鍋爐煙氣NOX防治

林禮坤

【摘 要】氮氧化物是鍋爐排放的主要污染物之一，本文對首先對于各種氮氧化物的形成機(jī)理進(jìn)行了闡述，概述了氮氧化物治理的基本措施，分析了目前常見的燃燒技術(shù)對于減少氮氧化物排放方面做出的貢獻(xiàn)，討論了根據(jù)氮氧化物減排趨勢，最后對氮氧化物防治技術(shù)在未來一段時間之內(nèi)可能的發(fā)展趨勢進(jìn)行一定程度上的預(yù)測，為鍋爐煙氣氮氧化物防治提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】鍋爐;氮氧化物（NOx）;防治

當(dāng)前我國大氣環(huán)境形勢嚴(yán)峻，區(qū)域大氣污染頻發(fā)，嚴(yán)重影響了人民生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，中國政府對此十分關(guān)注。氮氧化物（NOx）是大氣中的重要污染物之一，也是當(dāng)前環(huán)境保護(hù)法規(guī)所控制的重要污染物之一。NOx的排放會給自然環(huán)境和人類的生產(chǎn)活動帶來嚴(yán)重危害，其對人體的毒性效應(yīng)、對植物的損害、對自然環(huán)境的破壞等等問題越來越被國內(nèi)外專家學(xué)者所重視。在石化企業(yè)中，加熱爐、余熱鍋爐通過化石燃料提供熱源，燃燒產(chǎn)生煙氣是企業(yè)廢氣排放的主要來源之一。煙氣中含有各種組成成分復(fù)雜，其中氮氧化物包括NO、NO2、N2O、N2O3和N2O4等，NO約占總量的90%。

1 鍋爐煙氣NOx的產(chǎn)生機(jī)理

化石燃料在爐膛中燃燒以釋放化學(xué)能，NOx和煙氣中在燃燒過程中與其他產(chǎn)物如H2O、CO2、SO2同時產(chǎn)生。目前科學(xué)界通過多年的研究，已經(jīng)基本將NOx的產(chǎn)生過程總結(jié)兩類，分別為熱轉(zhuǎn)換NOx、燃燒轉(zhuǎn)化型NOx。形成方式分別為：大氣中的自然存在的氧氣以及氮氣，通過鍋爐進(jìn)行反應(yīng)的過程之中，在高溫下生成NOx。在科學(xué)界一般稱為熱NOx或者是熱轉(zhuǎn)換NOx;二是將來源于燃料油或燃?xì)庵械牡镌阱仩t的加熱環(huán)境中進(jìn)行熱解，然后與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成NOx。以這種方式產(chǎn)生的 NOx 通常稱為燃料轉(zhuǎn)化型NOx。也稱為燃料轉(zhuǎn)化型 NOx。

2 鍋爐煙氣NOx控制措施

2.1 SCR煙氣脫硝技術(shù)

SCR 煙氣脫硝工藝是目前應(yīng)用最多的成熟技術(shù)，利用選擇性催化還原原理，通過利用金屬催化劑作用下，將氨氣噴入催化劑層與煙氣混合，將煙氣中的NO還原成N2和H2O，具有脫硝效率高、催化劑效率高、系統(tǒng)壓降小等特點。

選擇性是指在催化劑作用下，NH3先與NOx進(jìn)行還原反應(yīng)，生成N2和H2O。無催化劑條件下，該反應(yīng)所需爐膛溫度980℃左右，催化劑的存在，使該反應(yīng)在300-400℃即可順利進(jìn)行，降低反應(yīng)條件同時提高了可操作性。

SCR煙氣脫硝反應(yīng)的同時，煙氣中的SO2在催化劑作用下氧化生成SO3，SO3與NH3反應(yīng)生成 NH4HSO4，NH4HSO4呈粘性易結(jié)垢并附著在催化劑空隙以及在鍋爐省煤器翅片管堆積，降低催化劑活性，鍋爐熱效率下降。日常操作通過控制SCR催化劑模塊部位爐膛溫度來減少NH4HSO4生成，以提高鍋爐效率、延長檢修周期。

2.2低氮氧化物燃燒器技術(shù)

目前控制鍋爐煙氣中NOx的另一種有效措施是采用低NOx燃燒器。燃燒器主要包括多種不同級別的燃燒器，通過在不同的工況以及燃燒燃料的情況下，選擇不同的燃燒器，可以有效的降低燃燒過程中NOx的生成，目前常用的燃燒器通常是采用低氮多級燃燒技術(shù)。多級燃燒器用于將空氣分解成兩級或多級以幫助燃燒器燃燒。一次風(fēng)從燃燒器的中心噴入，二次風(fēng)從燃燒器外圍火嘴噴入，燃燒器中心是以燃料為主的還原性環(huán)境，燃燒器外圍是以空氣、二氧化碳、水蒸氣等燃燒產(chǎn)物為主的氧化性環(huán)境。

燃燒器中心噴出一次燃料，與助燃性空氣混合，用于擴(kuò)散燃燒。燃燒區(qū)的燃燒速率和溫度有所下降，同時生成少量 NOx。形成局部低氧燃燒狀態(tài)，抑制本區(qū)域內(nèi)低氧燃燒生成 NOx，燃燒產(chǎn)生CO，CO可作為還原劑與NO反應(yīng)生成N2和CO2。達(dá)到有效降低NOx效果。

二次燃燒器采用特殊設(shè)計，使得燃燒更加充分，提高燃料的利用率并有效將燃料中的雜質(zhì)進(jìn)行燃燒分解，降低二次風(fēng)的火焰溫度和O2濃度，從而控制二次風(fēng)區(qū)域熱性NOx的產(chǎn)生。二次燃燒器的設(shè)計方案十分嚴(yán)格，需要精確的結(jié)構(gòu)，確保二次燃燒充分。低氮氧化物燃燒技術(shù)與SCR等技術(shù)相比，投資低、運行成本低，鍋爐出力降低。

2.3煙氣再循環(huán)技術(shù)

通過增設(shè)FGR 風(fēng)機(jī)或利用壓差將鍋爐煙道的煙氣抽出來，引入鼓風(fēng)機(jī)前混合等方式。將配風(fēng)和燃料分級輸送，稀釋助燃區(qū)空氣中O2濃度，降低燃燒速率、控制火焰溫度，保持爐膛內(nèi)溫度均勻分布，達(dá)到降低 NOx生成量的目的。

使用煙氣再循環(huán)技術(shù)，鍋爐效率降低，同時再循環(huán)高溫?zé)煔猱a(chǎn)生凝結(jié)水，存在腐蝕風(fēng)險。因此，在保證排放達(dá)標(biāo)的前提下，須控制合理的煙氣再循環(huán)循環(huán)速度，以提高鍋爐效率并保護(hù)設(shè)備安全運行。

3鍋爐NOx的防治今后發(fā)展方向

伴隨著生態(tài)文明建設(shè)和人們對美好生態(tài)環(huán)境的需求，鍋爐煙氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)也將日益嚴(yán)格。煙氣中的NOx防治壓力日益增大，考慮到燃燒效率和鍋爐操作靈活性等因素，單獨使用低 NOx燃燒技術(shù)或SCR脫硝技術(shù)可靠地把煙氣NOx降至未來標(biāo)準(zhǔn)難度較大。通過采取多技術(shù)并用，將低 NOx燃燒技術(shù)、SCR脫硝技術(shù)、煙氣再循環(huán)技術(shù)綜合運用，來保證鍋爐煙氣達(dá)標(biāo)排放。

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