为应对氮氧化物污染问题,世界各国相继颁布了相关法令。随着我国最新颁布实施的《火电厂大气污染物控制排放标准》和《大气污染防治法》以及《京都议定书》的正式生效,国内对 NOX的排放控制必定会日趋严格 ,有效的 NOX排放控制措施在火力发电厂中广泛采用势在必行。2014年2月的新闻发布会上,环境保护部副部长翟青指出新法令推出后,氮氧化物大体上只削减了规定量的20%左右。这说明为了能让氮氧化物达标排放,我国仍要对氮氧化物控制技术进行更深入的研究,中国在对抗环境污染问题上还要走很长的路。
1。1。2 NOX控制技术
氮氧化物的控制措施一般按NOX不同的形成阶段分为两种。一是对燃烧过程中NOX的生成加以控制,减少氮氧化物的产生,即低氮燃烧技术;二是对已生成的NOX进行废气处理,将其转化为无危害的氮气和水,即烟气脱硝技术。低氮燃烧技术是依据燃料在燃烧过程中NOX的生成机理,科学改进燃烧技术,实现降低NOX生成量和排放量。现如今,燃煤电厂使用的低氮燃烧技术主要有三种,分别是低氮燃烧器、空气分级燃烧技术和燃料分级燃烧技术。烟气脱硝技术既燃烧后处理技术,如今已被普遍应用,按治理工艺可将其分为干法脱硝技术和湿法吸收技术。干法脱硝技术又可进一步分为均相还原技术和催化法,其中具有成本低、效率高等多个优点的催化控制法已成为现阶段应用最广的NOX控制技术。
选择性催化还原技术(SCR)发展至今已有近四十年的历史,现已成为国内外应用最广泛的烟气脱硝技术之一。SCR是指在催化剂存在的条件下,利用氨气、尿素或其他含氮氧化物作为催化剂,有选择性的与NOX发生反应,将其还原成无危害的N2和H2O[5-8]。选择性催化还原法的选择性可令反应过程中NOX还原成N2,只有少量的副产物生产,烟气中存在的少量SO2也会被氧化成SO3。无催化剂环境下,NOX反应还原成N2需在900oC的高温条件下。氨气高温环境容易分解,为降低反应所需温度需利用催化剂降低反应活化能。以氨气作为SCR反应中的还原剂,反应示意图如图1-1所示,反应的主要方程式为:来*自-优=尔,论:文+网www.youerw.com
当反应环境中存在氧气时,烟气中会发生(1-1)所示反应;在无氧状态下,一氧化氮的消耗量要高于氨气消耗量如反应式(1-2)所示。通常情况下,锅炉内的烟气中总会存有少许NO2,NO2也会与NH3发生如下反应:
NH3-SCR技术现已被广泛用于控制固定源NOX的排放,低温NH3-SCR反应器由于安装在静电除尘装置后,经除尘的烟气可提高反应中催化剂的中毒抗性,并且在反应温度较低的条件下氨气较难发生氧化副反应。除此之外,与其它SCR反应相比,作用于NH3-SCR的催化剂可以在富氧条件下保有良好的活性与较长的寿命[9]。可以看出NH3-SCR具有着优秀的应用前景,近几年备受关注,但由于自身的反应机理与催化理论研究上仍存在欠缺,NH3-SCR技术还远未达到完善的程度。因此,研究人员对SCR技术的探索也不曾停止过。21世纪以来,人们经过不断的科研实验,对反应机理及反应动力学有了更深入的认识,对新型催化剂及载体的研究与催化剂抗毒性能等方面也有了很大的发展。催化剂在SCR技术中是至关重要的组成部分,脱硝所选用催化剂的性能与合理性会直接影响到SCR反应的效率的高低[10]。