氮氧化物污染防治技術(shù)分析

蔣涌

摘 要：文章簡述了氮氧化物的污染防治技術(shù)，主要從低氮燃燒技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)兩類進行介紹。低氮燃燒技術(shù)方面主要介紹了我們自主研發(fā)的雙尺度低氮燃燒控制技術(shù)、高級復(fù)合空氣分級低氮燃燒技術(shù)、MACT低氮燃燒技術(shù)等一系列先進的自主燃燒技術(shù)；煙氣脫硝技術(shù)方面。

關(guān)鍵詞：氮氧化物；脫硝；技術(shù)

中圖分類號：R122.7 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0033-02

前言

近年來，全國范圍內(nèi)出現(xiàn)了長時間、大范圍的霧霾天氣，引發(fā)社會熱議，環(huán)保問題越來越成為公眾關(guān)注的焦點。氮氧化物是導(dǎo)致霧霾產(chǎn)生的主要污染因子之一，如何進一步提高氮氧化物治理技術(shù)水平已經(jīng)成為環(huán)保行業(yè)關(guān)注的焦點。NOx排放控制技術(shù)主要分為低氮燃燒技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)兩類。低氮燃燒技術(shù)是通過各種技術(shù)手段控制燃燒過程中NOx的生成。煙氣脫硝技術(shù)是指對煙氣中已經(jīng)生成的NOx進行治理。

1 低氮燃燒技術(shù)

低氮燃燒技術(shù)是通過優(yōu)化燃料在爐內(nèi)的燃燒狀況或采用低氮燃燒器來減少NOx 產(chǎn)生的控制技術(shù)，主要包括低過量空氣燃燒、燃料分級燃燒、空氣分級燃燒、煙氣再循環(huán)技術(shù)等。該技術(shù)特點是鍋爐改造容易、投資的費用相對較少，但由于其氮氧化物減排效果的限制，單獨使用很難滿足較為嚴格的NOx控制要求。近十幾年來，我國開展了大量的低氮燃燒技術(shù)研究和改進工作。上海理工大學、華中科技大學、寶鋼發(fā)電廠聯(lián)合進行燃煤鍋爐氣體燃料分級低氮燃燒技術(shù)的研發(fā)，在引進消化吸收以及自主創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，我國已經(jīng)開發(fā)形成了雙尺度低氮燃燒控制技術(shù)、高級復(fù)合空氣分級低氮燃燒技術(shù)、MACT低氮燃燒技術(shù)等一系列先進的自主燃燒技術(shù)和低氮燃燒器。

1.1雙尺度低氮燃燒控制技術(shù)

該技術(shù)是由煙臺龍源電力技術(shù)股份有限公司自主研發(fā)的低氮燃燒技術(shù)，可以有針對性地解決燃煤鍋爐運行和環(huán)保方面的難題，具有強防渣、防腐蝕、高效穩(wěn)燃、超低NOx排放等功能。目前該技術(shù)發(fā)展較成熟，已在國內(nèi)外130余臺鍋爐上成功應(yīng)用，經(jīng)測試在燃用煙煤或褐煤的四角切圓鍋爐上能夠?qū)Ox的排放量降低到200mg/m3以下，下一步將向100mg/m3以下的排放目標邁進。2014年初，在該技術(shù)的基礎(chǔ)上，煙臺龍源研究完成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的一雙尺度低NOx燃燒控制系統(tǒng)‖，該系統(tǒng)實現(xiàn)了環(huán)境因素變化情況下鍋爐低氮燃燒的智能調(diào)風和NOx排放指標的動態(tài)向穩(wěn)，針對生產(chǎn)過程歷史數(shù)據(jù)進行趨勢分析，有利于提高火電機組運行的自動化水平，實現(xiàn)電廠節(jié)能增效的目標，具有較好的效益前景。

1.2 高級復(fù)合空氣分級低氮燃燒技術(shù)

該系統(tǒng)是上海鍋爐廠在第一代對沖同心正反切圓燃燒、第二代引進型低NOx切向燃燒系統(tǒng)LNCFS的基礎(chǔ)上自主研發(fā)的第三代技術(shù)，擁有多項專利。2012年，該技術(shù)成果通過專家鑒定，被認定達到國際領(lǐng)先水平。該技術(shù)的特點在于建立早期的穩(wěn)定著火和空氣分段燃燒技術(shù)，在實現(xiàn)NOx排放值大幅降低的同時，提高了燃燒效率、減輕了爐膛結(jié)渣問題。目前，該技術(shù)已在臺山電廠、渭河電廠、北侖電廠等多臺300MW、600MW的燃煤發(fā)電機組上實現(xiàn)成功應(yīng)用。

1.3 MACT低氮燃燒技術(shù)

該系統(tǒng)采用燃料分級燃燒，以PM型燃燒器作為主燃燒器，80%～85%的煤粉通過一次燃料主燃燒器送入爐膛下部的一級燃燒區(qū)，在主燃燒區(qū)上部火焰中形成過量空氣系數(shù)接近1的燃燒條件，以盡可能地提高燃料的燃盡率。二次燃料也采用煤粉，其中15%～20%的煤粉用再循環(huán)煙氣作為輸送介質(zhì)將其噴入爐膛的再燃區(qū)，在過量空氣系數(shù)遠小于1的條件下將NOx還原，同時抑制了新的NOx的生成。該系統(tǒng)燃燒穩(wěn)定，在不影響鍋爐燃燒效率的情況下，可將NOx的排放控制在308～328mg/m3之間。我國福建漳州后石電廠、浙江玉環(huán)電廠均采用該燃燒系統(tǒng)，NOx排放濃度在369mg/m3左右。[1]

2 煙氣脫硝技術(shù)

單純依靠低氮燃燒技術(shù)的氮氧化物減排效果，不能滿足日益嚴格的排放要求， 因此需要結(jié)合煙氣脫硝技術(shù)聯(lián)合作用脫除氮氧化物。煙氣治理脫硝技術(shù)，是指對煙氣中已經(jīng)生成的NOx進行治理，煙氣NOx治理技術(shù)主要包括SCR、SNCR、 SNCR/SCR、脫硫脫硝一體化、等離子體法、直接催化分解法、生物質(zhì)活性炭吸附法等。這些方法主要是利用氧化或者還原化學反應(yīng)將煙氣中的NOx脫除。

2.1 SCR技術(shù)

SCR技術(shù)是指利用NH3、CO、H2、烴類等還原劑，在催化劑作用下有選擇性地將煙氣中的 NOx還原成 N2和H2O的過程。在幾種主要脫硝技術(shù)中，SCR的脫硝效率最高，基于反應(yīng)器和催化劑的合理選型和優(yōu)化布置情況下脫硝效率最高可達 90%以上，是目前世界上商業(yè)化應(yīng)用最多、最為成熟的氮氧化物控制技術(shù)。“十二五”期間，燃煤火電廠脫硝改造呈全面爆發(fā)的增長趨勢，其中SCR技術(shù)占火電機組脫硝項目的95%以上。催化劑是SCR技術(shù)的核心，目前國內(nèi)外采用的催化劑主要為V2O5-TiO2體系（添加WO3或MoO3作為助劑），該催化劑效率高、穩(wěn)定可靠，但仍存在催化劑本身具有一定的毒性、價格昂貴、易受煤質(zhì)成分影響而失活、低溫下性較低以及溫度窗口受限等問題。

2.2 SNCR技術(shù)

SNCR 技術(shù)是指在不使用催化劑的情況下，在爐膛煙氣溫度適宜處（850～1150℃）噴入含氨基的還原劑（一般為氨或尿素），利用爐內(nèi)高溫促使氨和NO選擇性還原，將煙氣中的 NOx還原為N2和H2O。由于不需要催化劑和催化塔，該技術(shù)具有建設(shè)周期短、投資少、對鍋爐改造方便、技術(shù)成熟等特點，在歐美發(fā)達國家、 韓國、日本、我國臺灣地區(qū)以及內(nèi)地電廠均有一定的應(yīng)用[2]。據(jù)統(tǒng)計，其脫硝效率（30-50%）未能達到現(xiàn)階段NOx的控制需求，因此常與低NOx技術(shù)協(xié)同應(yīng)用。SNCR 脫硝技術(shù)的實際應(yīng)用受到鍋爐設(shè)計和運行條件的種種限制，且存在反應(yīng)溫度范圍窄、 爐內(nèi)混合不均勻、工況變化波動影響大以及NH3逃逸和N2O排放等問題，很大程度上影響其工業(yè)應(yīng)用。[3]

2.3 SNCR/SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)

SNCR/SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)是將SNCR工藝中還原劑噴入爐膛的技術(shù)同SCR工藝中利用逸出氨進行催化反應(yīng)的技術(shù)結(jié)合起來，從而進一步脫除NOx。利用這種聯(lián)合脫硝技術(shù)可以實現(xiàn)SNCR出口的NOx濃度再降低50%～60%，氨的逃逸量小于5mg/m3，上游SNCR技術(shù)的使用降低了SCR入口的NOx負荷，可以減少SCR催化劑使用量，從而降低催化劑投資；而SCR利用SNCR系統(tǒng)逃逸的NH3，可減少氨逃逸量，是一種結(jié)合SCR技術(shù)高效、SNCR技術(shù)投資省的特點而發(fā)展起來的新型組合工藝。[4]

3 結(jié)束語

就目前而言，無論是國內(nèi)還是國外對于脫硝技術(shù)的研究都十分的活躍，除了本論文介紹的這幾種脫硝的方法之外還有更多好的方法值得我們?nèi)ヌ轿?。因此加強脫硝技術(shù)的監(jiān)測以及研發(fā)是國內(nèi)外共同要研究的話題，不僅有利于我國又好又快的可持續(xù)發(fā)展，更加有利于保護我們賴以生存的環(huán)境。

參考文獻：

[1]Xu Guangwen. Adap tive sorbent for the combined desulfuriza2 tion /denitration p rocess using a power-particle fluidized bed. Industrial and Engineering Chemistry Research， 2000，39（7）：2190-2198.

[2]Xu Guangwen. Removal efficiency of the combined desulfuriza2 tion /denitration process using power-particle fluidized bed[J].Journal of Chemical Engineering of Japan，1999，32（1）：82-90.

[3]陳子彤.鍋爐排污水用于煙氣脫硫脫氮的技術(shù)[J].煤炭加工與綜合利用，1999（1）：39-41.

[4]Hashimoto K，Wasada K， ToukaiN， et al. Photocatalytic oxida2 tion of nitrogen monoxide over titanium（Ⅵ）oxide nanocrystals large size areas[J].Photochem and Photobiol. A：Chemistry，2000，136：103-109.