燃煤烟气脱硝技术研究进展

解双洋

摘 要：对燃煤烟气脱硝现有技术进行了综述。重点对选择性催化还原法（SCR）、非选择性催化还原法（SNCR）、SNCR-SCR联合脱硝法等工艺及工业化现状进行了分析，最后针对环保要求提出了我国脱硝技术应以开发中国特色的脱硝技术和加强新技术的研发为方向。

关键词：燃煤烟气；脱硝；机理；工艺；研究进展

通常所说的是NOx（氮氧化物）主要包括NO，NO2，N2O3，N2O，N2O5等，其中以易造成酸雨的NO，NO2为主。随着我国经济的发展，燃煤电厂排放的NOx成为我国NOx排放的主要来源。如果不加强对烟气中NOx的治理，我国未来的酸雨污染也将由硫酸型向硫酸/硝酸复合型发展。

目前，对于燃烧产生的NOx污染的控制技术主要分两大类：生成前的控制（燃料脱氮、低NOx燃烧工艺）、生成后的烟气脱硝。生成前控制的燃料脱氮技术至今尚未很好开发，低NOx燃烧工艺国内外已做了大量研究，开发了一些技术和设备，并已部分应用，但这些控制技术的脱硝效率都不高。目前，烟气脱硝仍是NOx污染控制的主要技术。

1 选择性催化还原法

SCR脱硝技术是指在催化剂的作用下，还原剂（H2，CO，烃类，NH3）与烟气中的NOx反应生成无害的N2和水，从而去除烟气中的NOx。

催化剂是影响NOx脱除效率的重要因素，催化剂的种类主要有以下3种：（1）催化剂主要是Rh和Pd等，有较高的活性且反应温度较低。但由于它们和硫反应，且价格昂贵，在20世纪八九十年代以后逐渐被金属氧化物类催化剂所取代。（2）金属氧化物类催化剂，主要包括V2O5，Fe2O3，CuO，CrOx，MnO，MgO，MoO3等金属氧化物或其联合作用的混合物，还原剂一般选择NH3。（3）沸石分子筛型，主要是采用离子交换方法制成的金属离子交换沸石。特点是反应较高，最高可达600℃，目前是国外研究的重点，但在工业应用方面不是很多。

用NH3催化还原NO脱氮效率高，钟秦等研究V2O5/TiO2选择性催化还原脱除烟气中NOx时发现在310℃时脱硝效率达到最大值（90%），Flora等的研究结果表明，当n（NH3）/n（NOx）在1.0左右时能达到95%以上的NOx脱除率。但这种催化方法用的NH3价格相当贵，而且存在氨泄漏的危险。由此各种替代还原剂和催化剂应运而生。有人指出，在低温（150℃）和有氧、水蒸气存在时，烃类是选择性催化还原NO中最有效的还原剂，相应的催化剂为活性炭和以活性炭为载体的过渡金属氧化物。

2 非选择性催化还原法

SNCR是一项成熟的技术。1974年在日本首次投入商业应用，到目前为止，全世界大约有300套SNCR装置应用于电站锅炉、工业锅炉、市政垃圾焚烧炉和其他燃烧装置。SNCR工艺就是把含有氨基的还原剂喷入到锅炉炉膛中900～1100℃的区域内，该还原剂快速热解成NH3，并和烟气中的NOx进行还原反应，把NOx还原成N2和H2O。非选择性催化还原法受温度、NH3/NOx摩尔比及停留时间影响较大。王智化等通过模拟试验得出氨水最佳喷射温度范围为850～1100℃，NH3/NOx理想摩尔比介于1～2，停留时间为1s时，最大NOx还原率达到82%。

SNCR的应用中可能出现一些问题：（1）SNCR工艺中氨的利用率不高，容易形成过量的氨泄漏。氨泄漏造成环境的污染并形成氨盐可能堵塞和腐蚀下游设备。（2）形成温室气体N2O。研究表明用尿素作还原剂要比用氨作还原剂产生更多的N2O。（3）如果运行控制不适当，用尿素作还原剂时可能造成较多的CO排放。（4）在锅炉过热器前大于800℃的炉膛位置喷入低温尿素溶液，必然会影响炽热煤炭的继续燃烧，引发飞灰、未燃烧碳提高的问题。

3 SNCR-SCR联合脱硝法

混合SNCR-SCR烟气脱硝技术并非是SCR工艺与SNCR工艺的简单组合，它是结合了SCR技术高效、SNCR技术投资省的特点而发展起来的一种新型工艺。Brain等研究提出，SCR-SNCR联合技术可以达到90%的NOx的去除率，并且NH3的泄漏率仅为0.0003%。

混合SNCR-SCR工艺最主要的改进就是省去了SCR设置在烟道里的复杂AIG（氨喷射）系统，它具有以下优点：（1）在节省催化剂的情况下，脱硝效率高，能达到SCR法的脱硝效率；（2）反应塔体积小，空间适应性强；（3）与传统SCR工艺相比，系统压降将大大减小，从而减少了引风机改造的工作量，降低了运行费用；（4）降低腐蚀危害。

4 烟气脱硝新技术

4.1 微生物脱硝法

微生物脱硝法的原理：适宜的脱氮菌利用NOx作为氮源，将NOx还原成最基本的无害的N2，而脱氮菌本身获得生长繁殖。其中NO2先溶于水中形成NO3及NO2-再被生物还原为N2，而NO则是被吸附在微生物表面后直接被微生物还原为N2，因此微生物法净化NOx也主要利用了反硝化细菌的异化反硝化作用。微生物法的处理装置主要有生物洗涤塔、生物过滤塔、生物滴滤塔和生物转鼓等。国内外对微生物法的研究报道主要针对NOx中不易溶于水的NO，按其处理方式分为硝化处理、反硝化处理及真菌处理3类。微生物脱硝法与传统的脱硝法相比，具有工艺设备简单、能耗小、处理费用低、二次污染少等特点，因而成为世界各国工业废气净化的热点课题之一。

现今国际上对微生物脱硝技术的研究尚处于初始阶段，其原因一方面是由于烟气的气量通常比较大，且烟气中的NOx主要以NO形式存在，NO又基本不溶于水，不能进入液相介质中被微生物所转化，再加上微生物吸附NO的能力差，导致NOx的实际净化率较低；另一方面，由于对脱氮微生物的基础研究不够，致使工业放大有技术上的困难。因此，今后微生物脱硝技术研究的发展方向是：（1）与其它脱硝方式复合，使微生物作用最大化；（2）开发相关微生物固定载体及微生物应用放大技术；（3）加强高效廉价吸附还原NOx的功能菌的选育的研究。

4.2 微波脱硝法

微波脱硝技术是近年来随着微波电子工业的发展而产生的新型烟气脱硝技术之一。目前国内外该方面的研究主要集中在微波辅助NOx催化分解技术和微波脱硝与其它技术联用两个方面。微波脱硝法具有装置简单、一次性投资小、操作简单、使用寿命长等优点。

目前，国内外对该技术的研究尚处于起步阶段，尽管NOx去除率很高，但欠缺理论支持、能耗大、设备费用高、屏蔽防护等问题一时难以解决，也限制了微波脱硝的工业化进程，然而随着技术的进步，微波在燃煤电厂中的应用仍然具有巨大的潜力和诱人的发展前景。

4.3 液膜法

液膜法净化烟气是美国能源部Pittsburgh能源技术中心（PETC）开发的，其原理是利用液体对气体的选择性吸收，使低浓度的气体在液相中富集。液膜为含水液体，置于两组多微7L憎水的中空纤维管之间，构成渗通器，这种结构可消除操作中时干时湿的不稳定性，延长设备的寿命。用于净化烟气的液膜不仅需要有选择性，同时对气体还必须具有良好的渗透性。

4.4 H2O2法

Greiner提出H2O2吸收紫外光（UV）光解可产生OH。DavidCooper等人在低温下在烟道气内设置UV灯激发H2O2发生反应，氧化NO，得出高温下烟气中的NO可达到10%～70%的转化率。UV/H2O2法脱硫脱硝技术在国内的研究并不多。对于我国燃煤电厂来说，H2O2是一种相对廉价的吸收剂，而对于UV来说，电厂能源取用方便，成本低。因此，UV/H2O2法脱硫脱硝对于燃煤电厂烟气污染物控制存在很大开发潜力，研究的目的在于如何应用最少的资源获得最理想的污染物控制效果。

5 结语

我国的烟气脱硝技术研究还处于起步阶段，但随着我国经济实力的提高和硝酸型酸雨的危害越来越明显，烟气脱硝技术的发展已经成为大势所趋。目前成熟的工业化技术主要是选择性催化还原法和非选择性催化还原法，其他烟气脱硝技术尚未成熟，需要对现有工艺进行改善，确定最佳的应用条件。

根据我国的实际情况，在经济发达地区对于新建电厂建议采用脱除效率高、运行稳定的SCR烟气脱硝工艺；在经济欠发达地区，可以采用SNCR-SCR联合脱硝法以分步建设，在排放标准较低的时期，可以只建SNCR部分，待排放标准提高后再建SCR部分。

另外，开展脱硝新技术及各种技术的联用的研究。目前SCR-SNCR混合脱硝、微波-SCR联用、生物络合联用等脱硝技术联用的技术研发已经出现，但工业化放大研究还未出现，因此加强新技术及联用技术开发，形成若干拥有我国自主知识产权、适合我国国情的脱硝新工艺、新技术，力争有所突破，使我国在烟气脱硝市场上占领一席之地。

参考文献

[1] 谭青，冯雅晨.我国烟气脱硝行业现状与前景及SCR脱硝催化剂的研究进展[J].化工进展，2011，30（s1）：709-713.

[2] 宋闯，王刚，李涛等.燃煤烟气脱硝技术研究进展[J].环境保护与循环经济，2010（01）：63-65.