燃煤煙氣SCR脫硝系統(tǒng)中細(xì)顆粒物排放特性綜述

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:當(dāng)前我國面臨著嚴(yán)重的由PM2.5導(dǎo)致的嚴(yán)重大氣污染，燃煤電廠是大氣環(huán)境中PM2.5的主要排放源之一。燃煤電廠大規(guī)模安裝的選擇性催化還原(SCR)脫硝裝置雖然減少了NOx轉(zhuǎn)化生成的二次PM2.5，但卻可能增加一次PM2.5排放，其中以硫酸(氫)銨細(xì)顆粒物排放為主，同時(shí)，也改變了PM2.5的物理化學(xué)特性。

文中綜述了SCR脫硝前后細(xì)顆粒物物理化學(xué)性質(zhì)的變化及SCR脫硝過程對燃煤電廠細(xì)顆粒排放特征的影響，后續(xù)除塵、濕法脫硫系統(tǒng)(WFGD)煙氣處理系統(tǒng)中細(xì)顆粒物排放的影響，重點(diǎn)闡述了硫酸(氫)銨細(xì)顆粒物的生成轉(zhuǎn)化及影響因素，同時(shí)，也對今后SCR脫硝過程中細(xì)顆粒物的生成及控制的研究方向作出了進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：細(xì)顆粒物；燃煤煙氣；選擇性催化還原脫硝；硫酸氫銨；排放

燃煤電廠是大氣環(huán)境中PM2.5的主要排放源之一，而我國燃煤電廠顆粒物污染控制普遍釆用靜電除塵器，其對粒徑較大顆粒物的捕集效率可達(dá)99%以上，但卻不能高效捕集細(xì)顆粒[1-4]。我國“十一五”及“十二五”規(guī)劃分別提出對SO2及NOx控制要求以來，大部分燃煤電廠安裝了煙氣脫硫及脫硝設(shè)施，煙氣凈化系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛擅撓跸到y(tǒng)、除塵系統(tǒng)及脫硫系統(tǒng)共同組成。

在我國燃煤電廠PM2.5排放污染十分嚴(yán)重及大規(guī)模安裝SCR脫硝裝置的背景下，研究脫硝過程中PM2.5轉(zhuǎn)化機(jī)制具有重要意義。目前，廣泛應(yīng)用于燃煤電站的煙氣脫硝技術(shù)是選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduction，SCR)技術(shù)，通過加入還原劑NH3與煙氣中的NOx在催化劑作用下反應(yīng)生成N2和H2O，將NOx無害化[5]。

作為SCR核心的催化劑，大規(guī)模商用的是V2O5-WO3(或MoO3)/TiO2類催化劑。受到催化劑運(yùn)行溫度的限制(300℃~400℃)，SCR脫硝裝置大多布置在省煤器和空預(yù)器之間(高塵布置方式)，因此，SCR系統(tǒng)煙氣中含有大量燃煤飛灰。

釩鈦催化劑中釩氧化物是主要活性組分，具有較高的脫硝率和選擇性，但同時(shí)也促進(jìn)部分SO2氧化為SO3[6-7]。

一方面，SO3可與NH3、H2O反應(yīng)生成NH4HSO4、(NH4)2SO4等硫酸鹽，另一方面，SO3還可與燃煤飛灰中游離態(tài)堿金屬、堿土金屬氧化物(如CaO)反應(yīng)形成金屬硫酸鹽，這些硫酸鹽經(jīng)核化凝結(jié)作用形成亞微米級細(xì)顆粒，部分沉積于催化劑表面及孔道中，導(dǎo)致催化劑堵塞或腐蝕，降低催化劑脫硝效率及使用壽命[8]，增加催化劑再生難度[9]，部分沉積于空預(yù)器中，造成空預(yù)器內(nèi)部元件的腐蝕；

此外，大部分以氣溶膠形式隨煙氣進(jìn)入除塵及濕法煙氣脫硫(wetfluegasdesulfurization,WFGD)系統(tǒng)，最終排入大氣環(huán)境[10-12]，進(jìn)而影響燃煤電廠PM2.5排放的物理化學(xué)特征[13]。

此外，SCR脫硝技術(shù)也廣泛應(yīng)用在機(jī)動車NOx處理方面，國外研究顯示[14-17]，SCR脫硝系統(tǒng)同樣會導(dǎo)致機(jī)動車尾氣細(xì)顆粒物排放特性的改變。經(jīng)計(jì)算，由SCR脫硝產(chǎn)生的一次PM2.5可大約抵消12%由于NOx減排帶來的二次PM2.5削減效果[10]。

因此，SCR脫硝裝置雖然減少了由NOx等氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)化生成的二次PM2.5，但可能增加了一次PM2.5排放，同時(shí)，也改變了燃煤電廠排放的PM2.5物理化學(xué)特性。

1 SCR脫硝系統(tǒng)前后細(xì)顆粒物性質(zhì)變化

近幾年來，國內(nèi)外逐漸開展了SCR脫硝前后PM2.5性質(zhì)變化的研究分析，國內(nèi)研究[10-12]表明，SCR脫硝過程中，細(xì)顆粒物的質(zhì)量及數(shù)量濃度都有明顯增加，尤其是PM0.1-1數(shù)量濃度增加顯著，PM1-2.5質(zhì)量濃度增加顯著，如圖1所示[10]。

新形成的顆粒物不僅含有水溶性離子，還有不可溶的無機(jī)復(fù)合物及揮發(fā)性有機(jī)物，出口細(xì)顆粒物中所含的離子濃度也較進(jìn)口處有明顯增加，其中NH4+及SO42-是PM1中水溶性離子增加的主要成分[10]。

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