氮氧化物(NOx)是主要的大氣污染物，主要包括NO、NO2、N2O等，可以引起酸雨、光化學煙霧、溫室效應及臭氧層的破壞。自然界中的NOx63%來自工業污染和交通污染，是自然發生源的2倍，其中電力工業和汽車尾氣的排放各占40%，其他工業污染源占20%。在通常的燃燒溫度下，燃燒過程產生的NOx中90%以上是NO，NO2占5%～10%，另有極少量的N2O。NO排到大氣中很快被氧化成NO2，引起呼吸道疾病，對人類健康造成危害。

　　火電廠產生的NOx主要是燃料在燃燒過程中產生的。其中一部分是由燃料中的含氮化合物在燃燒過程中氧化而成，稱燃料型NOx;另一部分由空氣中的氮高溫氧化所致，即熱力型NOx，化學反應為：

　　N2+O2→2NO(1)NO+1/2O2→NO2(2)

　　還有極少部分是在燃燒的早期階段由碳氫化合物與氮通過中間產物HCN、CN轉化為NOx，簡稱瞬態型NOx[1]。

　　減少NOx排放有燃燒過程控制和燃燒后煙氣脫硝2條途徑?，F階段主要通過控制燃燒過程NOx的生成，通過各類低氮燃燒器得以實現[2-3]。這是一個既經濟又可靠的方法，對大部分煤質通過燃燒過程控制可以滿足目前排放標準。

　　1煙氣脫硝工藝

　　1.1相關化學反應

　　NO的分解反應(式(1)的逆反應)在較低溫度下反應速度非常緩慢，迄今為止還沒有找到有效的催化劑。因此，要將NO還原成N2，需要加入還原劑。氨(NH3)是至今已發現的Z有效的還原劑。有氧氣存在時，在900～1100℃，NH3可以將NO和NO2還原成N2和H2O，反應如式(3)、(4)所示[4]。還有一個副反應，生成副產物N2O，N2O是溫室氣體，因此，式(5)的反應是不希望發生的。4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O(3)2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O(4)4NO+4NH3+3O2→4N2O+6H2O(5)在900℃時，NH3還可以被氧氣氧化，如式(6)～(8)所示。

　　2NH3+3/2O2→N2+3H2O(6)2NH3+2O2→N2O+3H2O(7)2NH3+5/2O2→2NO+3H2O(8)這就意味著NH3除了擔任NO、NO2的還原劑外，還有相當一部分被煙氣中的氧氣氧化，而氧化的產物中有N2、N2O和NO，后者增加了NO的濃度卻降低了脫硝效率。

　　1.2非選擇性催化還原工藝

　　非選擇性催化還原工藝(SNCR，SelectiveNon-CatalyticReduction)利用鍋爐頂部850～1050℃的高溫條件，噴入NH3在沒有催化劑作用下還原NOx，在鍋爐中的布置如圖1所示[5]。不用催化劑，則不需設置催化反應器，故SNCR工藝簡單、投資省，對沒有預留脫硝空間的現有鍋爐改造工作量少?？墒窃?50～1050℃時，NH3的氧化反應(式(6)～(8))全部可以發生，確定了該工藝的脫硝效率不高，一般僅50%左右，同時還要求有較高的NH3/NO摩爾比，增加了NH3的消耗與逃逸。故SNCR工藝難以滿足環保要求高的大型燃煤鍋爐。

　　1.3選擇性催化還原

　　選擇性催化還原(SCR，SelectiveCatalyticReduction)的原理是在催化劑作用下，還原劑NH3在相對較低的溫度下將NO和NO2還原成N2，而幾乎不發生NH3的氧化反應，從而提高了N2的選擇性，減少了NH3的消耗。該工藝于20世紀70年代末首先在日本開發成功，80年代和90年代以后，歐洲和美國相繼投入工業應用，現已在世界范圍內成為大型工業鍋爐煙氣脫硝的主流工藝。在NH3/NOx的摩爾比為1時，NOx的脫除率可達90%，NH3的逃逸量控制在5mg/L以下。為避免煙氣再加熱消耗能量，一般將SCR反應器置于省煤器后、空氣預熱器之前，即高飛灰布置。氨氣在加入空氣預熱器前的水平管道上加入，與煙氣混合。對于新建鍋爐，由于預留了煙氣脫氮空間，可以方便地放置SCR反應器和設置噴氨槽，流程如圖2所示。

　　SCR系統由氨供應系統、氨氣/空氣噴射系統、催化反應系統以及控制系統等組成，催化反應系統是SCR工藝的核心，設有NH3的噴嘴和粉煤灰的吹掃裝置，煙氣順著煙道進入裝載了催化劑的SCR反應器，在催化劑的表面發生NH3催化還原成NOx。

　　2 SCR工藝采用的催化劑

　　2.1催化劑的化學組成

　　催化反應器中裝填的催化劑是SCR工藝的核心。文獻[6]詳細列舉了金屬氧化物催化劑，如V2O5、Fe2O3、CuO、Cr2O3、Co3O4、NiO、CeO2、La2O3、Pr6O11、Nd2O3、Gd2O3、Yb2O3等，催化活性以V2O5Z高。V2O5同時也是硫酸生產中將SO2氧化成SO3的催化劑，且催化活性很高，故SCR工藝中將V2O5的負載量減少到1.5%(重量百分比)以下，并加入WO3或MoO3作為助催化劑，在保持催化還原NOx活性的基礎上盡可能減少對SO2的催化氧化。助催化劑的加入能提高水熱穩定性，抵抗煙氣中As等有毒物質。商業應用的催化劑是分散在TiO2上，以V2O5為主要活性組分，WO3或MoO3為助催化劑的釩鈦體系，即V2O5-WO3/TiO2或V2O5-MoO3/TiO2。

　　2.2催化反應原理

　　催化反應原理是NH3快速吸附在V2O5表面的B酸活性點，與NO按照Eley-Rideal機理反應，形成中間產物，分解成N2和H2O，在O2的存在下，催化劑的活性點很快得到恢復，繼續下一個循環，其化學吸附與反應過程如圖3所示[7]。反應步驟可分解為：

　　(1)NH3擴散到催化劑表面;(2)NH3在V2O5上發生化學吸附;(3)NO擴散到催化劑表面;(4)NO與吸附態的NH3反應，生成中間產物;(5)中間產物分解成Z終產物N2和H2O;(6)N2和H2O離開催化劑表面向外擴散。

　　2.3催化劑的結構形式

　　由于SCR反應器布置在除塵器之前，大量飛灰的存在給催化劑的應用增加了難度，為防止堵塞、減少壓力損失、增加機械強度，通常將催化劑固定在不銹鋼板表面或制成蜂窩陶瓷狀，形成了不銹鋼波紋板式和蜂窩陶瓷的結構形式，如圖4、5所示。板式催化劑的生產過程為，將催化劑原料(載體、活性成分與助催化劑)均勻地碾壓在不銹鋼板上，切割并壓制成帶有褶皺的單板，煅燒后組裝成模塊，便于安裝和運輸[5]。蜂窩式催化劑的主要生產步驟為，將3種化學原料與陶瓷輔料攪拌，混合均勻，通過擠出成型設備按所要求的孔徑制成蜂窩狀長方體，進行干燥和煅燒，再切割成一定長度的蜂窩式催化劑單體，組裝成模塊。板式與蜂窩式催化劑的綜合比較如表1所示。

　　板式和蜂窩式催化劑的主要成分與催化反應原理相同，只是結構形式有所區別。相比板式催化劑，蜂窩式催化劑可通過更換擠出機模具方便地調節蜂窩的孔徑，從而提高表面積，因此應用范圍更寬，除燃煤鍋爐外，還用于燃油、燃氣鍋爐，在很高的空速(GHSV)下獲得較高的脫硝效率，其市場率占70%;板式催化劑在燃煤鍋爐應用中有一定優勢，發生堵塞的概率小，板式催化劑中的30%應用在燃煤電站。