焚燒爐尾氣中氮氧化合物的處理

潘亮（南京 210048）

焚燒爐尾氣中氮氧化合物的處理

潘亮（南京 210048）

化工廠焚燒爐中尾氣排放中含有的氮氧化合物（NOx）對大氣造成了嚴重的污染，空氣中的氮氧化合物會引起酸雨、光化學煙霧等危害。本文主要探究焚燒爐尾氣中氮氧化合物的處理方法，介紹了選擇性催化還原技術和選擇性非催化還原技術在含氮氧化合物尾氣處理方面的作用及其主要的影響因素。

氮氧化合物；SCR；SNCR；還原劑

氮氧化合物是大氣中的主要污染物，同時也是焚燒爐尾氣中的重要組成部分，焚燒爐中排放的NOx以NO、NO2、N2O、N2O3的形式穩定的存在于尾氣中，其中NO和NO2為主要污染物。本文通過探究影響選擇性催化還原法和選擇性非催化還原法處理氮氧化合物的主要因素，為采用最有效的手段對焚燒爐尾氣中的NOx排放進行控制，降低大氣中的氮氧化合物的含量，創造健康、綠色的生活環境提供技術基礎。

1 焚燒爐尾氣中氮氧化合物的危害

焚燒爐排放的尾氣中含有大量的有害物質，其中包括粉塵、重金屬、硫化物和氮氧化合物，這些尾氣如果不經過處理便直接排放到大氣中將會造成嚴重的環境污染，影響人類及其他生物的生存環境。以氮氧化合物為例，NOx存在于空氣中，會對臭氧層造成嚴重的危害，空氣中氮氧化合物含量的增加會降低大氣層外臭氧的含量，臭氧含量的降低會造成大量的紫外線穿過大氣層進入到地球表面，破壞地球的生態系統。氮氧化合物還有可能與空氣中的光化學氧化劑、顆粒物發生光化學反應，形成光化學煙霧，光化學煙霧會對人體的眼睛和呼吸系統造成嚴重的危害。此外，NOx與空氣中的水蒸氣結合還會形成酸雨，酸雨會造成水源和土壤的酸化，嚴重影響農作物的生長。

2 氮氧化合物的生成機理

焚燒爐內燃燒過程中生成的氮氧化合物主要有NO、NO2、N2O等，其中NO占到了90%。NOx的來源按生成機理的不同主要可以分為三類，熱力型、燃料型和快速型。熱力型生成機理較為簡單，主要是在燃燒過程中參與燃燒的空氣中的氮氣和氧氣發生反應生成了NOx。

燃料型反應機理：在焚燒爐中，氮氧化合物的碳氮鍵的鍵能相對氮氮三鍵的鍵能小的多，在反應過程中，碳氮鍵首先斷裂，被還原為HCN，NH3等一些中間產物，隨后被氧氣氧化為氮氧化合物，其生成機理如圖1所示：

圖1 燃料型生成機理

快速型反應機理：氮氧化合物首先在燃燒的過程中先產生CH、CH2、CH3等基團，這些基團與空氣中的N2發生碰撞，從而生成中間產物HCN、N、CN等，中間產物再與O2、OH等活性較強的基團生成NCO，最終NCO會被氧化為NOX，其生成機理如圖2所示：

圖2 快速型生成機理

3 氮氧化合物處理技術

目前，焚燒爐中尾氣氮氧化合物的處理主要采用還原法技術，選擇性催化還原技術（SCR）和選擇性非催化還原技術（SN?CR）是兩種最常用的方法。

3.1 SCR工藝

SCR技術是在氧氣存在的條件下，通過催化劑的催化作用，NH3能夠將尾氣中的氮氧化合物還原為氮氣，還原過程必須在催化劑的作用下才能發生反應，催化劑通常選用TiO2-V2O5，反應的溫度保持在200~400。反應的主要過程是：氨氣和尾氣同時進入到SCR反應系統中，在催化劑的作用下氨氣和氮氧化合物反應生成氮氣和水。SCR系統包含有催化劑反應室、氨氣儲存系統，其中核心裝置是SCR脫硝反應器，反應器多采用垂直布置的方式，防止由于灰塵過多造成反應器的堵塞。SCR技術對于氮氧化合物的脫除效率較高，但是由于反應溫度、反應停留時間、還原劑與尾氣的混合程度等因素的影響，實際的脫除率在70~90%之間，它的缺點是初始投入成本高，后期維護費用也較高。

因此，在1974年，日本最初是將SNCR技術作為商業應用；美國也于1988年首次投入大型SNCR裝置；德國于1990年在布萊梅垃圾焚燒廠采用了SNCR技術，使用的還原劑為氨水。

3.2 SNCR工藝

選擇性非催化還原技術（SNCR）能夠在沒有催化劑的條件下使用還原劑將NOx還原為水和氮氣，并且該技術具有系統結構簡單，初始投資少，后期維護成本低的優勢，但是其也存在著NOx脫除率較低，氨氣逃逸量高的缺點。

SNCR工藝中常采用的還原劑有氨氣和尿素，以尿素為例的SNCR工藝流程為：還原劑的接收和儲存，還原劑的計量稀釋及混合，混勻的還原劑噴入到鍋爐中適合的位置，還原劑和尾氣的混合。在還原劑的接受和儲存單元，使用氨氣時其一般選用濃度為29.49%的水溶液，而尿素一般采用50%的水溶液。還原劑和尾氣的混合噴射器一般選用墻式和槍式兩種類型，墻式噴射器插入在鍋爐內墻，每個噴射部位安裝一個噴嘴，槍式一般用于尾氣和還原劑難以接觸的位置，為了使還原劑和尾氣充分混合，選取合適的位置、噴射速度、流量具有重要的影響。

影響SNCR脫除率的主要因素為反應溫度，還原劑和尾氣的混合程度。NOx還原反應在一定的溫度范圍內進行，溫度太低或太高都會對還原反應產生影響，不同還原劑的最佳溫度范圍也不同，氨氣的最佳反應溫度為870~1100，尿素的最佳反應溫度為900~1150，不同溫度下的氮氧化合物脫除率如圖3所示。

圖3 不同溫度下的氮氧化合物的脫除率

為了促進還原劑和氮氧化合物的反應，還原劑和焚燒尾氣充分混合能夠促進反應的發生。若以氨氣作為還原劑，由于氨氣具有較強的揮發能力，還原劑和混合機能夠很好的混合，通過控制噴射系統的角度、速度和軌跡可以很好的控制氨氣和焚燒尾氣的混合。若以尿素溶液作為還原劑時，還原劑和尾氣的混合效果相對較差，但是可以通過增加傳給液滴的能量，增加溶液噴嘴的數量和噴射區的數量，改進噴嘴的設計來調整液滴的大小、分布和方向等多種手段來提高還原劑和氮氧化合物的混合程度。此外，焚燒爐尾氣中氮氧化合物的濃度、噴入的還原劑與氮氧化合物的摩爾比和在最佳溫度下的滯留時間等因素也會對氮氧化合物的脫除率具有一定的影響。

4 結語

焚燒爐尾氣中的氮氧化合物對于環境具有嚴重的影響，為了滿足環境保護的要求，需要嚴格控制焚燒尾氣中氮氧化合物的含量，本文主要探究了SCR和SNCR兩種氮氧化合物的處理方法，重點介紹了SNCR工藝的流程和影響因素，為焚燒尾氣中氮氧化合物的去除提供技術支持。

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