劉 娜 張 凱 尚 宇 馮 燕 王曉巖 董麗娜 王俊君

（陜西省環(huán)境監(jiān)測中心站，陜西 西安 710054）

淺談氮氧化物污染控制技術(shù)

劉 娜 張 凱 尚 宇 馮 燕 王曉巖 董麗娜 王俊君

（陜西省環(huán)境監(jiān)測中心站，陜西 西安 710054）

隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，大氣中氮氧化物污染日益嚴(yán)重，有效控制氮氧化物污染已迫在眉睫。本文從源頭治理（低NOx燃燒）及末端控制（煙氣脫氮）兩方面對氮氧化物污染控制技術(shù)進(jìn)行了概述。

氮氧化物；控制；低NOx燃燒；煙氣脫氮

1 氮氧化物的性質(zhì)及來源

大氣中的氮和氧的化物包括NO、NO2等，而人們通常所說的氮氧化物，是指其中造成大氣污染的主要污染物一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。一氧化氮由燃料燃燒直接生成，在大氣環(huán)境中可以被緩慢氧化成二氧化氮，若大氣中存在強(qiáng)氧化劑等則會加快氧化速度。而二氧化氮則能夠參與大氣中的光化學(xué)反應(yīng)，形成一種淺藍(lán)色、毒性更強(qiáng)的煙霧——光化學(xué)煙霧。氮氧化物也是產(chǎn)生酸雨的原因之一。雖然大氣中的氮氧化物來源有自然源和人為源兩方面，但造成城市空氣污染的氮氧化物主要是來自燃料的燃燒。氮氧化物氣體是目前危害最大最難處理的大氣污染物之一。

2 氮氧化物的控制技術(shù)

目前氮氧化物的控制技術(shù)主要分兩大類:一類是源頭控制，即低NOx燃燒技術(shù)，通過各種技術(shù)手段，控制燃燒過程中產(chǎn)生NOx的生成反應(yīng)；另一類是末端控制，即煙氣脫氮，把已生成的NOx通過各種技術(shù)手段還原為N2，從而降低排放量。

2.1采用低NOx燃燒技術(shù)

（1）低過量空氣燃燒技術(shù)。如控制空氣過剩系數(shù)，以低過量空氣燃燒；燃油爐內(nèi)適量噴水或水蒸氣，增加煙氣容積，減緩燃燒，降低爐溫，稀釋氧濃度。此種方式雖然不需要對燃燒裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，方法簡單，但是降低幅度有限，且空氣過剩系數(shù)過低，有可能使受熱面粘污結(jié)渣、腐蝕等影響運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

（2）煙氣再循環(huán)技術(shù)。將空氣預(yù)熱器前的部分煙氣與入爐空氣混合后送入爐內(nèi)，利用低溫的惰性煙氣達(dá)到降低爐溫和氧氣濃度的目的。此法比較適合大型鍋爐。

（3）濃淡燃燒技術(shù)。將煤粉分為兩部分（可以通過專用的煤粉濃淡燃燒器，也可

以通過將多個(gè)燃燒器分組來實(shí)現(xiàn)），一部分煤粉在富氧狀態(tài)下燃燒，因?yàn)榭諝夤┙o量大，爐溫低，氮氧化物生成量低；一部分粉煤在缺氧狀態(tài)下燃燒，空氣供給量小使燃燒溫度受限，氮氧化物生成量也低。此法的優(yōu)點(diǎn)是平均空氣過剩系數(shù)基本維持在正常值，但氮氧化物的生成量卻在降低。此法煤粉爐使用較多。

（4）空氣的分級燃燒技術(shù)。將燃燒所需空氣分兩段送入爐內(nèi)的方法。第一段送入約80%左右的空氣量，使燃燒在缺氧條件燃燒，燃燒中的N元素形成NH、HCN、CN、NH4等中間產(chǎn)物，它們可使已形成的氮氧化物還原，抑制了氮氧化物的生成。此外，由于缺氧，使燃燒速度和溫度的峰值降低，也減少了氮氧化物的生成。第二段送入約20%左右的空氣量，使其與第一段燃燒所產(chǎn)生的煙氣混合，煙溫下降，氮氧化物不易生成。

（5）燃料的分級燃燒技術(shù)。將一級燃料燃燒生成的氮氧化物，在二級燃料燃燒形成的還原氣氛中得以還原的方法。80%左右的一級燃料送入主燃區(qū)，在空氣過剩系數(shù)大于1的條件下燃燒生產(chǎn)氮氧化物；20%左右的二級燃料進(jìn)入主燃區(qū)上方的還原區(qū)燃燒，在空氣過剩系數(shù)小于1的條件下生成還原性氣氛，使一次燃料生成的氮氧化物得以還原。

2.2采用煙氣脫氮技術(shù)

（1）非選擇性催化還原法（Nonselective catalytic reduction, NSCR）

非選擇性催化還原法是指一定溫度下，在以貴金屬為催化劑的作用條件下，采用H2、CO2、CH4等混合氣體為還原劑將煙氣中NOx還原為N2，從而消除污染的一種氮氧化物治理方法。此法因還原劑、燃料消耗大，且需要以貴金屬作為催化劑，反應(yīng)放熱量大，熱回收裝置投資較高，在運(yùn)用過程中受到了一定的限制。

（2）選擇性催化還原法（selective c atalytic reduction, SCR）

選擇性催化還原法就是在固體催化劑（如V2O5–TiO2）作用下，利用還原性氣體如H2、CO、烴類、NH3與NOx反應(yīng)使之轉(zhuǎn)化為無害的N2，是目前工業(yè)上應(yīng)用最廣的一種氮氧化物控制技術(shù)。SCR法無副產(chǎn)物，且裝置簡單，適用于煙氣量較大的鍋爐煙氣（如電廠鍋爐）凈化。

當(dāng)還原劑為NH3時(shí)主要的的脫氮反應(yīng)為：

該法可用于電廠鍋爐、燃?xì)忮仩t等。最高脫氮率高于90%。該方法可用于鍋爐尾部高溫高塵煙氣的處理，也可用于除塵后的煙氣脫氮。

但是SCR技術(shù)也還存在一些局限性，如對設(shè)備管路的要求高，造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)用高、NH3加入量的控制誤差易造成二次污染等等，因此僅適用于較大型的鍋爐煙氣治理。

（3）選擇性非催化還原法（Selective Non-Catalytic Reduction, SNCR）

選擇性非催化還原法是指把含有NHx基的還原劑（NH3或尿素等），噴入高溫?zé)煔庵?，在非催化條件下將NOx還原成N2的一種工藝，也是當(dāng)前工業(yè)上NOx治理中廣泛采用的技術(shù)之一。該過程的主要化學(xué)反應(yīng)與SCR法相同, 一般脫氮效率可達(dá)到50% ～60%。SNCR法是通過還原劑在煙道中熱分解成NH3，與煙氣中的NOx發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成N2，該反應(yīng)可表示為：

由于該反應(yīng)無需催化劑，故其操作溫度高于SCR法。該方法無需催化劑，舊設(shè)備改造量?。ㄔO(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)用僅為SCR的1/ 5左右），但氨液消耗量較SCR法多，脫氮效率為50%～60%，低于SCR法，目前國內(nèi)基本不用此法。

（4）堿液吸收法

堿性溶液（如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鎂、氨水）和NO2反應(yīng)會生成硝酸鹽和亞硝酸鹽，和N2O3反應(yīng)會生成亞硝酸鹽。當(dāng)采用的堿液為氨水時(shí)，由于NH3易揮發(fā)，在氣相中NH3會與NOx、水蒸汽發(fā)生反應(yīng)，生成顆粒細(xì)小的氣相銨鹽，水或堿液很難將其捕集，銨鹽逃逸后形成白煙；此外，吸收液中生成的NH4NO2也很不穩(wěn)定，一旦吸收液中NH4NO2的濃度過高、且溫度超過一定限值，或溶液的pH值不合適時(shí)，都有可能會產(chǎn)生劇烈的分解，甚至是爆炸。因此此法有一定的局限性。

結(jié)語

我國的氮氧化物污染治理技術(shù)起步較晚，不論是處理手段還是操作工藝都有待完善。高吸收效率、 低設(shè)備投資、低運(yùn)行費(fèi)用的新型氮氧化物污染治理技術(shù)，仍有待于進(jìn)一步的探索和研究。

[1]郝吉明，馬廣大.大氣污染控制工程（2002年版）[M].北京：高等教育出版社，2003.

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10.13612/j.cnki.cntp.2014.07.147