淺談如何降低鍋爐煙氣氮氧化物

【摘 要】本文基于工作實(shí)踐，針對(duì)當(dāng)前鍋爐工作的現(xiàn)狀，提出了幾種主要降低鍋爐煙氣氮氧化物的方法，希望給相關(guān)人員一些啟迪和思考，改善鍋爐煙氣排放的空氣質(zhì)量，保證人類的健康。

【關(guān)鍵詞】氮氧化物；鍋爐煙氣；控制脫除

凡是由氮和氧元素構(gòu)成的化合物都可稱作氮氧化物，根據(jù)科學(xué)研究顯示，幾乎所有的氮氧化物對(duì)人都有毒害作用。直接吸入會(huì)引發(fā)呼吸道疾病，氮氧化物與紫外線結(jié)合產(chǎn)生光化學(xué)污染對(duì)人的眼睛會(huì)造成灼傷，另外由氮氧化物和水形成的酸雨會(huì)對(duì)植物、土壤等造成不同程度的破壞。鍋爐煙氣中所排放的氮氧化物絕大部分是源于煤炭的燃燒，主要由是一氧化氮和二氧化一氮構(gòu)成，其中一氧化氮占了近九成，而且近年來(lái)鍋爐產(chǎn)生的氮氧化物的排放量呈不斷上升趨勢(shì)，并有可能取代二氧化硫成為排放量最大的酸性氣體，對(duì)社會(huì)的危害性不言而喻。下面我們根據(jù)鍋爐的現(xiàn)狀和氮氧化物的化學(xué)特性介紹幾種常見的降低氮氧化物排放量的方法。

一、煙氣再循環(huán)

煙氣再循環(huán)這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在已被廣泛采用，它通過提取一部分通向空氣預(yù)熱器的煙氣，使其在爐內(nèi)被第二次利用，利用惰性氣體能夠帶走一部分熱量并降低爐內(nèi)氧濃度，從而達(dá)到控制火焰溫度，使燃燒不至于太快，這樣氮氧化物的產(chǎn)生也會(huì)變少。煙氣再循環(huán)的效率很高，每回收五分之一左右的煙氣，氮氧化物的排放量可以減少四分之一。這是比較常用的消除氮氧化物的方法，不過它的缺點(diǎn)是需要上述很獨(dú)特的設(shè)備群，且要占用很大的場(chǎng)地面積。

二、空氣分級(jí)燃燒

空氣分級(jí)燃燒這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展成熟，被采用的也很多。這種方法的原理是，把燃燒的過程分成幾個(gè)進(jìn)程，第一步是控制主燃燒器中的空氣流量，空氣進(jìn)入爐膛的時(shí)候留下四分之一左右，這個(gè)值是理論總量的五分之一左右，此時(shí)燃料的燃燒得不到充分的氧氣，氮氧化物產(chǎn)生量自然也不多。之前剩余下來(lái)的空氣在燃料不完全燃燒完成后通過主燃燒器頂端的空氣輸送口進(jìn)入爐膛，與燃燒后的煙氣混合再次燃燒，最終燃料還是完全燃燒了，可是氮氧化物因產(chǎn)生條件不足導(dǎo)致產(chǎn)生量減少。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是在成功率高，經(jīng)過一次分級(jí)燃燒，氮氧化物的排放量可以減少三成，并且在降低排放物的同時(shí)還可以促進(jìn)燃料的完全燃燒。

三、燃料分級(jí)燃燒

燃料分級(jí)燃燒的原理來(lái)自于氮氧化物的化學(xué)特征，氮氧化物與烴基加上一氧化碳、氫氣、碳等在一定條件下，發(fā)生反應(yīng)變回氮?dú)狻８鶕?jù)這一特征，可以將大部分的燃料導(dǎo)入一級(jí)燃燒區(qū)，在充分燃燒的情況下產(chǎn)生氮氧化物，剩下少量的燃料導(dǎo)入二級(jí)燃燒區(qū)，在不充分燃燒的情況下生成上述還原能力很強(qiáng)的氣體，然后再將這兩股氣體混合使其反應(yīng)產(chǎn)生氮?dú)?。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是效率非常高，一次反應(yīng)可以使排放量降低一半左右，并且通過反應(yīng)還可以起反饋?zhàn)饔茫种频趸锏脑偕?。燃料分?jí)燃燒與空氣分級(jí)燃燒相比可以獲得更好的的清除效果，但這是建立在更難操作的前提下，組織好燃燒過程，對(duì)于燃料分級(jí)燃燒是至關(guān)重要的。

四、選擇性催化還原法

選擇性催化還原法的原理是，在催化劑的作用下，使用可以與氮氧化物（主要是一氧化氮）發(fā)生還原反應(yīng)，而不與其他氣體發(fā)生反應(yīng)的的還原劑來(lái)生成氮?dú)?。最常用的還原劑是氨氣，配合的催化劑是205號(hào)二氧化鈦，整個(gè)反應(yīng)過程在氧氣充足的情況下進(jìn)行。在氧化物質(zhì)存在的條件下，只有選擇性催化還原法能夠有效地消除一氧化氮。這種針對(duì)性的降低一氧化氮排放的方法，在理論情況下（氨氣量選擇非常精準(zhǔn)、催化劑活性非常好），降低率可以達(dá)到九成。不過在實(shí)際情況中，由于氨氣的控制量需要人工來(lái)操作，與理論值偏差量較大，導(dǎo)致氮氧化物的再生，實(shí)際降低量往往在七成左右，不過這仍然是一個(gè)非?？捎^的數(shù)字。這種方法的優(yōu)點(diǎn)除了上面所說(shuō)的外，還有環(huán)境溫度控制很低、催化劑安全無(wú)危害、工作設(shè)備經(jīng)久耐用等等。它的缺點(diǎn)是：氨水對(duì)一般管道具有腐蝕性，所以采用該方法需要選擇特別的管道，極大地增加了預(yù)算；氨水本身具有污染性，如果用量控制不當(dāng)，產(chǎn)生的危害甚至不遜于氮氧化物；操作過程對(duì)工人的能力要求很高。

五、催化分解法

催化分解法的原理是通過選用有效的催化劑，使得一氧化氮可以分解成氮?dú)饧友鯕?。這種方法需要選擇合適高效的催化劑，催化劑選擇恰當(dāng)，反映能夠非常徹底的進(jìn)行。因此選擇催化劑成為了這個(gè)方法的關(guān)鍵，常用的催化劑有金屬氧化物、某些特殊復(fù)合氧化物以及特定條件下的分子篩這幾種。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是工作條件簡(jiǎn)單，投入成本低，前景被很多專家看好。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被研究了很長(zhǎng)時(shí)間，但科學(xué)家們對(duì)進(jìn)展仍然不滿意，原因是目前的催化劑效果不是很高效，與理論所達(dá)到的要求還有不小的差距。尋找更好更高效的催化劑已經(jīng)成為現(xiàn)階段催化分解法研究的重點(diǎn)，另外還可以期許有突破的地方是工藝過程可以得到改進(jìn)，相信憑著工作者對(duì)這項(xiàng)方法的投入，將來(lái)一定會(huì)更加完善，并成為清除氮氧化物的最主流方法。

六、等離子體治理法

等離子體治理法的原理是通過使用電子加速器生成高能量電子束，直接射向鍋爐排放的煙氣，高能電子束和煙氣中氧化氣體反應(yīng)，將氣體中的氧分子和水分子分離和電解成不平衡狀態(tài)的等離子體，此反應(yīng)中能形成很多活性粒子，通過它們與有害氣體發(fā)生反應(yīng)，將氣體中所含的氧去掉。這項(xiàng)技術(shù)雖然現(xiàn)在還不算非常成熟，但在世界各地都引起了廣泛的重視，近年發(fā)展迅速。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不光能去除氮氧化物，其它有氧污染氣體都可以得到非常好效果的清除，各種氣體的清除效率都能達(dá)到近九成。這種方法的缺點(diǎn)是效率不高，如果電子能量低于一定值，將不再具有分離和電解的能力，使反應(yīng)趨于停止；設(shè)備造價(jià)較高且維護(hù)起來(lái)比較困難；設(shè)備需要占用較大面積的地方，對(duì)于小工廠是個(gè)挑戰(zhàn)，另外反應(yīng)產(chǎn)生的輻射也沒法擋住，對(duì)周圍的居民健康造成威脅。

七、液體吸收法

液體吸收法也是利用了氮氧化物的化學(xué)性質(zhì)，利用酸堿中和的原理（氮氧化物具有酸性），通過選取特定的堿性液體吸與氮氧化物發(fā)生反應(yīng)，起到消除的作用。通常采用的堿性液體有：水、硝酸、氫氧化鈉溶液、氫氧化鈣溶液等等。這幾種物質(zhì)在生活中都很常見，因此該方法具有投資較低的特點(diǎn)，另外還具有工藝簡(jiǎn)單，原料來(lái)源眾多，反應(yīng)過程安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。該方法的缺點(diǎn)是效率不高，需要消耗較多的能源，吸收廢氣后的溶液難以處理經(jīng)過反應(yīng)后的溶液本身也具有一定的污染能力，它的處理又成為一個(gè)新的難題，另外各種材料都不很常見，購(gòu)買的費(fèi)用不菲，處理含有大量氮氧化物的煙氣時(shí)效果不太好。

八、生物處理法

生物處理法是近些年隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展而產(chǎn)生的，它的原理是選擇生命活動(dòng)中可以把氮氧化物轉(zhuǎn)化成氮?dú)獾葻o(wú)污染的微生物，將它們的細(xì)胞質(zhì)提取出來(lái)，大量收集用于人工反應(yīng)。雖然這項(xiàng)技術(shù)很先進(jìn)，但該反應(yīng)有先天缺陷，在正常情況下，反應(yīng)過程不能在大氣中完成，因此需要先將氣態(tài)的氮氧化物添加到液態(tài)或是固態(tài)的環(huán)境中。一般采用的是將氮氧化物添加到生物濾塔填充表面的特殊膜中，氣體通過擴(kuò)散深入里面豐富的微生物組織內(nèi)。之后氮氧化物被微生物細(xì)胞按照自身的生理過程慢慢反應(yīng)掉。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，投入成本不高，不需要太多的人工操作。微生物處理法如今還在繼續(xù)研究階段，旨在改善該方法所存在的缺陷，比如填料塔里面的環(huán)境不容易控制、微生物大量培養(yǎng)速度慢和加料時(shí)易堵住進(jìn)口等等這些問題都在研究當(dāng)中，隨著研究工作的展開和深入，這項(xiàng)技術(shù)終究會(huì)取得非常好的效果。

九、總結(jié)

除了以上比較常用或比較為人熟知方法外，還有一些方法或是比較由于要求高導(dǎo)致比較冷門、或是現(xiàn)階段技術(shù)還不夠成熟，如非催化選擇性還原法、吸附法等等，以上各種方法用于降低煙氣氮氧化物都取得了不錯(cuò)的效果，而且用于該功能的方法還在不斷地被發(fā)掘。不管方法是基于什么原理，它們的目的都只有一個(gè)，那就是為了環(huán)境不遭受破壞，為了人們的生活環(huán)境更加美好。

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