第三章　烟气脱硝系统

NO_x即氮氧化物。氮氧化物包含多种化合物如一氧化氮NO、一氧化二氮N₂O、二氧化氮NO₂、三氧化二氮N₂O₃和四氧化二氮N₂O₄等。除NO₂外其余NO_x均不稳定，条件变化时如遇光、热、湿会变成NO₂及NO，而NO又变成NO₂。常规职业环境中接触的是几种气体的混合物，常称为硝烟，主要以NO、NO₂为主。一氧化氮性质不稳定，无色，在空气中易氧化成NO₂，溶于乙醇、二硫化碳，微溶于水和硫酸。熔点-163.6℃，沸点-151.5℃，蒸气压力101.31～151.7kPa。二氧化氮性质较稳定，溶于碱、二硫化碳和氯仿。在-11℃以下时为无色固体，在21.1℃以下时为暗褐色液体，21.1℃时为红棕色气体，气味刺鼻，熔点-11.2℃，沸点21.2℃。

大气中NO_x污染物来源于两个方面，自然源和人为源。自然源的NO_x主要来自微生物活动、生物体氧化分解、火山喷发、雷电、平流层光化学过程、土壤和海洋中的光解释放等。自然源产生的NO_x数量比较稳定且相对基本平衡。人为源的NO_x由人类的生活和生产活动产生并排放进入大气。产生的NO_x的人类活动主要有化石燃料燃烧过程产生的NO_x，硝酸生产、冶炼等生产产品过程产生的NO_x，垃圾和污泥焚烧等处理废弃物过程产生的NO_x。其中化石燃料燃烧过程产生的NO_x占主要地位，因为其随着社会经济发展的需求呈现增长的趋势。NO_x具有很强的毒性，是形成光化学烟雾、硝酸型酸雨、破坏臭氧层的主要物质之一。对环境、生态、人类的危害及经济的发展阻碍都很大。

各种污染源产生的氮氧化物中绝大部分为NO，毒性不是很大，但NO在大气中会被氧化成NO₂。NO₂比较稳定，毒性是NO的4～5倍。NO₂是一种红棕色有毒的恶臭气体，空气中只要有14×10^-6（体积分数）即有恶臭，25×10^-6就恶臭难闻了。空气中的含量在3.5×10^-6持续1h开始对人体有影响，含量为（20～50）×10^-6时对人眼有刺激作用，当含量达到150×10^-6时对人体器官有强烈的刺激。NO₂对人类和动植物的危害很大，更为严重的是NO₂在日光作用下会产生新生态氧原子NO₂→NO₀，这种新生态氧原子在大气中将会引起一系列连锁反应并与未燃尽的碳氢化合物结合形成光化学烟雾，其毒性更强。如在20世纪70年代初日本东京发生的一起光化学烟雾，使上万人喉头发炎、眼鼻受到刺激甚至昏倒。因为在这些反应中产生了各种毒性很强的二次污染物，如臭氧、过氧乙酰硝酸酯（PAN）、过氧苯酰硝酸酯（PBN）以及过氧丙酰硝酸酯（PPN）等。大气NO_x浓度的微小增加都会加重光化学烟雾的污染。造成区域性的氧化剂污染和细颗粒物污染，使区域空气质量退化、太阳辐射减少、气候发生变化，使农作物减产，对生态系统造成损害。光化学烟雾会使大气能见度降低，对眼睛、喉咙有强烈的刺激并产生头痛、呼吸道疾病恶化，严重的甚至可能导致死亡。由于大气的氧化性，NO在大气中可形成硝酸和硝酸盐细颗粒物，同硫酸和硫酸细颗粒物一起发生远距离传输，加速了区域性酸雨的恶化程度。我国一些地方的酸雨污染已经由单一的硫酸型向硝酸根离子不断增加的复合型转化。大气中的NO_x也破坏着臭氧层。臭氧层对大气的循环以及大气的温度分布起着重要的作用，臭氧层被破坏使平流层获得的热量减少，达到地球表面的太阳辐射增加，导致全球气候变化。紫外光辐射增强会引起皮肤病、白内障及免疫系统的疾病等。大气被NO₂污染后还会使得机器设备和金属建筑物过早地损坏，妨碍和破坏植物的生长，降低大气的可见度，阻碍热力设备出力的提高甚至使设备的效率降低。

电力行业是国民经济的基础行业，由于经济的快速发展，电力需求随之不断增长。大容量高参数的火电机组的NO_x排放总量日益增加。仅电厂燃煤量就占全国煤炭消耗总量的约50%。这个比例仍有不断增加的趋势，其燃煤产生的大气污染物也将持续增长。我国燃煤发电主要是直接燃烧的方式，煤炭燃烧产生大量的烟尘、硫氧化物、氮氧化物、汞等重金属氧化物以及二氧化碳，还有废水和固体排放。经过近几十年的努力，固体渣和废水的排放、烟尘的排放都得到了有效的控制。二氧化硫的排放控制也取得了成效。因此氮氧化物成为继二氧化硫之后燃煤发电污染物治理的重点。据测算我国2000年氮氧化物的排放量为1500万吨，如果不加以控制预计到2020年氮氧化物的排放量将达到2639万吨。然而我国环境的二氧化硫容量只有1620万吨，氮氧化物的环境容量只有1800万吨。我国出现酸雨的城市已有265个，控制氮氧化物的排放是我国经济可持续发展亟待解决的重要问题。

在目前各种脱硝技术中，选择性催化还原脱硝（SCR）法是应用最多、效率最高而且是最成熟的技术之一。该技术在20世纪70年代末80年代初首先由日本发展起来，之后迅速在日本、欧洲、美国等国家和地区的电站得到应用。截至2014年底，我国脱硝机组的装机容量超过6.87亿千瓦，约占燃煤机组总装机容量的83.2%，其中，95%以上的脱硝工程采用SCR法工艺。