燃煤工業鍋爐氮氧化物污染防治技術路線

胡長淳（廣東科達潔能股份有限公司，廣東 佛山 528313）

燃煤工業鍋爐氮氧化物污染防治技術路線

胡長淳（廣東科達潔能股份有限公司，廣東 佛山 528313）

工業鍋爐會因燃料與其設計與構造的特點，在作業時產生大量氮氧化物，造成較為嚴重的大氣污染。本文從工業鍋爐設計、制造出發，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、爐內SCNR脫硝及尾端煙氣脫硝技術等。

燃煤工業鍋爐；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，也是臭氧生成反應的前體物，還會加重區域大氣懸浮細粒子污染，并誘發嚴重霧霾。大氣中氮氧化物的排放來源主要是化工排放、鋼材與建材生產工業、電站鍋爐、機動車尾氣、燃煤工業鍋爐等。我國“十一五”期間，氮氧化物排放量大幅上升，集中表現為在珠三角、長三角、京津冀等經濟發達地區霧霾現象嚴重，硫酸-硝酸復合型酸雨頻發，基于此，我國自“十二五”期間將氮氧化物列為總量控制污染物，重點治理氮氧化物的排放與污染。

1 我國燃煤工業鍋爐氮氧化物排放分析

作為熱能動力的最主要設備，工業鍋爐大規模應用于各行各業，目前我國在用的工業鍋爐數量接近60萬臺，燃煤總量超過6億噸，氮氧化物排放總量在250萬噸以上，是氮氧化物的最主要排放源之一。因此，治理燃煤工業鍋爐的氮氧化物排放，對提高大氣質量，改善人居環境具有重大意義。

我國的燃煤工業鍋爐大多壓力小于2.45Mpa、出力不大于45.5MW，用于工業生產或居民采暖，具有分布行業廣泛、布局分散等特點。與電站鍋爐相比，燃煤工業鍋爐多燃用劣質煤，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。

燃煤工業鍋爐在燃燒過程中會產生熱力型、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生氧化反應生成相對穩定的二氧化氮。當爐膛溫度達到650～800℃時，燃料中的氮開始釋放并與氧氣反應形成氮氧化物，稱之為燃料型氮氧化物，在爐膛溫度低于1500℃時，鍋爐產生的氮氧化物大部分為燃料型，由于燃煤工業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；當爐膛內溫度高于1500℃時，空氣中的氮迅速與氧結合形成熱力型氮氧化物，溫度越高其生成速率會顯著增加，此時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。燃煤鍋爐氮氧化物的排放量通常受燃料種類、鍋爐結構和爐型、過氧系數、爐膛溫度、煙氣停留時間等一系列因素影響，因此其數值保持在一個浮動的范圍（500-1000 mg/m3）。一般來說，煤種氮含量高、過氧系數偏大、爐膛溫度過高、煙氣在高溫區停留時間過長會顯著促進氮氧化物生成。

2 燃煤工業鍋爐氮氧化物控制技術現狀

歐美地區、日本等發達國家在上世紀90年代就開始重視燃煤工業鍋爐排放氮氧化物的問題，從燃燒方式改進、爐膛內脫硝、尾部煙氣脫硝等方面著手開發了一系列減排技術路線，例如在鍋爐中引入煙氣再循環體系，實現二級燃燒，并將燃燒器換為低氮氧化物排放類型，最終實現70%的氮氧化物減排。與各種技術相比，從源頭上改進燃燒器并采用低氮燃燒是降低氮氧化物排放最為經濟的辦法。

爐膛內脫硝技術主要指選擇性非催化還原技術(SNCR)。該技術主要用氨氣、尿素作為還原劑，不添加任何催化劑，工藝簡單，投資較少，不存在嚴苛的技術壁壘，但是適用溫度范圍窄，并且噴氨口的設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 我國燃煤工業鍋爐氮氧化物控制技術展望

從我國的煤爐工業鍋爐分布來看，在未來較長的一段時期內，中小型工業鍋爐仍舊是最主要的熱能設備。針對中小型工業鍋爐的氮氧化物排放治理，應該重視研發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；在鍋爐房運行水平方面，應該針對已有的鍋爐分布情況，配置相互匹配的鍋爐房主機、輔機以及具有較高自動化的運行系統，相關單位應有針對性地改造鍋爐房系統從而改善鍋爐房的整體運行效率，運行效率每提高10%，我國燃煤鍋爐的氮氧化物排放總量便減少25萬噸；在氮氧化物減排技術方面，我國應給予相關的科研、產業化研究更多的支持，包括組織高校、科研機構與相關企業進行產學研一體化研究，成規模地開發出具有示范性作用的氮氧化物削減技術，科學地實現氮氧化物減排；在城市供熱與工業供氣方面，我國應大力推行集中供熱與集中供氣的方式，避免出現分布多、熱效率低、污染嚴重的燃煤小鍋爐的局面；在我國的氮氧化物重點防治區域，僅僅采用低氮燃燒技術已無法有效治理氮氧化物排放過多的問題，因此應從還原劑開發、工藝優化等方面推進爐膛內SNCR脫硝技術的改進，同時加快SCR脫硝技術催化劑科研攻關，打破技術壁壘。

4 結語

我國的燃煤工業鍋爐目前仍存在大量問題，包括設計構造、治理技術缺乏等，而這些缺陷均會導致氮氧化物的過量排放。本文建議從源頭出發，研發采用低氮燃燒技術的新型鍋爐，并輔以相應的爐內SCNR脫硝及尾端煙氣脫硝治理技術，從而有效地降低煤爐工業鍋爐的氮氧化物排放量，降低對大氣環境造成的損害。

[1]王春晶.中小燃煤工業鍋爐節能減排途徑及情景分析[J].潔凈煤技術,2016,(01):109-113+117.

[2]高宏亮,覃海華,郭靜.燃煤工業鍋爐煙氣濕法脫硫脫硝技術探討[J].工業安全與環保,2014,(05):12-14.

[3]左朋萊,岳濤,韓斌杰,丁永華,莊德安,齊書芳,張迎春,王小慶.燃煤工業鍋爐大氣污染物控制方案研究[J].環境污染與防治,2013,(08):100-104.

胡長淳（1989-），男，漢族，籍貫湖北荊州，碩士研究生，就職于廣東科達潔能股份有限公司，主要研究方向：1、從事陶瓷墨水、噴頭清洗劑以及相關化學品的配方開發研究；2、從事燃燒反應器、蒸汽鍋爐的設計和開發；3、從事固廢物的減量無害化處理研究。