燃煤工業(yè)鍋爐氮氧化物污染防治技術(shù)路線

胡長(zhǎng)淳（廣東科達(dá)潔能股份有限公司，廣東 佛山 528313）

燃煤工業(yè)鍋爐氮氧化物污染防治技術(shù)路線

胡長(zhǎng)淳（廣東科達(dá)潔能股份有限公司，廣東 佛山 528313）

工業(yè)鍋爐會(huì)因燃料與其設(shè)計(jì)與構(gòu)造的特點(diǎn)，在作業(yè)時(shí)產(chǎn)生大量氮氧化物，造成較為嚴(yán)重的大氣污染。本文從工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)、制造出發(fā)，提出了幾種有效的減排氮氧化物污染物的途徑，包括低氮燃燒技術(shù)、爐內(nèi)SCNR脫硝及尾端煙氣脫硝技術(shù)等。

燃煤工業(yè)鍋爐；氮氧化物；污染防治；SNCR

氮氧化物是一類只有氮元素、氧元素組成的化合物，主要包括一氧化氮、二氧化氮、五氧化二氮等，其中一氧化氮和二氧化氮含量最多。氮氧化物不僅是危害極大的一次污染物，也是臭氧生成反應(yīng)的前體物，還會(huì)加重區(qū)域大氣懸浮細(xì)粒子污染，并誘發(fā)嚴(yán)重霧霾。大氣中氮氧化物的排放來(lái)源主要是化工排放、鋼材與建材生產(chǎn)工業(yè)、電站鍋爐、機(jī)動(dòng)車尾氣、燃煤工業(yè)鍋爐等。我國(guó)“十一五”期間，氮氧化物排放量大幅上升，集中表現(xiàn)為在珠三角、長(zhǎng)三角、京津冀等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)霧霾現(xiàn)象嚴(yán)重，硫酸-硝酸復(fù)合型酸雨頻發(fā)，基于此，我國(guó)自“十二五”期間將氮氧化物列為總量控制污染物，重點(diǎn)治理氮氧化物的排放與污染。

1 我國(guó)燃煤工業(yè)鍋爐氮氧化物排放分析

作為熱能動(dòng)力的最主要設(shè)備，工業(yè)鍋爐大規(guī)模應(yīng)用于各行各業(yè)，目前我國(guó)在用的工業(yè)鍋爐數(shù)量接近60萬(wàn)臺(tái)，燃煤總量超過(guò)6億噸，氮氧化物排放總量在250萬(wàn)噸以上，是氮氧化物的最主要排放源之一。因此，治理燃煤工業(yè)鍋爐的氮氧化物排放，對(duì)提高大氣質(zhì)量，改善人居環(huán)境具有重大意義。

我國(guó)的燃煤工業(yè)鍋爐大多壓力小于2.45Mpa、出力不大于45.5MW，用于工業(yè)生產(chǎn)或居民采暖，具有分布行業(yè)廣泛、布局分散等特點(diǎn)。與電站鍋爐相比，燃煤工業(yè)鍋爐多燃用劣質(zhì)煤，煤粒徑大，鍋爐容量小，燃燒多在爐膛底部，造成熱效率低下并且污染物排放量大。

燃煤工業(yè)鍋爐在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱力型、快速型與燃料型三種氮氧化物，其中95%以上為一氧化氮，排放的一氧化氮可在大氣中發(fā)生氧化反應(yīng)生成相對(duì)穩(wěn)定的二氧化氮。當(dāng)爐膛溫度達(dá)到650～800℃時(shí)，燃料中的氮開(kāi)始釋放并與氧氣反應(yīng)形成氮氧化物，稱之為燃料型氮氧化物，在爐膛溫度低于1500℃時(shí)，鍋爐產(chǎn)生的氮氧化物大部分為燃料型，由于燃煤工業(yè)鍋爐的中心溫度大多低于1500℃，因此這一類鍋爐主要排放燃料型氮氧化物；當(dāng)爐膛內(nèi)溫度高于1500℃時(shí)，空氣中的氮迅速與氧結(jié)合形成熱力型氮氧化物，溫度越高其生成速率會(huì)顯著增加，此時(shí)鍋爐排放的氮氧化物多為熱力型氮氧化物，且其濃度隨著溫度與氧含量的增高而增大；與另外兩種氮氧化物相比，快速型氮氧化物的排放量可以忽略不計(jì)。燃煤鍋爐氮氧化物的排放量通常受燃料種類、鍋爐結(jié)構(gòu)和爐型、過(guò)氧系數(shù)、爐膛溫度、煙氣停留時(shí)間等一系列因素影響，因此其數(shù)值保持在一個(gè)浮動(dòng)的范圍（500-1000 mg/m3）。一般來(lái)說(shuō)，煤種氮含量高、過(guò)氧系數(shù)偏大、爐膛溫度過(guò)高、煙氣在高溫區(qū)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)顯著促進(jìn)氮氧化物生成。

2 燃煤工業(yè)鍋爐氮氧化物控制技術(shù)現(xiàn)狀

歐美地區(qū)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家在上世紀(jì)90年代就開(kāi)始重視燃煤工業(yè)鍋爐排放氮氧化物的問(wèn)題，從燃燒方式改進(jìn)、爐膛內(nèi)脫硝、尾部煙氣脫硝等方面著手開(kāi)發(fā)了一系列減排技術(shù)路線，例如在鍋爐中引入煙氣再循環(huán)體系，實(shí)現(xiàn)二級(jí)燃燒，并將燃燒器換為低氮氧化物排放類型，最終實(shí)現(xiàn)70%的氮氧化物減排。與各種技術(shù)相比，從源頭上改進(jìn)燃燒器并采用低氮燃燒是降低氮氧化物排放最為經(jīng)濟(jì)的辦法。

爐膛內(nèi)脫硝技術(shù)主要指選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)。該技術(shù)主要用氨氣、尿素作為還原劑，不添加任何催化劑，工藝簡(jiǎn)單，投資較少，不存在嚴(yán)苛的技術(shù)壁壘，但是適用溫度范圍窄，并且噴氨口的設(shè)置要考慮到爐膛溫度分布、煤的種類等因素，操作難度較高。

3 我國(guó)燃煤工業(yè)鍋爐氮氧化物控制技術(shù)展望

從我國(guó)的煤爐工業(yè)鍋爐分布來(lái)看，在未來(lái)較長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，中小型工業(yè)鍋爐仍舊是最主要的熱能設(shè)備。針對(duì)中小型工業(yè)鍋爐的氮氧化物排放治理，應(yīng)該重視研發(fā)高效燃煤鍋爐與清潔燃料鍋爐，從根本上降低氮氧化物污染；在鍋爐房運(yùn)行水平方面，應(yīng)該針對(duì)已有的鍋爐分布情況，配置相互匹配的鍋爐房主機(jī)、輔機(jī)以及具有較高自動(dòng)化的運(yùn)行系統(tǒng)，相關(guān)單位應(yīng)有針對(duì)性地改造鍋爐房系統(tǒng)從而改善鍋爐房的整體運(yùn)行效率，運(yùn)行效率每提高10%，我國(guó)燃煤鍋爐的氮氧化物排放總量便減少25萬(wàn)噸；在氮氧化物減排技術(shù)方面，我國(guó)應(yīng)給予相關(guān)的科研、產(chǎn)業(yè)化研究更多的支持，包括組織高校、科研機(jī)構(gòu)與相關(guān)企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研一體化研究，成規(guī)模地開(kāi)發(fā)出具有示范性作用的氮氧化物削減技術(shù)，科學(xué)地實(shí)現(xiàn)氮氧化物減排；在城市供熱與工業(yè)供氣方面，我國(guó)應(yīng)大力推行集中供熱與集中供氣的方式，避免出現(xiàn)分布多、熱效率低、污染嚴(yán)重的燃煤小鍋爐的局面；在我國(guó)的氮氧化物重點(diǎn)防治區(qū)域，僅僅采用低氮燃燒技術(shù)已無(wú)法有效治理氮氧化物排放過(guò)多的問(wèn)題，因此應(yīng)從還原劑開(kāi)發(fā)、工藝優(yōu)化等方面推進(jìn)爐膛內(nèi)SNCR脫硝技術(shù)的改進(jìn)，同時(shí)加快SCR脫硝技術(shù)催化劑科研攻關(guān)，打破技術(shù)壁壘。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的燃煤工業(yè)鍋爐目前仍存在大量問(wèn)題，包括設(shè)計(jì)構(gòu)造、治理技術(shù)缺乏等，而這些缺陷均會(huì)導(dǎo)致氮氧化物的過(guò)量排放。本文建議從源頭出發(fā)，研發(fā)采用低氮燃燒技術(shù)的新型鍋爐，并輔以相應(yīng)的爐內(nèi)SCNR脫硝及尾端煙氣脫硝治理技術(shù)，從而有效地降低煤爐工業(yè)鍋爐的氮氧化物排放量，降低對(duì)大氣環(huán)境造成的損害。

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胡長(zhǎng)淳（1989-），男，漢族，籍貫湖北荊州，碩士研究生，就職于廣東科達(dá)潔能股份有限公司，主要研究方向：1、從事陶瓷墨水、噴頭清洗劑以及相關(guān)化學(xué)品的配方開(kāi)發(fā)研究；2、從事燃燒反應(yīng)器、蒸汽鍋爐的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)；3、從事固廢物的減量無(wú)害化處理研究。