烟气脱硝技术的研究现状
摘 要 随着火电、水泥行业的的快速发展，氮氧化物排放量逐年增长。“十二五”期间我国首次将氮氧化物纳入污染物减排行列。本文对近年来国内外烟气脱硝的最新研究现状进行了综述，并结合国内实际情况提出建议。
关键词 烟气；脱硝；研究进展
中图分类号X701.3文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）68-0161-02
“十二五”期间我国将NOX纳入主要污染物总量减排四项约束性指标之一。据统计，燃煤电厂、水泥企业的NOX排放量约占全国NOX年排放总量的60％，成为“十二五”NOX减排的重点领域。目前，NOX污染治理主要采用低氮燃烧和烟气脱硝两种措施，低氮燃烧控制技术脱硝效率不高，而烟气脱硝工艺在国外已较为成熟。因此，结合我国实际情况，作为NOX污染控制主要技术的烟气脱硝具有极高的研究意义。
1国内外成熟技术
我国烟气脱硝技术研究和项目实施起步较晚，国内现有的较大型烟气脱硝工艺均引进于欧美、日本等国家 [1，2]。应用较为广泛的烟气脱硝技术主要有选择性催化还原法、选择性非催化还原法和SNCR-SCR联合脱硝法。
1.1选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）
SCR法是指常压下，向含有NOX和其它适宜温度的烟气中喷入约5%的气氨，并使其混合均匀，流经装有催化剂的反应器进行NOX与NH3的选择性还原反应，生成无害的N2和H2O。我国首例SCR脱硝工程于1999年投运[2]，目前国内约300家电厂已采用该工艺。SCR烟气脱硝效率较高，可达80%~90%，但该工艺设备投资大，所用催化剂昂贵且容易受多种因素影响失效，大多数中小型企业难以承受。
1.2选择性非催化还原法（Selective Non-catalytic Reduction，SNCR）
SNCR法是在无催化剂存在的条件下向炉内喷射化学还原剂使之与烟气中的NOx反应，将其还原成N2和H2O，使用最广泛的还原剂为氨和尿素。1974年日本首次将该技术投入商业使用。目前在国外SNCR工艺已普遍用于电站锅炉、工业锅炉、市政垃圾焚烧炉和水泥窑脱硝[3]。2011年，我国首台SNCR脱硝技术水泥窑在湖南湘潭正式投入运行。SNCR烟气脱硝效率为50%~80%，该工艺不需要催化剂、建设运行费用低、在现有装置上改造比较容易，适合在中小型企业中进行推广。
1.3 SNCR-SCR联合脱硝法
SNCR-SCR联合脱硝法并不是SCR工艺与SNCR工艺的简单加和，是结合了SCR技术的高脱硝率、SNCR技术的较少投资特点而发展起来的一种新型工艺。该工艺有2个反应区，先将还原剂喷入炉膛即第1个反应区，在高温作用下，还原剂与烟气中NOX在没有催化剂的情况下发生还原反应，实现初步脱氮，然后未反应完全的还原剂进入SCR反应器即第2各反应区，在有催化剂参与的情况下进一步脱硝。2011年，国华北京热电分公司首次将SNCR-SCR工艺应用于国内燃煤电厂烟气脱硝[4]。SNCR-SCR技术脱硝效率较高，可达到80%以上，催化剂用量较少[5]，建设运行费用相对较低，适合我国高灰煤和经济实力相对薄弱的国情。
2 国内脱硝工艺研究进展
由于我国矿产资源情况、企业实际发展情况、生产线工艺情况与国外有较大差距，上述成熟烟气脱硝技术在我国尚未得到大范围的推广。国内科研机构正积极开展烟气脱硝技术的研发工作。
2.1活性炭法
活性炭对低浓度NOX有很高的吸附能力，同时对脱除低浓度SO2也有较好效果，因此利用活性炭同时脱除SO2和NOX具有较好的商业前景。活性炭干法烟净化技术起源于德国，德国WKV公司[8]开发的活性焦炭选择性催化还原系统脱硫、脱硝效率可分别达95%和85%以上。唐强[6]等人使用不同颗粒直径、不同活化方法、浸泡硝酸的活性炭进行SO2、NO吸附试验，实验证明活性炭对NO有一定的选择性，脱硫效率达到99%。张翔宇[7]将活性炭烟气脱硫脱硝工艺和循环流化床技术相结合，在自行设计的试验台上进行烟气脱硫脱硝试验，确定了NH3：NO摩尔比达到1:1时，可取得脱硫率大于70%，脱硝率大于40%的最佳效果。
2.2 H2O2法
H2O2作为一种强氧化剂，可以快速有效地将烟气中的NO氧化到高价态，再利用湿法脱硫浆液或者碱液吸收。杨柳[9]等人将电厂烟气通过H2O2溶液、尿素溶液和脱硫石灰水浆液进行试验，脱硝效率可达75%。柏源[10]等人对H2O2脱硝性能影响因素进行了研究，研究表明，不同浓度H2O2的脱硝效率不同，随着尿素溶液和H2O2溶液浓度的提高均有利于提高脱硝效率。马双忱[11]等人采用UV/H2O2体系进行烟气脱硫脱硝试验，在自制的鼓泡反应器上考察模拟烟气成分、H2O2溶液浓度和催化剂等影响因素，确定了在pH值为3.3，氧气体积浓度大于6%，溶液温度在45℃以下，加入金属催化剂后SO2和NOX的脱除效率可达到95%以上。
2.3生物质
生物燃料具有高挥发份、低灰份、低氮、低含硫率的特点，国外研究[12，13]表明将生物燃料替代一部分常规原料用于燃煤锅炉，既可以降低污染物的排放，又可将混合燃料中的NOX进行吸收，具有较高的应用前景。苏胜[14]等人采用木屑、谷壳和干污泥3种生物燃料作为再燃燃料进行研究，最大NO还原效果分别达到64%、55%、43%。熊志波[15]等人利用多功能脱硝试验平台，在再燃比为20%的工况下，煤粉混杨木屑再燃脱硝效率达到58%~74%。
2.4微波法
微波加热技术具有加热速度快、加热均匀、穿透性强等优点，马双忱[16]等人进行了微波辐照活性炭同时脱氮脱硝的实验，在微波功率560W时，达到80%左右的脱硝效率。马双忱[17]同时研究了O2、CO2以及水蒸汽共存烟气对微波辐照的影响，通过最优试验条件，取得了SO2、NOX脱除率达90%的效果。
3 建议与展望
为切实降低烟气中NOX对大气的污染，一方面要改进燃烧技术降低NOX排放量，另一方面要加强对烟气中NOX的综合治理。目前，我国烟气脱硝技术的研究正处于起步阶段，大多还都处于实验室阶段，在工业应用上还存在理论研究不成熟，运行条件不确定的问题。因此，结合我国国情，针对我国烟气脱硝市场和技术，对我国烟气脱硝工艺的研究，提出以下建议：
1）对于烟气脱硝工艺的研究，可借鉴国外成功经验，但在消化国外先进技术的同时，必须加强自主开发力度，要深入进行反应机理、反应动力学的研究，为国内自主创新工艺实现工业化提供充分、有利的理论基础和依据;
2）要结合我国国情，研究开发能够在中小锅炉上广泛应用的，投资少、运行费用低、效率高、能耗低、操作易的脱硝工艺，在更大范围内加强NOX污染治理。
参考文献
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