煙氣脫硝技術(shù)的研究現(xiàn)狀

劉 平，楊 燦

攀枝花市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，四川攀枝花 617000

“十二五”期間我國(guó)將NOX納入主要污染物總量減排四項(xiàng)約束性指標(biāo)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，燃煤電廠、水泥企業(yè)的NOX排放量約占全國(guó)NOX年排放總量的60%，成為“十二五”NOX減排的重點(diǎn)領(lǐng)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(shù)脫硝效率不高，而煙氣脫硝工藝在國(guó)外已較為成熟。因此，結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，作為NOX污染控制主要技術(shù)的煙氣脫硝具有極高的研究意義。

1 國(guó)內(nèi)外成熟技術(shù)

我國(guó)煙氣脫硝技術(shù)研究和項(xiàng)目實(shí)施起步較晚，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的較大型煙氣脫硝工藝均引進(jìn)于歐美、日本等國(guó)家[1，2]。應(yīng)用較為廣泛的煙氣脫硝技術(shù)主要有選擇性催化還原法、選擇性非催化還原法和SNCR-SCR聯(lián)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(jīng)裝有催化劑的反應(yīng)器進(jìn)行NOX與NH3的選擇性還原反應(yīng)，生成無(wú)害的N2和H2O。我國(guó)首例SCR脫硝工程于1999年投運(yùn)[2]，目前國(guó)內(nèi)約300家電廠已采用該工藝。SCR煙氣脫硝效率較高，可達(dá)80%～90%，但該工藝設(shè)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(shù)中小型企業(yè)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(wú)催化劑存在的條件下向爐內(nèi)噴射化學(xué)還原劑使之與煙氣中的NOx反應(yīng)，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(shù)投入商業(yè)使用。目前在國(guó)外SNCR工藝已普遍用于電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、市政垃圾焚燒爐和水泥窯脫硝[3]。2011年，我國(guó)首臺(tái)SNCR脫硝技術(shù)水泥窯在湖南湘潭正式投入運(yùn)行。SNCR煙氣脫硝效率為50%～80%，該工藝不需要催化劑、建設(shè)運(yùn)行費(fèi)用低、在現(xiàn)有裝置上改造比較容易，適合在中小型企業(yè)中進(jìn)行推廣。

1.3 SNCR-SCR聯(lián)合脫硝法

SNCR-SCR聯(lián)合脫硝法并不是SCR工藝與SNCR工藝的簡(jiǎn)單加和，是結(jié)合了SCR技術(shù)的高脫硝率、SNCR技術(shù)的較少投資特點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)的一種新型工藝。該工藝有2個(gè)反應(yīng)區(qū)，先將還原劑噴入爐膛即第1個(gè)反應(yīng)區(qū)，在高溫作用下，還原劑與煙氣中NOX在沒(méi)有催化劑的情況下發(fā)生還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)初步脫氮，然后未反應(yīng)完全的還原劑進(jìn)入SCR反應(yīng)器即第2各反應(yīng)區(qū)，在有催化劑參與的情況下進(jìn)一步脫硝。2011年，國(guó)華北京熱電分公司首次將SNCR-SCR工藝應(yīng)用于國(guó)內(nèi)燃煤電廠煙氣脫硝[4]。SNCR-SCR技術(shù)脫硝效率較高，可達(dá)到80%以上，催化劑用量較少[5]，建設(shè)運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低，適合我國(guó)高灰煤和經(jīng)濟(jì)實(shí)力相對(duì)薄弱的國(guó)情。

2 國(guó)內(nèi)脫硝工藝研究進(jìn)展

由于我國(guó)礦產(chǎn)資源情況、企業(yè)實(shí)際發(fā)展情況、生產(chǎn)線工藝情況與國(guó)外有較大差距，上述成熟煙氣脫硝技術(shù)在我國(guó)尚未得到大范圍的推廣。國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)正積極開(kāi)展煙氣脫硝技術(shù)的研發(fā)工作。

2.1 活性炭法

活性炭對(duì)低濃度NOX有很高的吸附能力，同時(shí)對(duì)脫除低濃度SO2也有較好效果，因此利用活性炭同時(shí)脫除SO2和NOX具有較好的商業(yè)前景?；钚蕴扛煞焹艋夹g(shù)起源于德國(guó)，德國(guó)WKV公司[8]開(kāi)發(fā)的活性焦炭選擇性催化還原系統(tǒng)脫硫、脫硝效率可分別達(dá)95%和85%以上。唐強(qiáng)[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(jìn)行SO2、NO吸附試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)證明活性炭對(duì)NO有一定的選擇性，脫硫效率達(dá)到99%。張翔宇[7]將活性炭煙氣脫硫脫硝工藝和循環(huán)流化床技術(shù)相結(jié)合，在自行設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行煙氣脫硫脫硝試驗(yàn)，確定了NH3：NO摩爾比達(dá)到1∶1時(shí)，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(qiáng)氧化劑，可以快速有效地將煙氣中的NO氧化到高價(jià)態(tài)，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(guò)H2O2溶液、尿素溶液和脫硫石灰水漿液進(jìn)行試驗(yàn)，脫硝效率可達(dá)75%。柏源[10]等人對(duì)H2O2脫硝性能影響因素進(jìn)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(jìn)行煙氣脫硫脫硝試驗(yàn)，在自制的鼓泡反應(yīng)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(dá)到95%以上。

2.3 生物質(zhì)

生物燃料具有高揮發(fā)份、低灰份、低氮、低含硫率的特點(diǎn)，國(guó)外研究[12，13]表明將生物燃料替代一部分常規(guī)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(jìn)行吸收，具有較高的應(yīng)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(jìn)行研究，最大NO還原效果分別達(dá)到64%、55%、43%。熊志波[15]等人利用多功能脫硝試驗(yàn)平臺(tái)，在再燃比為20%的工況下，煤粉混楊木屑再燃脫硝效率達(dá)到58%～74%。

2.4 微波法

微波加熱技術(shù)具有加熱速度快、加熱均勻、穿透性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，馬雙忱[16]等人進(jìn)行了微波輻照活性炭同時(shí)脫氮脫硝的實(shí)驗(yàn)，在微波功率560W時(shí)，達(dá)到80%左右的脫硝效率。馬雙忱[17]同時(shí)研究了O2、CO2以及水蒸汽共存煙氣對(duì)微波輻照的影響，通過(guò)最優(yōu)試驗(yàn)條件，取得了SO2、NOX脫除率達(dá)90%的效果。

3 建議與展望

為切實(shí)降低煙氣中NOX對(duì)大氣的污染，一方面要改進(jìn)燃燒技術(shù)降低NOX排放量，另一方面要加強(qiáng)對(duì)煙氣中NOX的綜合治理。目前，我國(guó)煙氣脫硝技術(shù)的研究正處于起步階段，大多還都處于實(shí)驗(yàn)室階段，在工業(yè)應(yīng)用上還存在理論研究不成熟，運(yùn)行條件不確定的問(wèn)題。因此，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，針對(duì)我國(guó)煙氣脫硝市場(chǎng)和技術(shù)，對(duì)我國(guó)煙氣脫硝工藝的研究，提出以下建議：

1）對(duì)于煙氣脫硝工藝的研究，可借鑒國(guó)外成功經(jīng)驗(yàn)，但在消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，必須加強(qiáng)自主開(kāi)發(fā)力度，要深入進(jìn)行反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究，為國(guó)內(nèi)自主創(chuàng)新工藝實(shí)現(xiàn)工業(yè)化提供充分、有利的理論基礎(chǔ)和依據(jù);

2）要結(jié)合我國(guó)國(guó)情，研究開(kāi)發(fā)能夠在中小鍋爐上廣泛應(yīng)用的，投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、效率高、能耗低、操作易的脫硝工藝，在更大范圍內(nèi)加強(qiáng)NOX污染治理。

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