化学工程论文
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环境工程学综述
——《燃煤电厂烟气脱氮技术的研究》
学院：化学化工学院
专业：应 用 化 学
学号： 00910002
姓名：王 粉 粉
1 燃煤电厂烟气脱氮技术的研究
王粉粉
（内蒙古大学 化学化工学院 2009级应用化学）
摘要：氮氧化物是大气的主要污染物之一，是治理大气污染的一大难题。本文介绍了燃煤电厂锅炉中氮氧化物形成机理，并概述了选择性催化脱硝（SCR）工艺、选择性非催化还原（SNCR)技术、氧化法中的电子束辐照烟气脱硝技术、吸附法以及微生物法等可用于燃煤电厂烟气脱氮技术。最后提出了加强对锅炉排烟中氮氧化物的净化治理的建议。
关键词：燃煤电厂；氮氧化物污染；控制技术
氮氧化物（NOX)是主要的大气污染物之一，它能破坏大气的臭氧层，从而改变紫外线到达地面的强度而引起气候变化。空气中的氮氧化物也是造成酸雨的重要致酸物质，它使土壤和水源酸化，影响农作物生长。氮氧化物与其他污染物在一定条件下可以产生光化学烟雾污染。我国是煤炭生产大国,年产煤量居世界第一，煤炭在我国电力工业中占有举足轻重的地位。而每燃烧1t煤就产生约8-9kg氮氧化物。故燃烧锅炉是我国大气污染的主要污染源,也是氮氧化物污染的主要污染源。近年来，烟气脱氮技术的研究一直是环保领域的新技术前沿研究热点之一。
1、燃煤锅炉中氮氧化物形成机理[1]
控制燃煤锅炉中氮氧化物的排放,防止大气污染,首先需从分析煤燃烧中产生氮氧化物的机理着手。氮氧化物按其在燃煤锅炉中形成的机理分为三种。第一种为燃料型氮氧化物.它是由燃料中的氮(N) 及氮化合物( HCN ,NH ,C2N2 等)
在炉内与氧反应产生的氮氧化物。当炉膛温度在1000-1500 ℃之间,燃料型氮氧化物是锅炉排烟中氮氧化物的主要部分。它的生成除了与燃料本身有关外,还与燃烧状况有很大关系。
第二种为高温型氮氧化物(又称热反应型氮氧化物) ,是当炉膛温度高于1500℃时,空气中氮分子被氧化而生成的。实际燃烧过程中,氮氧化物生成机理很复杂,首先生成一氧化氮,高温状态下生成的一氧化氮,一部分被过剩空气中的氧所氧化生成二氧化氮。
第三种氮氧化物是在高温下,空气中的氮与烃在燃烧过程中的部分中间产物发生反应生成氮原子,氮原子再与氧反应生成一氧化氮。这部分氮氧化物正在燃煤锅炉中所占比例很小,可以忽略不计。
2、还原法
2.1 选择性催化脱硝（SCR）工艺[2]
SCR工艺是在空气预热器前向锅炉烟气中喷入氨气作为还原剂利用氨气的催化作用在较低的工作温度下将还原为无害的N2和H2O。据介绍，SCR工艺用于燃煤电厂锅炉其脱硝效率可达90%左右,催化反应机理如图 1 所示。
主要化学反应：
O3H2NNONO2NHOH217N6NO8NH O6H4NO4NO4NH2232232223
可能发生的副反应：
O6H4NO5O4NHO3HN2NH O6H2N3O4NH2232232223 2
图1 SCR催化反应原理
SCR工艺流程示意图如图2所示：
图2 SCR工艺流程示意图
2.2 选择性非催化还原法(SNCR法)
选择性非催化还原（SNCR)技术[3]是把含有NHX基的还原剂喷入炉膛温度为900-1100℃的区域，该还原剂迅速热分解为NH3并与烟气中得NOX进行反应生成N2和H2O。SNCR技术不用催化剂，不必设计专门的催化反应器。其选择性是指在900-1100℃温度范围内，还原剂只选择与烟气中得氮氧化物反应，而不与氧气发生反应。主要反应为：
(1) 氨为还原剂：
OHNNOxNH 223
(2) 尿素为还原剂：
2222222CONNOxO OHNNOxNH CO2NH2)CO(NH
(3)当温度过高时，超过反应温度窗口时，氨就会被氧化成NOx
OHNOxONH 223
如图3,典型的SNCR系统由还原剂储槽、多层还原剂喷入装置以及相应的控制系统组成。它的工艺简单,操作便捷。SNCR 工艺可以方便地在现有装置上进行改装。因为它不要催化剂床层,而仅仅需要对还原剂的储存设备和喷射系统加以安装,因而初始投资相对SCR 工艺来说要低得多,操作费用与SCR工艺相当。一般情况下SNCR 可达到60%至70%NOX还原率,足以满足有关环保要求。
3 图3 SNCR 工艺流程示意图
3、氧化法
3.1 电子束辐照烟气脱硝技术［4］
电子束照射法脱硫脱氮技术是一种物理与化学相结合的高新技术，是在电子加速器的基础上逐渐发展起来的，已引起了国内外专家的广泛重视。电子束照射法是利用电子加速器产生的高能等离子体氧化烟气中的SO2和NOX等气态污染物。经电子束照射，烟气中的SO2和NOX接受电子束而强烈氧化，在极短时间（约十万分之一秒）被氧化成硫酸和硝酸，氧化后的酸与加入的氨反应生成（NH4）2SO4和NH4NO3的微细粉粒，粉粒经捕集器回收作农肥，净化气体经烟囱排入大气。该技术流程图如图4所示。
东京大学等单位研究结果表明,烟气经过高能量电子束照射,烟气中的氧分子和水分子,获得能量发生裂解,产生强氧化性的OH、O和HO2原子团,这些强氧化性的原子团对烟气中氮氧化物和二氧化硫进行氧化生成硝酸和硫酸分子。
42HO、OH23HO、O、OHXSOHSOHNONO22
图4 电子束辐照烟气脱硝技术流程示意图
4、吸附法
吸附法是利用吸附剂对NOX的吸附量随温度或压力的变化而变化，通过周期性地改变操作温度或压力，控制NOX的吸附和解吸，使NOX从气源中分离出来，属于干法脱硝技术。根据再生方式的不同，吸附法可分为变温吸附法和变压吸附法。 4 常用的吸附剂有杂多酸、分子筛、活性炭、硅胶及含NH3的泥煤等吸附法脱氮技术净化效率高，不消耗化学物质，设备简单，操作方便。但是由于吸附剂吸附容量小，需要的吸附剂量大，设备庞大，需要再生处理；而且为间歇操作，投资费用较高，能耗较大。
5、微生物法
微生物法处理烟气脱氮就是利用微生物的生命活动将NOX转化为无害的无机物及微生物的细胞质。由于该过程难以在气相中进行，所以气态的污染物先经过从气相转移到液相或固相表面的液膜中的传质过程，可生物降解的可溶性污染物从气相进入滤塔填料表面的生物膜中，并经扩散进入其中的微生物组织。然后，污染物作为微生物代谢所需的营养物，在液相或固相被微生物降解净化。微生物法目前还处于实验阶段，而且存在着明显的缺点，例如填料塔的空塔气速、烟气温度、反硝化菌的培养、细菌的生长速度和填料的堵塞等等问题都有待于解决。
结束语
为了减少燃煤锅炉烟气中氮氧化物对大气的污染,一方面要改进锅炉燃烧技术抑制其生成,另一方面要加强对锅炉排烟中氮氧化物的净化治理。目前,国内外已开发了多种脱硝工艺,评价各种工艺应从氮氧化物净化率,装置成本,运行费用以及副产物处理和二次污染等多方面综合评价。在这方面,国外技术开发较早,已积累了丰富经验,适当引进国外技术是必要的,但最终必须实现国产化。针对我国国情,特别是经济承受能力,选用何种控制技术,应因地制宜,充分利用当地资源,做到经济上可行、技术成熟,运行可靠。
参考文献
[1]钱斌，燃煤锅炉氮氧化物的污染及控制技术综述[J].有色冶金设计与研究,2000,
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[2]王世国,黄晓东.火电厂SCR 脱硝催化剂的研究进展[J].化工文摘，2009（5）：55-60.
[3]朱江涛,王晓晖,田正斌等.SNCR 脱硝技术在大型煤粉炉中应用探讨[J].能源研究与信
息,2006,22(1):18-21.
[4]张艳桥.我国火电行业NOX排放现状及烟气脱氮技术发展[J].环境保护与循环经济,
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