脫硝技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀

秦光武

（合肥天然環(huán)保工程技術(shù)有限公司，安徽合肥231603）

氮氧化物（NOx）是一類主要的大氣污染物，通常由工業(yè)生產(chǎn)燃煤過程中產(chǎn)生[1-4]。它是化學(xué)煙霧和酸雨形成的主要原因，不僅會對動物的中樞神經(jīng)和呼吸道等器官造成損害，還會抑制植物生長。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，煤炭等能源的消耗日益增加，使得氮氧化物的排放量也隨之增加，威脅環(huán)境。氮氧化物的控制和處理越來越受到世界各國的重視，我國正處于工業(yè)的飛躍發(fā)展期，又是一個煤炭大國，因而采用有效的脫硝措施保護(hù)環(huán)境，顯得尤為重要[5-6]。

本文介紹了NOx的產(chǎn)生機理和危害以及常見的脫硝方法和優(yōu)缺點比較，并總結(jié)了國內(nèi)外脫硝治理的發(fā)展現(xiàn)狀。

1 NOx的危害

NOx 主要包括 N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等化合物[7-9]，在燃煤過程中產(chǎn)生的氮氧化物主要是一氧化氮（NO），約占90%左右，其毒性不大，相對無害。在大氣中一氧化氮被氧化成二氧化氮（NO2），它是一種氧化劑，對人體有毒害作用，可以引起呼吸道疾病（如咳嗽和咽喉痛）。NO2在強陽光照射下，還會與空氣中的揮發(fā)性有機物結(jié)合，反應(yīng)生成臭氧、過氧乙酰硝酸酯等更強的氧化劑，對人體和環(huán)境造成更大的危害。

大氣中NOx的綜合危害主要表現(xiàn)為：對人體的毒害作用（尤其是NO2）；抑制植物的生長；是酸雨、酸霧的始作俑者；與一些碳?xì)溆袡C化合物作用，形成光化學(xué)煙霧；參與臭氧層的破壞。

2 脫硝的常見方法

目前，主要的脫硝方法有選擇性催化還原法（SCR）、選擇性非催化還原法（SNCR）、聯(lián)合工藝（SNCR-SCR）、微生物吸收法、電子束法、活性炭吸附法等。

2.1 選擇性催化還原法（SCR）

選擇性催化還原法指的是在反應(yīng)溫度300℃～400℃下，在催化劑的作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使NOx轉(zhuǎn)化為氮氣和水。其反應(yīng)式如下[10-12]：

上述反應(yīng)中，化學(xué)式（1）是選擇性催化還原法脫硝過程中煙氣的主要反應(yīng)，還原劑一般選擇的是氨水、液氨和尿素，催化劑一般為金屬氧化物（V2O5、MnO2等）。利用該方法脫硝的效率較高，通常可以去除80%～90%的NOx，將煙氣中的NOx濃度控制在約100 mg/m3及以內(nèi)。選擇性催化還原法脫硝效率高，二次污染小，技術(shù)成熟，但綜合成本費用較高。

2.2 選擇性非催化還原法（SNCR）

選擇性非催化還原法是還原劑在爐膛中高溫分解成NH3，與NOx反應(yīng)生成氮氣和水，反應(yīng)溫度在800℃～1 200℃。其反應(yīng)式如下：

選擇尿素為還原劑時，尿素首先熱分解成氨再進(jìn)行反應(yīng)。該技術(shù)最早出現(xiàn)在上世紀(jì)70年代的日本，反應(yīng)受到溫度、反應(yīng)配比、停留時間等影響，通常脫硝率在30%～60%左右。該方法技術(shù)難度大，難以保證反應(yīng)溫度和停留時間，未反應(yīng)完全的還原劑容易造成二次污染，不過該方法不使用催化劑，設(shè)備相對較少，運行成本費用低。

2.3 聯(lián)合工藝（SNCR-SCR）

聯(lián)合工藝（SNCR-SCR）是把SCR脫硝工藝和SNCR脫硝工藝結(jié)合起來，并保持了二者的優(yōu)點。該工藝分為兩個反應(yīng)階段：第一階段在爐膛中加入氨或尿素進(jìn)行SNCR反應(yīng)，除去一部分的NOx；第二階段是伴隨著煙氣溢出，氨氣與煙氣一起進(jìn)入SCR反應(yīng)，進(jìn)一步脫硝。

該工藝的主要反應(yīng)式為（1）（5）（6），結(jié)合了 SNCR脫硝工藝運行費用的優(yōu)點，避免了氨氣逃逸帶來的二次污染。二次的SCR脫硝工藝對催化劑的依賴減小，相應(yīng)的運行費用也降低，綜合脫硝率達(dá)到70%～85%，且費用相對較低。

3 脫硝應(yīng)用工業(yè)現(xiàn)狀

目前控制NOx的主要思路有兩種：一種是抑制NOx的生成；另一種是將已生成的NOx還原。低NOx燃燒技術(shù)主要為空氣分級燃燒技術(shù)、再燃技術(shù)、低NOx燃燒器、煙氣再循環(huán)技術(shù)等。目前世界上使用最普遍的低NOx燃燒技術(shù)是空氣分級燃燒技術(shù)，該技術(shù)首先出現(xiàn)在二十世紀(jì)50年代的美國。低NOx燃燒器也是常見的低NOx燃燒技術(shù)之一，主要分為直流式和旋流式兩大類。

選擇性催化還原法（SCR）、選擇性非催化還原法（SNCR）和聯(lián)合工藝（SNCR-SCR）三種脫硝方法由于自身的優(yōu)缺點，都有一定的應(yīng)用，其中SCR技術(shù)最成熟，應(yīng)用最廣泛。在實際工程應(yīng)用中，SCR脫硝裝置還有很多需要攻克的挑戰(zhàn)，例如：催化劑的失活及管理、鍋爐尾部受熱面污染、氨對灰的污染等。

我國在NOx的處理上，同時應(yīng)用了以上兩種思路，采用低NOx燃燒技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)[13]。

4 結(jié)論

工業(yè)化推動了人類的進(jìn)步，但也造成了諸如NOx等環(huán)境問題，為實現(xiàn)可持續(xù)化發(fā)展，環(huán)境的治理勢在必行。目前大規(guī)模的脫硝技術(shù)應(yīng)用并不多，而NOx的處理又迫在眉睫。國家環(huán)保政策的驅(qū)動，脫硝的新技術(shù)、新工藝的不斷涌現(xiàn)，可以預(yù)見在不久的將來我國脫硝技術(shù)將實現(xiàn)飛躍發(fā)展。