燃煤電廠降低煙氣NOX排放濃度的技術分析

李良洪

摘 要：隨著我國工業的不斷發展，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。通過研究發現，在燃煤電廠所產生的煙氣污染物中，氮化物的排放量達到了總排放量的67%左右，不僅給當地環境造成了嚴重的污染，還會影響當地居民的身心健康。因此，就需要提對燃煤電廠降低煙氣NOX排放濃度的技術?；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排放濃度的技術進行了闡述，以期能夠實現電廠煙氣NOX的超低排放。

關鍵詞：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，是燃煤行業煙氣排放有害物之一。在高溫燃燒的環境下，化石燃料與空氣充分反映后就會產生氮氧化物。在大多數的燃燒方式下，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。總之，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

煤種中的氮經過轉化形成NOX，也就是說，如果煤種中氮的含量越高，那么轉化而來的NOX量也會隨之增加，NOX的排放量也就越大[1]。研究顯示，隨著煤粉中揮發分含量的增加，NOX排放量反而呈降低的態勢。不僅如此，NOX的生產量與煤粉揮發分中的元素也有很大的關系：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，主要是與主燃區的氧化還原有較大的關系。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的話，隨著主燃區氧氣含量的減少，溫度越高，NOX的產生反而會減少，可見，此時升高溫度能夠推動NOX排放量降低。

1.3 鍋爐內過剩的空氣系數

鍋爐內剩余氧氣濃度越大，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生，因此，鍋爐內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℃的區域是還原劑噴入的最佳區域，氨水蒸發或是尿素溶液熱解后都會產生氨，氨與NOX發生還原反應，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，還原劑噴入的區域也是鍋爐煙氣溫度為850-1100℃的區域內[2]。首先經過高溫脫硝反應后，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脫硝工藝的區別在于還原劑噴入系統并不需要另外設置，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，而且該系統簡單便于操作，建設成本比較低。

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，則需要單獨再設置一個加熱器，確保煙氣保持在一定溫度范圍內，其運行復雜，建設成本較高。當前，燃煤電廠采用的SCR脫硝裝置絕大多數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器中蒸發成為氣氨，同時在蒸發器的出口位置設置有壓力調節裝置，能夠將氣氨的壓力調整到合適范圍內并向傳緩沖器進行傳輸，緩沖器的作用是穩定氣氨，然后通過管道將穩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生還原反映，氨與NOX生成無二次污染的N2和H2O，最終實現脫硝目的。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排放濃度的技術分析

3.1 煤粉濃縮燃燒+整體空氣分級燃燒技術

通過降低燃燒區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，在燃燒器的周圍創造一種缺氧富燃的環境，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；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，進而使得空氣產生橫向分級；對主燃區內的一二次風噴口面積進行適當的調節，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內的二次風量，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，使其內部沿著高度分成了復燃區和燃盡區，這樣能夠使得NOX的排放量大大降低[4]。第二，利用節點功能區技術，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，進而也能夠對NOX的生成進行抑制?？梢?，通過對上下噴口燃料與空氣的比例進行調整，能夠有效降低燃燒器區域內的NOX生成量

3.2 低氮燃燒技術

降低燃煤電廠煙氣NOX濃度排放量最經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。在采取低氮燃燒技術時，必須要根據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化；在此，對試驗進行優化，在條件許可的情況下最好是能夠制定科學規范、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和未完全燃燒產物（如：CO、H2、C、CnHm）接觸時會發生還原反應，使NO重新還原成為N2。根據這一化學原理，將主要燃料送入到第一級燃燒區中，在α>1條件下，燃燒生成NOX[5]。被送入到第一級燃燒區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的上部傳輸到二級燃燒區，在α<1條件下，產生還原性氣氛，從而使得在一級燃區生成的NOX，在二級燃燒區通過還原反應成為氮分子。通過主燃區上部傳輸到二級燃燒區的燃料我們稱之為二次燃料。在二級燃燒區中不僅能夠還原已經生成的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，二級燃燒區尤為關鍵。

4 結語

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濃度的技術進行分析，可以得出以下結論：

（1）煤種的特性、燃燒的問題以及鍋爐爐腔內剩余空氣系數對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，爐腔內空氣系數越大，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的關鍵在于主燃燒區和燃盡區氧氣含量的分配，如果主燃燒區的氧氣含量過高的話，則會對空氣分級的意義造成影響；如果主燃燒區的氧氣含量過低，又會導致不完全燃燒現象的發生以及飛灰含碳量過高情況出現，甚至于還會出現高溫腐蝕的情況，因此要合理的分配主燃燒區和燃盡區的氧氣含量。

（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，則需要單獨再設置一個加熱器，確保煙氣保持在一定溫度范圍內。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].第五屆發電廠鍋爐優化改造與配煤摻燒技術經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路線分析[J].環境污染與防治，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].化工技術與開發，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：學術版，2017（7）：383.

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