脫硝工藝的技術比較

蘭國謙，劉建秋，張江偉

（1.河北省環境保護產業協會，石家莊 050090；2.河北工業職業技術學院，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.河北省環境保護產業協會，石家莊 050090；2.河北工業職業技術學院，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展進行了預估，得出了優先選擇SCR和SNCR，并發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。據統計，2000年我國NOx排放量約為1100萬噸，到2007年達到近1500萬噸，由于我國經濟的快速發展和能耗的不斷增加，NOx排放量持續增加，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是最早實現工業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，在溫度適當的區域注入煙氣中，在煙道氣中產生氨自由基與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、北歐等國家和地區的燃煤電廠廣泛應用。德國電廠配備SCR系統的大約占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煙氣的各種氣體分子，使之產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生廢水，回收的副產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、不產生二次污染等優點，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、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，形成活性基。利用微波具有的高能性，激發和電離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，但實現工業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及以上熱電聯產機組，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先選擇。

（2）發展多種脫硝技術

對于小型NOx污染源治理，可根據具體情況，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）脫硝技術需要創新

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

“十二五”將氮氧化物控制作為約束性指標，氮氧化物控制已經成為繼除塵、脫硫后的又一控制重點。結合現有實用技術進行改進，保證良好的脫除效果，并滿足更高環境保護要求、經濟合理、技術先進的脫硝技術研究開發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].化學工業與工程技術， 2008，29（2）：26-30.

[3] 王偉能.氨法煙氣聯合脫硫脫氮技術工藝[J].能源環境保護，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

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《中國環保產業》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