燃煤鍋爐控制氮氧化物含量超標(biāo)的有效途徑淺談

達(dá)銀花 張立志

摘 要：在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的帶動(dòng)下，我國社會(huì)對(duì)于電力的需求越來越大，而以火電為主的電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)不僅要求更多的煤炭資源，同時(shí)也產(chǎn)生了非常嚴(yán)重的環(huán)境污染，影響著社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。現(xiàn)有燃煤鍋爐在運(yùn)行過程中，熱能損失較大，氮氧化物的排放嚴(yán)重超標(biāo)，因此，如何對(duì)鍋爐廢氣中氮氧化物的含量進(jìn)行有效控制，是需要相關(guān)技術(shù)人員重點(diǎn)關(guān)注的問題。本文結(jié)合氮氧化物的危害，對(duì)控制氮氧化物的有效措施進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐氮氧化物含量控制有效措施

一、氮氧化物的環(huán)境污染

氮氧化物是氮元素與氧元素結(jié)合后產(chǎn)生的化合物，包括N2O、NO、NO2等，除二氧化氮之外，其余的氮氧化物都非常不穩(wěn)定，在光熱環(huán)境下會(huì)發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。氮氧化物或多或少都具備一定的毒性，不僅會(huì)危害人體健康，對(duì)于環(huán)境也有著非常嚴(yán)重的污染和影響。首先，氮氧化物會(huì)吸收大氣層中的紫外光和可見光，與某些碳?xì)浠衔锓磻?yīng)后，生成臭氧、烷基以及硝基化合物等，這些生成物混合在一起，呈現(xiàn)出煙霧的形態(tài)，被稱為光化學(xué)煙霧。這種煙霧會(huì)刺激人的眼睛，影響植物的正常生長，還會(huì)導(dǎo)致大氣能見度的下降，給社會(huì)生產(chǎn)以及人們的日常生活帶來不便。其次，氮氧化物會(huì)與空氣中的水分發(fā)生反應(yīng)，生成硝酸和亞硝酸，這是酸雨的主要成分，酸雨不僅會(huì)嚴(yán)重影響作物的生長，還會(huì)腐蝕建筑，威脅人們的身體健康。然后，氮氧化物會(huì)導(dǎo)致臭氧的減少，削弱其對(duì)于紫外線的防護(hù)作用，從而引發(fā)各種各樣的環(huán)境問題。因此，對(duì)廢氣中氮氧化物的含量進(jìn)行有效控制，是非常必要的[1]。

二、控制氮氧化物的技術(shù)分類

對(duì)于燃煤鍋爐氮氧化物排放的控制技術(shù)，可以分為以下幾種不同的類型：

1、燃燒后控制技術(shù)

燃燒后控制技術(shù)主要是對(duì)煤炭燃燒后產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行處理，即煙氣脫硝技術(shù)，或者也可以說是煙氣氮氧化物凈化技術(shù)，其基本原理是利用非燃燒的方法，將煙氣中的氮氧化物還原為氮?dú)猓瑥亩档推渑欧帕俊８鶕?jù)反應(yīng)介質(zhì)的不同，燃燒后控制技術(shù)的類型是多種多樣的，這里主要對(duì)微生物法進(jìn)行討論。考慮到氮氧化物屬于一種不含碳源的無機(jī)物，可以利用脫氮菌，在具備外加碳源的情況下，將氮氧化物作為氮源，利用還原反應(yīng)，將其還原為氮?dú)猓瑫r(shí)使得脫氮菌得到繁殖。在實(shí)際應(yīng)用中，廢氣中的氮氧化物先是溶于水，然后被微生物還原，在這個(gè)過程中，可以加入有機(jī)物作為電子供體，通過氧化提供相應(yīng)的能量。

2、燃燒中控制技術(shù)

燃燒中控制主要是指低氮氧化物燃燒技術(shù)，通過對(duì)鍋爐燃燒措施的改進(jìn)以及對(duì)燃燒要素的調(diào)整，減少氮氧化物的排放。該技術(shù)的特點(diǎn)是工藝相對(duì)成熟，而且成本投入低，維護(hù)費(fèi)用低。現(xiàn)階段，低氮氧化物燃燒技術(shù)主要是通過燃料的分級(jí)輸送，將空氣與燃料分級(jí)送入到鍋爐中，在鍋爐內(nèi)形成三個(gè)不同的區(qū)域，分別為一次區(qū)、還原區(qū)以及燃盡區(qū)，與相應(yīng)的技術(shù)手段結(jié)合，能夠減少80%的氮氧化物排放。這里以全氧燃燒技術(shù)為例進(jìn)行分析，該技術(shù)是以純氧代替空氣，由于沒有了氮?dú)獾拇嬖冢軌驕p少氮氧化物的生成，煙氣量大大減少，而且煙氣帶來的熱能損失也可以得到顯著降低，節(jié)能效果顯著。而以純氧代替空氣之后，不需要設(shè)置空氣供給系統(tǒng)，鼓風(fēng)機(jī)、換熱器以及熱風(fēng)管道等設(shè)備也不再需要，能夠有效降低鍋爐運(yùn)行的成本[2]。

3、再燃技術(shù)

再燃技術(shù)主要是對(duì)燃煤鍋爐進(jìn)行改造，在爐膛內(nèi)設(shè)置還原區(qū)段，實(shí)現(xiàn)對(duì)氮氧化物生成量的有效控制。改造后的鍋爐爐膛可以分為主燃區(qū)、再燃區(qū)和燃盡區(qū)，通過二次燃燒的方式，不僅能夠減少氮氧化物的排放，而且可以對(duì)熱量進(jìn)行充分利用，成本低廉，脫硝效果也較好，因此在燃煤鍋爐氮氧化物控制中有著廣泛的應(yīng)用，并且得到了政府部門的支持。

4、煙氣循環(huán)

煙氣再循環(huán)同樣是降低氮氧化物含量的重要技術(shù)措施，其基本原理，是在鍋爐空氣預(yù)熱器前，抽取一部分低溫?zé)煔猓苯铀腿氲藉仩t內(nèi)，或者與一次風(fēng)、二次風(fēng)混合后送入到鍋爐內(nèi)，降低燃燒溫度和氧氣濃度，從而起到降低氮氧化物含量的效果。不過，煙氣循環(huán)技術(shù)需要對(duì)現(xiàn)有的鍋爐設(shè)備進(jìn)行改造，成本相對(duì)較高，而且需要在進(jìn)行安全性與經(jīng)濟(jì)性的比較后，才能夠決定是否實(shí)施[3]。

5、停用燃燒器

可以將現(xiàn)有的燃燒器更換為低氮燃燒器。氮氧化物的生成與溫度有密切的關(guān)系，一般火焰溫度越高，氮氧化物的生成越多，反之亦然，這也是流化床爐綠色環(huán)保的原因之一。低氮燃燒器一般把一次風(fēng)分成濃淡兩股，濃相在內(nèi)，更靠近火焰中心；淡相在外，貼近水冷壁。濃相在內(nèi)著火時(shí)，火焰溫度相對(duì)較高，但是氧氣比相對(duì)較少，故生成的氮氧化物的幾率相對(duì)減少；淡相在外，氧氣比相對(duì)較大，但由于距火焰高溫區(qū)域較遠(yuǎn)，溫度相對(duì)較低，故氮氧化物的生成也不會(huì)很多。

三、綜合控制技術(shù)

對(duì)于燃煤鍋爐廢氣中氮氧化物的綜合治理與控制，是當(dāng)前污染治理工作研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)問題，例如，脫硫脫氮一體化技術(shù)，能夠同時(shí)進(jìn)行煙氣的脫硫脫氮處理，具有非常顯著的優(yōu)點(diǎn)，一是可以同時(shí)對(duì)煙氣中的二氧化硫和氮氧化物進(jìn)行處理，能夠縮短工藝流程；二是工藝簡單，操作方便，成本投入少，運(yùn)行費(fèi)用低，而且不需要占用更多的空間；三是處理后產(chǎn)生的副產(chǎn)品可以回收利用，不會(huì)產(chǎn)生二次污染；四是能夠有效滿足當(dāng)前嚴(yán)苛的污染排放要求。

這里主要對(duì)比較常見的催化氯化法進(jìn)行分析。這種方法是利用相應(yīng)的催化劑，結(jié)合煙氣中存在的氧氣，對(duì)二氧化硫和氮氧化物進(jìn)行氧化吸收。在國外，德國的多家公司聯(lián)合開發(fā)了DeSONOx工藝，利用催化劑同時(shí)注氨，可以有選擇地脫除氮氧化物，而由于催化劑氯化作用，可以將二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫，經(jīng)回收處理后得到硫酸。在反應(yīng)裝置中，存在兩種不同類型的催化劑，上部為新型分子篩催化劑，主要用于脫氮，下部則為二氧化氮氧化腥化劑，在氧氣含氧的條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)二氧化硫向三氧化硫的轉(zhuǎn)化，多余的氨可以被氧化為一氧化氮。實(shí)踐證明，上述工藝能夠同時(shí)除去煙氣中90%的二氧化硫和氮氧化物，而且不會(huì)產(chǎn)生塵碴和氨污染。除上述方法外，還有諸如等離子體法、吸附法、電化學(xué)膜法等綜合處理技術(shù)，不過受技術(shù)條件的限制，很多技術(shù)目前尚處于試驗(yàn)階段，并沒有得到普及和應(yīng)用[4]。

四、結(jié)束語

總而言之，在當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展理念不斷深化的背景下，做好燃煤鍋爐煙氣中氮氧化物含量的有效控制，在降低大氣污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面有著非常積極的作用，應(yīng)該得到相關(guān)技術(shù)人員的重視。氮氧化物處理標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足《鍋爐廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13271-2014）并達(dá)到以下排放指標(biāo)要求：NOx濃度<200 mg/Nm3。在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，技術(shù)人員應(yīng)該立足燃煤鍋爐的實(shí)際情況，在成本允許的前提下，通過燃燒中控制、燃燒后控制、再燃技術(shù)、煙氣循環(huán)等技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)于鍋爐廢氣中氮氧化物含量的有效控制，滿足國家相關(guān)污染物排放指標(biāo)，減少燃煤鍋爐生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢氣污染，進(jìn)而推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳鳳玲，劉民，江輝.淺談低氮燃燒技術(shù)及其改造方法[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，（23）：11-12.

[2] 馬照民.燃煤電站鍋爐技改中控制氮氧化物的效果[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2005，31（9）：21-22.

[3] 吳兵.燃煤電站鍋爐運(yùn)行中氮氧化物排放的控制[J].電力設(shè)備，2008，9（8）：25-27.

[4] 李萍，曾令可，王慧，程小蘇.氮氧化物排放控制技術(shù)分類[J].中國陶瓷工業(yè)，2015，22（2）：25-33.