燃煤煙氣脫硝技術的研究進展

顧衛榮，周明吉，馬 薇

（億利資源集團有限公司，北京 100045）

燃煤煙氣脫硝技術的研究進展

顧衛榮，周明吉，馬 薇

（億利資源集團有限公司，北京 100045）

對燃煤煙氣脫硝現有技術進行了綜述。重點對選擇性催化還原法（SCR）、非選擇性催化還原法（SNCR）、SNCR-SCR聯合脫硝法等工藝及工業化現狀進行了分析，并對國內外脫硝新技術進行了介紹，最后針對環保要求提出了我國脫硝技術應以開發中國特色的脫硝技術和加強新技術的研發為方向。

煙氣脫硝；氮氧化物；選擇性催化還原法；非選擇性催化還原法

在大氣污染物中，最主要的是燃煤引起的污染，燃煤煙氣中的二氧化硫、氮氧化物（NOx）是影響我國環境空氣質量的主要污染源。2011年初通過的“十二五”規劃綱要，首次將NOx列入約束性指標體系，要求減少10%[1]，從而使NOx成為我國下一階段污染減排的重點。煙氣脫硝技術與NO的氧化、還原及吸附的特性有關。根據反應介質狀態的不同，分為干法脫硝和濕法脫硝，其中干法脫硝技術是目前工業研究、應用的主流和發展方向。

本文作者對燃煤煙氣脫硝現有技術進行了綜述，重點對干法脫硝技術中的選擇性催化還原法（SCR）、選擇性非催化還原法（SCNR）、SCR-SNCR混合脫硝法工藝進行了分析與比較，并對國內外脫硝技術的新進展進行了介紹。

1 干法脫硝技術

干法脫硝是指在氣相中利用還原劑或高能電子束、微波等手段，將NOx還原成對環境無毒害作用的N2或轉化為硝酸鹽再回收利用。干法脫硝技術包括選擇性催化還原法（SCR）、非選擇性催化還原法（SCNR）、SCR-SNCR混合脫硝法等。

1.1 SCR脫硝技術

SCR工藝是目前商業應用最為廣泛的煙氣脫硝技術。SCR工藝是由美國Eegelhard公司開發，并于1959年申請了專利，而由日本率先在20世紀70年代對該方法實現了工業化[2]。SCR煙氣脫硝裝置采用選擇性催化還原煙氣脫硝工藝，在320～420 ℃的環境下，在特定的催化劑作用下，吹入NH3使NOx還原為N2和H2O，達到脫除NOx的目的。

1.1.1 SCR脫硝技術反應過程

1.1.2 SCR脫硝工藝流程

SCR脫硝工藝流程主要分為兩個應用方向：

（1）燃煤鍋爐煙氣脫硝：鍋爐—→省煤器—→脫硝反應器—→空預器—→除塵脫硫裝置—→引風機—→煙囪

（2）工業窯爐煙氣脫硝：窯爐—→余熱鍋爐前段—→脫硝反應器—→余熱鍋爐后段—→除塵脫硫裝置—→引風機—→煙囪

SCR脫硝工藝圖如圖1[3]所示。

圖1 SCR脫硝工藝圖

1.1.3 SCR脫硝技術的工業化現狀

（1）國際上SCR脫硝技術的工業化現狀 1975年在日本Shimoneski電廠建立了第一個SCR系統的示范工程，其后SCR技術在日本得到了廣泛應用[4]。日本的巴布科克日立（BHK）也是最早研發SCR脫硝系統和催化劑的公司，迄今為止，其產品已經先后覆蓋了日本、歐洲、美國、中國臺灣、韓國和中國大陸，應用了其產品的機組總量超過580套，其中燃煤電站機組應用居世界第一，總量超過8×104MW，SCR脫硝裝置2010年度的全球市場份額為26%，位居世界第一。三菱重工是日本最大的機械集團，主要經營能源、環保、機械生產、宇宙機器生產、航空等領域的業務。在環保領域，三菱重工是世界上最早擁有SCR法煙氣脫硝技術和催化劑生產技術的公司之一，從1976年建立第一臺脫硝裝置至今，已在世界范圍內建造了600多套SCR法煙氣脫硝裝置。美國巴威（B&W）公司于1982年開始展開對SCR脫硝技術的研究，目前其SCR技術在北美市場占用率處于第一位，該公司典型案例為：Bruce Mansfield 電站1-3號機組3×850MW SCR脫硝項目、Chesterfield 6號機組 600 MW SCR脫硝項目及Kincaid 1&2 2×650MW SCR脫硝項目等。德國Reuter West電站位于柏林，有一熱態、高灰SCR裝置，SCR反應器裝在省煤器和空氣預熱器之間，常規的平均溫度是360 ℃，NOx的轉換率超過85%。由于低SO2生成率和低NH3滲漏，空氣預熱器從未發生阻塞，而且從運行起一直不必清洗，催化層1個星期進行1次吹灰，運行效果很好。丹麥弗洛微升有限公司負責的華電望亭2×660 MW SCR脫硝項目，該項目是“上大壓小”的改建項目，脫硝工程和機組建設同步進行。脫硝工程于2010年投運，脫硝效率高達94.5%，獲中國電力建設企業協會“2010年度中國電力優質工程獎”，該脫硝工程項目達到了高效率和低氨逃逸，保護了催化劑的活性，保障脫硝系統長期安全、穩定運行。

目前在歐洲已有一百二十多臺大型裝置的成功應用經驗，其NOx的脫除率可達到80%～90%。日本大約有170套裝置，接近100 GW容量的電廠安裝了這種設備，美國政府也將SCR技術作為主要的電廠控制NOx技術，SCR方法已成為目前國際上電廠脫硝比較成熟的主流技術[5]。

（2）國內SCR脫硝技術的工業化現狀 我國火電廠SCR煙氣脫硝技術于20世紀90年代引進日本技術在福建后石電廠的600 MW機組率先建成。目前我國已有幾十家環保工程公司分別引進了日本三菱和日立公司、美國B&W公司和燃料技術公司、丹麥托普索公司、德國魯奇和FBE公司、意大利TKC公司等公司的煙氣脫硝技術。我國首臺具有自主知識產權的SCR煙氣脫硝工程于2006年1月20日在國華太倉發電有限公司600MW機組成功運行，該工程中的關鍵設施：脫硝反應器、噴氨格柵、供氨系統等均由蘇源環保公司獨立開發設計，脫硝催化劑采用日立造船的產品。龍凈環保引進了丹麥托普索的技術，典型工程有福建華電可門電廠二期2×600 MW機組SCR煙氣脫硝工程。國電龍源引進了日本觸媒化成和德國FBE的技術，典型工程有江陰利港4×600 MW、國電浙江北侖第三發電有限公司2×1000 MW等接近20家電廠鍋爐脫硝工程。遠達環保引進了意大利TKC的技術，典型工程有上海外高橋第三發電廠1000 MW煙氣脫硝工程。清華同方引進了意大利TKC的技術，典型工程有浙江大唐沙山發電廠1×600 MW、華能北京熱電廠4×250 MW、北京京能熱電股份4×200 MW煙氣脫硝工程。大唐引進了日本日立的技術，典型工程有山西陽城電廠二期600 MW等。華電引進了日本三菱的技術，典型工程有江蘇望亭發電廠2×660 MW、寧夏華電靈武電廠二期2×1000 MW、四川華電珙縣電廠2×600 MW、河北沙河電廠2×600 MW煙氣脫硝工程等。東方鍋爐引進德國魯奇的技術，典型工程有廣東恒運電廠2×300 MW、濟寧電廠2×300 MW、華電長沙電廠2×600 MW等煙氣脫硝工程。哈爾濱鍋爐引進日本三菱的技術，典型工程有華潤河南登封2×600 MW、國信靖江2×660 MW、彰武工程2×660 MW、華能岳陽工程2×600 MW、等煙氣脫硝工程。根據中電聯的報告，2011年度環保公司投運的脫硝工程容量見表1[6]。

表1 2011年度環保公司投運的脫硝工程容量

在SCR脫硝技術中，催化劑至關重要，大部分脫硝過程中的費用也都來自催化劑的老化和還原劑的消耗。脫硝催化劑的投資通常占整個脫硝投資的40%～60%，而“十二五”期間煙氣脫硝將給脫硝催化劑帶來近二百多億元的新市場[7]，目前國內生產催化劑用的鈦白粉制作技術被國外少數公司壟斷，因此，研發具有自主知識產權的SCR脫硝催化劑對我國煙氣脫硝發展有重大意義。2005年，東方鍋爐（集團）股份有限公司與德國KWH公司合資成立的成都東方凱特瑞環保催化劑有限責任公司，合作生產脫硝催化劑，計劃每年生產SCR催化劑的能力為4500 m3。科林環保公司等也效仿其模式，建立了脫硝催化劑生產基地。而大唐環境、浙江菲達、山東三融、蘇源環保、重慶遠達等公司也都在積極組織脫硝催化劑的研究和開發，為SCR法煙氣脫硝技術深度開發和推廣應用奠定了良好的基礎。表2為2011年我國主要SCR脫硝催化劑生產商及產能表[7]。

表2 我國主要催化劑生產廠商

1.2 SNCR 煙氣脫硝技術

選擇性非催化還原（SNCR）脫硝工藝是將含有NHx基的還原劑（如氨氣、氨水或者尿素等）噴入爐膛溫度為900～1100 ℃的區域，還原劑通過安裝在屏式過熱器區域的噴槍噴入，該還原劑迅速熱分解成 NH3和其它副產物，隨后 NH3與煙氣中的NOx進行SNCR反應而生成N2和H2O。SNCR是當前NOx治理中廣泛采用且具有前途的爐內脫硝技術之一。

1.2.1 SNCR脫硝技術反應過程

（1）NH3作為還原劑

（2）尿素作為還原劑

1.2.2 SNCR脫硝系統介紹

脫硝系統主要由還原劑存儲與制備、輸送、計量分配、噴射系統和電氣控制系統等幾部分組成。

圖2 SNCR脫硝工藝圖

1.2.3 SNCR脫硝工藝流程

流程：還原劑—→鍋爐/窯爐(反應器) —→除塵脫硫裝置—→引風機—→煙囪

SNCR脫硝工藝流程圖如圖2[3]所示。

1.2.4 SNCR脫硝技術國內外工業化現狀

SNCR是一項成熟的技術。1974年在日本首次投入商業應用，到目前為止，全世界大約有三百套SNCR裝置應用于電站鍋爐、工業鍋爐、市政垃圾焚燒爐和其它燃燒裝置[8]。

（1）國外 SNCR脫硝技術的工業化現狀 目前國外應用SNCR技術的主要公司有美國燃料技術公司、丹麥弗洛微升和瑞典Petro Milj?公司等。美國燃料技術公司（Fuel Tech）位于美國德拉維爾州，以煙氣脫硝工藝（NOxOUT）為基礎，并使該技術發展成為能夠以量身定做的方式滿足客戶各種需求的綜合性技術（SNCR、SCR、SNCR/SCR混合技術），在脫硝系統的設計、制造、化學研究和控制方面進行了多項改進，成功承擔了七百多項工程。丹麥弗洛微升有限公司是一家專業的環保技術公司致力于重工業氮氧化合物的脫除。弗洛微升能提供成套的SCR和SNCR脫硝解決方案，廣泛應用于電廠、垃圾焚燒廠、工業鍋爐和水泥爐窯。廣州李坑垃圾焚燒發電二廠3×750 t/d SNCR脫硝工程、深圳平湖一期3×225 t/d SNCR脫硝工程、重慶豐盛垃圾焚燒廠4×600 t/d SNCR脫硝工程、灞橋電廠2×300 MW SNCR工程和東莞雙洲流化床240 t/hSNCR脫硝工程。瑞典Petro Milj?公司成立于1992年，目前在SNCR高效脫硝市場上占據領導地位，目前，Petro Milj?在NOx低水平排放所方面所取得成就已經被廣泛的應用在世界各地，已為世界各地提供了一百四十多套系統。目前其SNCR在中國的應用主要有：蘇州生活垃圾焚燒發電廠一期、二期工程，武漢深能環保新溝垃圾發電廠500 t級，南山垃圾發電廠二期，深圳市平湖垃圾焚燒發電廠二期等。

（2）國內 SNCR脫硝技術的工業化現狀 國內目前SNCR脫硝技術主要依靠技術引進，北京福泰克環保科技有限公司是美國燃料技術公司（Fuel Tech，Inc.）為了滿足中國經濟的快速發展而對環境保護事業需求增強而成立的全資中國子公司。目前，已有8臺600 MW燃煤電站鍋爐SNCR投運，1臺220 t/h CFB鍋爐SNCR投運，1臺130 t/h CFB鍋爐SNCR投運，4臺75 t/h CFB鍋爐LNB/OFA+SNCR投運，2臺220 t/h煤粉爐SNCR投運；在建項目：4臺600 t/d垃圾焚燒鍋爐SNCR系統，2臺400 t/d垃圾焚燒鍋爐SNCR系統，4×260 t/h CFB氨水SNCR系統。南京龍源環保工程有限公司引進美國燃料技術公司（Fuel Tech）的選擇性非催化還原煙氣脫硝技術，利港電廠2×600 MW+2×600 MW燃煤發電機組SNCR煙氣脫硝EPC工程等。丹麥弗洛微升：工業鍋爐 SNCR典型業績為東莞雙洲 1×240 t/h流化床SNCR脫硝項目，燃煤機組SNCR典型業績為灞橋電廠 2×300 MW SNCR脫硝工程，水泥爐窯SNCR典型業績為以色列日產7000t離線爐SNCR系統等。上海泰欣引進瑞典Petro Milj?公司的技術，典型工程蘇州生活垃圾焚燒發電廠3×350+2×500 t/d，在全世界水泥行業和垃圾焚燒行業有業績150個。

1.3 SNCR-SCR 煙氣脫硝技術

SNCR-SCR混合脫硝工藝發揮了SNCR工藝投資省、SCR工藝脫硝效率高的優勢，將SNCR工藝的還原劑噴入爐膛技術與 SCR工藝利用逃逸氨進行催化反應結合起來，進一步脫除NOx。混合脫硝工藝以尿素作為吸收劑，是爐內一種特殊的SNCR工藝與一種簡潔的后端SCR脫硝反應器有效結合。

1.3.1 SNCR-SCR混合脫硝工藝反應過程

1.3.2 SNCR-SCR混合脫硝系統組成

SNCR-SCR混合脫硝系統主要由還原劑存儲與制備、輸送、計量分配、噴射系統、煙氣系統、脫硝反應器、電氣控制系統等幾部分組成。

1.3.3 SNCR-SCR混合脫硝工藝流程

還原劑—→鍋爐/窯爐(反應器) —→脫硝反應器—→除塵脫硫裝置—→引風機—→煙囪

SNCR-SCR混合脫硝系統如圖3[3]所示。

圖3 SNCR-SCR混合脫硝工藝圖

1.3.4 SNCR-SCR混合脫硝工藝優點

SNCR-SCR混合脫硝工藝最主要的改進就是省去了 SCR工藝設置在煙道里的復雜的氨噴射格柵系統，并大幅度減少了催化劑的用量。與單一的SCR工藝和SNCR工藝相比，SNCR-SCR混合脫硝工藝具有以下一些優點：①脫硝效果較好；②催化劑用量小；③SCR反應塔體積小，空間適應性強；④脫硝系統阻力小；⑤減少SO2向SO3的轉化，降低腐蝕危害；⑥省去SCR旁路的建造；⑦簡化還原劑噴射系統；⑧加大了爐膛內還原劑的噴入區間，提高了SNCR階段的脫硝效率；⑨可以方便地使用尿素作為脫硝還原劑；⑩減少N2O的生成。

1.3.5 SNCR-SCR混合脫硝技術國內外工業化現狀

（1）國外SNCR-SCR混合脫硝技術的工業化現狀

SNCR-SCR混合脫硝技術于20世紀70年代首次在日本的一座燃油裝置上進行試驗、試驗結果表明了該技術的可行性[9]，之后開始廣泛推廣。1989年位于德國Rohr工業區的Herne電廠500MW 4號機組，為應對德國政府對NOx排放限制提高，而采用了 SNCR-SCR混合脫硝工藝，使脫硝效率達50%～60%，且氨氣逸出量不超過 5 ppm[10]。1994年美國加州的 Mercer 電站 321 MW 機組上進行了以尿素為還原劑的 SNCR-SCR混合脫硝工藝的改造，使脫硝效率 84%。美國燃料技術公司SNCR/SCR混合脫硝工藝NOxOUT Cascade是在以尿素為催化劑的SCR工藝基礎上，結合了SCR技術高效、SNCR技術投資省的特點而發展起來的一種新穎的、技術成熟的SCR改進工藝之一，目前我國有6個600 MW的機組正處于NOxOUT Cascade混合脫硝技術第一階段的安裝，美國東北部有 1個110 MW安裝全套NOxOUT Cascade混合脫硝系統。

（2）國內SNCR-SCR混合脫硝技術的工業化現狀

我國SCR-SNCR技術的應用情況：大唐灞橋熱電廠采用丹麥弗洛微升有限公司技術，于 2010年12月開工建設2臺30萬千瓦機組煙氣脫硝改造工程，該項目是國內第一座30萬千瓦機組SNCR-SCR混合脫硝工程，這兩臺30萬千瓦機組煙氣脫硝改造工程是該廠“綠色工程”建設精品項目，該工程采用尿素法選擇性非催化還原法（SNCR）和“高含塵布置方式”的選擇性催化還原法（SCR）混合脫硝裝置，在設計煤種、鍋爐BMCR工況、處理100%煙氣量的條件下，脫硝總效率不小于70%。江蘇闞山電廠2×600 MW 和江蘇利港電廠 2×600 MW 及 2×600 MW 超臨界機組。這兩個項目都是在應用低 NOx燃燒技術的基礎上，采用 SNCR-SCR混合脫硝技術，目前一期實施了SNCR部分，二期SCR部分在環保標準要求更高時將實施。隨著“十二五”計劃的出臺，設計靈活的SNCR-SCR混合脫硝技術將在我國得到更大的發展。

1.4 SCR 法、SNCR 法以及SNCR-SCR 混合法脫硝的比較

1.4.1 工藝特性比較

針對SCR法、SNCR法以及SNCR-SCR混合法脫硝的主要工藝特性，進行了比較，如表 3所示[11]。

由表 3可以看出，SCR脫硝效率最高，達到70%～90%，目前技術比較成熟、運行可靠、便于維護，適應于對 NOx脫除效率要求較高的地區；SNCR脫硝效率較低，一般需配合其它脫硝技術共同使用，其占地面積較小，無需增加催化劑反應器，成本較低，目前也廣泛應用；SNCR-SCR混合脫硝工藝結合了SCR和SNCR兩種工藝的有利特點，其工藝比較靈活，在降低成本和占地空間上有積極的意義，是脫硝技術發展的一個重要方向。

表3 SCR、SNCR以及SNCR-SCR脫硝工藝特性比較

1.4.2 成本比較

選取煙氣脫硝工藝技術一般應遵循以下原則：以環保標準為準繩，考慮煤質變化的特性，確定合理的設備運行效率；充分考慮與脫硝相關的各種因素，確保機組的安全運行；工藝技術成熟、經濟合理、有商業化運行業績，并滿足環保考核要求；綜合考慮節能、節水、節約吸收劑等，減少運行成本。以下比較均以1臺550MW（脫硝效率70%）為案例，由中國水利電力物資有限公司2010年調查各工藝的成本數據[12]，具體分析見表4～表6。

從以上成本分析來看，SNCR脫硝工藝的成本最低，但脫硝效率差，適合貧困地區及成本預算低的電廠；SCR脫硝工藝成本最高，脫硝效率最高，是一步到位的脫硝方式，適合發達地區及排放標準高的國家；而SNCR-SCR混合脫硝工藝結合了SCR和SNCR兩種工藝，成本也在兩者之間，適合舊機組改造及分階段項目。

通過比較3種工藝的技術特點及成本，針對日益嚴峻的環境問題以及我國“十二五”規劃的出臺，對NOx的減排要求日益嚴格，越來越多的電廠、垃圾焚燒廠及汽車尾氣處理等開始使用一步到位的SCR脫硝工藝；同時分階段設計的SNCR-SCR混合脫硝工藝以其靈活的設計也將在未來脫硝市場中占有一席之地；而SNCR脫硝工藝以其低成本、占地面積小等優點也將繼續在脫硝市場存在。與此同時，研究人員也在不斷的研究新型脫硝工藝，目前主要有微生物脫硝法、微波脫硝法、液膜法、脈沖電暈法等。

表4 各工藝建造成本比較

表5 各工藝年運行成本比較

表6 各工藝綜合成本比較

2 煙氣脫硝新技術

2.1 微生物脫硝法

微生物脫硝法的原理：適宜的脫氮菌利用NOx作為氮源，將NOx還原成最基本的無害的N2，而脫氮菌本身獲得生長繁殖。其中NO2先溶于水中形成NO3及NO2-再被生物還原為N2，而NO則是被吸附在微生物表面后直接被微生物還原為N2，因此微生物法凈化NOx也主要利用了反硝化細菌的異化反硝化作用。微生物法的處理裝置主要有生物洗滌塔、生物過濾塔、生物滴濾塔和生物轉鼓等。國內外對微生物法的研究報道主要針對NOx中不易溶于水的NO，按其處理方式分為硝化處理、反硝化處理及真菌處理3類。微生物脫硝法與傳統的脫硝法相比，具有工藝設備簡單、能耗小、處理費用低、二次污染少等特點，因而成為世界各國工業廢氣凈化的熱點課題之一[13]。

最早應用生物法脫硝的是美國愛達荷國家工程實驗室，其利用脫氮菌還原處理煙道氣中的NOx，該研究將含NO為100～400 g/L的煙氣通過一個堆肥填料塔，當煙氣在塔中的停留時間約為1 min，NO進口濃度為335 mg/m3時，NO的凈化率為99%。塔中細菌生存的最佳溫度為30～45 ℃，pH值為6.5～8.5[14]。波蘭的S?awomir Poskrobko等[15]添加菜籽餅與煤共同燃燒，利用微生物法還原處理煙氣中的NOx，結果表明，當菜籽餅添加量為10%時，NOx的相對排放量減少了近30%，使SNCR脫硝效率從15%提高到40%。浙江大學的Bi-Hong Lu等[16]以微生物脫硝同液體吸收法聯用對模擬煙氣進行脫硝研究，結果發現NO的脫硝效率達到90%，同時提出混合吸收法具有重大的市場潛力。華南理工大學的Ran Jiang等[17]利用含惡臭假單胞菌的生物滴濾進行脫硝實驗，發現脫硝效率達到82.9%～92.4%。

現今國際上對微生物脫硝技術的研究尚處于初始階段，其原因一方面是由于煙氣的氣量通常比較大，且煙氣中的NOx主要以NO形式存在，NO又基本不溶于水，不能進入液相介質中被微生物所轉化，再加上微生物吸附NO的能力差，導致NOx的實際凈化率較低；另一方面，由于對脫氮微生物的基礎研究不夠，致使工業放大有技術上的困難。因此，今后微生物脫硝技術研究的發展方向是：①與其它脫硝方式復合，使微生物作用最大化；②開發相關微生物固定載體及微生物應用放大技術；③加強高效廉價吸附還原NOx的功能菌的選育的研究。

2.2 微波脫硝法

微波脫硝技術是近年來隨著微波電子工業的發展而產生的新型煙氣脫硝技術之一。目前國內外該方面的研究主要集中在微波輔助NOx催化分解技術和微波脫硝與其它技術聯用兩個方面[18]。微波脫硝法具有裝置簡單、一次性投資小、操作簡單、使用壽命長等優點[19]。

微波輔助催化分解技術是利用微波誘導活性炭、沸石等催化劑，使NOx直接分解為N2、CO2或水，并可使NO分解反應溫度顯著降低[20]。以NH4CO3和沸石作為氮、硫氧化物的吸附載體，在溫度為200～250 ℃，微波功率為211～280 W時，脫硫效率可達99.1%，脫硝效率可達86.5%。在該技術中，NH4CO3和沸石起到協同作用[21]。胡玉鋒等[22]在微波加熱下，以硝基芳烴為反應底物，以噴霧干燥氟化鉀為氟化試劑，以四苯基溴化-四乙二醇二甲醚為催化劑，以鄰苯二甲酰氯為NO2-捕捉劑，在二甲亞砜溶劑中經氟代脫硝反應合成一系列含氟芳香族化合物。該反應反應時間短(10 min～2 h)，氟代產物收率和選擇性分別可達20.1%～91.9%和46.1%～94%，均好于相同條件下常規加熱的收率和選擇性。趙毅等[23]采用微波放電NO-O2-H2O-He 體系脫除NO的反應模型，對NO脫除及其轉化進行分析計算，結果發現，微波功率的增大有利于NO的脫除及其向N2的轉化；NO初始濃度的增加降低了體系的微波脫硝效率；脫硝效率隨著模擬煙氣相對濕度的增加而增加；微波放電條件下，O2的加入可增加產物中NO2的生成量；微波放電 NO-O2-H2O-He體系脫除NO為還原和氧化反應共同作用的結果，NO轉化為N2的效率總大于其轉化為NO2的效率。

微波技術同其它如SCR、SNCR 等脫硝技術的聯用也是目前微波脫硝技術研究的熱點之一。姚桂煥等[24]對磁性鐵基SCR輔加磁場試驗結果表明：Fe3O4的SCR活性較差，γ-Fe2O3的活性較好。γ-Fe2O3在250℃以上會氧化氨，200～250℃是γ-Fe2O3催化劑的最佳催化溫度區間。在250℃以下，外加磁場（18.5mT）能促進γ-Fe2O3對NO的吸附，提高脫硝效率；在250℃以上，脫硝效率則降低。Marek A.Wójtowicz等[25]研究了微波-等離子體技術處理SCR、SNCR 中NOx及氨泄漏的方法，發現在無氧環境中NOx去除率幾乎可達100%。目前，國內外對該技術的研究尚處于起步階段，盡管NOx去除率很高，但欠缺理論支持、能耗大、設備費用高、屏蔽防護等問題一時難以解決，也限制了微波脫硝的工業化進程，然而隨著技術的進步，微波在燃煤電廠中的應用仍然具有巨大的潛力和誘人的發展前景。

2.3 液膜法

液膜法凈化煙氣是美國能源部Pittsburgh能源技術中心（PETC）開發的[26]，其原理是利用液體對氣體的選擇性吸收，使低濃度的氣體在液相中富集。液膜為含水液體，置于兩組多微7L憎水的中空纖維管之間，構成滲通器，這種結構可消除操作中時干時濕的不穩定性，延長設備的壽命。用于凈化煙氣的液膜不僅需要有選擇性，同時對氣體還必須具有良好的滲透性。

試驗證明[27]，25 ℃的純水滲透性最好，其次是NaHSO4、NaHSO3的水溶液，后者對含0.05% SO2的氣體的脫硫率可達95%。用Fe2+及Fe3+的EDTA水溶液作液膜，可從含NO 0.05%的煙氣中除去85%的NO。若用含0.01mol/L Fe2+的EDTA溶液作液膜，可同時去除煙氣中的SO2和NOx，其去除率可分別達90%和60%研究表明，25 ℃時純水的滲透性最好；其次是NaHSO4，NaHSO3的水溶液。Lu等[28]選擇純水和Fe2+的EDTA以及微生物混合，制成生物液膜進行脫硝，結果發現，該系統的脫硝效率達到90%，并且成本比單純的Fe2+的EDTA液膜降低很多，在脫硝市場上有較大的潛力。

2.4 脈沖電暈法

脈沖電暈法（PPCP）又稱非平衡等離子法，是20世紀80年代初由日本的Masuda等最先提出的[29]。其原理是利用脈沖電暈放電產生的大量電子（5～20 eV），打斷O—O鍵（5.1 eV）和H—O—H鍵（5.2 eV），形成活性粒子或自由基；這些活性粒子同污染分子（SO2、NOx）反應氧化或還原，在NH3存在的條件，生成相應的銨鹽，由布袋過濾器或靜電除塵器收集，從而達到凈化煙氣的目的。脈沖感應的等離子體在常溫下只提高電子的溫度，不提高離子的溫度，故其能量效率比電子束法至少高兩倍，可同時脫硫脫硝及去除重金屬；而且其電子能量低，避免了電子加速器的使用，也無須輻照屏蔽，增強了技術的安全性和實用性。

Lee等[30]對120kW機組進行PPCP脫硫脫硝工業裝置試驗，煙氣流量42000 m3/h，發現NH3和C3H6的添加可顯著增加SO2和NOx的去除率，使其達到99%和70%，功耗為1.4 W?h/m3。Wang等[31]利用脈沖電暈技術對含水和飛灰的煙氣進行脫硝研究表明：水蒸氣和飛灰含量對脫硝效率有較大影響，在輸入能量為4 W·h/m3、停留時間為6～7 s時，NO和NOx的脫除率分別為42%和29%；Mok等[32]的研究表明：少量丙烯的存在可以減少反應能量消耗，在脈沖能量為3 W?h/m3時，脫硝率可達76%；我國于90年代初開始對該項技術的研究，并于四川綿陽建成一套煙氣處理量為20000 m3/h規模的工業中試裝置，在系統能耗低于4 W?h/m3條件下，脫硝率達93%[33]。

3 我國脫硝技術的發展方向

由環境保護部和國家質檢總局共同發布的《火電廠大氣污染排放標準》(GB 13223—2011)從2012年1月1號起正式實施，其中要求新建機組2012年開始、老機組2014年開始，其氮氧化物排放量不得超出100 mg/m3[34]。這對脫硝技術提出了較高的要求，但目前國內氮氧化物的控制主要依靠低NOx燃燒控制技術，燃燒后的煙氣脫硝技術在國內的研究和應用還相對較少；部分脫硝設備老化，脫硝技術薄弱，高端技術被國外壟斷等等，針對此現狀，作者提出如下幾點建議。

（1）加強技術引進及技術轉化。一方面通過技術引進與技術合作，引進國外脫硝高端技術；另一方面加強技術研發，努力開發具有自主知識產權的脫硝技術，同時加大對SCR催化劑的研究及脫硝新技術的開發。

（2）開發具有中國特色的脫硝技術。SCR脫硝工藝是一項投資及運行成本高，且反應溫度高的脫硝技術，針對我國國情，應開發適合我國的低溫SCR技術，并降低脫硝成本，同時著力發展SNCR與其它如SCR、再燃燒技術、低NOx燃燒器等技術的聯用脫硝技術，達到既降低成本又提高脫硝效率的效果。

（3）開展脫硝新技術及各種技術的聯用的研究。目前SCR-SNCR混合脫硝、微波-SCR聯用、生物絡合聯用等脫硝技術聯用的技術研發已經出現，但工業化放大研究還未出現，因此加強新技術及聯用技術開發，形成若干擁有我國自主知識產權、適合我國國情的脫硝新工藝、新技術，力爭有所突破，使我國在煙氣脫硝市場上占領一席之地。

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Technology status and analysis on coal-fired flue gas denitrification

GU Weirong，ZHOU Mingji，MA Wei
（Elion Resources Group，Beijing 100045，China）

The technology status and analysis on coal-fired flue gas denitrification were reviewed. The selective catalytic reduction (SCR)，selective non-catalytic reduction (SNCR)，SNCR-SCR and their industrialization status were analyzed，the new technologies for control NOxboth at home and abroad were introduced，finally the development of the denitrification technology should be to develop the techniques with Chinese characteristics and enhance the development of new denitrification technologies .

flue gas denitration; NOx；SCR；SNCR

X 701

：A

：1000-6613（2012）09-2084-09

2012-06-05；修改稿日期： 2012-07-06。

及聯系人：顧衛榮（1969—），男，工程師，技術中心副總監，研究方向為能源化工、新材料。E-mail guweirong5258@163.com。