2. 太原锅炉集团有限公司, 太原 030008
2. Taiyuan Boiler Group Co., Ltd., Taiyuan 030008, China
中国拥有丰富的煤炭储量，其中大部分的煤炭资源通过直接燃烧[1]的方式被利用，因此煤炭的清洁利用在能源领域具有举足轻重的地位。近些年来，因具有燃烧效率高、污染物排放低、燃料适用范围广、投资和运行成本低的优点[2-3]，循环流化床(CFB)技术发展十分迅速，已经比较成熟[2]。目前，中国300 MW级循环流化床锅炉机组已经投入运行40台，超过70台在建或者拟建[4]，“十三五”重点研发计划中规划于2020年前建成660 MW超超临界循环流化床锅炉示范工程[5]。
与煤粉炉相比，循环流化床NOx生成量非常低[6]，仅为煤粉炉的1/3~1/4，但是N2O排放量处于较高的水平，在烟气体积中通常为(100~250)×10-6甚至更高[7-8]。N2O具有较强的辐射吸收能力[9]和较长的大气寿命，吸收能力至少是CO2的310倍[10]，在大气中可停留150 a，目前以每年0.2%~0.4%的比例增加[11]，从而增强了温室效应[12-13]。此外，它还会造成臭氧层空洞[14-16]，越来越引起人们的重视[17]。近些年来，由于循环流化床燃烧过程中较高的N2O排放及其对环境的潜在危害引起了许多学者对N2O生成和破坏机理的深入研究[18]。由于N2O生成机理的复杂性，许多关于现有锅炉的知识无法直接应用，需要进行全面而细致的测试[19-20]。为了发挥循环流化床在燃煤方面高效燃烧低污染的优势以及进一步指导循环流化床的设计与应用，对生成机理和减排技术的最新研究进行总结论述是十分必要的。
本文对N2O生成机理的最新研究进展进行了总结概括，通过分析循环流化床中煤的各项性质、床温、过量空气系数、循环灰、石灰石脱硫过程等对N2O排放的影响，全面归纳了目前N2O减排控制的各项技术，并对其中最有前景的反向分级燃烧技术、混燃、CFB解耦燃烧技术进行了展望。
1 N2O生成机理循环流化床的燃烧温度通常为800~900 ℃[21], 燃烧包括水分脱除、热解脱除挥发分、挥发分均相燃烧、焦炭非均相氧化4个过程，在这个温度条件下生成的N2O是由燃料中的氮转化而来[22]，燃料氮分为挥发分氮和焦炭氮[23]。目前获得众多学者认同的N2O生成机理包括2部分，即均相反应和多相反应，均相反应经过大量模型和实验积累已取得公认的结果，多相反应方面的研究也已有较大进展，但目前还没有取得一致的结论[24]。
1.1 均相反应挥发分中的NH3和HCN是N2O的主要来源且HCN与NH3相比对N2O生成贡献更大，在2个主要反应体系中NO的存在对N2O的生成是都十分必要的[25]。其中，由NH3生成N2O的过程如下：
| $ \begin{array}{l} {\rm{N}}{{\rm{H}}_3} + {\rm{OH}} \to {\rm{N}}{{\rm{H}}_2} + {{\rm{H}}_2}{\rm{O, }}\\ {\rm{N}}{{\rm{H}}_2} + {\rm{H}} \to {\rm{NH}} + {{\rm{H}}_2}, \\ {\rm{NH}} + {\rm{NO}} \to {{\rm{N}}_2}{\rm{O}} + {\rm{H}}. \end{array} $ |
挥发分中的HCN先转变成HNCO，然后生成NCO与NO反应生成N2O[26-28]，主要反应过程如下：
| $ \begin{array}{l} {\rm{HCN}} + {\rm{O}} \to {\rm{NCO}} + {\rm{H, }}\\ {\rm{HCN}} + {\rm{OH}} \to {\rm{HNCO}} + {\rm{H, }}\\ {\rm{HNCO}} + {\rm{OH}} \to {\rm{NCO}} + {{\rm{H}}_2}{\rm{O, }}\\ {\rm{NCO}} + {\rm{NO}} \to {{\rm{N}}_2}{\rm{O}} + {\rm{CO}}. \end{array} $ |
对N2O均相生成机理进行总结，可以得到图 1。
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| 图 1 N2O的均相生成机理 |
1.2 非均相反应 1.2.1 焦炭氮与O2、NO的反应
本反应中氧气对焦炭氮转化成N2O是必须的[29]，生成的中间产物可能是(-N)或者是(-CNO), 与NO反应后生成N2O。在本反应中需要在碳环2个相邻位置上都有氮原子，但是通常焦炭的氮含量都比较低，以此种途径生成N2O的可能性较低。
当中间产物为(-CNO)时，主要反应过程如下：
| $ \begin{array}{l} \left( { - {\rm{CN}}} \right) + {{\rm{O}}_2} + \left( { - {\rm{C}}} \right) \to \left( { - {\rm{CO}}} \right) + \left( { - {\rm{CNO}}} \right), \\ \left( { - {\rm{CNO}}} \right) \to {\rm{NO}} + \left( { - {\rm{C}}} \right), \\ \left( { - {\rm{CNO}}} \right) + {\rm{NO}} \to {{\rm{N}}_2}{\rm{O}} + \left( { - {\rm{CO}}} \right), \\ \left( { - {\rm{CN}}} \right) + \left( { - {\rm{CNO}}} \right) \to {{\rm{N}}_2}{\rm{O}} + 2\left( { - {\rm{C}}} \right). \end{array} $ |
当中间产物为(-N)时，主要反应为：
| $ \begin{array}{l} \frac{1}{2}{{\rm{O}}_2} + \left( { - {\rm{CN}}} \right) \to \left( { - {\rm{N}}} \right) + {\rm{CO}}, \\ \left( { - {\rm{N}}} \right) + \frac{1}{2}{{\rm{O}}_2} \to {\rm{NO}}, \\ \left( { - {\rm{N}}} \right) + {\rm{NO}} \to {{\rm{N}}_2}{\rm{O}}. \end{array} $ |
NO与焦炭表面的(-CN)反应，进而生成N2O。
| $ {\rm{NO}} + \left( { - {\rm{CN}}} \right) \to {{\rm{N}}_2}{\rm{O}} + \left( { - {\rm{C}}} \right). $ |
焦炭被NO氧化生成活性含氮组分(-CN)，其中的氮来自于NO，该组分再与NO反应生成N2O。
| $ \begin{array}{l} {\rm{NO}} + 2\left( { - {\rm{C}}} \right) \to \left( { - {\rm{CN}}} \right) + \left( { - {\rm{CO}}} \right), \\ {\rm{NO}} + \left( { - {\rm{CN}}} \right) \to {{\rm{N}}_2}{\rm{O}} + \left( { - {\rm{C}}} \right). \end{array} $ |
该反应也可写为
| $ 2\left( { - {\rm{CNO}}} \right) \to \left( { - {\rm{C}}} \right) + \left( { - {\rm{CO}}} \right) + {{\rm{N}}_2}{\rm{O}}. $ |
焦炭与气相中的HCN或NH3反应，HCN或NH3可以由焦炭氮生成，也可以由NO在焦炭表面的还原反应生成[30-31]，生成的HCN或NH3在气相中氧化，进而通过均相生成机理的一系列途径生成N2O。
总结以上N2O非均相生成机理可知，N2O的非均相生成机理主要包括焦炭氮与O2及NO的反应、NO与焦炭氮的反应、NO与焦炭的反应、焦炭与HCN或NH3反应4个反应过程，而在这些过程中NO都起着不可或缺的作用，主要反应过程如图 2所示。
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| 图 2 N2O的非均相生成机理 |
2 N2O消解机理 2.1 N2O的均相分解
N2O的均相分解反应与环境中的H或OH自由基有关，N2O在温度较高时也会发生分解[19, 25-26]，主要反应式为：
| $ \begin{array}{l} {{\rm{N}}_2}{\rm{O}} + {\rm{H}} \to {{\rm{N}}_2} + {\rm{OH}}, \\ {{\rm{N}}_2}{\rm{O + OH}} \to {{\rm{N}}_2} + {\rm{H}}{{\rm{O}}_2}, \\ {{\rm{N}}_2}{\rm{O}} + {\rm{M}} \to {{\rm{N}}_2} + {\rm{O}} + {\rm{M}}. \end{array} $ |
N2O的催化分解反应主要通过吸附在催化剂的表面下进行分解，有2种反应路径[19]。
路径1：
| $ \begin{array}{l} {{\rm{N}}_2}{\rm{O}} + \left( * \right) \to {\rm{O}}\left( * \right) + {{\rm{N}}_2}, \\ {{\rm{N}}_2}{\rm{O}} + \left( {{\rm{O}} * } \right) \to {{\rm{N}}_2} + {{\rm{O}}_2} + \left( * \right); \end{array} $ |
路径2：
| $ \begin{array}{l} {{\rm{O}}_2} + \left( * \right) \to \left( {{{\rm{O}}_2} * } \right) \to 2\left( {{\rm{O}} * } \right), \\ 2{{\rm{N}}_2}{\rm{O}} + 2\left( {{\rm{O}} * } \right) \to 2{{\rm{O}}_2} + 2{{\rm{N}}_2} + 2\left( * \right). \end{array} $ |
2种路径可以写成1种形式，即
| $ 2{{\rm{N}}_2}{\rm{O}} \to 2{{\rm{O}}_2} + 2{{\rm{N}}_2}. $ |
N2O与焦炭表面的活性原子团(-C)和(-CO)进行反应，分解为N2[8]：
| $ \begin{array}{l} 2{{\rm{N}}_2}{\rm{O}} + \left( { - {\rm{C}}} \right) \to {\rm{C}}{{\rm{O}}_2} + 2{{\rm{N}}_2}, \\ {{\rm{N}}_2}{\rm{O}} + \left( { - {\rm{C}}} \right) \to {{\rm{N}}_2} + {\rm{C}}{\rm{O}}, \\ {{\rm{N}}_2}{\rm{O}} + \left( { - {\rm{CO}}} \right) \to {{\rm{N}}_2} + {\rm{C}}{{\rm{O}}_2}. \end{array} $ |
影响N2O的排放因素有很多，床温、过量空气系数、燃料性质、分级燃烧、矿物质催化等都会对N2O的排放产生影响。
3.1 床温在循环流化床的燃烧条件下，床温对N2O排放的影响是所有因素里最为明显的，由于高温下由HCN氧化来的NCO无法将NO转化为N2O，使得N2O的分解速率大于其生成速率，故N2O随着床温的升高排放量减少，NO的排放量增加，且煤种并不会对该趋势产生影响[32-34]，这在众多研究者中得到了一致认同[35-39]。一组实测电厂数据可以形象地表明这一趋势，如表 1所示。需要指出的是，在整个燃烧室内温度分布对N2O生成的影响都是非常重要的，而并不仅仅限于床温。
| 污染物 | 浓度/(mg·m-3) | ||
| 床温/℃=904.59 | 893.79 | 860.65 | |
| NOx | 222.3 | 358.8 | 310.3 |
| N2O | 2.3 | 12.0 | 16.7 |
温度升高不仅仅会增加NO的排放量，还会影响脱硫效率。提高温度会使得循环流化床的运行温度超过石灰石的最佳脱硫温度区，从而导致石灰石脱硫效率的下降。Lyngfelt等[40]发现高温下SO2捕集仍然是可以实现的，但效率会大幅降低，850 ℃时比930 ℃时降低一半以上。
3.2 过量空气系数N2O的排放量随着过量空气系数的增大而增大，通常条件下，循环流化床的过量空气系数在1.05~1.4变化时对N2O的影响最大，继续增大过量空气系数，N2O并不会持续大幅度增长[31, 41-43]。
虽然过量空气系数对N2O的影响趋势已经得到众多学者的认同，但在解释方面却出现了分歧。Amand等[7]认为由于过量空气系数变化时引起了床温变化才导致N2O生成量增大；Hayhurst等[42]认为不能仅仅从床温的角度来解释这一点，在他的实验中，床温保持稳定的条件下，增大过量空气系数，N2O排放量依旧会增加。越来越多的研究者证明了后者的观点。
当过量空气系数较小时，氧气供应缺乏对N2O的均相反应生成途径影响较大，促使N2O生成的前驱物(-N)、(-NCO)、NO等减少，而且在N2O的分解过程中，O、OH等基团对N2O的还原作用增强，故通过一系列反应生成的N2O含量减少。同时，NOx生成量也会减少，但减小的幅度相对较小。因此，适当降低过量空气系数，可以控制N2O和NOx的排放。
3.3 燃料性质燃料性质主要指煤种、煤阶、煤的粒径、含氮量、含碳量、挥发分含量等性质，煤种不同其N2O的生成量也不同，而且与燃烧温度有关[33, 44-45]，煤种对N2O生成的影响主要在于燃料氮向N2O的转化率，不同煤种的含氮量以及氮元素在焦炭和挥发分中的比例及转化途径不同，从而影响到N2O的生成。
N2O的生成量与煤中氮元素含量呈正比关系，煤中氮元素与燃烧产物NO/N2O的比例以及中间产物HCN/NH3的比例关系都不明显，与煤中的氧氮比有关[46-47]，Pels等[44]证明了这与煤阶有关, 燃料氮向N2O的转化率随着煤阶的增加而增加[42, 48]，但这并不完全如此，在Gavin等[33]的研究中发现N2O排放量增大的排序为烟煤、褐煤、无烟煤，与煤阶高低的顺序不一致。
N2O的生成量与煤的含碳量有较为明显的规律关系，即含碳量增加，N2O生成量增加[44]，与煤的挥发分含量之间没有明显的规律性, 故挥发分不能作为判断N2O的生成量的指标之一[49]。
De Diego等[50]发现颗粒粒径越大，N2O排放量越低，NO排放量越高。但当温度高于850 ℃时，粒径大小对N2O的生成影响很小[51]。
3.4 分级燃烧分级燃烧是一种可以有效降低NO排放的方法，但对N2O生成的影响目前还没有一致的结论[52-53]，有学者研究发现N2O排放量随二次风率的增加而降低[33, 40, 54]，沈来宏等[55]发现在床层较低处注入二次风, 二次风的大小对N2O降低幅度影响不大, 但随着二次风注入点位置的逐步提高，N2O的降低幅度随二次风的增加而明显增大。Young等[56]发现分级燃烧对N2O排放的影响与燃烧温度有关，燃烧温度较低时增加一次风可以促进N2O排放；燃烧温度较高时，增加一次风可以抑制N2O排放。Collings等[43]发现燃烧分级对N2O排放产生影响的效果与煤种相关，可能会产生与Young等[56]相反的结果。
分级燃烧对于控制N2O排放与很多因素有关，不同的煤种、空气注入位置、空气比例、床温及炉型都有可能造成效果的差别，实验结果有差别甚至相反都会出现。
3.5 矿物质催化循环灰中各矿物质(例如CaO、Fe2O3、MgO、Al2O3等)的组成及比例也会影响N2O的排放，Shen等[57]通过实验对比发现各组分催化N2O分解的作用顺序为：Fe2O3＞Al2O3＞SiO2＞MgO。
循环流化床脱硫时会使用石灰石，因此石灰石的催化反应对N2O的控制有十分重要的作用。通常条件下，石灰石可以减少N2O但是却会增加NO的排放[43, 48, 58]，催化机理可分为4部分:一为灰分可以通过提升OH和O等基团的浓度直接催化加速N2O分解[32]; 二为通过催化煤热解生成CO来实现N2O的还原[59]，同时，脱硫的产物CaS是CO还原N2O的催化剂; 三为利用N2O在高温下易分解的特性，通过石灰石脱硫可以降低N2O的分解温度[60]，加大N2O的转化率; 四为通过催化HCN和NH3生成NO, 削弱HCN和NH3向N2O的生成。
4 控制N2O排放的措施要减少N2O的排放，可以根据N2O的生成机理，切断N2O的生成途径。从影响N2O生成因素的角度分析，适当提高床温、降低过量空气系数、选用含氮量低的煤种、改进燃烧方式、加入矿物质催化等都可以起到一定效果。但是，在控制N2O生成的同时，需要考虑到对燃烧效率、NOx脱除效率以及石灰石脱硫效率的影响，N2O、SO2、NOx拥有十分复杂的联系，往往此消彼长。
目前，N2O的很多控制技术还处于实验室研究或者试点阶段，适用于大型循环流化床的N2O减排技术亟待开发。下面是对近年来N2O减排技术研究进展进行的总结，包括高温分解、改变燃烧方式、催化分解、改变锅炉结构等，这对于研究者了解N2O减排进展、开发新型CFB燃煤中N2O的控制技术是十分重要的。
4.1 高温分解N2O排放量随温度的升高而降低，是所有研究者达成的共识。由图 3可以看出，随着温度升高，炉内的CO以及N2O排放量会下降，但脱硫效率下降，热力型NOx和SO2排放量会上升，研究发现温度由1 120 K上升到1 220 K，SO2的排放浓度会升高2倍以上[61]。由于SO2的排放浓度升高，锅炉受热面容易产生结焦和腐蚀，使得运行工况十分恶劣，对锅炉制造材料有更高的要求，因此，高温分解法在实际中较少使用。
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| 图 3 温度和炉内气氛对污染物排放及锅炉效率的影响 |
4.2 燃烧方式 4.2.1 燃料再燃
燃料再燃是得到众多学者认可的一种N2O减排方法，可以降低燃煤流化床锅炉的化石燃料消耗和污染物排放。向循环流化床内通入燃气或生物质气，使其在炉膛上部或者旋风分离器再次发生燃烧，从而使N2O得以分解。
再燃过程中，由于还原性环境的存在使O、OH等基团活性增强，与N2O进行均相反应，同时，再燃时放出大量热量，使得N2O在高温下进行分解[48]，但这与燃料的性质有一定关系，通常H含量越高，再燃效果越好。
Rutar等[62]的实验证明采用再燃技术可以将N2O降低60%，Marban等[63-64]在对CH4和C3H8进行的实验中，N2O的分解率达到99%，证实了燃气再燃还原N2O的可行性。Liu等[65]发现甲烷在减少N2O排放方面不如乙烷和丙烷有效，乙烷和丙烷效果相似，均可大幅降低N2O。Gustavsson等[66]通过对液化石油气、燃料油、煤粉和木材以及锯末进行再燃实验，表明该技术可使N2O排放降低90%以上。Dong等[67]在小型生物质气化流化床反应器内进行生物质气再燃实验，在停留时间为0.32 s时N2O的分解率可达99%以上，目前生物质气化再燃还处于模拟和实验室阶段，分解效果主要与再燃气的种类、比例以及燃烧工况等相关[68]。Hu等[69]通过模拟发现锯末热解气再燃比稻壳和桔皮的热解气再燃对N2O的分解影响更为显著，氧含量增加会抑制N2O的分解而温度升高可以加快N2O的分解，在实验中发现当生物质气与煤的热比为10.5%时，对N2O的去除率可达99%[70]。Hu等[71]的实验中使用了SiO2，且随着温度升高、生物质气含量增加，两者对N2O的分解均具有促进作用，但随着初始氧含量的增加，N2O的分解速率略有下降, 当温度高于900 ℃、生物量大于1.0%时, N2O的最大分解率接近100%。
燃料再燃的缺点是喷入再燃气体成本较高，通过喷射二次燃料来减少N2O排放可能伴随着NOx排放的小幅增加, 同时需要考虑旋风分离器在可燃气体喷入后的安全问题以及旋风分离器加热后对整体系统的影响。
4.2.2 混燃生物质燃料再燃的问题之一是再燃气体成本较高，生物质是可再生能源，混燃生物质可以降低成本，不仅可以降低N2O排放，对CO2减排也有一定作用。有许多学者对生物质混燃的效果进行了实验，Xie等[41]发现随生物质加入比例的提高，NO和N2O的排放量都有所下降, 其中烟气体积中N2O含量下降了80×10-6，减排效果显著，但SO2和CO的排放略有上升，与Shen等[57]的研究成果类似。沈伯雄等[72]的实验中混燃可以降低N2O排放，但随着生物质比例增加及煤的比例降低，N2O削减的幅度降低，而NOx削减的幅度基本不变。Saikaew等[73]采用亚烟煤和棕榈壳、椰子壳、锯末、稻壳4种生物质类型进行研究, 结果表明，生物质的存在降低了NOx和N2O的排放，但燃料氮含量会影响减排效果，氮含量最低的煤和椰子壳混合燃烧，NOx和N2O排放明显更低，与Khan等[74]研究结果一致。
生物质氮含量比较低，挥发分含量较高，混燃时挥发分快速热解释放出大量具有还原基团的挥发分[75]，从而降低煤燃烧环境中的氧浓度，影响N2O的生成。另外，生物质与煤混燃可以在炉膛内产生燃料再燃的效果，生物质粒径较细，密度小，在炉膛内会被气流带到更高的位置，气化后生成的还原性气体如甲烷、乙烷等可以还原煤燃烧产生的NOx和N2O。但生物质燃烧带来的碱金属和氯以及腐蚀的问题应引起注意，目前这种方法还处于试验阶段, 如果能够应用到实际中, 对于循环流化床减排技术的发展将会产生极大的推动作用。
4.2.3 反向分级燃烧由于分级燃烧在降低一种污染物的同时会引起其他污染物的升高，有必要对燃烧方式进行改进，进而对污染物进行综合控制。反向分级燃烧是目前研究比较广泛的一种方法，由于在炉膛下部形成的N2O易被分解且下部脱硫需要较强的氧化环境，可在此处设定为高氧环境；而在炉膛上部以及旋风分离器处形成的N2O不易分解，对N2O生成起主要作用，可以在此处设置为低氧环境，抑制N2O生成。该方法将大部分空气从炉膛底部引入，保证充分的燃烧和较高的脱硫效率，不设二次风，将再燃风的位置向后移动至旋风分离器出口，燃尽区可有效分解N2O。
Lyngfelt等[76-77]在一台12 MW循环流化床锅炉上研究了降低N2O排放的反向分级燃烧方法，结果表明, 通过改变空气分布，在850 ℃时N2O的排放量可比正常分级降低1/4，并保持较低的NO、SO2和CO排放，床温升高到870 ℃，Ca与S的摩尔比(投入脱硫系统中的钙基吸收剂与脱除的SO2摩尔数之比)从3变化到4，可减少90%的N2O，同时降低NO、SO2和CO的排放量。但是，当锅炉负荷较低时，由于炉膛上部和下部温度相差较大，反向分级燃烧对N2O减排的效果会有所下降。
反向分级燃烧目前还处于研究阶段，有许多问题需要考虑，如炉膛上部区域氧气浓度较低可能会对整体锅炉运行产生影响，分离器后需要设计燃烧器，燃尽风的位置布置等需要进一步的实验验证。如果可行的话, 则可为循环流化床的设计提供一种新的减排技术。
4.2.4 低过量空气系数燃烧降低过量空气系数可以减少N2O和NO的排放，将空气分段给入, 先将床温升到900 ℃, 过量空气系数降到1.1~1.2，其下限由CO排放水平和燃烧效率确定，并实施分段燃烧。但需要指出的是，氧气缺乏，燃烧效率会下降且CO排放浓度会增加，因此一味降低过量空气系数以获得较低的N2O排放浓度是不可取的，可以通过调整一、二次风比例及空气通入位置等选择最佳过量空气系数。
4.2.5 CFB解耦燃烧针对SO2、NOx、N2O无法实现统一减排的现状，李静海等[78]提出了CFB解耦燃烧的概念，解耦燃烧是指原煤加入热解区, 用分离器返回的含有一定脱硫剂的高温灰来加热原煤，原煤中的含硫气体被脱硫剂吸收，从而达到脱除含硫气体的目的。煤热解产生的热解气体含有大量NH3，将热解气等引入炉膛中部，NH3可以与此时炉膛中产生的NOx反应, 从而脱除NOx。同时，热解气在炉膛燃烧，形成高温区域，将N2O进行分解，从而可以实现SO2、NOx、N2O协同脱除的目标，如图 4[78]所示。
通过对CFB解耦机理及设计的进一步研究，实现在循环流化床上的应用，可以有效降低SO2、NOx、N2O这3种污染物，是一种很有前景的发展技术，但需要考虑到煤热解过程的经济性。
4.3 催化分解N2O分解催化剂包括贵金属、复合金属氧化物、分子筛、稀土金属及相关氧化物、沸石催化剂、水滑石热分解产物催化剂等[79]，目前复合金属氧化物和水滑石热分解产物催化剂有较为广阔的发展前景，循环灰中的CaO、Fe的氧化物对N2O的分解也会起到很大的催化作用。
4.3.1 复合金属氧化物单一金属氧化物催化剂在低温下活性低，高温下不稳定，而复合金属氧化物通过稳定一些活性物质，经过组成比例、结构的调节，催化活性可以得到明显改善，并且具有较高的热稳定性[80]。Miettinen等[31]对循环流化床的不同金属氧化物研究发现催化能力由Fe3O4、Fe2O3、CaO、MgO、Al2O3、CaSO4、SiO2逐渐降低，其中的CaO起到最重要的催化作用，与Hou等[81]的结论一致。Barišić等[82]观察到12 MW的循环流化床中催化活性氧化物(Fe2O3+CaO+MgO+Al2O3)的量越高，对N2O分解的活性越高。
循环灰中的CaO、Fe2O3、MgO等对N2O的分解也同样起到较强的催化作用[32]，因此利用循环灰也是降低N2O的一种方法。侯祥松等[60, 83]利用固定床实验发现循环灰中的Al2O3、CaO、Fe3O4、Fe2O3是促进N2O分解的活性成分，当温度高于925 ℃时几乎没有N2O释放，CaO可使N2O脱氮后的残留量降低2/3左右。在机理方面，在氧化气氛下CaO是N2O分解的强催化剂，炉内脱硫过程中O、OH等活性基团含量高同样可以使得N2O分解加速，脱硫后的产物CaS也可以催化N2O分解[84-85]。
Yang等[86]的实验结果表明氧化铁对N2O具有较强的催化作用，但当环境中有H2O和O2时效果大幅降低。周浩生等[87]在循环流化床气氛下加入Fe，发现Fe及其氧化物可以有效降低N2O排放浓度，与Hayhurst等[88]的实验结果类似，在Hayhurst的实验中2 kg床料加入5 g Fe可降解80%的N2O。
目前面临的问题是由于循环流化床烟气中悬浮颗粒较多，颗粒之间的碰撞可能会使催化剂粒径越来越小，进而随烟气排出炉膛，使得催化剂大量流失，经济效益下降，同时，炉膛环境中的H2O、O2等可能会使得催化剂的催化效应大打折扣。
4.3.2 Co-Mg/Al类水滑石衍生复合氧化物含Co类水滑石具有典型的水滑石类结构，高温焙烧产物含有尖晶石，由于尖晶石的Co-O-Al活性中心的作用，对N2O的分解可以起到较强催化作用，其组成、结构、焙烧温度对催化剂活性影响较大。赵丹等[89]通过实验发现Co/Mg-Al-HTL对N2O分解的催化活性明显高于Cu/Mg-Al-HTL和Ni/Mg-Al-HTL，在Al含量不变时，随着Co含量增加和Mg含量减少，催化活性逐渐升高。陶炎鑫等[90-91]的实验中Co含量对催化分解活性有显著的影响，500 ℃焙烧后的CO2.5Mg0.5AlO催化剂分解活性较好，提高前驱物焙烧温度会使活性下降。
4.4 改变锅炉结构Wójtowicz等[32]在1994年提出了一种锅炉结构方案，即燃烧过程中低NOx高N2O后尾部控制N2O的方法，燃烧室前部为鼓泡床富燃区，不含石灰石，后部同前部隔开通入二次风形成富氧区，在燃烧室后部上方加入石灰石和三次风，从而减少N2O的排放，但需要较高的控制技术，合理分配燃料和风量。
多粒子流化床锅炉将循环流化床与鼓泡床结合，流化床以较大的流化风速运行，出来的气体进入鼓泡床，从而降低过量空气系数来降低NOx和N2O排放[61]。
4.5 SNCR、SCR过程中脱除N2O选择性非催化还原(SNCR)主要用于脱除NOx，但已经有部分研究者考虑在脱除NOx的同时加入添加剂或者改变反应条件使得N2O也可以一同脱除，实现氮氧化物的超低排放。SNCR中影响NOx和N2O排放的主要因素有燃烧温度、添加剂、喷氨速度、喷入点、剂量、反应时间[92]。周俊虎等[93]发现反应温度越高、还原剂用量越少，N2O排放浓度越低，适当调节各个参数可以取得NOx和N2O的最优排放量，但仍需要进一步研究。周昊等[94]使用碳酸钠、乙酸钠、谷氨酸钠和乙醇添加到系统中发现N2O的排放与燃烧温度有关，且均有最佳添加量。选择性催化还原(SCR)在控制N2O排放方面主要通过加入催化剂的形式，常用催化剂包括Ti、V、W、Mo、Mg、Al、Fe、Na、K、C、Cu、V2O5-WO3/TiO2等，需要考虑到催化的失活及运行问题[61]。
5 结论循环流化床技术是一种燃烧效率高、低污染的清洁煤煤技术，在中国煤炭资源十分丰富的国情下具有广阔的发展空间，但流化床中N2O的排放控制已经迫在眉睫，从可再生的角度考虑，混燃生物质是非常值得重视的一条途径，具有良好的经济性和可行性；从联合减排的角度考虑，反向分级燃烧和CFB解耦燃烧为NOx、N2O和SO2减排的矛盾性提供了一条解决思路，通过改变燃烧方式控制N2O排放很有发展前景。
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