浅谈氮氧化物污染控制技术

2014-01-24王晓岩董丽娜王俊君

中国新技术新产品 2014年7期

关键词：还原法氮氧化物控制技术

刘娜张凯尚宇冯燕王晓岩董丽娜王俊君

（陕西省环境监测中心站，陕西西安 710054）

浅谈氮氧化物污染控制技术

刘娜张凯尚宇冯燕王晓岩董丽娜王俊君

（陕西省环境监测中心站，陕西西安 710054）

随着经济的迅猛发展，大气中氮氧化物污染日益严重，有效控制氮氧化物污染已迫在眉睫。本文从源头治理（低NOx燃烧）及末端控制（烟气脱氮）两方面对氮氧化物污染控制技术进行了概述。

氮氧化物；控制；低NOx燃烧；烟气脱氮

1 氮氧化物的性质及来源

大气中的氮和氧的化物包括NO、NO2等，而人们通常所说的氮氧化物，是指其中造成大气污染的主要污染物一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。一氧化氮由燃料燃烧直接生成，在大气环境中可以被缓慢氧化成二氧化氮，若大气中存在强氧化剂等则会加快氧化速度。而二氧化氮则能够参与大气中的光化学反应，形成一种浅蓝色、毒性更强的烟雾——光化学烟雾。氮氧化物也是产生酸雨的原因之一。虽然大气中的氮氧化物来源有自然源和人为源两方面，但造成城市空气污染的氮氧化物主要是来自燃料的燃烧。氮氧化物气体是目前危害最大最难处理的大气污染物之一。

2 氮氧化物的控制技术

目前氮氧化物的控制技术主要分两大类:一类是源头控制，即低NOx燃烧技术，通过各种技术手段，控制燃烧过程中产生NOx的生成反应；另一类是末端控制，即烟气脱氮，把已生成的NOx通过各种技术手段还原为N2，从而降低排放量。

2.1采用低NOx燃烧技术

（1）低过量空气燃烧技术。如控制空气过剩系数，以低过量空气燃烧；燃油炉内适量喷水或水蒸气，增加烟气容积，减缓燃烧，降低炉温，稀释氧浓度。此种方式虽然不需要对燃烧装置进行结构改造，方法简单，但是降低幅度有限，且空气过剩系数过低，有可能使受热面粘污结渣、腐蚀等影响运行的经济性。

（2）烟气再循环技术。将空气预热器前的部分烟气与入炉空气混合后送入炉内，利用低温的惰性烟气达到降低炉温和氧气浓度的目的。此法比较适合大型锅炉。

（3）浓淡燃烧技术。将煤粉分为两部分（可以通过专用的煤粉浓淡燃烧器，也可

以通过将多个燃烧器分组来实现），一部分煤粉在富氧状态下燃烧，因为空气供给量大，炉温低，氮氧化物生成量低；一部分粉煤在缺氧状态下燃烧，空气供给量小使燃烧温度受限，氮氧化物生成量也低。此法的优点是平均空气过剩系数基本维持在正常值，但氮氧化物的生成量却在降低。此法煤粉炉使用较多。

（4）空气的分级燃烧技术。将燃烧所需空气分两段送入炉内的方法。第一段送入约80%左右的空气量，使燃烧在缺氧条件燃烧，燃烧中的N元素形成NH、HCN、CN、NH4等中间产物，它们可使已形成的氮氧化物还原，抑制了氮氧化物的生成。此外，由于缺氧，使燃烧速度和温度的峰值降低，也减少了氮氧化物的生成。第二段送入约20%左右的空气量，使其与第一段燃烧所产生的烟气混合，烟温下降，氮氧化物不易生成。

（5）燃料的分级燃烧技术。将一级燃料燃烧生成的氮氧化物，在二级燃料燃烧形成的还原气氛中得以还原的方法。80%左右的一级燃料送入主燃区，在空气过剩系数大于1的条件下燃烧生产氮氧化物；20%左右的二级燃料进入主燃区上方的还原区燃烧，在空气过剩系数小于1的条件下生成还原性气氛，使一次燃料生成的氮氧化物得以还原。

2.2采用烟气脱氮技术

（1）非选择性催化还原法（Nonselective catalytic reduction, NSCR）

非选择性催化还原法是指一定温度下，在以贵金属为催化剂的作用条件下，采用H2、CO2、CH4等混合气体为还原剂将烟气中NOx还原为N2，从而消除污染的一种氮氧化物治理方法。此法因还原剂、燃料消耗大，且需要以贵金属作为催化剂，反应放热量大，热回收装置投资较高，在运用过程中受到了一定的限制。

（2）选择性催化还原法（selective c atalytic reduction, SCR）

选择性催化还原法就是在固体催化剂（如V2O5–TiO2）作用下，利用还原性气体如H2、CO、烃类、NH3与NOx反应使之转化为无害的N2，是目前工业上应用最广的一种氮氧化物控制技术。SCR法无副产物，且装置简单，适用于烟气量较大的锅炉烟气（如电厂锅炉）净化。

当还原剂为NH3时主要的的脱氮反应为：

该法可用于电厂锅炉、燃气锅炉等。最高脱氮率高于90%。该方法可用于锅炉尾部高温高尘烟气的处理，也可用于除尘后的烟气脱氮。

但是SCR技术也还存在一些局限性，如对设备管路的要求高，造价及运行费用高、NH3加入量的控制误差易造成二次污染等等，因此仅适用于较大型的锅炉烟气治理。

（3）选择性非催化还原法（Selective Non-Catalytic Reduction, SNCR）

选择性非催化还原法是指把含有NHx基的还原剂（NH3或尿素等），喷入高温烟气中，在非催化条件下将NOx还原成N2的一种工艺，也是当前工业上NOx治理中广泛采用的技术之一。该过程的主要化学反应与SCR法相同, 一般脱氮效率可达到50% ～60%。SNCR法是通过还原剂在烟道中热分解成NH3，与烟气中的NOx发生氧化还原反应，生成N2，该反应可表示为：

由于该反应无需催化剂，故其操作温度高于SCR法。该方法无需催化剂，旧设备改造量小（设备费和操作费用仅为SCR的1/ 5左右），但氨液消耗量较SCR法多，脱氮效率为50%～60%，低于SCR法，目前国内基本不用此法。

（4）碱液吸收法

碱性溶液（如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、氨水）和NO2反应会生成硝酸盐和亚硝酸盐，和N2O3反应会生成亚硝酸盐。当采用的碱液为氨水时，由于NH3易挥发，在气相中NH3会与NOx、水蒸汽发生反应，生成颗粒细小的气相铵盐，水或碱液很难将其捕集，铵盐逃逸后形成白烟；此外，吸收液中生成的NH4NO2也很不稳定，一旦吸收液中NH4NO2的浓度过高、且温度超过一定限值，或溶液的pH值不合适时，都有可能会产生剧烈的分解，甚至是爆炸。因此此法有一定的局限性。