束法技術成熟，無二次污染、產(chǎn)物能夠以氮肥(硫酸氨、硝酸氨)形式回收并可用于農(nóng)業(yè)應用，且運行費用不高。

1.4 吸附法

吸附法是利用可以循環(huán)再生的固體吸附材料（如分子篩、活性炭及含NH3泥煤等）從煙道氣或廢氣中除去NOX。分子篩最為理想的吸附劑，國外常又來吸附硝酸尾氣。以活性炭為吸附劑的應用也較廣，因為活性炭比表面積較大，且能同時脫除煙氣中的SO2、NOX、煙塵粒子以及揮發(fā)性有機物等污染物。吸附法具有凈化效率高，不消耗化學物質(zhì)，操作方便并且可以回收NOX等優(yōu)點，但由于吸附劑消耗量大，需要龐大的設備，并且吸附劑需要再生處理，因而使得投資費用高，能耗較大。

2 濕法煙氣脫硝技術

2.1 酸、堿吸收法

酸吸收法常用的兩種方法：一，是利用NO在硝酸中的溶解度較大，可用硝酸吸收NOX尾氣。二，利用NOX可充分地被濃硫酸吸收，可以把NOX吸收到濃硫酸中生成硝酸硫酸，進而脫除氮氧化物。常壓下堿液對NOX的脫除效率很低，因此只運用于處理含NO2超過50%的NOX廢氣。常用的堿性溶液包括Na OH、KOH及NH3·H2O等，其中氨對NOX脫出率最高，堿液吸收法在我國應用雖然較廣，但該法在我國應用的技術水平低，脫硝效率僅在10%～80%左右。

2.2 液相絡合吸收法

液相絡合吸收法是上世紀80年代發(fā)展起來的，能夠同時脫硫脫硝的新方法。絡合吸收法利用了絡合劑與NO反應，克服了NO難溶于水的困難，因此該方法特別適用于NO含量較高的煙氣。主要包括硫酸亞鐵法、Fe(Ⅱ)-EDTA法鈷氨和絡合氧化法等方法，但絡合吸收法的吸收液失活后再生起來很緩慢，使得運行困難。其中Fe(Ⅱ)-EDTA法是利用Fe(Ⅱ)-EDTA、Fe(Ⅱ)-EDTA-Na2SO3和Fe SO4等同NO反應生成絡合物,而生成的絡合物加熱時又可將NO釋放，從而使得NO富集回收的方法。但該絡合法的較反應速度緩慢，因只處于研究階段。

2.3 氧化吸收法

氧化吸收法是先將NO氧化為NO2，再用堿液將NO2吸收的方法；NO不必全部氧化為NO2，因為當同時存在NO和NO2時，易反應生成N2O3，之后又可與水進一步反應生成溶解度很高的HNO2，從而達到脫硝目的。氧化劑對該法的脫硝效率起很大作用。而氧化劑包括氣相氧化劑和液相氧化劑兩種。氣相氧化劑有O3,O2,Cl2等。液相氧化劑有 Na Cl O、Na Cl O2、(NH4)2Cr O7等；氧化催化劑有V2O5(酸性溶液中)、分子篩、活性炭等。目前我國工業(yè)應用最廣的氧化吸收法是硝酸氧化法，該法成本較其它氧化吸收法低，且硝酸的回收較為方便。

3 高級氧化技術脫硝法

3.1 Fenton法與UV/Fenton法

Fenton法是利用反應體系產(chǎn)生的羥基自由基將難溶于水的NO氧化為高價態(tài)的NOX，之后再利用液相吸收將NOX除去。曹春梅等通過利用Fenton法進行煙氣脫硝實驗，發(fā)現(xiàn)H2O2的最佳投加量為5%，在初始p H為1.5～1.8時，脫硝率為50%左右。雖然Fenton法氧化性強、操作簡便，但H2O2利用率低且廢液為酸性廢液會造成二次污染，因而人們不斷改進技術，將Fenton法與紫外光和超聲波等聯(lián)用，可節(jié)約成本。如UV/Fenton法就是將Fenton法與UV/H2O2兩種系統(tǒng)結(jié)合，F(xiàn)e2+與UV均能催化H2O2分解生成·OH,使系統(tǒng)的氧化性增強。但目前UV/Fenton法僅處于研究階段。

3.2 電催化氧化法

電催化氧化技術，簡稱ECO技術，不僅在降解廢水方面有高效作用，而且對NOX、SO2以及顆粒物等大氣污染物也有很好的去除效果。其原理是首先用非熱能等離子體釋放高能電子，再用得到的高能電子撞擊H2O分子和O2分子，生成氫氧自由基和活性氧原子。生成的自由基與NO、SO2和Hg反應，形成可溶性化合物及氣溶膠。NOX和SO2氧化產(chǎn)物可在洗滌塔內(nèi)與氨氣反應生成可回收利用的銨鹽。電催化氧化技術可同時脫硝脫硫，并均能達到80%以上，副產(chǎn)品銨鹽可作為肥料回收利用。

4 脫硝新技術

4.1 微生物法

微生物凈化含有NOX廢氣的原理為:脫氮菌在有外加碳源的情況下,利用NOX作為氮源以生長繁殖并NOX還原成無害的N2。整個過程是NOX從氣相進入填料表面的生物膜之中,并擴散進入微生物組織,可作為微生物代謝所需要的營養(yǎng)物,之后在固相或液相被微生物吸附并還原成N2。該過程中NO2先溶于水中形成NO3－及NO2－，之后再被微生物還原為N2，NO則是在微生物表面直接被微生物還原為N2，該方法主要利用了反硝化細菌的異化反硝化作用。

Slawomir Poskrobko等用10%的菜籽餅與煤共同燃燒，結(jié)果表明利用微生物技術使NOX的排放量減少了約30%，可使原本脫硝效率為15%的SNCR技術的脫硝率提高到40%。由于煙氣的氣量較大,且煙氣中的NO又基本不溶于水,且微生物吸附NO的能力差,使微生物脫硝法難以進行，因此微生物脫硝法仍需改進。

4.2 液膜法

液膜法是由美國能源部Pittsburgh能源技術中心(PETC)所開發(fā)的新技術。是利用液體將氣體選擇性吸收,并富集于液相中。并且用于凈化煙氣的液膜應對欲處理的氣體有選擇透過性。Lu等利用微生物同F(xiàn)e2+的EDTA混合制成生物液膜，進行脫硝實驗，結(jié)果表明此系統(tǒng)脫硝率達90%，且成本較Fe2+的EDTA液膜降低，在脫硝市場有良好的前景。

5 結(jié)語

目前大氣污染日益嚴重，我過從最初的只注重硫化物的污染慢慢開始注重氮氧化物的污染。國家十二五規(guī)劃中首次將氮氧化物減排列為約束性考核標準，預計首次減排幅度在15%左右，這標志著脫硝市場的正式啟動。我國應以國情為基礎，實行低氮燃燒技術，繼續(xù)發(fā)展SCR和SNCR技術，并推廣與燃燒技術等其它技術的連用，突破對微生物、微波、液膜和脈沖電暈等脫硝新技術的研究。

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