氮氧化物控制原理及技术

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1、氮氧化物排放控制原理及新技术中国环境学会  2011年03月31日　　李俊华，陈亮，常化振，郝吉明         清华大学环境科学与工程系　　(通讯地址：清华大学环境系，100084，Tel：62771093，email：lijunhua@tsinghua.edu.cn)　　 　　摘要：NOx排放量逐年增加，造成区域酸沉降趋势不断恶化，大气中二次颗粒物臭氧（O3）和微细可吸入颗粒物（PM2.5）居高难下，严重影响人体健康和生态环境质量。本文介绍了我国NOx排放趋势,重点讨论了NOx控制原理及关键控制技术的研究进展。基于目前烟气脱硝技术存在的问题，提出了脱硝催化剂原材料和

2、制备工艺国产化、针对我国不同煤种研究催化剂适应性的问题，以及下一步燃煤烟气协同污染控制最新研究方向。　　关键词：氮氧化物，燃煤烟气，稀燃汽车，排放，脱硝催化剂，协同控制　　 　　1 我国NOx排放现状　　《国家环境保护“十一五”规划》提出确保实现SO2减排目标，实施燃煤电厂脱硫工程，实施酸雨和SO2污染防治规划，重点控制高架源的SO2和NOx排放，综合改善城市空气环境质量。随着“十一五”期间对电厂实施烟气脱硫效果明显，大气SO2浓度及硫沉降均有所下降。但NOx作为一类主要的大气污染物，在我国其排放量仍在增加，不仅对人体健康造成直接危害，同时也不仅会造成空气中NO2浓度的增

3、加、区域酸沉降趋势不断恶化，还会使对流层O3浓度增加，并在空气中形成微细颗粒物（PM），影响大气环境质量[1,2]。　　我国以煤为主的能源结构和发电结构，使得燃煤成为NOx的最大来源，全国NOx排放量的67%来自煤炭燃烧，其中燃煤电厂是NOx排放的最大分担者。2007年全国NOx排放量为1643.4万吨，工业排放NOx1261.3万吨，其中火电厂排放811万吨，占全国NOx排放量的49.4%，占工业NOx排放的64.3%[3]。今年NOx排放量将达到1800万吨，未来若无控制措施，NOx排放在2020年将达到3000万吨以上，届时我国将成为世界上第一大NOx排放国，污染将

4、进一步加重，污染进一步加重。我国于2004年1月1日起执行的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223—2003），将新建燃煤电厂的氮氧化物的排放浓度控制在450mg/Nm3。对于氮氧化物污染严重和环境容量有限的经济发达地区，当地政府提出了更高的排放要求，如北京为了迎接2008年奥运会，将NOx排放标准严格到100mg/Nm3。因此针对重点源开展NOx排放控制原理及新技术的研究变得十分必要和迫切。　　2固定源烟气NOx排放控制原理及技术　　通常把通过改变燃烧条件来降低燃料燃烧过程中产生的NOx的各种技术措施统称为低NOx燃烧技术。通常情况下，采用各种低NOx燃烧技术最多

5、仅能降低NOx排放量的50%左右。因此，当对燃烧设备的NOx排放要求较高时，单纯采用燃烧改进措施往往不能满足排放要求，这就需要采用尾部烟气脱硝技术来进一步降低NOx的排放。燃烧后烟气脱硝技术是指通过各种物理、化学过程使烟气中的NOx还原或分解为N2，或者以清除含N物质的方式去除NOx。按反应体系的状态，烟气脱硝技术可大致分为干法（催化法）和湿法（吸收法）两类。湿法烟气脱硝是指各种利用水或酸、碱、盐及其他物质的水溶液来吸收废气中的NOx，使废气得以净化的工艺技术方法。但该技术存在一些难以克服的问题造成应用价值有限。　　干法烟气脱硝技术主要包括选择性催化还原法（SCR）、选择

6、性非催化还原法（SNCR）、电子束法（EB）、脉冲电晕低温等离子体法（PCIPCP）、SNRB（SOx-NOx-ROx-BOx）联合控制工艺、联合脱硝脱硫技术（SNOx）工艺、固体吸收/再生法等。与湿法脱硝技术相比，干法脱硝技术效率较高、占地面积较小、不产生或很少产生有害副产物，也不需要烟气加热系统，因此绝大部分电厂锅炉采用干法烟气脱硝技术。下面重点介绍氨气选择性催化还原法（NH3-SCR）的烟气脱硝技术。　　2.1氨气选择性催化还原NOx技术原理　　氨选择性催化还原NOx（NH3-SCR）脱硝技术是还原剂NH3在催化剂作用下选择性将NOx还原为N2的方法。对于固定源脱硝

7、来说，主要是采用向温度约为280～420oC的烟气中喷入尿素或氨，将NOx还原为N2和H2O。　　如果尿素做还原剂，首先要发生水解反应：　　NH2-CO-NH2→NH3+HNCO(异氰酸)                     （1）　　HNCO+H2O→NH3+CO2                                       （2）　　氨选择性还原NOx的主要反应式如下：　　4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O                               （3）　　8NH3+6NO2→