SCR烟气脱硝催化剂生产与应用现状

　　0 引言

　　氮氧化物(NOx)是主要的大气污染物，主要包 括NO、NO2、N2O 等，可以引起酸雨、光化学烟雾、温 室效应及臭氧层的破坏。自然界中的NOx 63%来自 工业污染和交通污染，是自然发生源的2 倍，其中电 力工业和汽车尾气的排放各占40%，其他工业污染 源占20%。在通常的燃烧温度下，燃烧过程产生的 NOx 中90%以上是NO，NO2 占5%～10%，另有极少 量的N2O。NO 排到大气中很快被氧化成NO2，引起 呼吸道疾病，对人类健康造成危害。

　　火电厂产生的NOx 主要是燃料在燃烧过程中 产生的。其中一部分是由燃料中的含氮化合物在 燃烧过程中氧化而成，称燃料型NOx;另一部分由 空气中的氮高温氧化所致，即热力型NOx，化学反 应为：

　　N2 + O2→2NO (1)

　　NO + 1/2 O2→NO2 (2)

　　还有极少部分是在燃烧的早期阶段由碳氢化合物与 氮通过中间产物HCN、CN 转化为NOx，简称瞬态型 NOx [1]。

　　减少NOx 排放有燃烧过程控制和燃烧后烟气 脱硝2 条途径。现阶段主要通过控制燃烧过程NOx 的生成，通过各类低氮燃烧器得以实现[2-3]。这是一 个既经济又可靠的方法， 对大部分煤质通过燃烧过 程控制可以满足目前排放标准。

　　1 烟气脱硝工艺

　　1.1 相关化学反应

　　NO 的分解反应(式(1)的逆反应)在较低温度 下反应速度非常缓慢，迄今为止还没有找到有效的催 化剂。因此，要将NO 还原成N2，需要加入还原剂。氨 (NH3)是至今已发现的最有效的还原剂。有氧气存 在时，在900～1 100℃，NH3 可以将NO 和NO2 还原成 N2 和H2O，反应如式(3)、(4)所示[4]。还有一个副反 应，生成副产物N2O，N2O 是温室气体，因此，式(5) 的反应是不希望发生的。 4NO + 4NH3 + O2→4N2 + 6H2O (3) 2NO2 + 4NH3 + O2→3N2 + 6H2O (4) 4NO + 4NH3 + 3O2→4N2O + 6H2O (5) 在900℃时，NH3 还可以被氧气氧化，如式(6)～ (8)所示。

　　2NH3 + 3/2 O2→N2 + 3H2O (6) 2NH3 + 2 O2→N2O + 3H2O (7) 2NH3 + 5/2 O2→2NO + 3H2O (8) 这就意味着NH3 除了担任NO、NO2 的还原剂 外，还有相当一部分被烟气中的氧气氧化，而氧化的 产物中有N2、N2O 和NO，后者增加了NO 的浓度却降 低了脱硝效率。

　　1.2 非选择性催化还原工艺

　　非选择性催化还原工艺(SNCR，Selective Non-Catalytic Reduction)利用锅炉顶部850～1 050℃的高 温条件，喷入NH3 在没有催化剂作用下还原NOx，在 锅炉中的布置如图1 所示[5]。不用催化剂，则不需设 置催化反应器，故SNCR 工艺简单、投资省，对没有 预留脱硝空间的现有锅炉改造工作量少。可是在 850～1 050 ℃ 时，NH3 的氧化反应(式(6)～(8))全部 可以发生，确定了该工艺的脱硝效率不高，一般仅 50%左右，同时还要求有较高的NH3/NO 摩尔比，增 加了NH3 的消耗与逃逸。故SNCR 工艺难以满足环 保要求高的大型燃煤锅炉。