脱硝讲义
第一部分：脱硝理论 一、脱硝的意义
1、NOx的产生机理：
NOx主要包括N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等化合物，其中最重要的是NO和NO2。烟气中的NO约占90％左右，排入大气后部分再氧化成NO2，故研究NOx的生成机理，主要是研究NO的生成机理。
NO的生成形式有燃料型、温度型和快速温度型三种。
1、热力型NOx，它是空气中的氮气在高温下氧化而生成的NOx。 2、快速型NOx，是燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如HC等反应生成的NOx。
3、燃料型NOx，它是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而生成的NOx。
这三种类型的NOx，其各自的生成量和煤的燃烧温度有关，在电厂锅炉中燃料型NOx 是最主要的，其占NOx总量的60～80%，热力型其次，快速型最少。
2、NOx的危害：
NO相对无害，但NO极易被进一步氧化成NO2，而NO2是一种氧化剂对人体有毒害作用，可引起呼吸疾病（如咳嗽和咽喉痛），如再加上NO2的影响则可加重支气管炎、哮喘病和肺气肿。NO2在强阳光照射下与挥发性有机物之间的光化学反应产生臭氧、过氧乙酰硝酸酯等更强的氧化剂，对眼晴有强烈的刺激作用，对健康影响很大。
NOx可以通过皮肤接触和摄入被污染的食品进入消化道，对人体造成危害，也可以通过呼吸道吸入人体，给人体造成更为严重的伤害。危害主要有：
(1)NOx对人体的致毒作用，危害最大的是NO2，主要影响呼吸系统，可引起支气管炎和肺气肿等疾病；
(2)NOx对植物的损害；
(3)NOx是形成酸雨、酸雾的主要污染物； (4)NOx与碳氢化合物可形成光化学烟雾；
5)NOx参与臭氧层的破坏。
燃煤锅炉排放的烟气中含有SO2、NOx和粉尘等多种有害成份，其中氮氧化物(NOx)是重点控制的污染物之一。 二、脱硝的常见方法
1、脱硝方法
NOx的治理技术可分为燃烧的前处理、燃烧方式的改进及燃烧的后处理三种。
(1)燃烧前的处理：通过脱氮，减少燃料中的含氮量，从而减少燃烧过程NOx的生成量
(2)燃烧技术的改进：有低氧燃烧、排气循环燃烧、注入蒸汽或水、二级燃烧、分段燃烧、降低空气比和浓差燃烧。其中，效果最好的是二级燃烧和浓差燃烧。
(3)燃烧的后处理也就是对燃烧产生的含NOx的烟气(尾气)进行处理的方法，即烟气脱硝。
2、常见烟气脱硝方法及比较
适用性及特点
特点
脱除投资
率 费用
在特定催化剂作用下，用氨或其它
还原剂选择性地将NOx还原为N2 二次污染小，净化效率高，
80%~
技术成熟；设备投资高，关高 SCR 和H2O。
90%
键技术含量高
适合排气量大，连续排放源
不用催化剂，设备和运行费
用氨或尿素类物质使NOx 还原为30％
用少；NH3用量大，二次污
～较低 SNCR N2 和H2O。适合排气量大，连续排
染，难以保证反应温度和停
放源 60％
留时间
先用氧化剂将难溶的NO 氧化为易工艺设备简单、投资少，收于被吸收的NO2，再用液体吸收剂效显著，有些方法能回收
液体吸效率
NOx；效率低，副产物不易较低 吸收。
收法 低
处理，目前常用的方法不适
处理烟气量很小的情况下可取 于处理燃煤电厂烟气
工艺设备简单、能耗及处理
微生物费用低、效率高、无二次污
适用范围较大 80％ 低
法 染；微生物环境条件难以控
制，仍处于研究阶段
同时脱硫脱硝，回收NOx80%~活性炭
排气量不大 高
和SO2，运行费用低；吸收90%
吸附法
剂用量多，设备庞大，一次脱硫脱硝率低，再生频繁
适用范围较大用电子束照射烟气，
电子束生成强氧化性OH 基、O 原子和
同时脱硫脱硝，无二次污
法（等NO2，这些强氧化基团氧化烟气中的
染；运行费用高，关键设备85％
离子体二氧化硫和氮氧化物，生成硫酸和
技术含量高，不易掌握。
法） 硝酸，加入氨气，则生成硫硝铵复
合盐。
3、SCR法简介
在含氧气氛下，还原剂优先与废气中NO反应的催化过程称为选择性催化还原。以NH3作还 原剂，V2O5-TiO2为催化剂来消除固定源(如火力发电厂)排放的NO的工艺已比较成熟。
也是目前唯一能在氧化气氛下脱除NO的实用方法。
在理想状态下，此法NO脱除率可达90％以上，但实际上由于NH-3量的控制误差而造成的二次污染等原因，使得通常的脱除率仅达65％～80％。性能的好坏取决于催化剂的活性、用量以及NH3与废气中的NOx的比率。
NH3-SCR消除NO的方法已实现工业化，且具有反应温度较低(573～753K)、催化剂不含贵金属、寿命长等优点。
但也存在明显的缺点：
(1)由于使用了腐蚀性很强的NH3或氨水，对管路设备的要求高，造价昂贵； (2)由于NH3的加入量控制会出现误差，容易造成二次污染； (3)易泄漏，操作及存储困难，且易于形成(NH4)2SO4；
(4)这个过程只能适用于固定污染源的净化，难以解决如汽车发动机等移动源产生的NO消除问题。 4、脱硝设备的布置方式
SCR系统的布置方式有三种，有高温高尘布置方式，此外还有高温低尘及低温低尘的布置形式。
高温低尘布置方式是指SCR反应器布置在省煤器后的高温电除尘器和空气预热器之间，该布置方式可防止烟气中飞灰对催化剂的污染和对反应器的磨损与堵塞，其缺点是电除尘器在300~400℃的高温下运行条件差。
低温低尘布置(或称尾部布置)方式是将SCR反应器布置在除尘器和烟气脱硫系统之后，催化剂不受飞灰和SO2的影响，但由于烟气温度较低，一般需要气
高
气换热器或采用加设燃油或天然气的燃烧器将烟温提高到催化剂的活性温度，势必增加能源消耗和运行费用。
高温高尘布置方式是目前应用最为广泛的一种，其优点是催化反应器处于300～400℃的温度范围内，有利于反应的进行，然而由于催化剂处于高尘烟气中，条件恶劣，磨刷严重，寿命将会受到影响。
高温高尘布置的特点：
a) SCR反应器布置在锅炉省煤器和空气预热器之间，烟气未经过ESP除尘。 b) 烟道系统简单，压力损失较小(一般小于1000Pa)。
c) 反应温度比较合适(320-400℃)，一般不需要额外的热源加热处理后的烟
气，运行费用较低。
d) 烟气含尘量较高，烟气中重金属，SO2及逃逸物等含量较高，对催化剂
的活性存在不利影响，容易造成下游设备和反应器本体堵灰。 e) 对于高含尘烟气，催化剂烟气通道必须加大以避免堵灰，这样会降低催
化剂的比面积，从而会增大催化剂的用量。 f) 钢结构耗量较大。
三、催化还原反应原理：
催化还支原法是在催化剂作用下，利用还原剂将氮氧化物还原为氮气。 依据还原剂是否与O2发生反应，将催化还原法分为选择性催化还原法和非选择性还原法。
选择性催化还原法通常用NH3作为还原剂，在铂或非重金属催化剂的作用下，在较低温度条件下，NH3有选择地将废气中的NOX还原为N2，而基本上不与氧发生反应，从而避免了非选择性还原法的一些技术问题。不仅使用的催化剂易得，选择余地大，而且还原剂的起燃温度低，床温低，从而有利于延长催化剂寿命和降低反应器对材料的要求。选择性催化还原法主要用于硝酸生产、硝化过程、金属表面的硝酸处理、催化剂制造等非燃烧过程产生的NOX废气，目前已用于净化燃烧烟气中的NOX。
2、反应原理
（1）、在温度较低时，在反应器中NH3与废气中的NO2、NO在催化剂的作用