潘亮（南京 210048）

焚燒爐尾氣中氮氧化合物的處理

潘亮（南京 210048）

化工廠焚燒爐中尾氣排放中含有的氮氧化合物（NOx）對(duì)大氣造成了嚴(yán)重的污染，空氣中的氮氧化合物會(huì)引起酸雨、光化學(xué)煙霧等危害。本文主要探究焚燒爐尾氣中氮氧化合物的處理方法，介紹了選擇性催化還原技術(shù)和選擇性非催化還原技術(shù)在含氮氧化合物尾氣處理方面的作用及其主要的影響因素。

氮氧化合物；SCR；SNCR；還原劑

氮氧化合物是大氣中的主要污染物，同時(shí)也是焚燒爐尾氣中的重要組成部分，焚燒爐中排放的NOx以NO、NO2、N2O、N2O3的形式穩(wěn)定的存在于尾氣中，其中NO和NO2為主要污染物。本文通過探究影響選擇性催化還原法和選擇性非催化還原法處理氮氧化合物的主要因素，為采用最有效的手段對(duì)焚燒爐尾氣中的NOx排放進(jìn)行控制，降低大氣中的氮氧化合物的含量，創(chuàng)造健康、綠色的生活環(huán)境提供技術(shù)基礎(chǔ)。

1 焚燒爐尾氣中氮氧化合物的危害

焚燒爐排放的尾氣中含有大量的有害物質(zhì)，其中包括粉塵、重金屬、硫化物和氮氧化合物，這些尾氣如果不經(jīng)過處理便直接排放到大氣中將會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，影響人類及其他生物的生存環(huán)境。以氮氧化合物為例，NOx存在于空氣中，會(huì)對(duì)臭氧層造成嚴(yán)重的危害，空氣中氮氧化合物含量的增加會(huì)降低大氣層外臭氧的含量，臭氧含量的降低會(huì)造成大量的紫外線穿過大氣層進(jìn)入到地球表面，破壞地球的生態(tài)系統(tǒng)。氮氧化合物還有可能與空氣中的光化學(xué)氧化劑、顆粒物發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，形成光化學(xué)煙霧，光化學(xué)煙霧會(huì)對(duì)人體的眼睛和呼吸系統(tǒng)造成嚴(yán)重的危害。此外，NOx與空氣中的水蒸氣結(jié)合還會(huì)形成酸雨，酸雨會(huì)造成水源和土壤的酸化，嚴(yán)重影響農(nóng)作物的生長。

2 氮氧化合物的生成機(jī)理

焚燒爐內(nèi)燃燒過程中生成的氮氧化合物主要有NO、NO2、N2O等，其中NO占到了90%。NOx的來源按生成機(jī)理的不同主要可以分為三類，熱力型、燃料型和快速型。熱力型生成機(jī)理較為簡單，主要是在燃燒過程中參與燃燒的空氣中的氮?dú)夂脱鯕獍l(fā)生反應(yīng)生成了NOx。

燃料型反應(yīng)機(jī)理：在焚燒爐中，氮氧化合物的碳氮鍵的鍵能相對(duì)氮氮三鍵的鍵能小的多，在反應(yīng)過程中，碳氮鍵首先斷裂，被還原為HCN，NH3等一些中間產(chǎn)物，隨后被氧氣氧化為氮氧化合物，其生成機(jī)理如圖1所示：

圖1 燃料型生成機(jī)理

快速型反應(yīng)機(jī)理：氮氧化合物首先在燃燒的過程中先產(chǎn)生CH、CH2、CH3等基團(tuán)，這些基團(tuán)與空氣中的N2發(fā)生碰撞，從而生成中間產(chǎn)物HCN、N、CN等，中間產(chǎn)物再與O2、OH等活性較強(qiáng)的基團(tuán)生成NCO，最終NCO會(huì)被氧化為NOX，其生成機(jī)理如圖2所示：

圖2 快速型生成機(jī)理

3 氮氧化合物處理技術(shù)

目前，焚燒爐中尾氣氮氧化合物的處理主要采用還原法技術(shù)，選擇性催化還原技術(shù)（SCR）和選擇性非催化還原技術(shù)（SN?CR）是兩種最常用的方法。

3.1 SCR工藝

SCR技術(shù)是在氧氣存在的條件下，通過催化劑的催化作用，NH3能夠?qū)⑽矚庵械牡趸衔镞€原為氮?dú)猓€原過程必須在催化劑的作用下才能發(fā)生反應(yīng)，催化劑通常選用TiO2-V2O5，反應(yīng)的溫度保持在200~400。反應(yīng)的主要過程是：氨氣和尾氣同時(shí)進(jìn)入到SCR反應(yīng)系統(tǒng)中，在催化劑的作用下氨氣和氮氧化合物反應(yīng)生成氮?dú)夂退?。SCR系統(tǒng)包含有催化劑反應(yīng)室、氨氣儲(chǔ)存系統(tǒng)，其中核心裝置是SCR脫硝反應(yīng)器，反應(yīng)器多采用垂直布置的方式，防止由于灰塵過多造成反應(yīng)器的堵塞。SCR技術(shù)對(duì)于氮氧化合物的脫除效率較高，但是由于反應(yīng)溫度、反應(yīng)停留時(shí)間、還原劑與尾氣的混合程度等因素的影響，實(shí)際的脫除率在70~90%之間，它的缺點(diǎn)是初始投入成本高，后期維護(hù)費(fèi)用也較高。

因此，在1974年，日本最初是將SNCR技術(shù)作為商業(yè)應(yīng)用；美國也于1988年首次投入大型SNCR裝置；德國于1990年在布萊梅垃圾焚燒廠采用了SNCR技術(shù)，使用的還原劑為氨水。

3.2 SNCR工藝

選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）能夠在沒有催化劑的條件下使用還原劑將NOx還原為水和氮?dú)?，并且該技術(shù)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，初始投資少，后期維護(hù)成本低的優(yōu)勢，但是其也存在著NOx脫除率較低，氨氣逃逸量高的缺點(diǎn)。

SNCR工藝中常采用的還原劑有氨氣和尿素，以尿素為例的SNCR工藝流程為：還原劑的接收和儲(chǔ)存，還原劑的計(jì)量稀釋及混合，混勻的還原劑噴入到鍋爐中適合的位置，還原劑和尾氣的混合。在還原劑的接受和儲(chǔ)存單元，使用氨氣時(shí)其一般選用濃度為29.49%的水溶液，而尿素一般采用50%的水溶液。還原劑和尾氣的混合噴射器一般選用墻式和槍式兩種類型，墻式噴射器插入在鍋爐內(nèi)墻，每個(gè)噴射部位安裝一個(gè)噴嘴，槍式一般用于尾氣和還原劑難以接觸的位置，為了使還原劑和尾氣充分混合，選取合適的位置、噴射速度、流量具有重要的影響。

影響SNCR脫除率的主要因素為反應(yīng)溫度，還原劑和尾氣的混合程度。NOx還原反應(yīng)在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，溫度太低或太高都會(huì)對(duì)還原反應(yīng)產(chǎn)生影響，不同還原劑的最佳溫度范圍也不同，氨氣的最佳反應(yīng)溫度為870~1100，尿素的最佳反應(yīng)溫度為900~1150，不同溫度下的氮氧化合物脫除率如圖3所示。

圖3 不同溫度下的氮氧化合物的脫除率

為了促進(jìn)還原劑和氮氧化合物的反應(yīng)，還原劑和焚燒尾氣充分混合能夠促進(jìn)反應(yīng)的發(fā)生。若以氨氣作為還原劑，由于氨氣具有較強(qiáng)的揮發(fā)能力，還原劑和混合機(jī)能夠很好的混合，通過控制噴射系統(tǒng)的角度、速度和軌跡可以很好的控制氨氣和焚燒尾氣的混合。若以尿素溶液作為還原劑時(shí)，還原劑和尾氣的混合效果相對(duì)較差，但是可以通過增加傳給液滴的能量，增加溶液噴嘴的數(shù)量和噴射區(qū)的數(shù)量，改進(jìn)噴嘴的設(shè)計(jì)來調(diào)整液滴的大小、分布和方向等多種手段來提高還原劑和氮氧化合物的混合程度。此外，焚燒爐尾氣中氮氧化合物的濃度、噴入的還原劑與氮氧化合物的摩爾比和在最佳溫度下的滯留時(shí)間等因素也會(huì)對(duì)氮氧化合物的脫除率具有一定的影響。

4 結(jié)語

焚燒爐尾氣中的氮氧化合物對(duì)于環(huán)境具有嚴(yán)重的影響，為了滿足環(huán)境保護(hù)的要求，需要嚴(yán)格控制焚燒尾氣中氮氧化合物的含量，本文主要探究了SCR和SNCR兩種氮氧化合物的處理方法，重點(diǎn)介紹了SNCR工藝的流程和影響因素，為焚燒尾氣中氮氧化合物的去除提供技術(shù)支持。

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