氮氧化物的危害及其催化还原控制方法
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ENERGY CONSERVATION AND ENVIRONMENT PROTECTION COLUMN
上海节能
节
SHANGHAI ENERGY CONSERVATION
ຫໍສະໝຸດ Baidu
能
环
保
氮氧化物的危害及其催化还原控制方法
专 栏
王小曼 张晟昊 权芳芳
上海市质量监督检验技术研究院
摘要：对大气中氮氧化物的危害及其控制方法进行了综述，总结了氮氧化物的主要来源、排放情况及其 危害。着重探讨选择性催化还原方法、金属及其氧化物催化还原方法两种氮氧化物的催化还原控制方法。
Key words: Denitration Reaction；Catalyst；Environmental Protection
0 引言
我国是一个能源大国，能源结构特点是富煤、 贫油、少气。煤炭在我国的一次能源中约占 76%。 我 国 的 煤 炭 能 源 不 仅 储 量 多 ，而 且 价 格 低 廉 。 因 此，即使不断有各种新能源的投入使用，但在短期 内，我国的能源结构仍以煤炭为主。2013 年上半 年，我国煤炭消费量达到了 19.3 亿 t，同比增长了 1.8%。据业内预测，预计到 2020 年，煤炭能源仍将 占据一次能源的 67%，且每年煤炭消耗总量将增加 到 23 亿 t。
关键词：脱硝；催化剂；环境保护
DOI: 10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2019.04.004
Harmness of NOx and Its Catalytic Reduction Control Method
Wang Xiaoman，Zhang Shenghao，Quan Fangfang Shanghai Institute of Quality Inspection Technology and Technical Research
随着科学技术的发展和经济实力的增强，我国 现阶段已积极开始对氮氧化物的治理，并采用符合 国情的治理技术。
3 氮氧化物的排放控制技术
氮氧化物的排放控制技术主要分为燃烧的前 处理、燃烧方式的改进及燃烧的后处理技术等三种: （1）改变燃料的种类，采用低氮燃料。即把煤炭、石 油等化石燃料用天然气、轻质油等代替，从源头开 始 控 制 氮 氧 化 物 的 排 放 ，从 而 减 少 氮 氧 化 物 生 成 量；（2）燃煤过程中采用不同的燃烧方式，减少氮氧 化物的排放，其中包括：燃料分级燃烧、空气分级燃 烧、炉内低过量空气运行和烟气再循环技术等，以 降低氮氧化物的生成；（3）燃烧后的烟气处理技术， 包 括 选 择 性 催 化 还 原 法 (Selective Catalytic Reduction，SCR) 和 选 择 性 非 催 化 还 原 法（Selective Non-Catalytic Reduction,SNCR），即对含已生成 氮氧化物的烟气进行脱硝处理。
Abstract: The harm and control methods of nitrogen oxides in the atmosphere were summarized, the main sources, emission and harm of nitrogen oxides were summarized, two control methods of nitrogen oxides were emphatically discussed.
50
120
重点地区 限值 100
100 120 100
50
氮氧化物的危害主要包括（: 1）危害人的身体健 康。氮氧化物直接危害人体的健康，其中以 NO 与 NO2最为严重。NO 为无色无味、有毒气体，能降低 血液输氧能力，引起组织缺氧；NO2 是一种红棕色 有毒的恶臭气体，可破坏人体的呼吸系统；（2）对植 物有损害作用；（3）形成酸雨和酸雾。除此之外，氮 氧化物能与碳氢化合物相结合，形成的光化学烟雾 对环境造成污染。因此，氮氧化物会消耗臭氧，破 坏大气中的臭氧层。由于氮氧化物对人体和环境 的 危 害 ，人 们 开 始 重 视 开 展 相 关 的 治 理 措 施 。 美 国、日本等发达国家较早地开展了大规模的控制燃 煤污染物排放的研究。
20189 年第 1014 期 259
SHANGHAI ENERGY CONSERVATION
上海节能
SHANGHAI ENERGY CONSERVATION
No.04 2019
理大气污染的首要任务。
图 1 2011-2014 年间中国每年氮氧化物的排放量
2 氮氧化物的主要来源及危害
氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之 一。在世界总能源消耗量中，我国的能源消耗总量 占 8%～9%,但是氮氧化物的排放量却占世界总排 放量的 10.1%。其中，火电厂是氮氧化物排放的第 一大来源，占比达 38%左右，因此，控制氮氧化物排 放，必须从火电厂入手。在 2010 年，国家发布了 《火电厂氮氧化物防治技术政策》，对火电厂实施烟 气脱硝的技术要求做出了明确规定，形成了指导火 电厂脱硝工作的规范。2012 年 1 月 1 日起实施的 《火 电 厂 大 气 污 染 物 排 放 标 准》[8（] GB 13223 － 2011）对氮氧化物及其他污染气体的排放标准做出 更为严格的规定，其中氮氧化物排放浓度限值如表 1 所示。
人们利用煤炭的最直接方式是燃烧。煤炭资 源的利用除了带来快速的经济增长外还带来了严 重的大气污染。燃烧排放了大量的氮氧化物和二
氧化硫等大气污染物，导致我国成为继欧洲和北美 之后的第三大酸雨区，酸雨面积占了国土的三分之 一。巨大的能源消费量和以煤为主的能源消费结 构是我国长期以来空气污染的主要成因。由于煤 炭属于劣质能源，氮氧化物是煤炭燃烧过程中释放 出的主要污染物之一。我国氮氧化物排放量的 67%、烟尘排放量的 70%均来自燃煤。这些有害气 体不仅造成了严重的大气环境污染，还危害着人们 的健康。图 1 为中国环保部在《中国环境状况公报》 批 露 的 2011-2014 年 中 国 每 年 氮 氧 化 物 的 排 放 量。自 2011 年起，中国每年排放的氮氧化物呈现 逐年下降的趋势。但是，中国 2014 年氮氧化物全 年的排放量仍然高达 1 974.4 万 t。如何有效地控 制煤炭燃烧过程中氮氧化物的排放已成为我国治
表 1 火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物排放浓度限值（单位：mg/m3）
燃料和热能 转化设施类型
适用条件
燃煤锅炉
全部
以油为燃料的锅炉 或燃气轮机组
以气体为燃料的 锅炉或燃气轮机组
新建燃油锅炉 现有燃油锅炉
燃气轮机组 天然气锅炉 其他气体燃料锅炉 天然气燃气轮机组
其他气体燃料燃气 轮机组
限值
100 200[1] 100 200 120 100 200
上海节能
节
SHANGHAI ENERGY CONSERVATION
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能
环
保
氮氧化物的危害及其催化还原控制方法
专 栏
王小曼 张晟昊 权芳芳
上海市质量监督检验技术研究院
摘要：对大气中氮氧化物的危害及其控制方法进行了综述，总结了氮氧化物的主要来源、排放情况及其 危害。着重探讨选择性催化还原方法、金属及其氧化物催化还原方法两种氮氧化物的催化还原控制方法。
Key words: Denitration Reaction；Catalyst；Environmental Protection
0 引言
我国是一个能源大国，能源结构特点是富煤、 贫油、少气。煤炭在我国的一次能源中约占 76%。 我 国 的 煤 炭 能 源 不 仅 储 量 多 ，而 且 价 格 低 廉 。 因 此，即使不断有各种新能源的投入使用，但在短期 内，我国的能源结构仍以煤炭为主。2013 年上半 年，我国煤炭消费量达到了 19.3 亿 t，同比增长了 1.8%。据业内预测，预计到 2020 年，煤炭能源仍将 占据一次能源的 67%，且每年煤炭消耗总量将增加 到 23 亿 t。
关键词：脱硝；催化剂；环境保护
DOI: 10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2019.04.004
Harmness of NOx and Its Catalytic Reduction Control Method
Wang Xiaoman，Zhang Shenghao，Quan Fangfang Shanghai Institute of Quality Inspection Technology and Technical Research
随着科学技术的发展和经济实力的增强，我国 现阶段已积极开始对氮氧化物的治理，并采用符合 国情的治理技术。
3 氮氧化物的排放控制技术
氮氧化物的排放控制技术主要分为燃烧的前 处理、燃烧方式的改进及燃烧的后处理技术等三种: （1）改变燃料的种类，采用低氮燃料。即把煤炭、石 油等化石燃料用天然气、轻质油等代替，从源头开 始 控 制 氮 氧 化 物 的 排 放 ，从 而 减 少 氮 氧 化 物 生 成 量；（2）燃煤过程中采用不同的燃烧方式，减少氮氧 化物的排放，其中包括：燃料分级燃烧、空气分级燃 烧、炉内低过量空气运行和烟气再循环技术等，以 降低氮氧化物的生成；（3）燃烧后的烟气处理技术， 包 括 选 择 性 催 化 还 原 法 (Selective Catalytic Reduction，SCR) 和 选 择 性 非 催 化 还 原 法（Selective Non-Catalytic Reduction,SNCR），即对含已生成 氮氧化物的烟气进行脱硝处理。
Abstract: The harm and control methods of nitrogen oxides in the atmosphere were summarized, the main sources, emission and harm of nitrogen oxides were summarized, two control methods of nitrogen oxides were emphatically discussed.
50
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重点地区 限值 100
100 120 100
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氮氧化物的危害主要包括（: 1）危害人的身体健 康。氮氧化物直接危害人体的健康，其中以 NO 与 NO2最为严重。NO 为无色无味、有毒气体，能降低 血液输氧能力，引起组织缺氧；NO2 是一种红棕色 有毒的恶臭气体，可破坏人体的呼吸系统；（2）对植 物有损害作用；（3）形成酸雨和酸雾。除此之外，氮 氧化物能与碳氢化合物相结合，形成的光化学烟雾 对环境造成污染。因此，氮氧化物会消耗臭氧，破 坏大气中的臭氧层。由于氮氧化物对人体和环境 的 危 害 ，人 们 开 始 重 视 开 展 相 关 的 治 理 措 施 。 美 国、日本等发达国家较早地开展了大规模的控制燃 煤污染物排放的研究。
20189 年第 1014 期 259
SHANGHAI ENERGY CONSERVATION
上海节能
SHANGHAI ENERGY CONSERVATION
No.04 2019
理大气污染的首要任务。
图 1 2011-2014 年间中国每年氮氧化物的排放量
2 氮氧化物的主要来源及危害
氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之 一。在世界总能源消耗量中，我国的能源消耗总量 占 8%～9%,但是氮氧化物的排放量却占世界总排 放量的 10.1%。其中，火电厂是氮氧化物排放的第 一大来源，占比达 38%左右，因此，控制氮氧化物排 放，必须从火电厂入手。在 2010 年，国家发布了 《火电厂氮氧化物防治技术政策》，对火电厂实施烟 气脱硝的技术要求做出了明确规定，形成了指导火 电厂脱硝工作的规范。2012 年 1 月 1 日起实施的 《火 电 厂 大 气 污 染 物 排 放 标 准》[8（] GB 13223 － 2011）对氮氧化物及其他污染气体的排放标准做出 更为严格的规定，其中氮氧化物排放浓度限值如表 1 所示。
人们利用煤炭的最直接方式是燃烧。煤炭资 源的利用除了带来快速的经济增长外还带来了严 重的大气污染。燃烧排放了大量的氮氧化物和二
氧化硫等大气污染物，导致我国成为继欧洲和北美 之后的第三大酸雨区，酸雨面积占了国土的三分之 一。巨大的能源消费量和以煤为主的能源消费结 构是我国长期以来空气污染的主要成因。由于煤 炭属于劣质能源，氮氧化物是煤炭燃烧过程中释放 出的主要污染物之一。我国氮氧化物排放量的 67%、烟尘排放量的 70%均来自燃煤。这些有害气 体不仅造成了严重的大气环境污染，还危害着人们 的健康。图 1 为中国环保部在《中国环境状况公报》 批 露 的 2011-2014 年 中 国 每 年 氮 氧 化 物 的 排 放 量。自 2011 年起，中国每年排放的氮氧化物呈现 逐年下降的趋势。但是，中国 2014 年氮氧化物全 年的排放量仍然高达 1 974.4 万 t。如何有效地控 制煤炭燃烧过程中氮氧化物的排放已成为我国治
表 1 火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物排放浓度限值（单位：mg/m3）
燃料和热能 转化设施类型
适用条件
燃煤锅炉
全部
以油为燃料的锅炉 或燃气轮机组
以气体为燃料的 锅炉或燃气轮机组
新建燃油锅炉 现有燃油锅炉
燃气轮机组 天然气锅炉 其他气体燃料锅炉 天然气燃气轮机组
其他气体燃料燃气 轮机组
限值
100 200[1] 100 200 120 100 200