燃煤電廠降低煙氣NOX排放濃度的技術(shù)分析

李良洪

摘 要：隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對煤炭的需求量不斷攀升。但是在煤炭燃燒的過程中勢必會產(chǎn)生大量的有害煙氣，例如氮化物、二氧化硫、粉塵等等。通過研究發(fā)現(xiàn)，在燃煤電廠所產(chǎn)生的煙氣污染物中，氮化物的排放量達到了總排放量的67%左右，不僅給當?shù)丨h(huán)境造成了嚴重的污染，還會影響當?shù)鼐用竦纳硇慕】怠Ｒ虼?，就需要提對燃煤電廠降低煙氣NOX排放濃度的技術(shù)?；诖?，本文以燃煤電廠NOX的影響因素為切入點，對當前我國燃煤電廠煙氣脫硝工藝進行了分析，最后對燃煤電廠降低煙氣NOX排放濃度的技術(shù)進行了闡述，以期能夠?qū)崿F(xiàn)電廠煙氣NOX的超低排放。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠；NOX；排放濃度

中圖分類號：X773 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）20-0005-02

NOX又稱之為氮氧化物，是燃煤行業(yè)煙氣排放有害物之一。在高溫燃燒的環(huán)境下，化石燃料與空氣充分反映后就會產(chǎn)生氮氧化物。在大多數(shù)的燃燒方式下，氮氧化物的主要成分是NO，其比重占到了全部氮氧化物的90%左右。NO作為一種化學性質(zhì)不活潑的氣體，無色、無刺激性氣味，在空氣中NO將會立刻被氧化成為NO2，NO2是一種帶有刺激性臭味，呈棕紅色的氣體?？傊?，NOX排放造成的大氣污染等問題日益嚴峻。因此，對我國燃煤電廠NOX排放濃度進行嚴格的控制迫在眉睫。

1 NOX的影響因素

1.1 煤種的特性

煤種中的氮經(jīng)過轉(zhuǎn)化形成NOX，也就是說，如果煤種中氮的含量越高，那么轉(zhuǎn)化而來的NOX量也會隨之增加，NOX的排放量也就越大[1]。研究顯示，隨著煤粉中揮發(fā)分含量的增加，NOX排放量反而呈降低的態(tài)勢。不僅如此，NOX的生產(chǎn)量與煤粉揮發(fā)分中的元素也有很大的關(guān)系：當煤中O/N的比值越大，NOX的排放量隨之提高；再加之在煤燃燒的過程中，S元素和N元素存在著此消彼長的關(guān)系，如果SO2的排放量比較高的話，那么NOX的排放量就會有所下降。

1.2 溫度的影響

溫度對NOX的排放量也有一定的影響，主要是與主燃區(qū)的氧化還原有較大的關(guān)系。但是，溫度對于不同類型的NOX的排量影響程度不同，例如對燃料型的NOX的排量影響比較大，但是對熱力型NOX的排量影響卻較大。在對燃燒不進行控制的情況下，隨著溫度的不斷升高，NOX排量也逐漸增大。但是，如果采取空氣分級燃燒技術(shù)的話，隨著主燃區(qū)氧氣含量的減少，溫度越高，NOX的產(chǎn)生反而會減少，可見，此時升高溫度能夠推動NOX排放量降低。

1.3 鍋爐內(nèi)過剩的空氣系數(shù)

鍋爐內(nèi)剩余氧氣濃度越大，NOX的生成量也就越多。這是由于氧氣過多時，氧化反應的大概增加，并阻礙了還原反應的產(chǎn)生，因此，鍋爐內(nèi)NOX的排放量就隨之增加。

2 燃煤電廠煙氣脫硝工藝

2.1 SNCR脫硝工藝

燃煤電廠通常選用氨水或是尿素溶液來作為SNCR脫硝工藝的還原劑，鍋爐煙氣溫度850-1100℃的區(qū)域是還原劑噴入的最佳區(qū)域，氨水蒸發(fā)或是尿素溶液熱解后都會產(chǎn)生氨，氨與NOX發(fā)生還原反應，進而生成N2和H2O，以此來達到脫硝的目的。對于常見鍋爐來講，采用此工藝SNCR的脫硝率可以達到40%左右，如果是循環(huán)流化鍋爐SNCR的脫硝率可以達到65%以上。

2.2 SNCR/SCR脫硝工藝

SNCR/SCR脫硝工藝的前端脫硝反應與SNCR脫硝工藝相同，還原劑依舊選擇氨水或是尿素溶液，還原劑噴入的區(qū)域也是鍋爐煙氣溫度為850-1100℃的區(qū)域內(nèi)[2]。首先經(jīng)過高溫脫硝反應后，將未反應的還原劑放置在省煤器和空氣預熱器之間的催化劑層中，借助催化劑發(fā)生中溫還原反應，將剩余的NOX脫去。與SNCR脫硝工藝相比，SNCR/SCR脫硝工藝的區(qū)別在于還原劑噴入系統(tǒng)并不需要另外設(shè)置，還原劑的主要是通過向SNCR段噴入過量的還原劑。SNCR/SCR脫硝工藝的脫硝率可以達到75%左右，而且該系統(tǒng)簡單便于操作，建設(shè)成本比較低。

2.3 SCR脫硝工藝

SCR脫硝裝置有兩種：高塵布置和低塵布置，其主要區(qū)別就在于SCR反應器的位置。相比而言，低塵布置的方式能夠降低催化劑的磨損，提高其利用率，但是如果采用低塵布置的方式，則需要單獨再設(shè)置一個加熱器，確保煙氣保持在一定溫度范圍內(nèi)，其運行復雜，建設(shè)成本較高。當前，燃煤電廠采用的SCR脫硝裝置絕大多數(shù)都采用的是高塵裝置。SCR脫硝工藝所采用的還原劑除氨水、尿素溶液外，還可以選擇相對比較經(jīng)濟的液氨[3]。選擇液氨作為脫硝還原劑時，利用卸氨壓縮機將液氨槽車中的液氨輸送到液氨儲罐中，借助儲罐中的壓力將液氨輸送到蒸發(fā)器中蒸發(fā)成為氣氨，同時在蒸發(fā)器的出口位置設(shè)置有壓力調(diào)節(jié)裝置，能夠?qū)獍钡膲毫φ{(diào)整到合適范圍內(nèi)并向傳緩沖器進行傳輸，緩沖器的作用是穩(wěn)定氣氨，然后通過管道將穩(wěn)定后的氣氨輸送到氨/空氣混合器中進行稀釋，最后通過噴氨裝置噴入到SCR反應器中與NOX進行反應，含有NOX和NH3的混合煙氣在催化劑的作用下發(fā)生還原反映，氨與NOX生成無二次污染的N2和H2O，最終實現(xiàn)脫硝目的。高塵布置的SCR脫硝裝置如圖1所示。

3 燃煤電廠降低煙氣NOX排放濃度的技術(shù)分析

3.1 煤粉濃縮燃燒+整體空氣分級燃燒技術(shù)

通過降低燃燒區(qū)域的氧含量以及燃燒溫度，能夠在很大程度上降低NOX的排放量。第一，分級燃燒，也就是說將燃燒所需要的空氣分兩個階段進行傳送，先是從主燃燒器中傳送約70%左右的空氣量，在燃燒器的周圍創(chuàng)造一種缺氧富燃的環(huán)境，以此來控制NOX的生成；通常對于主燃燒器下端部風和一次風采用的是逆進針方向旋轉(zhuǎn)；而其他二次風噴口與一次風小用度偏罱，切入時采用順時針反向切入，進而使得空氣產(chǎn)生橫向分級；對主燃區(qū)內(nèi)的一二次風噴口面積進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)，使得一次風能夠滿足煤種的燃燒需求，同時適當減少主燃區(qū)內(nèi)的二次風量，進而使得空氣形成縱向分級。此外，將4層分離SPFA噴口設(shè)置在主燃燒器上方位置，其噴口能夠上下左右擺動，然后將剩余燃燒所需要的風以SOFA燃盡風的方式送入到燃燒室中，使其內(nèi)部沿著高度分成了復燃區(qū)和燃盡區(qū)，這樣能夠使得NOX的排放量大大降低[4]。第二，利用節(jié)點功能區(qū)技術(shù)，在兩層一次風噴口之間增加貼壁風，燃燒過濃部分，由于氧含量不足，燃燒的溫度也不高，因此也能抑制NOX的生成；燃燒過淡部分，由于空氣含量較大，會導致燃燒溫度降低，進而也能夠?qū)OX的生成進行抑制。可見，通過對上下噴口燃料與空氣的比例進行調(diào)整，能夠有效降低燃燒器區(qū)域內(nèi)的NOX生成量

3.2 低氮燃燒技術(shù)

降低燃煤電廠煙氣NOX濃度排放量最經(jīng)濟的方法就是采取低氮燃燒，目的是通過降低燃燒溫度、減少煙氣中氧含量等方式，在確保燃煤電廠鍋爐燃燒效率不受影響的前提下，盡可能的降低NOX的生成量和排放量。同時，對于四角切圓燃燒、對沖燃燒以及W火焰鍋爐中NOX的生成量應當分別控制在：200-250mg/m3、250-300mg/m3、70-800mg/m3以內(nèi)。在采取低氮燃燒技術(shù)時，必須要根據(jù)燃煤電廠鍋爐的型號、燃料的特性以及選擇的燃燒的方式，嚴格遵循一爐一策原則，制定合理的技術(shù)方案，切勿盲目的跟風采用不符合自身實際的方法。首先，必須要對燃煤電廠鍋爐的燃燒情況進行全面細致的調(diào)查，然后確定符合實際的邊界條件，制定具有可行性的低氮燃燒方案；其次，要加強對低氮燃燒器的管理和優(yōu)化；在此，對試驗進行優(yōu)化，在條件許可的情況下最好是能夠制定科學規(guī)范、操作性強的指導手冊。

3.3 燃料分級燃燒

燃燒過程中所生成的NO在與烴根CHI和未完全燃燒產(chǎn)物（如：CO、H2、C、CnHm）接觸時會發(fā)生還原反應，使NO重新還原成為N2。根據(jù)這一化學原理，將主要燃料送入到第一級燃燒區(qū)中，在α>1條件下，燃燒生成NOX[5]。被送入到第一級燃燒區(qū)的燃料我們通常稱之為一次燃料，剩余部分的燃料則通過主燃燒區(qū)的上部傳輸?shù)蕉壢紵齾^(qū)，在α<1條件下，產(chǎn)生還原性氣氛，從而使得在一級燃區(qū)生成的NOX，在二級燃燒區(qū)通過還原反應成為氮分子。通過主燃區(qū)上部傳輸?shù)蕉壢紵齾^(qū)的燃料我們稱之為二次燃料。在二級燃燒區(qū)中不僅能夠還原已經(jīng)生成的NOX，還能夠有效抑制新的NOX的生成，進而降低NOX的排放濃度。在采取燃料分級燃燒方法時，要想有效降低NOX的排放量，二級燃燒區(qū)尤為關(guān)鍵。

4 結(jié)語

通過燃煤電廠NOX生成的影響因素作為切入點，對各種脫硝工藝以及降低煙氣NOX濃度的技術(shù)進行分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）煤種的特性、燃燒的問題以及鍋爐爐腔內(nèi)剩余空氣系數(shù)對NOX的排放和生成都有著密切的影響。分析表明煤種的含氮量越高，NOX排放量也就越大；燃燒溫度越高，爐腔內(nèi)空氣系數(shù)越大，NOX的排放量和生成量也就越大。

（2）采取整體空氣分級燃燒技術(shù)的關(guān)鍵在于主燃燒區(qū)和燃盡區(qū)氧氣含量的分配，如果主燃燒區(qū)的氧氣含量過高的話，則會對空氣分級的意義造成影響；如果主燃燒區(qū)的氧氣含量過低，又會導致不完全燃燒現(xiàn)象的發(fā)生以及飛灰含碳量過高情況出現(xiàn)，甚至于還會出現(xiàn)高溫腐蝕的情況，因此要合理的分配主燃燒區(qū)和燃盡區(qū)的氧氣含量。

（3）SCR脫硝裝置有兩種：高塵布置和低塵布置，相比而言，低塵布置的方式能夠降低催化劑的磨損，提高其利用率，但是如果采用低塵布置的方式，則需要單獨再設(shè)置一個加熱器，確保煙氣保持在一定溫度范圍內(nèi)。因此通常都采取的是：高塵布置。

參考文獻

[1]索中舉.華能金陵電廠降低NOX排放分析與對策[A].第五屆發(fā)電廠鍋爐優(yōu)化改造與配煤摻燒技術(shù)經(jīng)驗交流研討會論文集[C].濟南：中國電機工程學會熱電專委會，2015：760-764.

[2]賈海娟，謝永平，馬學禮，等.燃煤電廠煙氣污染物超低排放技術(shù)路線分析[J].環(huán)境污染與防治，2016，38（06）：111.

[3]莫才頌，王崗罡，何明.火電廠鍋爐燃燒器低NOX分析[J].化工技術(shù)與開發(fā)，2014，43（04）：58-59+3.

[4]袁軍，張孝天.煤電機組基于超低排放下降低NOX排放濃度的方法探討[J].華東科技：學術(shù)版，2017（7）：383.

[5]陳躍.煤粉爐的分級燃燒技術(shù)分析[J].工程技術(shù)：引文版，2016，（12）：19.