脱硝技术及其应用现状

秦光武

（合肥天然环保工程技术有限公司，安徽合肥231603）

氮氧化物（NOx）是一类主要的大气污染物，通常由工业生产燃煤过程中产生[1-4]。它是化学烟雾和酸雨形成的主要原因，不仅会对动物的中枢神经和呼吸道等器官造成损害，还会抑制植物生长。随着工业的不断发展，煤炭等能源的消耗日益增加，使得氮氧化物的排放量也随之增加，威胁环境。氮氧化物的控制和处理越来越受到世界各国的重视，我国正处于工业的飞跃发展期，又是一个煤炭大国，因而采用有效的脱硝措施保护环境，显得尤为重要[5-6]。

本文介绍了NOx的产生机理和危害以及常见的脱硝方法和优缺点比较，并总结了国内外脱硝治理的发展现状。

1 NOx的危害

NOx 主要包括 N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等化合物[7-9]，在燃煤过程中产生的氮氧化物主要是一氧化氮（NO），约占90%左右，其毒性不大，相对无害。在大气中一氧化氮被氧化成二氧化氮（NO2），它是一种氧化剂，对人体有毒害作用，可以引起呼吸道疾病（如咳嗽和咽喉痛）。NO2在强阳光照射下，还会与空气中的挥发性有机物结合，反应生成臭氧、过氧乙酰硝酸酯等更强的氧化剂，对人体和环境造成更大的危害。

大气中NOx的综合危害主要表现为：对人体的毒害作用（尤其是NO2）；抑制植物的生长；是酸雨、酸雾的始作俑者；与一些碳氢有机化合物作用，形成光化学烟雾；参与臭氧层的破坏。

2 脱硝的常见方法

目前，主要的脱硝方法有选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）、联合工艺（SNCR-SCR）、微生物吸收法、电子束法、活性炭吸附法等。

2.1 选择性催化还原法（SCR）

选择性催化还原法指的是在反应温度300℃～400℃下，在催化剂的作用下发生氧化还原反应，使NOx转化为氮气和水。其反应式如下[10-12]：

上述反应中，化学式（1）是选择性催化还原法脱硝过程中烟气的主要反应，还原剂一般选择的是氨水、液氨和尿素，催化剂一般为金属氧化物（V2O5、MnO2等）。利用该方法脱硝的效率较高，通常可以去除80%～90%的NOx，将烟气中的NOx浓度控制在约100 mg/m3及以内。选择性催化还原法脱硝效率高，二次污染小，技术成熟，但综合成本费用较高。

2.2 选择性非催化还原法（SNCR）

选择性非催化还原法是还原剂在炉膛中高温分解成NH3，与NOx反应生成氮气和水，反应温度在800℃～1 200℃。其反应式如下：

选择尿素为还原剂时，尿素首先热分解成氨再进行反应。该技术最早出现在上世纪70年代的日本，反应受到温度、反应配比、停留时间等影响，通常脱硝率在30%～60%左右。该方法技术难度大，难以保证反应温度和停留时间，未反应完全的还原剂容易造成二次污染，不过该方法不使用催化剂，设备相对较少，运行成本费用低。

2.3 联合工艺（SNCR-SCR）

联合工艺（SNCR-SCR）是把SCR脱硝工艺和SNCR脱硝工艺结合起来，并保持了二者的优点。该工艺分为两个反应阶段：第一阶段在炉膛中加入氨或尿素进行SNCR反应，除去一部分的NOx；第二阶段是伴随着烟气溢出，氨气与烟气一起进入SCR反应，进一步脱硝。

该工艺的主要反应式为（1）（5）（6），结合了 SNCR脱硝工艺运行费用的优点，避免了氨气逃逸带来的二次污染。二次的SCR脱硝工艺对催化剂的依赖减小，相应的运行费用也降低，综合脱硝率达到70%～85%，且费用相对较低。

3 脱硝应用工业现状

目前控制NOx的主要思路有两种：一种是抑制NOx的生成；另一种是将已生成的NOx还原。低NOx燃烧技术主要为空气分级燃烧技术、再燃技术、低NOx燃烧器、烟气再循环技术等。目前世界上使用最普遍的低NOx燃烧技术是空气分级燃烧技术，该技术首先出现在二十世纪50年代的美国。低NOx燃烧器也是常见的低NOx燃烧技术之一，主要分为直流式和旋流式两大类。

选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）和联合工艺（SNCR-SCR）三种脱硝方法由于自身的优缺点，都有一定的应用，其中SCR技术最成熟，应用最广泛。在实际工程应用中，SCR脱硝装置还有很多需要攻克的挑战，例如：催化剂的失活及管理、锅炉尾部受热面污染、氨对灰的污染等。

我国在NOx的处理上，同时应用了以上两种思路，采用低NOx燃烧技术和烟气脱硝技术[13]。

4 结论

工业化推动了人类的进步，但也造成了诸如NOx等环境问题，为实现可持续化发展，环境的治理势在必行。目前大规模的脱硝技术应用并不多，而NOx的处理又迫在眉睫。国家环保政策的驱动，脱硝的新技术、新工艺的不断涌现，可以预见在不久的将来我国脱硝技术将实现飞跃发展。