顧衛(wèi)榮，周明吉，馬 薇

（億利資源集團(tuán)有限公司，北京 100045）

燃煤煙氣脫硝技術(shù)的研究進(jìn)展

顧衛(wèi)榮，周明吉，馬 薇

（億利資源集團(tuán)有限公司，北京 100045）

對燃煤煙氣脫硝現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了綜述。重點(diǎn)對選擇性催化還原法（SCR）、非選擇性催化還原法（SNCR）、SNCR-SCR聯(lián)合脫硝法等工藝及工業(yè)化現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并對國內(nèi)外脫硝新技術(shù)進(jìn)行了介紹，最后針對環(huán)保要求提出了我國脫硝技術(shù)應(yīng)以開發(fā)中國特色的脫硝技術(shù)和加強(qiáng)新技術(shù)的研發(fā)為方向。

煙氣脫硝；氮氧化物；選擇性催化還原法；非選擇性催化還原法

在大氣污染物中，最主要的是燃煤引起的污染，燃煤煙氣中的二氧化硫、氮氧化物（NOx）是影響我國環(huán)境空氣質(zhì)量的主要污染源。2011年初通過的“十二五”規(guī)劃綱要，首次將NOx列入約束性指標(biāo)體系，要求減少10%[1]，從而使NOx成為我國下一階段污染減排的重點(diǎn)。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，分為干法脫硝和濕法脫硝，其中干法脫硝技術(shù)是目前工業(yè)研究、應(yīng)用的主流和發(fā)展方向。

本文作者對燃煤煙氣脫硝現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了綜述，重點(diǎn)對干法脫硝技術(shù)中的選擇性催化還原法（SCR）、選擇性非催化還原法（SCNR）、SCR-SNCR混合脫硝法工藝進(jìn)行了分析與比較，并對國內(nèi)外脫硝技術(shù)的新進(jìn)展進(jìn)行了介紹。

1 干法脫硝技術(shù)

干法脫硝是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。干法脫硝技術(shù)包括選擇性催化還原法（SCR）、非選擇性催化還原法（SCNR）、SCR-SNCR混合脫硝法等。

1.1 SCR脫硝技術(shù)

SCR工藝是目前商業(yè)應(yīng)用最為廣泛的煙氣脫硝技術(shù)。SCR工藝是由美國Eegelhard公司開發(fā)，并于1959年申請了專利，而由日本率先在20世紀(jì)70年代對該方法實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化[2]。SCR煙氣脫硝裝置采用選擇性催化還原煙氣脫硝工藝，在320～420 ℃的環(huán)境下，在特定的催化劑作用下，吹入NH3使NOx還原為N2和H2O，達(dá)到脫除NOx的目的。

1.1.1 SCR脫硝技術(shù)反應(yīng)過程

1.1.2 SCR脫硝工藝流程

SCR脫硝工藝流程主要分為兩個應(yīng)用方向：

（1）燃煤鍋爐煙氣脫硝：鍋爐—→省煤器—→脫硝反應(yīng)器—→空預(yù)器—→除塵脫硫裝置—→引風(fēng)機(jī)—→煙囪

（2）工業(yè)窯爐煙氣脫硝：窯爐—→余熱鍋爐前段—→脫硝反應(yīng)器—→余熱鍋爐后段—→除塵脫硫裝置—→引風(fēng)機(jī)—→煙囪

SCR脫硝工藝圖如圖1[3]所示。

圖1 SCR脫硝工藝圖

1.1.3 SCR脫硝技術(shù)的工業(yè)化現(xiàn)狀

（1）國際上SCR脫硝技術(shù)的工業(yè)化現(xiàn)狀 1975年在日本Shimoneski電廠建立了第一個SCR系統(tǒng)的示范工程，其后SCR技術(shù)在日本得到了廣泛應(yīng)用[4]。日本的巴布科克日立（BHK）也是最早研發(fā)SCR脫硝系統(tǒng)和催化劑的公司，迄今為止，其產(chǎn)品已經(jīng)先后覆蓋了日本、歐洲、美國、中國臺灣、韓國和中國大陸，應(yīng)用了其產(chǎn)品的機(jī)組總量超過580套，其中燃煤電站機(jī)組應(yīng)用居世界第一，總量超過8×104MW，SCR脫硝裝置2010年度的全球市場份額為26%，位居世界第一。三菱重工是日本最大的機(jī)械集團(tuán)，主要經(jīng)營能源、環(huán)保、機(jī)械生產(chǎn)、宇宙機(jī)器生產(chǎn)、航空等領(lǐng)域的業(yè)務(wù)。在環(huán)保領(lǐng)域，三菱重工是世界上最早擁有SCR法煙氣脫硝技術(shù)和催化劑生產(chǎn)技術(shù)的公司之一，從1976年建立第一臺脫硝裝置至今，已在世界范圍內(nèi)建造了600多套SCR法煙氣脫硝裝置。美國巴威（B&W）公司于1982年開始展開對SCR脫硝技術(shù)的研究，目前其SCR技術(shù)在北美市場占用率處于第一位，該公司典型案例為：Bruce Mansfield 電站1-3號機(jī)組3×850MW SCR脫硝項(xiàng)目、Chesterfield 6號機(jī)組 600 MW SCR脫硝項(xiàng)目及Kincaid 1&2 2×650MW SCR脫硝項(xiàng)目等。德國Reuter West電站位于柏林，有一熱態(tài)、高灰SCR裝置，SCR反應(yīng)器裝在省煤器和空氣預(yù)熱器之間，常規(guī)的平均溫度是360 ℃，NOx的轉(zhuǎn)換率超過85%。由于低SO2生成率和低NH3滲漏，空氣預(yù)熱器從未發(fā)生阻塞，而且從運(yùn)行起一直不必清洗，催化層1個星期進(jìn)行1次吹灰，運(yùn)行效果很好。丹麥弗洛微升有限公司負(fù)責(zé)的華電望亭2×660 MW SCR脫硝項(xiàng)目，該項(xiàng)目是“上大壓小”的改建項(xiàng)目，脫硝工程和機(jī)組建設(shè)同步進(jìn)行。脫硝工程于2010年投運(yùn)，脫硝效率高達(dá)94.5%，獲中國電力建設(shè)企業(yè)協(xié)會“2010年度中國電力優(yōu)質(zhì)工程獎”，該脫硝工程項(xiàng)目達(dá)到了高效率和低氨逃逸，保護(hù)了催化劑的活性，保障脫硝系統(tǒng)長期安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

目前在歐洲已有一百二十多臺大型裝置的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，其NOx的脫除率可達(dá)到80%～90%。日本大約有170套裝置，接近100 GW容量的電廠安裝了這種設(shè)備，美國政府也將SCR技術(shù)作為主要的電廠控制NOx技術(shù)，SCR方法已成為目前國際上電廠脫硝比較成熟的主流技術(shù)[5]。

（2）國內(nèi)SCR脫硝技術(shù)的工業(yè)化現(xiàn)狀 我國火電廠SCR煙氣脫硝技術(shù)于20世紀(jì)90年代引進(jìn)日本技術(shù)在福建后石電廠的600 MW機(jī)組率先建成。目前我國已有幾十家環(huán)保工程公司分別引進(jìn)了日本三菱和日立公司、美國B&W公司和燃料技術(shù)公司、丹麥托普索公司、德國魯奇和FBE公司、意大利TKC公司等公司的煙氣脫硝技術(shù)。我國首臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的SCR煙氣脫硝工程于2006年1月20日在國華太倉發(fā)電有限公司600MW機(jī)組成功運(yùn)行，該工程中的關(guān)鍵設(shè)施：脫硝反應(yīng)器、噴氨格柵、供氨系統(tǒng)等均由蘇源環(huán)保公司獨(dú)立開發(fā)設(shè)計(jì)，脫硝催化劑采用日立造船的產(chǎn)品。龍凈環(huán)保引進(jìn)了丹麥托普索的技術(shù)，典型工程有福建華電可門電廠二期2×600 MW機(jī)組SCR煙氣脫硝工程。國電龍?jiān)匆M(jìn)了日本觸媒化成和德國FBE的技術(shù)，典型工程有江陰利港4×600 MW、國電浙江北侖第三發(fā)電有限公司2×1000 MW等接近20家電廠鍋爐脫硝工程。遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保引進(jìn)了意大利TKC的技術(shù)，典型工程有上海外高橋第三發(fā)電廠1000 MW煙氣脫硝工程。清華同方引進(jìn)了意大利TKC的技術(shù)，典型工程有浙江大唐沙山發(fā)電廠1×600 MW、華能北京熱電廠4×250 MW、北京京能熱電股份4×200 MW煙氣脫硝工程。大唐引進(jìn)了日本日立的技術(shù)，典型工程有山西陽城電廠二期600 MW等。華電引進(jìn)了日本三菱的技術(shù)，典型工程有江蘇望亭發(fā)電廠2×660 MW、寧夏華電靈武電廠二期2×1000 MW、四川華電珙縣電廠2×600 MW、河北沙河電廠2×600 MW煙氣脫硝工程等。東方鍋爐引進(jìn)德國魯奇的技術(shù)，典型工程有廣東恒運(yùn)電廠2×300 MW、濟(jì)寧電廠2×300 MW、華電長沙電廠2×600 MW等煙氣脫硝工程。哈爾濱鍋爐引進(jìn)日本三菱的技術(shù)，典型工程有華潤河南登封2×600 MW、國信靖江2×660 MW、彰武工程2×660 MW、華能岳陽工程2×600 MW、等煙氣脫硝工程。根據(jù)中電聯(lián)的報(bào)告，2011年度環(huán)保公司投運(yùn)的脫硝工程容量見表1[6]。

表1 2011年度環(huán)保公司投運(yùn)的脫硝工程容量

在SCR脫硝技術(shù)中，催化劑至關(guān)重要，大部分脫硝過程中的費(fèi)用也都來自催化劑的老化和還原劑的消耗。脫硝催化劑的投資通常占整個脫硝投資的40%～60%，而“十二五”期間煙氣脫硝將給脫硝催化劑帶來近二百多億元的新市場[7]，目前國內(nèi)生產(chǎn)催化劑用的鈦白粉制作技術(shù)被國外少數(shù)公司壟斷，因此，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的SCR脫硝催化劑對我國煙氣脫硝發(fā)展有重大意義。2005年，東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司與德國KWH公司合資成立的成都東方凱特瑞環(huán)保催化劑有限責(zé)任公司，合作生產(chǎn)脫硝催化劑，計(jì)劃每年生產(chǎn)SCR催化劑的能力為4500 m3?？屏汁h(huán)保公司等也效仿其模式，建立了脫硝催化劑生產(chǎn)基地。而大唐環(huán)境、浙江菲達(dá)、山東三融、蘇源環(huán)保、重慶遠(yuǎn)達(dá)等公司也都在積極組織脫硝催化劑的研究和開發(fā)，為SCR法煙氣脫硝技術(shù)深度開發(fā)和推廣應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。表2為2011年我國主要SCR脫硝催化劑生產(chǎn)商及產(chǎn)能表[7]。

表2 我國主要催化劑生產(chǎn)廠商

1.2 SNCR 煙氣脫硝技術(shù)

選擇性非催化還原（SNCR）脫硝工藝是將含有NHx基的還原劑（如氨氣、氨水或者尿素等）噴入爐膛溫度為900～1100 ℃的區(qū)域，還原劑通過安裝在屏式過熱器區(qū)域的噴槍噴入，該還原劑迅速熱分解成 NH3和其它副產(chǎn)物，隨后 NH3與煙氣中的NOx進(jìn)行SNCR反應(yīng)而生成N2和H2O。SNCR是當(dāng)前NOx治理中廣泛采用且具有前途的爐內(nèi)脫硝技術(shù)之一。

1.2.1 SNCR脫硝技術(shù)反應(yīng)過程

（1）NH3作為還原劑

（2）尿素作為還原劑

1.2.2 SNCR脫硝系統(tǒng)介紹

脫硝系統(tǒng)主要由還原劑存儲與制備、輸送、計(jì)量分配、噴射系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等幾部分組成。

圖2 SNCR脫硝工藝圖

1.2.3 SNCR脫硝工藝流程

流程：還原劑—→鍋爐/窯爐(反應(yīng)器) —→除塵脫硫裝置—→引風(fēng)機(jī)—→煙囪

SNCR脫硝工藝流程圖如圖2[3]所示。

1.2.4 SNCR脫硝技術(shù)國內(nèi)外工業(yè)化現(xiàn)狀

SNCR是一項(xiàng)成熟的技術(shù)。1974年在日本首次投入商業(yè)應(yīng)用，到目前為止，全世界大約有三百套SNCR裝置應(yīng)用于電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、市政垃圾焚燒爐和其它燃燒裝置[8]。

（1）國外 SNCR脫硝技術(shù)的工業(yè)化現(xiàn)狀 目前國外應(yīng)用SNCR技術(shù)的主要公司有美國燃料技術(shù)公司、丹麥弗洛微升和瑞典Petro Milj?公司等。美國燃料技術(shù)公司（Fuel Tech）位于美國德拉維爾州，以煙氣脫硝工藝（NOxOUT）為基礎(chǔ)，并使該技術(shù)發(fā)展成為能夠以量身定做的方式滿足客戶各種需求的綜合性技術(shù)（SNCR、SCR、SNCR/SCR混合技術(shù)），在脫硝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、化學(xué)研究和控制方面進(jìn)行了多項(xiàng)改進(jìn)，成功承擔(dān)了七百多項(xiàng)工程。丹麥弗洛微升有限公司是一家專業(yè)的環(huán)保技術(shù)公司致力于重工業(yè)氮氧化合物的脫除。弗洛微升能提供成套的SCR和SNCR脫硝解決方案，廣泛應(yīng)用于電廠、垃圾焚燒廠、工業(yè)鍋爐和水泥爐窯。廣州李坑垃圾焚燒發(fā)電二廠3×750 t/d SNCR脫硝工程、深圳平湖一期3×225 t/d SNCR脫硝工程、重慶豐盛垃圾焚燒廠4×600 t/d SNCR脫硝工程、灞橋電廠2×300 MW SNCR工程和東莞雙洲流化床240 t/hSNCR脫硝工程。瑞典Petro Milj?公司成立于1992年，目前在SNCR高效脫硝市場上占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位，目前，Petro Milj?在NOx低水平排放所方面所取得成就已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在世界各地，已為世界各地提供了一百四十多套系統(tǒng)。目前其SNCR在中國的應(yīng)用主要有：蘇州生活垃圾焚燒發(fā)電廠一期、二期工程，武漢深能環(huán)保新溝垃圾發(fā)電廠500 t級，南山垃圾發(fā)電廠二期，深圳市平湖垃圾焚燒發(fā)電廠二期等。

（2）國內(nèi) SNCR脫硝技術(shù)的工業(yè)化現(xiàn)狀 國內(nèi)目前SNCR脫硝技術(shù)主要依靠技術(shù)引進(jìn)，北京福泰克環(huán)?？萍加邢薰臼敲绹剂霞夹g(shù)公司（Fuel Tech，Inc.）為了滿足中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展而對環(huán)境保護(hù)事業(yè)需求增強(qiáng)而成立的全資中國子公司。目前，已有8臺600 MW燃煤電站鍋爐SNCR投運(yùn)，1臺220 t/h CFB鍋爐SNCR投運(yùn)，1臺130 t/h CFB鍋爐SNCR投運(yùn)，4臺75 t/h CFB鍋爐LNB/OFA+SNCR投運(yùn)，2臺220 t/h煤粉爐SNCR投運(yùn)；在建項(xiàng)目：4臺600 t/d垃圾焚燒鍋爐SNCR系統(tǒng)，2臺400 t/d垃圾焚燒鍋爐SNCR系統(tǒng)，4×260 t/h CFB氨水SNCR系統(tǒng)。南京龍?jiān)喘h(huán)保工程有限公司引進(jìn)美國燃料技術(shù)公司（Fuel Tech）的選擇性非催化還原煙氣脫硝技術(shù)，利港電廠2×600 MW+2×600 MW燃煤發(fā)電機(jī)組SNCR煙氣脫硝EPC工程等。丹麥弗洛微升：工業(yè)鍋爐 SNCR典型業(yè)績?yōu)闁|莞雙洲 1×240 t/h流化床SNCR脫硝項(xiàng)目，燃煤機(jī)組SNCR典型業(yè)績?yōu)殄睒螂姀S 2×300 MW SNCR脫硝工程，水泥爐窯SNCR典型業(yè)績?yōu)橐陨腥债a(chǎn)7000t離線爐SNCR系統(tǒng)等。上海泰欣引進(jìn)瑞典Petro Milj?公司的技術(shù)，典型工程蘇州生活垃圾焚燒發(fā)電廠3×350+2×500 t/d，在全世界水泥行業(yè)和垃圾焚燒行業(yè)有業(yè)績150個。

1.3 SNCR-SCR 煙氣脫硝技術(shù)

SNCR-SCR混合脫硝工藝發(fā)揮了SNCR工藝投資省、SCR工藝脫硝效率高的優(yōu)勢，將SNCR工藝的還原劑噴入爐膛技術(shù)與 SCR工藝?yán)锰右莅边M(jìn)行催化反應(yīng)結(jié)合起來，進(jìn)一步脫除NOx?；旌厦撓豕に囈阅蛩刈鳛槲談?，是爐內(nèi)一種特殊的SNCR工藝與一種簡潔的后端SCR脫硝反應(yīng)器有效結(jié)合。

1.3.1 SNCR-SCR混合脫硝工藝反應(yīng)過程

1.3.2 SNCR-SCR混合脫硝系統(tǒng)組成

SNCR-SCR混合脫硝系統(tǒng)主要由還原劑存儲與制備、輸送、計(jì)量分配、噴射系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、脫硝反應(yīng)器、電氣控制系統(tǒng)等幾部分組成。

1.3.3 SNCR-SCR混合脫硝工藝流程

還原劑—→鍋爐/窯爐(反應(yīng)器) —→脫硝反應(yīng)器—→除塵脫硫裝置—→引風(fēng)機(jī)—→煙囪

SNCR-SCR混合脫硝系統(tǒng)如圖3[3]所示。

圖3 SNCR-SCR混合脫硝工藝圖

1.3.4 SNCR-SCR混合脫硝工藝優(yōu)點(diǎn)

SNCR-SCR混合脫硝工藝最主要的改進(jìn)就是省去了 SCR工藝設(shè)置在煙道里的復(fù)雜的氨噴射格柵系統(tǒng)，并大幅度減少了催化劑的用量。與單一的SCR工藝和SNCR工藝相比，SNCR-SCR混合脫硝工藝具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：①脫硝效果較好；②催化劑用量??；③SCR反應(yīng)塔體積小，空間適應(yīng)性強(qiáng)；④脫硝系統(tǒng)阻力小；⑤減少SO2向SO3的轉(zhuǎn)化，降低腐蝕危害；⑥省去SCR旁路的建造；⑦簡化還原劑噴射系統(tǒng)；⑧加大了爐膛內(nèi)還原劑的噴入?yún)^(qū)間，提高了SNCR階段的脫硝效率；⑨可以方便地使用尿素作為脫硝還原劑；⑩減少N2O的生成。

1.3.5 SNCR-SCR混合脫硝技術(shù)國內(nèi)外工業(yè)化現(xiàn)狀

（1）國外SNCR-SCR混合脫硝技術(shù)的工業(yè)化現(xiàn)狀

SNCR-SCR混合脫硝技術(shù)于20世紀(jì)70年代首次在日本的一座燃油裝置上進(jìn)行試驗(yàn)、試驗(yàn)結(jié)果表明了該技術(shù)的可行性[9]，之后開始廣泛推廣。1989年位于德國Rohr工業(yè)區(qū)的Herne電廠500MW 4號機(jī)組，為應(yīng)對德國政府對NOx排放限制提高，而采用了 SNCR-SCR混合脫硝工藝，使脫硝效率達(dá)50%～60%，且氨氣逸出量不超過 5 ppm[10]。1994年美國加州的 Mercer 電站 321 MW 機(jī)組上進(jìn)行了以尿素為還原劑的 SNCR-SCR混合脫硝工藝的改造，使脫硝效率 84%。美國燃料技術(shù)公司SNCR/SCR混合脫硝工藝NOxOUT Cascade是在以尿素為催化劑的SCR工藝基礎(chǔ)上，結(jié)合了SCR技術(shù)高效、SNCR技術(shù)投資省的特點(diǎn)而發(fā)展起來的一種新穎的、技術(shù)成熟的SCR改進(jìn)工藝之一，目前我國有6個600 MW的機(jī)組正處于NOxOUT Cascade混合脫硝技術(shù)第一階段的安裝，美國東北部有 1個110 MW安裝全套NOxOUT Cascade混合脫硝系統(tǒng)。

（2）國內(nèi)SNCR-SCR混合脫硝技術(shù)的工業(yè)化現(xiàn)狀

我國SCR-SNCR技術(shù)的應(yīng)用情況：大唐灞橋熱電廠采用丹麥弗洛微升有限公司技術(shù)，于 2010年12月開工建設(shè)2臺30萬千瓦機(jī)組煙氣脫硝改造工程，該項(xiàng)目是國內(nèi)第一座30萬千瓦機(jī)組SNCR-SCR混合脫硝工程，這兩臺30萬千瓦機(jī)組煙氣脫硝改造工程是該廠“綠色工程”建設(shè)精品項(xiàng)目，該工程采用尿素法選擇性非催化還原法（SNCR）和“高含塵布置方式”的選擇性催化還原法（SCR）混合脫硝裝置，在設(shè)計(jì)煤種、鍋爐BMCR工況、處理100%煙氣量的條件下，脫硝總效率不小于70%。江蘇闞山電廠2×600 MW 和江蘇利港電廠 2×600 MW 及 2×600 MW 超臨界機(jī)組。這兩個項(xiàng)目都是在應(yīng)用低 NOx燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用 SNCR-SCR混合脫硝技術(shù)，目前一期實(shí)施了SNCR部分，二期SCR部分在環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求更高時將實(shí)施。隨著“十二五”計(jì)劃的出臺，設(shè)計(jì)靈活的SNCR-SCR混合脫硝技術(shù)將在我國得到更大的發(fā)展。

1.4 SCR 法、SNCR 法以及SNCR-SCR 混合法脫硝的比較

1.4.1 工藝特性比較

針對SCR法、SNCR法以及SNCR-SCR混合法脫硝的主要工藝特性，進(jìn)行了比較，如表 3所示[11]。

由表 3可以看出，SCR脫硝效率最高，達(dá)到70%～90%，目前技術(shù)比較成熟、運(yùn)行可靠、便于維護(hù)，適應(yīng)于對 NOx脫除效率要求較高的地區(qū)；SNCR脫硝效率較低，一般需配合其它脫硝技術(shù)共同使用，其占地面積較小，無需增加催化劑反應(yīng)器，成本較低，目前也廣泛應(yīng)用；SNCR-SCR混合脫硝工藝結(jié)合了SCR和SNCR兩種工藝的有利特點(diǎn)，其工藝比較靈活，在降低成本和占地空間上有積極的意義，是脫硝技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。

表3 SCR、SNCR以及SNCR-SCR脫硝工藝特性比較

1.4.2 成本比較

選取煙氣脫硝工藝技術(shù)一般應(yīng)遵循以下原則：以環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)繩，考慮煤質(zhì)變化的特性，確定合理的設(shè)備運(yùn)行效率；充分考慮與脫硝相關(guān)的各種因素，確保機(jī)組的安全運(yùn)行；工藝技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)合理、有商業(yè)化運(yùn)行業(yè)績，并滿足環(huán)?？己艘?；綜合考慮節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約吸收劑等，減少運(yùn)行成本。以下比較均以1臺550MW（脫硝效率70%）為案例，由中國水利電力物資有限公司2010年調(diào)查各工藝的成本數(shù)據(jù)[12]，具體分析見表4～表6。

從以上成本分析來看，SNCR脫硝工藝的成本最低，但脫硝效率差，適合貧困地區(qū)及成本預(yù)算低的電廠；SCR脫硝工藝成本最高，脫硝效率最高，是一步到位的脫硝方式，適合發(fā)達(dá)地區(qū)及排放標(biāo)準(zhǔn)高的國家；而SNCR-SCR混合脫硝工藝結(jié)合了SCR和SNCR兩種工藝，成本也在兩者之間，適合舊機(jī)組改造及分階段項(xiàng)目。

通過比較3種工藝的技術(shù)特點(diǎn)及成本，針對日益嚴(yán)峻的環(huán)境問題以及我國“十二五”規(guī)劃的出臺，對NOx的減排要求日益嚴(yán)格，越來越多的電廠、垃圾焚燒廠及汽車尾氣處理等開始使用一步到位的SCR脫硝工藝；同時分階段設(shè)計(jì)的SNCR-SCR混合脫硝工藝以其靈活的設(shè)計(jì)也將在未來脫硝市場中占有一席之地；而SNCR脫硝工藝以其低成本、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)也將繼續(xù)在脫硝市場存在。與此同時，研究人員也在不斷的研究新型脫硝工藝，目前主要有微生物脫硝法、微波脫硝法、液膜法、脈沖電暈法等。

表4 各工藝建造成本比較

表5 各工藝年運(yùn)行成本比較

表6 各工藝綜合成本比較

2 煙氣脫硝新技術(shù)

2.1 微生物脫硝法

微生物脫硝法的原理：適宜的脫氮菌利用NOx作為氮源，將NOx還原成最基本的無害的N2，而脫氮菌本身獲得生長繁殖。其中NO2先溶于水中形成NO3及NO2-再被生物還原為N2，而NO則是被吸附在微生物表面后直接被微生物還原為N2，因此微生物法凈化NOx也主要利用了反硝化細(xì)菌的異化反硝化作用。微生物法的處理裝置主要有生物洗滌塔、生物過濾塔、生物滴濾塔和生物轉(zhuǎn)鼓等。國內(nèi)外對微生物法的研究報(bào)道主要針對NOx中不易溶于水的NO，按其處理方式分為硝化處理、反硝化處理及真菌處理3類。微生物脫硝法與傳統(tǒng)的脫硝法相比，具有工藝設(shè)備簡單、能耗小、處理費(fèi)用低、二次污染少等特點(diǎn)，因而成為世界各國工業(yè)廢氣凈化的熱點(diǎn)課題之一[13]。

最早應(yīng)用生物法脫硝的是美國愛達(dá)荷國家工程實(shí)驗(yàn)室，其利用脫氮菌還原處理煙道氣中的NOx，該研究將含NO為100～400 g/L的煙氣通過一個堆肥填料塔，當(dāng)煙氣在塔中的停留時間約為1 min，NO進(jìn)口濃度為335 mg/m3時，NO的凈化率為99%。塔中細(xì)菌生存的最佳溫度為30～45 ℃，pH值為6.5～8.5[14]。波蘭的S?awomir Poskrobko等[15]添加菜籽餅與煤共同燃燒，利用微生物法還原處理煙氣中的NOx，結(jié)果表明，當(dāng)菜籽餅添加量為10%時，NOx的相對排放量減少了近30%，使SNCR脫硝效率從15%提高到40%。浙江大學(xué)的Bi-Hong Lu等[16]以微生物脫硝同液體吸收法聯(lián)用對模擬煙氣進(jìn)行脫硝研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)NO的脫硝效率達(dá)到90%，同時提出混合吸收法具有重大的市場潛力。華南理工大學(xué)的Ran Jiang等[17]利用含惡臭假單胞菌的生物滴濾進(jìn)行脫硝實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)脫硝效率達(dá)到82.9%～92.4%。

現(xiàn)今國際上對微生物脫硝技術(shù)的研究尚處于初始階段，其原因一方面是由于煙氣的氣量通常比較大，且煙氣中的NOx主要以NO形式存在，NO又基本不溶于水，不能進(jìn)入液相介質(zhì)中被微生物所轉(zhuǎn)化，再加上微生物吸附NO的能力差，導(dǎo)致NOx的實(shí)際凈化率較低；另一方面，由于對脫氮微生物的基礎(chǔ)研究不夠，致使工業(yè)放大有技術(shù)上的困難。因此，今后微生物脫硝技術(shù)研究的發(fā)展方向是：①與其它脫硝方式復(fù)合，使微生物作用最大化；②開發(fā)相關(guān)微生物固定載體及微生物應(yīng)用放大技術(shù)；③加強(qiáng)高效廉價吸附還原NOx的功能菌的選育的研究。

2.2 微波脫硝法

微波脫硝技術(shù)是近年來隨著微波電子工業(yè)的發(fā)展而產(chǎn)生的新型煙氣脫硝技術(shù)之一。目前國內(nèi)外該方面的研究主要集中在微波輔助NOx催化分解技術(shù)和微波脫硝與其它技術(shù)聯(lián)用兩個方面[18]。微波脫硝法具有裝置簡單、一次性投資小、操作簡單、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)[19]。

微波輔助催化分解技術(shù)是利用微波誘導(dǎo)活性炭、沸石等催化劑，使NOx直接分解為N2、CO2或水，并可使NO分解反應(yīng)溫度顯著降低[20]。以NH4CO3和沸石作為氮、硫氧化物的吸附載體，在溫度為200～250 ℃，微波功率為211～280 W時，脫硫效率可達(dá)99.1%，脫硝效率可達(dá)86.5%。在該技術(shù)中，NH4CO3和沸石起到協(xié)同作用[21]。胡玉鋒等[22]在微波加熱下，以硝基芳烴為反應(yīng)底物，以噴霧干燥氟化鉀為氟化試劑，以四苯基溴化-四乙二醇二甲醚為催化劑，以鄰苯二甲酰氯為NO2-捕捉劑，在二甲亞砜溶劑中經(jīng)氟代脫硝反應(yīng)合成一系列含氟芳香族化合物。該反應(yīng)反應(yīng)時間短(10 min～2 h)，氟代產(chǎn)物收率和選擇性分別可達(dá)20.1%～91.9%和46.1%～94%，均好于相同條件下常規(guī)加熱的收率和選擇性。趙毅等[23]采用微波放電NO-O2-H2O-He 體系脫除NO的反應(yīng)模型，對NO脫除及其轉(zhuǎn)化進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，微波功率的增大有利于NO的脫除及其向N2的轉(zhuǎn)化；NO初始濃度的增加降低了體系的微波脫硝效率；脫硝效率隨著模擬煙氣相對濕度的增加而增加；微波放電條件下，O2的加入可增加產(chǎn)物中NO2的生成量；微波放電 NO-O2-H2O-He體系脫除NO為還原和氧化反應(yīng)共同作用的結(jié)果，NO轉(zhuǎn)化為N2的效率總大于其轉(zhuǎn)化為NO2的效率。

微波技術(shù)同其它如SCR、SNCR 等脫硝技術(shù)的聯(lián)用也是目前微波脫硝技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。姚桂煥等[24]對磁性鐵基SCR輔加磁場試驗(yàn)結(jié)果表明：Fe3O4的SCR活性較差，γ-Fe2O3的活性較好。γ-Fe2O3在250℃以上會氧化氨，200～250℃是γ-Fe2O3催化劑的最佳催化溫度區(qū)間。在250℃以下，外加磁場（18.5mT）能促進(jìn)γ-Fe2O3對NO的吸附，提高脫硝效率；在250℃以上，脫硝效率則降低。Marek A.Wójtowicz等[25]研究了微波-等離子體技術(shù)處理SCR、SNCR 中NOx及氨泄漏的方法，發(fā)現(xiàn)在無氧環(huán)境中NOx去除率幾乎可達(dá)100%。目前，國內(nèi)外對該技術(shù)的研究尚處于起步階段，盡管NOx去除率很高，但欠缺理論支持、能耗大、設(shè)備費(fèi)用高、屏蔽防護(hù)等問題一時難以解決，也限制了微波脫硝的工業(yè)化進(jìn)程，然而隨著技術(shù)的進(jìn)步，微波在燃煤電廠中的應(yīng)用仍然具有巨大的潛力和誘人的發(fā)展前景。

2.3 液膜法

液膜法凈化煙氣是美國能源部Pittsburgh能源技術(shù)中心（PETC）開發(fā)的[26]，其原理是利用液體對氣體的選擇性吸收，使低濃度的氣體在液相中富集。液膜為含水液體，置于兩組多微7L憎水的中空纖維管之間，構(gòu)成滲通器，這種結(jié)構(gòu)可消除操作中時干時濕的不穩(wěn)定性，延長設(shè)備的壽命。用于凈化煙氣的液膜不僅需要有選擇性，同時對氣體還必須具有良好的滲透性。

試驗(yàn)證明[27]，25 ℃的純水滲透性最好，其次是NaHSO4、NaHSO3的水溶液，后者對含0.05% SO2的氣體的脫硫率可達(dá)95%。用Fe2+及Fe3+的EDTA水溶液作液膜，可從含NO 0.05%的煙氣中除去85%的NO。若用含0.01mol/L Fe2+的EDTA溶液作液膜，可同時去除煙氣中的SO2和NOx，其去除率可分別達(dá)90%和60%研究表明，25 ℃時純水的滲透性最好；其次是NaHSO4，NaHSO3的水溶液。Lu等[28]選擇純水和Fe2+的EDTA以及微生物混合，制成生物液膜進(jìn)行脫硝，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的脫硝效率達(dá)到90%，并且成本比單純的Fe2+的EDTA液膜降低很多，在脫硝市場上有較大的潛力。

2.4 脈沖電暈法

脈沖電暈法（PPCP）又稱非平衡等離子法，是20世紀(jì)80年代初由日本的Masuda等最先提出的[29]。其原理是利用脈沖電暈放電產(chǎn)生的大量電子（5～20 eV），打斷O—O鍵（5.1 eV）和H—O—H鍵（5.2 eV），形成活性粒子或自由基；這些活性粒子同污染分子（SO2、NOx）反應(yīng)氧化或還原，在NH3存在的條件，生成相應(yīng)的銨鹽，由布袋過濾器或靜電除塵器收集，從而達(dá)到凈化煙氣的目的。脈沖感應(yīng)的等離子體在常溫下只提高電子的溫度，不提高離子的溫度，故其能量效率比電子束法至少高兩倍，可同時脫硫脫硝及去除重金屬；而且其電子能量低，避免了電子加速器的使用，也無須輻照屏蔽，增強(qiáng)了技術(shù)的安全性和實(shí)用性。

Lee等[30]對120kW機(jī)組進(jìn)行PPCP脫硫脫硝工業(yè)裝置試驗(yàn)，煙氣流量42000 m3/h，發(fā)現(xiàn)NH3和C3H6的添加可顯著增加SO2和NOx的去除率，使其達(dá)到99%和70%，功耗為1.4 W?h/m3。Wang等[31]利用脈沖電暈技術(shù)對含水和飛灰的煙氣進(jìn)行脫硝研究表明：水蒸氣和飛灰含量對脫硝效率有較大影響，在輸入能量為4 W·h/m3、停留時間為6～7 s時，NO和NOx的脫除率分別為42%和29%；Mok等[32]的研究表明：少量丙烯的存在可以減少反應(yīng)能量消耗，在脈沖能量為3 W?h/m3時，脫硝率可達(dá)76%；我國于90年代初開始對該項(xiàng)技術(shù)的研究，并于四川綿陽建成一套煙氣處理量為20000 m3/h規(guī)模的工業(yè)中試裝置，在系統(tǒng)能耗低于4 W?h/m3條件下，脫硝率達(dá)93%[33]。

3 我國脫硝技術(shù)的發(fā)展方向

由環(huán)境保護(hù)部和國家質(zhì)檢總局共同發(fā)布的《火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223—2011)從2012年1月1號起正式實(shí)施，其中要求新建機(jī)組2012年開始、老機(jī)組2014年開始，其氮氧化物排放量不得超出100 mg/m3[34]。這對脫硝技術(shù)提出了較高的要求，但目前國內(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；部分脫硝設(shè)備老化，脫硝技術(shù)薄弱，高端技術(shù)被國外壟斷等等，針對此現(xiàn)狀，作者提出如下幾點(diǎn)建議。

（1）加強(qiáng)技術(shù)引進(jìn)及技術(shù)轉(zhuǎn)化。一方面通過技術(shù)引進(jìn)與技術(shù)合作，引進(jìn)國外脫硝高端技術(shù)；另一方面加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，努力開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的脫硝技術(shù)，同時加大對SCR催化劑的研究及脫硝新技術(shù)的開發(fā)。

（2）開發(fā)具有中國特色的脫硝技術(shù)。SCR脫硝工藝是一項(xiàng)投資及運(yùn)行成本高，且反應(yīng)溫度高的脫硝技術(shù)，針對我國國情，應(yīng)開發(fā)適合我國的低溫SCR技術(shù)，并降低脫硝成本，同時著力發(fā)展SNCR與其它如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)，達(dá)到既降低成本又提高脫硝效率的效果。

（3）開展脫硝新技術(shù)及各種技術(shù)的聯(lián)用的研究。目前SCR-SNCR混合脫硝、微波-SCR聯(lián)用、生物絡(luò)合聯(lián)用等脫硝技術(shù)聯(lián)用的技術(shù)研發(fā)已經(jīng)出現(xiàn)，但工業(yè)化放大研究還未出現(xiàn)，因此加強(qiáng)新技術(shù)及聯(lián)用技術(shù)開發(fā)，形成若干擁有我國自主知識產(chǎn)權(quán)、適合我國國情的脫硝新工藝、新技術(shù)，力爭有所突破，使我國在煙氣脫硝市場上占領(lǐng)一席之地。

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Technology status and analysis on coal-fired flue gas denitrification

GU Weirong，ZHOU Mingji，MA Wei
（Elion Resources Group，Beijing 100045，China）

The technology status and analysis on coal-fired flue gas denitrification were reviewed. The selective catalytic reduction (SCR)，selective non-catalytic reduction (SNCR)，SNCR-SCR and their industrialization status were analyzed，the new technologies for control NOxboth at home and abroad were introduced，finally the development of the denitrification technology should be to develop the techniques with Chinese characteristics and enhance the development of new denitrification technologies .

flue gas denitration; NOx；SCR；SNCR

X 701

：A

：1000-6613（2012）09-2084-09

2012-06-05；修改稿日期： 2012-07-06。

及聯(lián)系人：顧衛(wèi)榮（1969—），男，工程師，技術(shù)中心副總監(jiān)，研究方向?yàn)槟茉椿?、新材料。E-mail guweirong5258@163.com。