电厂烟气脱硝技术

沈　峰

（上海市环境保护事业发展有限公司上海200003）

电厂烟气脱硝技术

沈峰

（上海市环境保护事业发展有限公司上海200003）

氮氧化物（NOx）对人体有毒害作用，会参与光化学烟雾的形成，并会形成酸雨，造成环境污染。大气中的氮氧化物主要来自于雷电等自然过程，小部分来自于人类活动的排放。而在人类活动造成的氮氧化物排放中，燃煤火电厂是最主要的来源。因此，针对火电厂燃烧烟气的脱硝技术也应运而生。本文简要介绍了国内外有关火电厂烟气脱硝的相关技术。

氮氧化物；NOx；烟气脱硝

1　什么是NOx

NOx是一大类氮的氧化物的统称。氮的氧化物包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等。目前大气中最主要的氮氧化物污染物是NO和NO2。NOx的危害包括诱发疾病以及造成二次污染。NOx造成的二次污染包括参与形成光化学烟雾，溶于水中还会形成酸雨，会对生态环境造成影响，NOx还是形成区域细粒子污染和灰霾的重要因素。由于近年来我国NOx排放量的快速提高，酸雨污染也正由以前的硫酸型酸雨开始向硫酸和硝酸复合型酸雨进行转变，目前我国的酸雨中硝酸根的比例已达到差不多1/3，这一变化抵消了一部分我国在SO2减排方面取得的成绩，使我国酸雨治理的效果打了折扣。

2　NOx的来源

NOx的主要来源有燃煤电厂燃烧废气、工业企业生产废气以及机动车尾气。目前，我国NOx的排放量中超过2/3来自煤炭燃烧，而在被消耗的煤炭中，超过一半被用于火力发电，使得燃煤电厂的NOx排放量占NOx排放总量的1/3以上。就目前来看，火力发电在未来十几年甚至更长的一段时间内依然会是我国电力供应的主力。随着我国用电需求的不断增加，火电装机容量势必会有进一步的增长，火电厂的NOx排放量势必也将进一步增加。

3　目前常见的火电厂NOx控制技术

目前火电厂常见的NOx控制技术主要有两种：一种是通过对燃烧过程进行控制，达到减少NOx生成量的目的，称为低氮燃烧技术，属于一种源头治理措施；另一种则是对生成后的NOx进行净化处理，达到减少NOx排放量的目的，即烟气脱硝技术，属于末端治理措施。目前的烟气脱硝技术主要包括SCR、SNCR和SNCR-SCR。

3.1低氮燃烧技术

低氮燃烧技术是根据燃料在燃烧过程中NOx的生成机理，通过改变燃烧设备的燃烧条件来降低NOx生成和排放的技术。目前低氮燃烧技术常用的有两种，一种是排烟再循环，该种方法是通过将部分温度比较低的烟气返回燃烧区，由于烟气的含氧量和温度都较低，因此可降低燃烧区的含氧量以及温度，从而达到抑制NOx生成的目的；另一种方法是二段燃烧，该种方法是将整个燃烧过程分成不同阶段来完成，第一阶段只将燃烧所需的空气量的70%多通入炉膛内，使炉膛内形成缺氧富燃料环境，使燃料无法充分燃烧，抑制NOx的生成，第二阶段则通入足量的空气，使剩余燃料充分燃烧，此时由于燃烧区温度低，生成的NOx也较少。目前，应用最多的是二段燃烧技术。

低氮燃烧技术很适合用来对老火电机组进行技术改造，改造过程只需对锅炉炉膛进行改造即可。低氮燃烧技术既可单独应用，也可与其他脱硝技术结合使用，其脱硝效率一般在10%～50%左右；低氮燃烧技术目前的工艺已经很成熟，且由于其应用简单，技术也并不复杂，因此投资与运行费用较低。

3.2烟气脱硝技术

3.2.1SCR

SCR即选择性催化还原技术，是指在催化剂作用下利用NH3的还原性有选择性地与烟气中的NOx(主要是NO和NO2)发生化学反应，将NOx还原为氮气，从而减少烟气中NO排放的脱硝技术。在SCR中使用的催化剂主要为V2O5/TiO2、V2O5-WO3/TiO2或V2O5-MoO3/TiO2等。根据催化剂的适宜反应温度，催化剂还可细分为高温、中温和低温催化剂三种。

SCR的脱硝效率最高可达到90%左右，一般情况下不低于60%。SCR的优点在于技术发展成熟、运行的可靠性较高、且日常维护方便，在对脱硝效率有较高的要求时，相较其他技术具有更好的经济性；SCR的缺点主要在于一次投资费用高，且由于催化剂价格昂贵、失效催化剂需再处置、还原剂的消耗量大等原因，致使该技术运行成本较高；除此之外，NH3的使用会带来安全隐患，对日常的安全管理要求较高。

3.2.2SNCR

SNCR即选择性非催化还原技术，其基本原理与SCR基本相同，也是利用NH3的还原性将NOx还原为氮气，其与SCR的最大区别在于SNCR不使用催化剂。由于不使用催化剂，因此适宜的还原反应温度区间范围很窄，只有800℃～1200℃，当温度低于800℃时，反应速度很慢，还原反应难以顺利进行，而温度过高时又会由于NH3发生热分解导致脱硝效率下降。因此温度对SNCR的效率影响较大，温度控制是SNCR技术的应用难点。

SNCR脱硝效率与SCR相比只有SCR的约一半，最高可达到约40%，一般不低于20%，但是SNCR无催化剂反应器，占地面积较小，一次投资成本仅为SCR的一半左右。由于不使用催化剂，其运行费用也不到SCR的2/3，其经济性较好。

SNCR可以单独使用也可作为SCR和低氮燃烧技术的补充。根据SNCR技术的特点，其较适合用来对现有机组进行技术改造。

3.2.3SNCR-SCR

SCR和SNCR各自的优缺点都十分突出，于是出现了SNCR—SCR联合技术。SNCR-SCR充分利用了SCR和SNCR的优点，尽可能地减小了两种技术的缺点造成的影响。其工作原理是先将还原剂喷入炉膛，利用选择性非催化还原技术先脱去部分NOx，而前一步中逃逸出的NH3利用选择性催化还原技术，继续作为还原剂与前一步未能脱除的NOx进行反应。通过两种技术的串联使用，可以有效除去烟气中的NOx。

由于低氮燃烧技术发展成熟，因此在国际和国内均已开始得到大范围的应用。通过以上3种技术的介绍可以看出，SCR的脱硝效率是最高的，且由于其技术成熟，因此成为了目前世界范围内使用率最高的技术，尤其在欧洲和日本等国，90%以上火电厂烟气脱硝采用了SCR。SNCR因为其自身的技术特点和成本优势，也正在得到越来越多的应用。

4　其他烟气脱硝技术

以上所提到的脱硝技术均属于已经比较成熟的技术，但是技术的探索脚步不可能仅仅止步于此，于是很多研究人员又开始研发新的脱硝技术，这其中主要包括液体吸收法、微生物法、活性炭吸附法和电子束法等。

4.1液体吸收法

液体吸收法所使用的主要吸收剂包括水、酸碱溶液和氨溶液等，其主要是利用NOx在液体中的溶解性或者与吸收剂发生反应来达到去除的目的。NO极难溶于水，用此方法只能去除部分的NOx，从而导致最终的脱硝效率低下。为了解决脱硝效率低下的问题，又相继发展出了络合吸收法、氧化法和还原吸收法等。

络合吸收法是让NO与吸收剂，如Fe(II)EDTA等形成络合物，从而将NO脱除。氧化法是使用如高锰酸钾、双氧水之类的强氧化剂将NO氧化为NO2，而NO2则易溶于水，可被碱性或酸性吸收液有效吸收。还原吸收法则是利用诸如尿素等还原剂将NOx还原成为N2。

液体吸收法由于受到吸收速率等因素的制约，其处理效率太低，无法胜任大烟气量的处理需求，根本无法应用于火电厂这种烟气量极大的企业。

4.2微生物法

微生物法主要利用反硝化细菌将烟气中的NOx进行同化反硝化，使其转化为细菌的一部分来达到脱硝的目的。微生物法的脱硝率最高可以达到80%。该种方法的优点在于工艺简单、处理费用低以及无二次污染。目前微生物法仍然处于初始研究阶段，对反硝化细菌的研究还不够，且NO难溶于水的特性，直接影响到了微生物的转化效率，以上种种，致使微生物法离投入实际应用还有很远的距离。

4.3活性炭吸附法

活性炭吸附法可同时脱硫脱硝，可达到80%以上的脱硝效率。活性炭在使用一段时间后会失去活性，通过解析之后的活性炭可循环使用。这一过程中，活性炭既是优良的吸附剂，又是催化剂与催化剂载体。活性炭的吸附特性可以起到脱硫的作用，脱硝则是将活性炭作为催化剂，通过NH3的还原性将NOx还原为N2。此种方法的优点是可同时实现脱硫和脱硝，且脱除率均较高，吸附剂可循环利用，缺点在于吸附剂用量多，设备庞大，再生频繁，易造成二次污染。

4.4电子束法

电子束法可同时脱硫脱硝，脱硝效率可达到85%。处理过程中，无二次污染产生。电子束法的主要原理是利用电子束照射后产生的自由基的强氧化性，使SOx和NOx生成为硫酸和硝酸。生成的硫酸和硝酸与一同通入反应器的氨发生中和反应，生成硫酸铵和硝酸铵颗粒，从而达到脱硫脱硝的目的。该种方法的优点是适应性好，可适应不同浓度、不同烟气量的处理需求，其最终产生的硫酸铵和硝酸铵可进一步进行综合利用，如生产化肥等。但是该种方法运行费用高，关键设备技术含量高，不易掌握。

5　结语

综上所述，目前电厂烟气脱硝使用最多的技术为低氮燃烧技术、SCR、SNCR、SCR-SNCR等，其中以SCR技术的应用最为广泛，以上这些技术均已发展较为成熟，且经过实际工程检验，可取得不错的脱硝效果。除这些常用技术外，还有一些较少使用的技术，如液体吸收法、微生物法、活性炭吸附法和电子束法等，这些方法或由于效果不理想或由于技术难度大等原因，距离实际应用仍有较长的路要走。但是一旦克服技术难关，如微生物法、电子束法等新技术将具有巨大的应用潜力。

[1]杨宏军,朱礼想，李胜利，王建中.火电厂降低NO排放的技术研究.电力科技与环保,2011(6).

[2]燕中凯，刘媛，尚光旭.火电厂脱硝技术现状及产业与市场发展预测.中国环保产业,2011(5).

[3]丁惠敏,段静.火电厂烟气NOx控制技术分析及脱硝技术比较.吉林电力,2011(6).

[4]谢平.火力发电厂烟气脱硝技术研究.中国高新技术企业,2011(33).

[5]项昆.3种烟气脱硝工艺技术经济比较分析.热力发电,2011(6).

[6]李敬,王振国,陈楠.燃煤电厂脱硝技术研究.内蒙古科技与经济, 2011(10).

[7]黄杰克颂.烟气脱硝装置技术介绍.大陆桥视野,2011(4).

[8]杨日光,韩利,杨涛,刘强.燃煤电厂脱硝新技术研究进展.东北电力大学学报,2010(2).

[9]武文峰,王红丽.火电厂烟气脱硝技术.科学与财富,2010(11).

[10]孔凡新,夏友刚,王士明,周广.浅谈当前火电厂烟气脱硫技术的发展概况及其应用.今日科苑,2008(22).

[11]王文选,肖志均,夏怀祥.火电厂脱硝技术综述.电力设备,2006(8).

[12]林爱荣,火电厂脱硝系统原理及运行.2009-2009年火电厂环境保护综合治理技术研讨会.

[13]杜云贵,王方群.国内火电厂脱硝技术发展现状及建议.重庆市电机工程学会2008年学术会议,2008.

[14]李群.电厂烟气脱硝技术分析.华电技术,2008(9).

[15]Chih-Yu Cheng,Shiao-Shing Chen,Chih-Hui Tang,Yu-Min Chang,Hsu-Hui Cheng,Hsuan-Liang Liu,High temperature fluidized bed zero valent iron process for flue gas nitrogen monoxide removal. Journal of Environmental Engineering&Science;May2008,Vol.7 Issue 3:165-173.

[16]Tsukamoto,Shunsuke Namihira,Takao Wang,Douyan Katsuki, Sunao Akiyama,Hidenori Nakashima,Eisaku Sato,Akihiro Uchida, Yoshitaka Koike,Masami,Pollution control of actual flue gas using pulsed power at a thermal power plant.Electrical Engineering in Japan; 3/1/2001,Vol.134 Issue 4:28-35.

[17]Chmielewski,Andrzej G.Tyminski,Bogdan Zimek,Zbigniew Pawelec,AndrzejLicki,Janusz,Industrial Plant for Flue Gas Treatment with High Power Electron Accelerators.AIP Conference Proceedings;2003,Vol.680 Issue 1:873.

[18]H.J.Hamel,V.Fattinger,W.Jaeger,H.Termuehlen,Near-Zero SO2,NOx,Hgand PMEmissions in Stack Gases.

[19]Bratislav M.Obradovia,Goran B.Sretenovia,Milorad M.Kuraica. Adual-use ofDBDplasma for simultaneous NOxand SO2removal from coal-combustion flue gas.JOURNAL OF HAZARDOUS MATERIALS185,2（3）:1280-1286.

[20]Florian Winklera,Nicole Schoedela,Hans-J rg Zandera,Roland Ritter,Cold DeNOx development for oxyfuel power plants.INTERNATIONAL JOURNAL OF GREENHOUSE GAS CONTROL,2011,5(增刊1):S231-S237.DOI:10.1016/j.ijggc.2011.05.007.

[21]Lazaroiu Gh.;Zissulescu E.;Sanduc M.Electron beam non-thermal plasma hybrid system for reduction of NO,and SO,emissions from power plants.ENERGY,32(12):2412-2419.DOI:10.1016/j.energy. 2007.05.012.

[22]Benson SA;Laumb JD;Crocker CR,SCR catalyst performance in flue gases derived from subbituminous and lignite coals.FUEL PROCESSING TECHNOLOGY,86(5):577-613.DOI:10.1016/j.fuproc. 2004.004.

[23]Hsin Chu,Tsung-Wen Chien and Bour-Wei Twu,Simultaneous Absorption of SO2and NO in a Stirred Tank Reactor with NACLO2/NaOH Solutions.Water,Air,&Soil Pollution Volume 143,Numbers 1-4(2003),337-350,DOI:10.1023/A:1022838623521.

[24]G.E.Marnellos,M.P.Antoniou,E.A.Efthimiadis and I.A.Vasalos,Kinetic and Mechanistic Studies of NOX Selective Catalytic Reduction Over In/Al2O3and N2O Decomposition Over Ru/Al2O3.Water, Air,&Soil Pollution:Focus Volume 4,Numbers 4-5(2004):31-43. DOI:10.1023/B:WAFO.0000044784.07752.62.

[25]Joo-Hong Choi,Sung-Kyoung Kim,Sun-Jong Ha and Young-Ok Park,ThepreparationofV2O5/TiO2catalystsupportedontheceramicfilter candleforselectivereductionofNO.KoreanJournalofChemicalEngineeringVolume18,Number4(2001):456-462,DOI:10.1007/BF02698290.