蘭國謙，劉建秋，張江偉

（1.河北省環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會，石家莊 050090；2.河北工業(yè)職業(yè)技術學院，石家莊 050091）

脫硝工藝的技術比較

蘭國謙1，劉建秋2，張江偉1

（1.河北省環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會，石家莊 050090；2.河北工業(yè)職業(yè)技術學院，石家莊 050091）

對包括SCR和SNCR在內的各種脫硝技術進行了比較，分析了各種脫硝方法的使用條件和特點，同時對未來脫硝技術的發(fā)展進行了預估，得出了優(yōu)先選擇SCR和SNCR，并發(fā)展各種脫硝技術的結論，為脫硝技術的選擇與使用提供了技術參考。

氮氧化物；治理技術；選擇性催化還原技術；選擇性非催化還原技術

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質之一，是形成區(qū)域微細顆粒物污染和灰霾的重要原因，也是形成光化學煙霧的主要污染物，會引起多種呼吸道疾病，是“十二五”期間重點控制的空氣污染物之一。據(jù)統(tǒng)計，2000年我國NOx排放量約為1100萬噸，到2007年達到近1500萬噸，由于我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和能耗的不斷增加，NOx排放量持續(xù)增加，如不加強控制，預計到2020年將會達到3000萬噸以上。我國目前已成為世界第一氮氧化物排放國，給大氣環(huán)境帶來巨大的威脅，控制和治理氮氧化物污染已迫在眉睫[1]。

“十一五”期間，我國的顆粒物排放和二氧化硫排放基本得到控制，但隨著能源消費和機動車保有量的快速增長，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從20世紀80年代的1/10逐步上升到近年來的1/3。“十二五”國家提出了控制氮氧化物污染的規(guī)劃和要求，繼SO2和COD之后，NOx和NH3-N列入約束性指標，減排幅度在8%～10%，此舉必將推進氮氧化物控制技術的快速發(fā)展。

2 主流脫硝技術SCR與SNCR

控制減少NOx排放，采取的措施包括煙氣脫硝、使用可再生能源、建造核電項目和控制汽車尾氣排放等。其中煙氣脫硝是必要措施，選擇性催化還原（SCR）與選擇性非催化還原（SNCR）脫硝工藝是首選技術。

2.1 SCR與SNCR的選擇

按照《火電廠氮氧化物防治技術政策》要求，低氮燃燒技術應作為燃煤電廠氮氧化物控制的首選技術，當采用低氮燃燒技術后，氮氧化物排放濃度不達標或不滿足總量控制要求時，應建設煙氣脫硝設施。

煙氣脫硝技術目前主要有：選擇性催化還原技術（SCR）、選擇性非催化還原技術（SNCR）、選擇性非催化還原與選擇性催化還原聯(lián)合技術（SNCR－SCR）及其他煙氣脫硝技術。NOx脫除的主要技術是選擇性催化還原法（SCR）和非催化選擇性還原法（SNCR）法，其中新建、改建、擴建燃煤機組宜選用SCR，小于等于600MW時，也可選用SNCR-SCR技術；燃用無煙煤或貧煤且投運時間不足20年的在役機組，宜選用SCR或SNCR-SCR技術；燃用煙煤或褐煤且投運時間不足20年的在役機組，宜選用SNCR或其他煙氣脫硝技術。

2.2 SCR與SNCR的性能比較

SCR是最早實現(xiàn)工業(yè)化應用的氮氧化物脫除技術，其脫硝原理是利用NH3和催化劑（鐵、釩、鉻、鈷或鉬等堿金屬）在200℃～450℃時將NOx還原為N2。NH3具有選擇性，只與NOx發(fā)生反應，基本上不與O2反應，其過程要求嚴格控制NH3/NOx比率[2]。與SCR工藝相比，SNCR不用催化劑，只是向煙氣流中連續(xù)噴入NH3或CO(NH2)2（尿素），以使NOx轉變成N2和H2O。采用NH3作還原劑時，用空氣或蒸氣攜帶NH3，在溫度適當?shù)膮^(qū)域注入煙氣中，在煙道氣中產(chǎn)生氨自由基與NOx反應，以去除NOx。

SCR與SNCR脫硝技術在溫度控制、催化劑選擇、操作條件控制等方面各有不同，兩種方法的對比情況見表1。

表1 SCR與SNCR的性能比較

2.3 SCR與SNCR的應用特點

SCR脫硝與SNCR脫硝各有優(yōu)勢及不足。SCR要求嚴格控制NH3/NOx比率，脫硝率能達到90%以上。目前該技術已在日本、德國、北歐等國家和地區(qū)的燃煤電廠廣泛應用。德國電廠配備SCR系統(tǒng)的大約占95%，我國的大型電廠也推薦選擇該技術。SCR工藝操作的關鍵是避免存在灰塵、SO2、重金屬等雜質，或將其控制在保險范圍之內，以減輕催化劑中毒，延長催化劑使用壽命。

SNCR工藝較SCR法投資小，但氨液消耗量大，適用溫度較高，NOx脫除率低。用于把NOx從較高水平（400mg/m3以上）降到中等水平（100～150mg/m3）的場合，即使用在工業(yè)鍋爐、動力鍋爐和其他焚燒裝置上。但在低溫場合的應用受到限制[3]。兩種脫硝技術要避免投入過多的NH3，防止由于殘留的NH3與SO3、H2O、HCl等反應，生成(NH4)HSO4、(NH4)2SO4、NH4Cl，產(chǎn)生固體顆粒，形成白煙，影響治理效果。

3 等離子體活化脫硝技術

等離子體活化脫硝原理是利用高能輻射激發(fā)煙氣的各種氣體分子，使之產(chǎn)生自由電子和活性基團，從而與SO2及NOx反應達到脫硫脫硝目的。根據(jù)高能電子的來源可分為電子束法和脈沖電暈等離子法。兩種脫硝技術的比較見表2。

表2 電子束法脫硝與脈沖電暈脫硝的比較

以上兩種方法均不產(chǎn)生廢水，回收的副產(chǎn)物硝酸銨可作氮肥利用，能同時脫除SO2和NOx，具有較高的脫除率。但都存在價格昂貴、能量利用率低、電耗較高、設備結構復雜、裝置運行可靠性差等缺點。

4 吸收法

傳統(tǒng)的液體吸收技術工藝過程簡單、投資較少，尤其對于處理量不大的情況下便于實施。吸收法凈化廢氣中NOx，依所選用吸收劑的不同，可以分為堿吸收法、酸吸收法、氧化吸收法、絡合吸收法等多種工藝[4]。各種方法的比較見表3[5]。放出的SO2可吸收利用，吸附劑脫附后重復使用。該工藝具有成本低、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點，但存在再生工藝復雜、成本較高、吸附劑用量多、消耗大、設備體積龐大等缺點，所以應用并不廣泛。

表3 各種吸收法脫硝的性能比較

5.2 微生物法

微生物法的基本原理是使用合適的脫硝菌在外加碳源情況下，利用NOx作為氮源，將NOx轉化為無害的N2，而脫硝菌本身獲得繁殖，凈化效率可達99%。常用的有生物洗滌、生物過濾和生物滴濾等形式。

但微生物法目前尚處于實驗階段，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問題都有待進一步解決。

5.3 微波法

廢氣中除SO2和NOx外，還有大量的N2、H2O、CO2和O2，這些物質能被5～20eV之間的電子能電離和激發(fā)，形成活性基。利用微波具有的高能性，激發(fā)和電離N2、H2O、CO2和O2形成活性基和自由電子，氧化SO2和NO生成SO3和NO2，再進行后續(xù)的吸收、吸附處理。

微波脫硝法采用易吸收微波的

5 其他脫硝技術

5.1 吸附法

吸附法是一種成熟的工業(yè)分離技術，基本原理是利用大比表面的吸附劑對NOx進行吸附，通過周期性地改變操作溫度或壓力進行NOx的吸附和解吸，使NOx從煙氣中分離出來，從而達到凈化和富集的目的。常用的吸附劑有硅膠、分子篩、活性炭、活性焦、天然沸石及泥煤等。

同時吸附脫硫脫硝技術是采用負載于A12O3的Na2CO3作為吸附劑，當煙道氣通過裝有吸附劑的反應器后，煙氣中的NOx和SO2與吸附劑發(fā)生反應而得以脫除。吸附劑再生時，先加熱至600℃，釋放出NO后再被CH4還原，釋活性炭作為吸附劑兼還原劑，不需要另加催化劑，不存在二次污染、催化劑失活或中毒等問題，裝置簡單，投資成本低，使用壽命長，但實現(xiàn)工業(yè)化還有一些技術問題有待解決。

6 結論

目前，煙氣脫硝在我國已開始大范圍鋪開，近期的重點是200MW及以上熱電聯(lián)產(chǎn)機組，通過以上脫硝技術的比較和分析，得出以下結論：

（1）SNCR-SCR將是優(yōu)先選擇

選擇性催化還原技術（SCR）、選擇性非催化還原技術（SNCR）兩種方法的聯(lián)合技術（SNCR－SCR），由于技術成熟、工藝簡單、便于控制、凈化效果好，將是煙氣脫硝技術的優(yōu)先選擇。

（2）發(fā)展多種脫硝技術

對于小型NOx污染源治理，可根據(jù)具體情況，有條件地選擇吸收法、等離子體活化法、吸附法，有針對性地采用無毒無害的微生物處理技術。

（3）脫硝技術需要創(chuàng)新

結合目前的脫硫與脫硝并重，將來脫硝技術的創(chuàng)新點在于同時脫硫脫硝及利用現(xiàn)有脫硫裝置進行脫硝。研發(fā)的重點除在源頭控制上采用高效低氮燃燒技術外，可以進行循環(huán)流化床鍋爐的脫硝技術開發(fā)，高性能吸收劑、催化劑的開發(fā)，脫除副產(chǎn)品的應用技術開發(fā)等。

“十二五”將氮氧化物控制作為約束性指標，氮氧化物控制已經(jīng)成為繼除塵、脫硫后的又一控制重點。結合現(xiàn)有實用技術進行改進，保證良好的脫除效果，并滿足更高環(huán)境保護要求、經(jīng)濟合理、技術先進的脫硝技術研究開發(fā)將成為今后一段時期的熱點問題。

[1] 何海明.煙氣脫氮技術現(xiàn)狀及展望[J].廣東化工，2010，37（6）：82-83.

[2] 杜冰，宗保寧，羅一斌.煙氣脫硫脫氮技術進展[J].化學工業(yè)與工程技術， 2008，29（2）：26-30.

[3] 王偉能.氨法煙氣聯(lián)合脫硫脫氮技術工藝[J].能源環(huán)境保護，2008，22（1）： 15-17.

[4] 王謙，張勇，李大寧.濕法煙氣同時脫硫脫氮技術綜述[J].環(huán)境科學導刊， 2009， 28 （2）：55-57.

[5] 李文輝.加熱爐煙氣脫硫脫氮技術簡介[J].石油化工設備技術，2009，30（1）： 38-43.

聲 明

為適應我國信息化建設需要，擴大作者學術交流渠道，本刊已加入“中國期刊全文數(shù)據(jù)庫”、“中國學術期刊綜合評價數(shù)據(jù)庫”、“中文科技期刊數(shù)據(jù)庫”和“中國核心期刊（遴選）數(shù)據(jù)庫”。作者著作權使用費與本刊稿酬一次性給付。如作者不同意將文章編入以上數(shù)據(jù)庫，請在來稿時聲明，本刊將做適當處理。

《中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)》編輯部

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