脱硝工艺的技术比较

兰国谦，刘建秋，张江伟

（1.河北省环境保护产业协会，石家庄 050090；2.河北工业职业技术学院，石家庄 050091）

脱硝工艺的技术比较

兰国谦1，刘建秋2，张江伟1

（1.河北省环境保护产业协会，石家庄 050090；2.河北工业职业技术学院，石家庄 050091）

对包括SCR和SNCR在内的各种脱硝技术进行了比较，分析了各种脱硝方法的使用条件和特点，同时对未来脱硝技术的发展进行了预估，得出了优先选择SCR和SNCR，并发展各种脱硝技术的结论，为脱硝技术的选择与使用提供了技术参考。

氮氧化物；治理技术；选择性催化还原技术；选择性非催化还原技术

1 氮氧化物治理的必要性

氮氧化物是造成酸雨的主要酸性物质之一，是形成区域微细颗粒物污染和灰霾的重要原因，也是形成光化学烟雾的主要污染物，会引起多种呼吸道疾病，是“十二五”期间重点控制的空气污染物之一。据统计，2000年我国NOx排放量约为1100万吨，到2007年达到近1500万吨，由于我国经济的快速发展和能耗的不断增加，NOx排放量持续增加，如不加强控制，预计到2020年将会达到3000万吨以上。我国目前已成为世界第一氮氧化物排放国，给大气环境带来巨大的威胁，控制和治理氮氧化物污染已迫在眉睫[1]。

“十一五”期间，我国的颗粒物排放和二氧化硫排放基本得到控制，但随着能源消费和机动车保有量的快速增长，氮氧化物排放量迅速上升，氮氧化物造成的酸雨所占的比例从20世纪80年代的1/10逐步上升到近年来的1/3。“十二五”国家提出了控制氮氧化物污染的规划和要求，继SO2和COD之后，NOx和NH3-N列入约束性指标，减排幅度在8%～10%，此举必将推进氮氧化物控制技术的快速发展。

2 主流脱硝技术SCR与SNCR

控制减少NOx排放，采取的措施包括烟气脱硝、使用可再生能源、建造核电项目和控制汽车尾气排放等。其中烟气脱硝是必要措施，选择性催化还原（SCR）与选择性非催化还原（SNCR）脱硝工艺是首选技术。

2.1 SCR与SNCR的选择

按照《火电厂氮氧化物防治技术政策》要求，低氮燃烧技术应作为燃煤电厂氮氧化物控制的首选技术，当采用低氮燃烧技术后，氮氧化物排放浓度不达标或不满足总量控制要求时，应建设烟气脱硝设施。

烟气脱硝技术目前主要有：选择性催化还原技术（SCR）、选择性非催化还原技术（SNCR）、选择性非催化还原与选择性催化还原联合技术（SNCR－SCR）及其他烟气脱硝技术。NOx脱除的主要技术是选择性催化还原法（SCR）和非催化选择性还原法（SNCR）法，其中新建、改建、扩建燃煤机组宜选用SCR，小于等于600MW时，也可选用SNCR-SCR技术；燃用无烟煤或贫煤且投运时间不足20年的在役机组，宜选用SCR或SNCR-SCR技术；燃用烟煤或褐煤且投运时间不足20年的在役机组，宜选用SNCR或其他烟气脱硝技术。

2.2 SCR与SNCR的性能比较

SCR是最早实现工业化应用的氮氧化物脱除技术，其脱硝原理是利用NH3和催化剂（铁、钒、铬、钴或钼等碱金属）在200℃～450℃时将NOx还原为N2。NH3具有选择性，只与NOx发生反应，基本上不与O2反应，其过程要求严格控制NH3/NOx比率[2]。与SCR工艺相比，SNCR不用催化剂，只是向烟气流中连续喷入NH3或CO(NH2)2（尿素），以使NOx转变成N2和H2O。采用NH3作还原剂时，用空气或蒸气携带NH3，在温度适当的区域注入烟气中，在烟道气中产生氨自由基与NOx反应，以去除NOx。

SCR与SNCR脱硝技术在温度控制、催化剂选择、操作条件控制等方面各有不同，两种方法的对比情况见表1。

表1 SCR与SNCR的性能比较

2.3 SCR与SNCR的应用特点

SCR脱硝与SNCR脱硝各有优势及不足。SCR要求严格控制NH3/NOx比率，脱硝率能达到90%以上。目前该技术已在日本、德国、北欧等国家和地区的燃煤电厂广泛应用。德国电厂配备SCR系统的大约占95%，我国的大型电厂也推荐选择该技术。SCR工艺操作的关键是避免存在灰尘、SO2、重金属等杂质，或将其控制在保险范围之内，以减轻催化剂中毒，延长催化剂使用寿命。

SNCR工艺较SCR法投资小，但氨液消耗量大，适用温度较高，NOx脱除率低。用于把NOx从较高水平（400mg/m3以上）降到中等水平（100～150mg/m3）的场合，即使用在工业锅炉、动力锅炉和其他焚烧装置上。但在低温场合的应用受到限制[3]。两种脱硝技术要避免投入过多的NH3，防止由于残留的NH3与SO3、H2O、HCl等反应，生成(NH4)HSO4、(NH4)2SO4、NH4Cl，产生固体颗粒，形成白烟，影响治理效果。

3 等离子体活化脱硝技术

等离子体活化脱硝原理是利用高能辐射激发烟气的各种气体分子，使之产生自由电子和活性基团，从而与SO2及NOx反应达到脱硫脱硝目的。根据高能电子的来源可分为电子束法和脉冲电晕等离子法。两种脱硝技术的比较见表2。

表2 电子束法脱硝与脉冲电晕脱硝的比较

以上两种方法均不产生废水，回收的副产物硝酸铵可作氮肥利用，能同时脱除SO2和NOx，具有较高的脱除率。但都存在价格昂贵、能量利用率低、电耗较高、设备结构复杂、装置运行可靠性差等缺点。

4 吸收法

传统的液体吸收技术工艺过程简单、投资较少，尤其对于处理量不大的情况下便于实施。吸收法净化废气中NOx，依所选用吸收剂的不同，可以分为碱吸收法、酸吸收法、氧化吸收法、络合吸收法等多种工艺[4]。各种方法的比较见表3[5]。放出的SO2可吸收利用，吸附剂脱附后重复使用。该工艺具有成本低、不产生二次污染等优点，但存在再生工艺复杂、成本较高、吸附剂用量多、消耗大、设备体积庞大等缺点，所以应用并不广泛。

表3 各种吸收法脱硝的性能比较

5.2 微生物法

微生物法的基本原理是使用合适的脱硝菌在外加碳源情况下，利用NOx作为氮源，将NOx转化为无害的N2，而脱硝菌本身获得繁殖，净化效率可达99%。常用的有生物洗涤、生物过滤和生物滴滤等形式。

但微生物法目前尚处于实验阶段，存在着明显的缺点，例如填料塔的空塔气速、烟气温度、反硝化菌的培养、细菌的生长速度和填料的堵塞等问题都有待进一步解决。

5.3 微波法

废气中除SO2和NOx外，还有大量的N2、H2O、CO2和O2，这些物质能被5～20eV之间的电子能电离和激发，形成活性基。利用微波具有的高能性，激发和电离N2、H2O、CO2和O2形成活性基和自由电子，氧化SO2和NO生成SO3和NO2，再进行后续的吸收、吸附处理。

微波脱硝法采用易吸收微波的

5 其他脱硝技术

5.1 吸附法

吸附法是一种成熟的工业分离技术，基本原理是利用大比表面的吸附剂对NOx进行吸附，通过周期性地改变操作温度或压力进行NOx的吸附和解吸，使NOx从烟气中分离出来，从而达到净化和富集的目的。常用的吸附剂有硅胶、分子筛、活性炭、活性焦、天然沸石及泥煤等。

同时吸附脱硫脱硝技术是采用负载于A12O3的Na2CO3作为吸附剂，当烟道气通过装有吸附剂的反应器后，烟气中的NOx和SO2与吸附剂发生反应而得以脱除。吸附剂再生时，先加热至600℃，释放出NO后再被CH4还原，释活性炭作为吸附剂兼还原剂，不需要另加催化剂，不存在二次污染、催化剂失活或中毒等问题，装置简单，投资成本低，使用寿命长，但实现工业化还有一些技术问题有待解决。

6 结论

目前，烟气脱硝在我国已开始大范围铺开，近期的重点是200MW及以上热电联产机组，通过以上脱硝技术的比较和分析，得出以下结论：

（1）SNCR-SCR将是优先选择

选择性催化还原技术（SCR）、选择性非催化还原技术（SNCR）两种方法的联合技术（SNCR－SCR），由于技术成熟、工艺简单、便于控制、净化效果好，将是烟气脱硝技术的优先选择。

（2）发展多种脱硝技术

对于小型NOx污染源治理，可根据具体情况，有条件地选择吸收法、等离子体活化法、吸附法，有针对性地采用无毒无害的微生物处理技术。

（3）脱硝技术需要创新

结合目前的脱硫与脱硝并重，将来脱硝技术的创新点在于同时脱硫脱硝及利用现有脱硫装置进行脱硝。研发的重点除在源头控制上采用高效低氮燃烧技术外，可以进行循环流化床锅炉的脱硝技术开发，高性能吸收剂、催化剂的开发，脱除副产品的应用技术开发等。

“十二五”将氮氧化物控制作为约束性指标，氮氧化物控制已经成为继除尘、脱硫后的又一控制重点。结合现有实用技术进行改进，保证良好的脱除效果，并满足更高环境保护要求、经济合理、技术先进的脱硝技术研究开发将成为今后一段时期的热点问题。

[1] 何海明.烟气脱氮技术现状及展望[J].广东化工，2010，37（6）：82-83.

[2] 杜冰，宗保宁，罗一斌.烟气脱硫脱氮技术进展[J].化学工业与工程技术， 2008，29（2）：26-30.

[3] 王伟能.氨法烟气联合脱硫脱氮技术工艺[J].能源环境保护，2008，22（1）： 15-17.

[4] 王谦，张勇，李大宁.湿法烟气同时脱硫脱氮技术综述[J].环境科学导刊， 2009， 28 （2）：55-57.

[5] 李文辉.加热炉烟气脱硫脱氮技术简介[J].石油化工设备技术，2009，30（1）： 38-43.

声 明

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《中国环保产业》编辑部

Technical Comparison of Denitration Technology

LAN Guo-qian1, LIU Jian-qiu2, ZHANG Jiang-wei1

(1. Hebei Association of Environmental Protection Industry, Shijiazhuang 050090; 2. Hebei College of Vocational Technology, Shijiazhuang 050091, China)

The paper makes a comparison between all kinds of denitration technology including SCR and SNCR, analyzes the used conditions and characteristics of all kinds of denitration methods, makes a pre-evaluation of denitration technology development in the future. The paper comes to the conclusion: give priority to SCR and SNCR and develop all kinds of denitration technology so as to provide the technical reference for the selection and use of denitration technology.

nitrogen oxides; treatment technology; SCR; SNCR

X701

A

1006-5377（2014）07-0025-04