毕业论文课题相关文献综述
{title}毕业论文课题相关文献综述
{title}1. 课题背景
氮氧化物（NOx）是主要的大气污染物之一，是多种氮的氧化物的总称，其中绝大部分为NO和NO2。我国NOx排放的来源主要是化石燃料，尤其是煤的燃烧。氮氧化物的排放会给自然环境和人类自身带来严重的危害，包括对人体的致毒作用、对植物的损害作用、形成酸雨和光化学烟雾,并且会破坏臭氧层等[1,2]。2000 年，我国氮氧化物总排放量为1177万吨 [3]，2012年已达2194万吨，到2020年，我国氮氧化物排放总量将达到2900万吨[4]，超过美国成为氮氧化物排放量世界第一的国家。
我国水泥行业氮氧化物的排放占总排放量的10%左右，是我国第三大氮氧化物排放源。水泥厂脱硝技术主要包括低氮燃烧器、分级燃烧法、非选择性催化还原法( SNCR) 和选择性催化还原法(SCR)等，各控制技术的脱氮效率如表1所示 [5]。
水泥厂脱硝效率 /%
NOx 控制技术 | 低NOx 燃烧器 | SCR | 分级燃烧 | SNCR |
脱氮效率 | 10 ～15 | 85 ～95 | 25 ～30 | 30 ～60 |
2. 水泥厂脱硝技术
2.1 SNCR脱硝技术
SNCR( 选择性非催化还原) 技术在旋窑水泥厂脱硝系统上广泛的运用。该法将氨水(质量浓度20～25%) 或尿素溶液(质量浓度30～50%) 通过雾化喷射系统直接喷入分解炉合适温度区域(850～1050℃) ，雾化后的氨与 NOx( NO、NO2等混合物) 进行选择性非催化还原反应，将NOx 转化成无污染的N2。由于SNCR法本身存在一定缺陷,如NOx脱除率不高,氨液消耗量和泄漏量大,易造成二次污染;并且在燃烧含硫燃料时,喷入氨液后极易形成硫酸氧铵，造成空气预热器堵塞[6]，影响电厂的安全稳定运行,故目前电厂锅炉脱確基本不采用SNCR法。
2.2 分级燃烧技术
分级燃烧脱氮的基本原理是在烟室和分解炉之间建立还原燃烧区，将原分解炉用煤的一部分均布到该区域内，使其缺氧燃烧( 第一级燃烧区域内空气过剩系数小于 1) 以便产生CO、CH4、H2、HCN 和固定碳等还原剂。这些还原剂与窑尾烟气中的 NOx 发生反应，将NOx还原成N2等无污染的惰性气体。此外，煤粉在缺氧条件下燃烧也抑制了自身燃料型NOx产生，从而实现水泥生产过程中的NOx减排。
2.3 SCR脱硝技术
选择性催化剂还原烟气脱硝技术( SCR) ，是采用垂直的催化剂反应塔与无水氨，从燃煤燃烧装置及燃煤电厂的烟气中除去氮氧化物( NOx) 。具体为采用氨( NH3)作为反应剂，与排出的烟气混合后通过催化剂层，在催化剂的作用下将 NOx 还原分解成无害的氮气(N2)和水(H2O)。该工艺脱硝率可达90%以上，NH3逃逸低于5 ppm，设备使用效率高，基本上无二次污染，如今在氧气存在下以 NH3为还原剂的选择性催化还原烟气 NOx技术( SCR ) 已经得到广泛应用［7］。
SCR法脱硝技术是目前国内外最成熟可靠的脱硝技术，脱硝效率高，系统安全稳定。反应原理如下:
1) 在有氧的条件下主要反应:
4NH3 4NO O2→4N2 6H2O
4NH3 2NO2 O2→3N2 6H2O
NO NO2 2NH3→2N2 3H2O
2) 在反应条件改变时，有可能发生以下副反应:
4NH3 3O2→2N2 6H2O
2NH3→N2 3H2
4NH3 5O2→4NO 6H2O
SCR系统的工作机理
技术优点:
①技术成熟、安全可靠、脱硝效率高、运行费用低; ②运行稳定、对主生产设备装置无影响，无二次污染; ③适合中小规模脱硝专有技术，投资省、操作管理简单、运行费用低。
待改进之处及研究低温SCR催化剂的必要性：
钒系催化剂具有很好的活性和抗硫性能，是目前最好和应用最广的SCR催化剂，但仍存在一些问题：一是催化剂成本较高，二是操作温度必须高于350℃。催化剂的高操作温度使SCR床在整个烟气净化系统配置中存在如下问题[8]：
(1)将SCR床置于空气预热器、除尘器和脱硫装置之后，可以防止或减缓S02和粉尘对SCR催化剂的影响。但脱硫除尘后的烟气温度一般低于160℃，要想得到较高的脱础效率，需要对烟气进行再热，将大大增加脱硝成本、系统能耗和操作费用，目前工业上基本不采用这种配置。
(2)将SCR催化剂床置于空气预热器、除尘器和脱硫装置之前，可以避免烟气的再热能耗。但是在这种配置下，高浓度S02和粉尘对催化剂极易产生毒化作用。更重要的是这种配置在现实情况下难以实现或耗资过高，特别是对于现有锅炉系统另行配置SCR床的情况。
我国的燃煤品质普遍不高、含灰量大，如将催化剂床层置于除尘装置之前，则飞灰对催化剂的磨烛将非常严重，并且催化剂容易产生碱金属、砷中毒；此外，煤中含钙量较高时，S02易与钙基形成CaS04并沉积在催化剂表面，导致催化剂失活[9,10]。
基于上述原因,研究和开发具有低温活性的SCR催化剂，使脱硝过程能够在烟气脱硫除尘后进行，具有重要的经济意义和实际意义，得到众多研究人员的重视。
3. 低温SCR烟气脱销研究进展
目前研究的低温催化剂有贵金属催化剂、金属氧化物催化剂和分子蹄催化剂等。上
述催化剂均存在各自的缺点,很难满足实际生产需要,所以具有较好的热稳定性、较宽的活性温度区间和优良的抗水抗硫性能的新型催化剂,已经引起越来越多研究者的关注。
元素Mn的价层电子构型为3d54s2，四价Mn的构型为d3,二价Mn的电子构型为d5，d轨道上的电子处于半充满状态，容易迁移到O2和NH3上，进而促进SCR反应的发生[11]。鉴于MnOx在低温SCR中的良好表现,目前对采用MnOx (如MnO2、Mn2O3和Mn3O4)为活性组分的低温SCR技术的研究成为热点。
Pena等[12]研究了以Ti02为载体，Mn、V、Fe、Co、Ni、Cr、Cu的氧化物为活性组分的催化剂的低温活性，结果表明,在有水分存在时催化剂的活性由高到低依次为MnVCo〉CuCr〉FeNi。唐晓龙[13，14]研究后也认为MnOx催化剂的低温SCR活性最高,但是MnOx催化剂的抗S02、水和硝基类能力较差。
Mn具有良好活性的另一重要因素是其晶格间的O可以有效地对NO进行催化[15]。MnOx的形式众多，组成复杂。当催化剂在制备过程中，通常生成了四面体的Mn2 。但MnOx的晶型会随着温度不断转化，在低温下MnOx主要以Mn02的形式存在,随着温度的升高，Mn02逐渐向Mn304转换,最终变为MnO。
4. 滤袋除尘同时脱硝研究进展
刘清[22]等 刘清[16]等研究了PPS负载MnOx-CeO2负载量为296g / m2时，在催化温度130～160℃、NH3/NO略大于1、O2体积分数约5%时，MnOx-CeO2/PPSN滤料具有较高的NO脱除效率。在催化温度、NH3体积分数、O2体积分数一定时，MnOx-CeO2/PPSN滤料的NO脱除效率随负载量的增大而增大。王敏[17]自制了MnOx催化剂负载在布袋除尘器的滤布上考察了滤布负载催化剂时反应温度、O2含量、n(NH3)/n(NO)、入口气体流量、实际工况下粉尘添加量、添加方式及反应气体中添加S02和水蒸气等因素对脱硝效果的影响。Young-Ok Park[18]等CuMnOx催化剂涂覆在滤袋深层，通过负载量的增加在150～250℃的范围内可实现脱硝率90%。Min Kang[19]等将MnOx粉末低温催化剂涂覆在滤袋上采用SCR法能够同时除尘脱硝，且脱硝率在423K时最大能达到90%。
5. 课题研究意义
结合我国电厂燃煤烟气的排放现状，采用低温NH3-SCR技术易实现与现有锅炉尾部烟气处理系统相匹配，有着高效低成本的优点。此外布袋除尘器在火电厂得到大量应用,若将两者进行有效结合，甚至实现低温脱确和布袋除尘装置的一体化，将大大节省污染物脱除的综合成本和投资。
参考文献
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[19] Min Kang, Eun Duck Park, Ji Man Kim.Simultaneous removal of particulates and NO by the catalyticbag filter containing MnOx catalysts[J]. Korean J. Chem. 2009,26(1):86-89.1. 课题背景
氮氧化物（NOx）是主要的大气污染物之一，是多种氮的氧化物的总称，其中绝大部分为NO和NO2。我国NOx排放的来源主要是化石燃料，尤其是煤的燃烧。氮氧化物的排放会给自然环境和人类自身带来严重的危害，包括对人体的致毒作用、对植物的损害作用、形成酸雨和光化学烟雾,并且会破坏臭氧层等[1,2]。2000 年，我国氮氧化物总排放量为1177万吨 [3]，2012年已达2194万吨，到2020年，我国氮氧化物排放总量将达到2900万吨[4]，超过美国成为氮氧化物排放量世界第一的国家。
我国水泥行业氮氧化物的排放占总排放量的10%左右，是我国第三大氮氧化物排放源。水泥厂脱硝技术主要包括低氮燃烧器、分级燃烧法、非选择性催化还原法( SNCR) 和选择性催化还原法(SCR)等，各控制技术的脱氮效率如表1所示 [5]。
水泥厂脱硝效率 /%
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