氮氧化物（ＮＯ
ｘ
）是造成大气污染的主要污染
物之一．
目前国内 ６
５％的 ＮＯ
ｘ
是燃煤产生的，
而我
国又是最大的煤炭生产国和消费国．据专家预测，
如果不采取有效措施，随着燃煤工业的发展，在未
来 ５～１
０年内，ＮＯ
ｘ
排放量可能超过 ＳＯ
２
而成为
第一大酸性气体污染物．因此，研究作为主要燃煤
设备的电站锅炉和工业锅炉的 ＮＯ
ｘ
的排放控制很
有必要
［１］
．
目前，
国内外已经发展出了很多种 ＮＯ
ｘ
的脱
除工艺．
在各种 ＮＯ
ｘ
脱除工艺中，选择性非催化还
原（ＳＮＣＲ）脱硝工艺除了有成本低、易于与其他工
艺联用的优点之外，还有占地面积小、设施简单的
优点，
尤其适合老电厂的改造．实验室研究数据表
明，
小型实验台上脱硝效率超过 ８
０％
［２４］
是可以实
现的，中 型 设 备 试 验 中 脱 硝 率 可 达 到 ５
０％ ～
７
０％
［５］
．
实际工业工程应用中却只有 ３
０％ ～５
０％，
这是由于一般的锅炉处于 ＳＮＣＲ脱硝工艺温度窗
口内的空间很小，
还原剂与烟气不能及时均匀地混
合且在反应温度窗口内的停留时间过短造成的，
国
内外对此也有专门的研究
［６８］
．
还原剂一般都选用氨、尿素
［９１
０］
及铵盐
［１
１１
２］
，
对氨作还原剂的添加剂多为碳氢化合物
［１
３１
５］
，尿
素作还原剂的添加剂多为钠盐
［１
６１
７］
．与其他还原
剂相比，
氨作还原剂可以以气态形式喷入，还可以
避免生成 Ｎ
２
Ｏ副反应的大量发生
［１
８］
．还原剂以气
态形式喷入，
可以避免由于溶液气化潜热造成喷口
附近的局部温度降低．添加剂可以使 ＳＮＣＲ脱硝
工艺反应温度窗口向低温方向移动，但 ＮＯ
ｘ
的去
除率会降低．
本文主要对添加 ＣＨ
４
对气态 ＮＨ
３
作
还原剂的 ＳＮＣＲ工艺的影响进行详细的研究．
１ 反应机理
采用 ＮＨ
３
作为还原剂，在 ８
５
０～１０
５
０℃的温
度范围内，
还原 ＮＯ
ｘ
的总包化学反应方程式主要
有
４ＮＨ
３
＋４ＮＯ＋Ｏ
２
４Ｎ
２
＋６Ｈ
２
Ｏ
（１）
４ＮＨ
３
＋２ＮＯ＋２Ｏ
２
３Ｎ
２
＋６Ｈ
２
Ｏ
（２）
参照文献［１
９ ２
０］提出的 ＳＮＣＲ反应机理进
行分析．从微观基元反应上，ＮＨ
３
向 ＮＨ
２
的转换
反应很重要，
只有发生如下反应：
ＮＨ
３
＋ＯＨ ＮＨ
２
＋Ｈ
２
Ｏ
（５）
ＮＨ
３
＋Ｏ ＮＨ
２
＋ＯＨ
（６）
ＮＨ
３
＋Ｈ ＮＨ
２
＋Ｈ
２
（７）
才能发生下面的 ＮＯ
ｘ
的还原反应：
ＮＨ
２
＋ＮＯ ＮＮＨ＋ＯＨ
（８）
ＮＮＨ Ｈ＋Ｎ
２
（９）
ＮＨ
２
＋ＮＯ Ｎ
２
＋Ｈ
２
Ｏ
（１
０）
适量的 ＯＨ，Ｏ，Ｈ基元是 ＮＯ
ｘ
还原反应的必
要条件．
活性基元只有在足够高的温度下才能产
生，
这是 ＳＮＣＲ脱硝工艺在低温下难以进行的原
因．
烟气内的活性基元在温度低于温度窗口时产
生量不足，
会造成反应速率太慢，在较短的停留时
间内得不到较高的 ＮＯ
ｘ
去除率．当温度高于工艺
的温度窗口时，ＯＨ，Ｏ基元就会过多，下面的反应
会逐渐占据主要地位：
ＮＨ
２
＋ＯＨ ＮＨ＋Ｈ
２
Ｏ
（１
１）
ＮＨ＋Ｏ
２
ＨＮＯ＋Ｏ
（１
２）
ＨＮＯ＋Ｍ ＮＯ＋Ｈ＋Ｍ
（１
３）
ＨＮＯ＋Ｏ ＮＯ＋ＯＨ
（１
４）
反应（１
１）～（１
４）的大量发生会造成 ＮＯ
ｘ
的
去除率降低，
甚至烟气中 ＮＯ
ｘ
含量不降反增．
有 ＣＨ
４
作添加剂的条件下，ＣＨ
４
会发生一系
列生成活性基元的反应，
产生的活性基元补充了在
略低于工艺温度窗口下的温度区间内的活性基元
的不足，
使得反应温度窗口降低．
同时，
ＣＨ
４
作添加
剂也会造成 ＮＯ
ｘ
的最大去除效率的降低．
２ 试验装置
试验在如图 １所示的 ＳＮＣＲ烟气脱硝工艺试
验台上进行，
试验台由烟气产生装置、烟气脱硝反
应器主体和测量装置 ３部分组成．
烟气由反应器前
面的燃油燃烧器产生，所用燃料为 ０
＃
柴油，烟气温
度通过调节燃油量和燃烧风量控制，
向燃烧风中掺
混氧化 ＮＨ
３
以提高烟气中 ＮＯ
ｘ
的浓度，其产生量
通过调节氧化 ＮＨ
３
的添加量进行控制．反应器为
２
５
０ｍｍ×５
０ｍｍ的刚玉管，外加 １
５
０ｍｍ硅酸铝
纤维棉保温层，最外层为 ５ｍｍ 厚的铁皮作保护
层．
反应器总长 ６ｍ，垂直向上 ３ｍ 后有一 ９
０°弯
头．
沿程预留 ３个取样口，分别 距 喷 嘴 ０
４
５，２，５
ｍ．
通过改变取样枪的插入深度可以对同一测量位
置上的多个测点进行测量，
即可沿图 １所示的 ｘ轴
方向上进行不同测点的测量．还原剂 ＮＨ
３
和 ＣＨ
４
从喷嘴由空气携带喷入，还原剂 ＮＨ
３
和 ＣＨ
４
在从
喷嘴喷出前已得到预混合．
风和添加气体及油的添
加量由玻璃转子流量计控制，
沿程有 ７个 Ｓ型热电
偶进行温度测量，
采用德国 ＭＲＵ公司 ＳＡＥ１
９型烟
气分析仪对从取样口抽取的烟气气样的成分进行
在线测量．
烟气中的泄漏氨由真空泵在反应器尾部
抽取气样通过水洗溶解收集，
通过所得洗液的中和
０
３
６
东南大学学报（自然科学版） 第 ３
９卷