煙氣脫硝技術(shù)與NO的氧化、還原及吸附的特性有關(guān)。根據(jù)反應(yīng)介質(zhì)狀態(tài)的不同,分為液相反應(yīng)法和氣相反應(yīng)法。前者又稱濕法,指利用氧化劑將NO先氧化成NO2,再用液體吸收處理;后者又稱為干法,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(huán)境無毒害作用的N2或轉(zhuǎn)化為硝酸鹽再回收利用,如選擇性催化還原法、選擇性非催化還原法、電子束法、脈沖電暈法及微波法等。干法脫硝技術(shù)是目前工業(yè)研究、應(yīng)用的主流和發(fā)展方向。
1.1選擇性催化還原法(SelectiveCatalyticReduction,SCR)
SCR脫硝技術(shù)是目前國內(nèi)外研究及應(yīng)用的主流技術(shù)之一。該技術(shù)是在含氧氣氛下及催化劑存在時,以氨、尿素或碳?xì)浠衔锏茸鳛檫€原劑,將煙氣中NOX還原為N2和水;在反應(yīng)溫度為300～450℃時,脫硝率可達(dá)70%～90%。其中NH3-SCR技術(shù)較為成熟可靠,目前已在范圍尤其是發(fā)達(dá)國家中取得廣泛應(yīng)用。例SCR脫硝工程也于1999年投運(yùn),近期國內(nèi)多家電站SCR工程也已進(jìn)入設(shè)計階段。但該工藝設(shè)備投資大,所用催化劑昂貴,為大多數(shù)發(fā)展中國家所難以承受;同時存在氨泄漏、設(shè)備易腐蝕、易生成硫酸銨等問題。HC-SCR及低溫SCR工藝是該技術(shù)改良的核心。
HC-SCR脫硝技術(shù)是以有機(jī)化合物如甲烷、丙烯、丙烷及辛烷等代替NH3作為還原劑,克服了NH3-SCR技術(shù)的氨泄漏、設(shè)備腐蝕等不足,并可減少副產(chǎn)物CO的生成。Ernen等以辛烷為還原劑,在Ag/Al2O3催化劑作用下,450℃時脫硝率可達(dá)90%以上;Li等對丙烷在Cu-ZSM-5/堇青石作用下的SCR工藝進(jìn)行了研究,在375～450℃時大脫硝率達(dá)45%。
低溫SCR工藝的反應(yīng)溫度為150～250℃,克服了常規(guī)SCR工藝中需預(yù)熱處理煙氣的缺點,降低了運(yùn)行費(fèi)用。Wang等開發(fā)的CuO/活性炭催化劑,在125～250℃時脫硝率可達(dá)90%;Huang等開發(fā)的V2O5/活性炭催化劑,在150～250℃時脫硝率可達(dá)92%,且抗SO2中毒能力強(qiáng);Xuan等以粉煤灰載銅制備催化劑,在270～310℃時脫硝率可達(dá)95%。
1.2選擇性非催化還原法(SelectiveNon-catalyticReduction,SNCR)
SNCR又稱熱力脫硝,通過在爐膛高溫區(qū)(900～1050℃)均勻噴入氨或尿素等還原劑來實現(xiàn)NOX的脫除。目前約有300多套SNCR裝置應(yīng)用于電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、垃圾焚燒爐及其他燃燒裝置中。該工藝可通過現(xiàn)有中小型鍋爐的改造來實現(xiàn),投資費(fèi)用低,但氨逃逸率高,脫硝效率低。
SNCR與其他如SCR、再燃燒技術(shù)、低NOX燃燒器等技術(shù)的聯(lián)用是目前該技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。Wendt等對SNCR/SCR聯(lián)用工藝進(jìn)行了建模和試驗研究,結(jié)果表明SNCR工藝段脫硝率不低于60%時,SNCR/SCR工藝才是經(jīng)濟(jì)可行的;Han等對再燃燒/SNCR聯(lián)合工藝進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模研究,認(rèn)為其脫硝效率可以達(dá)到80%左右;Hunt等對低NOX燃燒技術(shù)和SNCR的聯(lián)用進(jìn)行了研究,結(jié)果表明低NOX燃燒技術(shù)/SNCR聯(lián)用工藝比單獨(dú)SNCR工藝提高了45%。
隨著國內(nèi)近年來對氮氧化物污染的重視和相關(guān)法律法規(guī)的出臺及實施,我國對氮氧化物排放的控制將日趨嚴(yán)格。目前國內(nèi)氮氧化物的控制主要依靠低NOX燃燒控制技術(shù),燃燒后的煙氣脫硝技術(shù)在國內(nèi)的研究和應(yīng)用還相對較少。針對此現(xiàn)狀,筆者提出如下幾點建議:
(1)對于SCR、SNCR等國外已成功工業(yè)化的脫硝技術(shù),一方面應(yīng)通過技術(shù)引進(jìn)或合作等手段開拓其在我國的應(yīng)用;另一方面,國內(nèi)亦應(yīng)注重其關(guān)鍵技術(shù)如廉價的SCR催化劑、高能電子加速器、輻射屏蔽設(shè)備等的研發(fā),力爭實現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備和催化劑的國產(chǎn)化,大大降低固定投資和運(yùn)行成本。
(2)SCR工藝是一項高起點脫硝技術(shù),但是投資及運(yùn)行成本高。應(yīng)開發(fā)適合我國的低溫SCR技術(shù),著力降低脫硝成本,主要發(fā)展SNCR與其他如SCR、再燃燒技術(shù)、低NOX燃燒器等技術(shù)的聯(lián)用脫硝技術(shù)。
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