煙氣氮氧化物脫除技術的特點分析

煙氣氮氧化物脫除技術的特點分析摘要：氮氧化物（NOx）是大氣主要污染物之一，也是目前大氣污染治理的一大難題。文章著重介紹了近年來國內外應用和正在研究開發(fā)的一些煙氣氮氧化物脫除技術，其中包括選擇性催化還原法、非催化選擇性還原法、催化分解法、等離子體法、液體吸收法、吸附法以及生物法等等。綜述了目前治理的相應技術措施的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，分析幾種主要方法的特點和存在的問題，指出了煙氣脫氮的現(xiàn)狀及發(fā)展方向。

關鍵詞：氮氧化物；煙氣；脫硝；技術；綜述

前言

燃煤鍋爐排放的煙氣中含有SO2、NOx和粉塵等多種有害成份，其中氮氧化物(NOx)是重點控制的污染物之一。自20世紀70年代起，歐、美、日等發(fā)達國家相繼對燃煤電站鍋爐NOx的排放作了限制，并且隨技術與經(jīng)濟的發(fā)展，限制日趨嚴格。

燃料燃燒是NOx的主要來源(占人類排放總量的90％)，我國是以燃煤為主的發(fā)展中國家，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，燃煤造成的環(huán)境污染日趨嚴重，特別是燃煤煙氣中的NOx，對大氣的污染已成為一個不容忽視的重要問題，我國火電廠鍋爐NOx年排放量從1987年的120.7萬～150.6萬t增加到2000年的271.3萬～300.7萬t。有鑒于此，國家環(huán)保局于20世紀90年代中后期，對燃煤電站鍋爐NOx的排放作出了限制。

NOx的治理技術可分為燃燒的前處理、燃燒方式的改進及燃燒的后處理三種。燃燒的后處理也就是對燃燒產(chǎn)生的含NOx的煙氣(尾氣)進行處理的方法，即煙氣脫硝。本文重點分析幾種主要煙氣脫硝方法的特點和存在的問題，供研究和應用參考。

1幾種主要煙氣氮氧化物脫除技術的特點分析

1.1選擇性催化還原法（SCR）

在含氧氣氛下，還原劑優(yōu)先與廢氣中NO反應的催化過程稱為選擇性催化還原。以NH3作還原劑,V2O5-TiO2為催化劑來消除固定源(如火力發(fā)電廠)排放的NO的工藝已比較成熟。

也是目前唯一能在氧化氣氛下脫除NO的實用方法。1979年，世界上第一個工業(yè)規(guī)模的脫NOx裝置在日本的Kudamatsu電廠投入運行，1990年在發(fā)達國家得到廣泛應用，目前已達500余家(包括發(fā)電廠和其它工業(yè)部門)。表1列出了1990年部分國家的發(fā)電廠使用SCR裝置情況的統(tǒng)計數(shù)字[1]。在理想狀態(tài)下，此法NO脫除率可達90％以上，但實際上由于NH-3量的控制誤差而造成的二次污染等原因，使得通常的脫除率僅達65％～80％。性能的好壞取決于催化劑的活性、用量以及NH3與廢氣中的NOx的比率。

NH3-SCR消除NO的方法已實現(xiàn)工業(yè)化，且具有反應溫度較低(573～753K)、催化劑不含貴金屬、壽命長等優(yōu)點。但也存在明顯的缺點[2]：(1)由于使用了腐蝕性很強的NH3或氨水，對管路設備的要求高，造價昂貴（投資費用80美元/kW)[3]；(2)由于NH3的加入量控制會出現(xiàn)誤差，容易造成二次污染；(3)易泄漏，操作及存儲困難，且易于形成(NH-4)2SO4；(4)這個過程只能適用于固定污染源的凈化，難以解決如汽車發(fā)動機等移動源產(chǎn)生的NO消除問題。

1.2非催化選擇性還原法（SNCR法）

該法原理同SCR法，由于沒有催化劑，反應所需溫度較高（900～1200℃），因此需控制好反應溫度，以免氨被氧化成氮氧化物。該法凈化率為50％。

該法特點是不需催化劑，舊設備改造少，投資較SCR法小（投資費用15美元／kW[3]）。但氨液消耗量較SCR法多。日本的松島火電廠的l～4號燃油鍋爐、四日市火電廠的兩臺鍋爐、知多火電廠350MW的2號機組和橫須賀火電廠350MW的2號機組都采用了SNCR方法。但是，目前大部分鍋爐都不采用SNCR方法，主要原因如下：（l）效率不高（燃油鍋爐的NOx排放量僅降低30％～50％）；（2）增加反應劑和運載介質（空氣）的消耗量；（3）氨的泄漏量大，不僅污染大氣，而且在燃燒含硫燃料時，由于有硫酸氫銨形成，會使空氣預熱器堵塞[4]。

1.3催化分解法

NH3的泥煤等[11]。

吸附法凈化NOx廢氣的優(yōu)點是：凈化效率高，不消耗化學物質，設備簡單，操作方便。缺點是：由于吸附劑吸附容量小，需要的吸附劑量大，設備龐大，需要再生處理；過程為間歇操作，投資費用較高，能耗較大。

1.7生物法處理

生物法處理的實質是利用微生物的生命活動將NOx轉化為無害的無機物及微生物的細胞質。由于該過程難以在氣相中進行，所以氣態(tài)的污染物先經(jīng)過從氣相轉移到液相或固相表面的液膜中的傳質過程，可生物降解的可溶性污染物從氣相進入濾塔填料表面的生物膜中，并經(jīng)擴散進入其中的微生物組織。然后，污染物作為微生物代謝所需的營養(yǎng)物，在液相或固相被微生物降解凈化[12]。

美國愛達荷國家工程實驗室（IdahoNationalEngineeringLaboratory）的研發(fā)人員最早發(fā)明了用脫氮菌還原煙氣中NOx的工藝[13]。當煙氣在塔中的停留時間(EBRT)約為1min，NO進口濃度為335mg/m3時，NO的去除率可達到99%。塔中細菌的最適溫度為30～45℃，pH值為6.5～8.5。

雖然微生物法處理煙氣中NOx的成本低，設備投入少，但要實現(xiàn)工業(yè)應用還有許多的問題需要克服：(1)微生物的生長速度相對較慢，要處理大流量的煙氣，還需要對菌種作進一步的篩選；(2)微生物的生長需要適宜的環(huán)境，如何在工業(yè)應用中營造合適的培養(yǎng)條件將是必須克服的一個難題；(3)微生物的生長，會造成塔內填料的堵塞。

2總結及展望

(1)選擇性催化還原（SCR）是最早實現(xiàn)工業(yè)化應用的氮氧化物脫除技術，其過程要求嚴格控制NH3／NO比率。

(2)有關催化分解法及催化還原法這兩類反應的催化劑雖然研究得很多，但是仍與實際要求有很大的距離。尋找新型催化材料，探索新的催化劑制備技術以及設計新的催化工藝流程以求得突破，是目前具有實際意義的研究工作。

(3)電子束照射和脈沖電流暈放電是當今煙氣脫氮的一大發(fā)展方向，可以同時處理大型火力發(fā)電廠的CO2、SO2、NOx和飛灰，但存在著設備和運行費用高昂的缺點。如果設備和運行費用能得到進一步控制,此項技術有良好的應用前景。

(4)傳統(tǒng)的液體吸收、吸附脫硝技術工藝過程簡單，投資較少，雖然存在不少的問題，但通過處理手段和操作工藝的不斷完善，必將煥發(fā)出新的生命力。

（5）微生物法目前還處于實驗階段，存在著明顯的缺點，例如填料塔的空塔氣速、煙氣溫度、反硝化菌的培養(yǎng)、細菌的生長速度和填料的堵塞等等問題都有待于得到解決，它的實際應用取決于工藝的不斷完善。隨著人們對微生物凈化含NOx廢氣處理工藝研究的不斷深入，該技術將會從各方面得到全面的發(fā)展。

參考文獻

[1]張琳，張秀玲，代斌，等.催化脫除大氣污染物NOx研究進展［J］.低溫與特氣，2000，18(4)：7-10.

[2]巖本正和，水野哲孝.觸媒，1990(32)：462.

[3]錢斌.燃煤鍋爐氮氧化物的污染及控制技術綜述［J］.有色冶金設計與研究，2000，21(20)：41-46.

[4]KotlerVR.日本火電廠降低氮氧化物排放量的措施［J］.國際電力，1999，3：57-61.

[6]王蘭新.煙氣脫硫脫硝的進展［J］.化學研究與應用，1997，9(4)：413-419.

[7]MasudaS,etal.ControlofNOxbypositiveandnegativepulsedcoronadischarge［A］.IEEE/IASAnnuConf,1986:1173-1182.

[8]魏恩宗,林赫,高翔，等.燃煤鍋爐煙氣NOx污染等離子體治理技術［J］.環(huán)境污染治理技術與設備，2003，4(1)：58-62.

[9]祝天熙.硝酸尾氣治理方法探討［J］.陜西化工，1997(9)：8-10.

[10