氮氧化物的综合治理技术研究

        NOx种类很多，造成大气污染的主要是NO和NO2，因此环境学中的NOx一般就指这二者的总称。

       大气中的NOx主要源于化石燃料的燃烧和植物体的焚烧，以及农田土壤和动物排泄物中含氮化合物的转化。就全球来看，空气中的NOx主要来源于天然源，但城市大气中的NOx大多来自于燃料燃烧，即人为源，如汽车等流动源，工业窑炉等固定源。人为活动排放的NOx，大部分来自化石燃料的燃烧过程，如汽车、飞机、内燃机及工业窑炉的燃烧过程；也来自生产、使用硝酸的过程，如氮肥厂、有机中间体厂、有色及黑色金属冶炼厂等。据计算，各种燃料燃烧产生的NOx量如表1所示：

        NOx与空气中的水结合最终会转化成硝酸和硝酸盐，随着降水和降尘从空气中去除。以NO和NO2为主的NOx是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因。汽车尾气中的NOx与碳氢化合物经紫外线照射发生反应形成的有毒烟雾，称为光化学烟雾。光化学烟雾具有特殊气味，刺激眼睛，伤害植物，并能使大气能见度降低。

       此外，NOx还可以因飞行器在平流层中排放废气，逐渐积累，而使其浓度增大。NOx再与平流层内的O3发生反应生成NO与O2，NO与O3进一步反应生成NO2和O2，从而打破O3平衡，使O3浓度降低，导致O3层的耗损。

适用于治理各种污染源排放出的NOx。可分为选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）、微晶材料低温脱硝技术等。

⭐（1）选择性还原法（SCR）

SCR 是最一种烟气脱硝技术, 最早由日本于20世纪60年代后期完成商业运行, 是利用还原剂(NH3或尿素)在金属催化剂作用下, 选择性地与NOx反应生成N2和H2O,而不是被O2氧化, 故称为“选择性”。世界上流行的SCR工艺主要分为氨法SCR和尿素法SCR两种，在催化剂的作用下将NOx(主要是NO)还原为对大气没有多少影响的N2和H2O。

        还原剂为NH3，反应式如下：

      4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

        6NO2+8NH3→7N2+12H2O

        还原剂为尿素，反应式如下：

CO(NH2)2+2NO+O2→2N2+CO2+2H2O

        在SCR中使用的催化剂大多以TiO2为载体，以V2O5或V2O5-WO3或V2O5-MoO3为活性成分，制成蜂窝式、板式或波纹式三种类型。应用于烟气脱硝中的SCR催化剂可分为高温催化剂（345℃～590℃）、中温催化剂（260℃～380℃）和低温催化剂（80℃～300℃）， 不同的催化剂适宜的反应温度不同。如果反应温度偏低，催化剂的活性会降低，导致脱硝效率下降，且如果催化剂持续在低温下运行会使催化剂发生永久性损坏；如果反应温度过高，NH3容易被氧化，NOx生成量增加，还会引起催化剂材料的相变，使催化剂的活性退化。国内外SCR系统大多采用高温，反应温度区间为315℃～400℃。

SCR脱硝系统流程一般由还原剂系统、催化反应系统、公用系统、辅助系统等组成。典型火电厂烟气SCR脱硝系统流程图如图1所示：

        SCR脱硝优点：效率高，价格相对低廉，广泛应用在国内外工程中。

缺点：氨逃逸、空预器堵塞问题，NH3量不足会导致NOx的脱除效率降低，但在工程实践中，为提高尾气中NOx脱除效率，达到排放标准，运行中喷入过量NH3，NH3过量又会带来氨逃逸量增加，加上SO3的叠加，产生的气溶胶会对环境造成二次污染，同时NH3与SO3易形成NH4HSO4和(NH4)2SO4造成堵塞或腐蚀空气预热器；

       脱硝催化剂在每次再生时，有部分催化剂因破损等物理结构破坏而无法再生，或者部分厂家的脱硝催化剂不能再生；

      SO3转化率增加，催化剂中的V、Mn、Fe等多种金属会对SO2的氧化起催化作用，使SO2转化为SO3的氧化率较高，会导致烟气排放蓝烟问题。

⭐（2）选择性非催化还原（SNCR）

SNCR是指无催化剂的作用下，在适合脱硝反应的“温度窗口”内喷入还原剂将烟气中的NOx还原为无害的N2和H2O。该技术一般采用炉内喷氨、尿素或氢氨酸作为还原剂还原NOx。还原剂只和烟气中的NOx反应，一般不与O2反应，该技术不采用催化剂，所以这种方法被称为选择性非催化还原法（SNCR）。由于该工艺不用催化剂，因此必须在高温区加入还原剂。还原剂喷入炉膛温度为850～1100℃ 的区域，迅速热分解成NH3，与烟气中的NOx反应生成N2和H2O。

       该法受锅炉结构尺寸影响很大，多用作低氮燃烧技术的补充处理手段，脱硝效率低（30～50%）。其工程造价低、布置简易、占地面积小，适合老厂改造，新厂可以根据锅炉设计配合使用。

       用分子筛等吸附剂吸附烟气中的NOx。氢型丝光沸石、13X型等分子筛、硅胶、泥煤、活性炭和活性焦等是良好的NOx吸附剂。在有O2存在时，分子筛不仅能吸附NOx还能将NO氧化成NO2。通入热空气(或热空气与蒸汽的混合物)解吸，可回收硝酸(HNO3)或NO2。硝酸尾气中的NOx经过吸附处理可控制在50ppm以下。吸附法还可用于其他低浓度NOx废气的治理。 

微晶材料低温脱硝技术同其他技术相比，具有如下优势：

（1）脱N0x效率高，可达98%以上，满足超低排放需求；

（2）运行温度低，150-280℃下稳定运行，符合大部分烟气温度范围；

（3）运行过程中不使用或者少投用氨气、氨水、尿素等，降低了烟气运行成本，同时避免了氨逃逸现象，规避了硫酸氢铵和硫酸铵的生成；

（4）系统投资少、占地小、运行成本低；

（5）系统安全稳定运行，不产生新的排放点，无污染无危废；

（6）不引入燃气对烟气进行升温，有效降低运行成本及其他固定资产投入；

（7）自控简单，避免使用昂贵的在线仪表；

（8）具有自主知识产权，不受外国企业控制。