李良洪

摘 要：隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)煤炭的需求量不斷攀升。但是在煤炭燃燒的過(guò)程中勢(shì)必會(huì)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(guò)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(dá)到了總排放量的67%左右，不僅給當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，還會(huì)影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳硇慕】?。因此，就需要提?duì)燃煤電廠降低煙氣NOX排放濃度的技術(shù)。基于此，本文以燃煤電廠NOX的影響因素為切入點(diǎn)，對(duì)當(dāng)前我國(guó)燃煤電廠煙氣脫硝工藝進(jìn)行了分析，最后對(duì)燃煤電廠降低煙氣NOX排放濃度的技術(shù)進(jìn)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(lèi)號(hào)：X773 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）20-0005-02

NOX又稱(chēng)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(huì)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(xué)性質(zhì)不活潑的氣體，無(wú)色、無(wú)刺激性氣味，在空氣中NO將會(huì)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(wèn)題日益嚴(yán)峻。因此，對(duì)我國(guó)燃煤電廠NOX排放濃度進(jìn)行嚴(yán)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(guò)轉(zhuǎn)化形成NOX，也就是說(shuō)，如果煤種中氮的含量越高，那么轉(zhuǎn)化而來(lái)的NOX量也會(huì)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(shì)。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(dāng)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(guò)程中，S元素和N元素存在著此消彼長(zhǎng)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(huì)有所下降。

1.2 溫度的影響

溫度對(duì)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(duì)于不同類(lèi)型的NOX的排量影響程度不同，例如對(duì)燃料型的NOX的排量影響比較大，但是對(duì)熱力型NOX的排量影響卻較大。在對(duì)燃燒不進(jìn)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(jí)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(huì)減少，可見(jiàn)，此時(shí)升高溫度能夠推動(dòng)NOX排放量降低。

1.3 鍋爐內(nèi)過(guò)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(guò)多時(shí)，氧化反應(yīng)的大概增加，并阻礙了還原反應(yīng)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(lái)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(huì)產(chǎn)生氨，氨與NOX發(fā)生還原反應(yīng)，進(jìn)而生成N2和H2O，以此來(lái)達(dá)到脫硝的目的。對(duì)于常見(jiàn)鍋爐來(lái)講，采用此工藝SNCR的脫硝率可以達(dá)到40%左右，如果是循環(huán)流化鍋爐SNCR的脫硝率可以達(dá)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(yīng)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(guò)高溫脫硝反應(yīng)后，將未反應(yīng)的還原劑放置在省煤器和空氣預(yù)熱器之間的催化劑層中，借助催化劑發(fā)生中溫還原反應(yīng)，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(guò)向SNCR段噴入過(guò)量的還原劑。SNCR/SCR脫硝工藝的脫硝率可以達(dá)到75%左右，而且該系統(tǒng)簡(jiǎn)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(yīng)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(dú)再設(shè)置一個(gè)加熱器，確保煙氣保持在一定溫度范圍內(nèi)，其運(yùn)行復(fù)雜，建設(shè)成本較高。當(dāng)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(duì)比較經(jīng)濟(jì)的液氨[3]。選擇液氨作為脫硝還原劑時(shí)，利用卸氨壓縮機(jī)將液氨槽車(chē)中的液氨輸送到液氨儲(chǔ)罐中，借助儲(chǔ)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(shí)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(jìn)行傳輸，緩沖器的作用是穩(wěn)定氣氨，然后通過(guò)管道將穩(wěn)定后的氣氨輸送到氨/空氣混合器中進(jìn)行稀釋?zhuān)詈笸ㄟ^(guò)噴氨裝置噴入到SCR反應(yīng)器中與NOX進(jìn)行反應(yīng)，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(wú)二次污染的N2和H2O，最終實(shí)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(jí)燃燒技術(shù)

通過(guò)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(jí)燃燒，也就是說(shuō)將燃燒所需要的空氣分兩個(gè)階段進(jìn)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?chē)鷦?chuàng)造一種缺氧富燃的環(huán)境，以此來(lái)控制NOX的生成；通常對(duì)于主燃燒器下端部風(fēng)和一次風(fēng)采用的是逆進(jìn)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；而其他二次風(fēng)噴口與一次風(fēng)小用度偏罱，切入時(shí)采用順時(shí)針?lè)聪蚯腥耄M(jìn)而使得空氣產(chǎn)生橫向分級(jí)；對(duì)主燃區(qū)內(nèi)的一二次風(fēng)噴口面積進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，使得一次風(fēng)能夠滿(mǎn)足煤種的燃燒需求，同時(shí)適當(dāng)減少主燃區(qū)內(nèi)的二次風(fēng)量，進(jìn)而使得空氣形成縱向分級(jí)。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(dòng)，然后將剩余燃燒所需要的風(fēng)以SOFA燃盡風(fēng)的方式送入到燃燒室中，使其內(nèi)部沿著高度分成了復(fù)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(diǎn)功能區(qū)技術(shù)，在兩層一次風(fēng)噴口之間增加貼壁風(fēng)，燃燒過(guò)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(guò)淡部分，由于空氣含量較大，會(huì)導(dǎo)致燃燒溫度降低，進(jìn)而也能夠?qū)OX的生成進(jìn)行抑制?？梢?jiàn)，通過(guò)對(duì)上下噴口燃料與空氣的比例進(jìn)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(jì)的方法就是采取低氮燃燒，目的是通過(guò)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(shí)，對(duì)于四角切圓燃燒、對(duì)沖燃燒以及W火焰鍋爐中NOX的生成量應(yīng)當(dāng)分別控制在：200-250mg/m3、250-300mg/m3、70-800mg/m3以?xún)?nèi)。在采取低氮燃燒技術(shù)時(shí)，必須要根據(jù)燃煤電廠鍋爐的型號(hào)、燃料的特性以及選擇的燃燒的方式，嚴(yán)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(fēng)采用不符合自身實(shí)際的方法。首先，必須要對(duì)燃煤電廠鍋爐的燃燒情況進(jìn)行全面細(xì)致的調(diào)查，然后確定符合實(shí)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(qiáng)對(duì)低氮燃燒器的管理和優(yōu)化；在此，對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，在條件許可的情況下最好是能夠制定科學(xué)規(guī)范、操作性強(qiáng)的指導(dǎo)手冊(cè)。

3.3 燃料分級(jí)燃燒

燃燒過(guò)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(shí)會(huì)發(fā)生還原反應(yīng)，使NO重新還原成為N2。根據(jù)這一化學(xué)原理，將主要燃料送入到第一級(jí)燃燒區(qū)中，在α>1條件下，燃燒生成NOX[5]。被送入到第一級(jí)燃燒區(qū)的燃料我們通常稱(chēng)之為一次燃料，剩余部分的燃料則通過(guò)主燃燒區(qū)的上部傳輸?shù)蕉?jí)燃燒區(qū)，在α<1條件下，產(chǎn)生還原性氣氛，從而使得在一級(jí)燃區(qū)生成的NOX，在二級(jí)燃燒區(qū)通過(guò)還原反應(yīng)成為氮分子。通過(guò)主燃區(qū)上部傳輸?shù)蕉?jí)燃燒區(qū)的燃料我們稱(chēng)之為二次燃料。在二級(jí)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(jìn)而降低NOX的排放濃度。在采取燃料分級(jí)燃燒方法時(shí)，要想有效降低NOX的排放量，二級(jí)燃燒區(qū)尤為關(guān)鍵。

4 結(jié)語(yǔ)

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

（1）煤種的特性、燃燒的問(wèn)題以及鍋爐爐腔內(nèi)剩余空氣系數(shù)對(duì)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(jí)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(guò)高的話，則會(huì)對(duì)空氣分級(jí)的意義造成影響；如果主燃燒區(qū)的氧氣含量過(guò)低，又會(huì)導(dǎo)致不完全燃燒現(xiàn)象的發(fā)生以及飛灰含碳量過(guò)高情況出現(xiàn)，甚至于還會(huì)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(dú)再設(shè)置一個(gè)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。

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