锅炉氮氧化物排放处理现状的初探

单鑫彤 鲍延 陈亚东

摘 要：我们的世界面临着四大严重问题：人口爆炸、能源枯竭、粮食匮乏和环境污染。污染正日益破坏着人类赖以生存的环境。不全面治理环境污染将贻害人类的未来。环境的污染包括大气的污染。在各种大气污染物中，氮氧化物的污染及其造成的危害不容忽视。

关键词：锅炉氮氧化物；排放处理现状；控制措施

氮氧化物种类很多，有NO、NO2、N2O、NO3、N2O3、N2O5等，总称NOX。造成大气污染的主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），我国是煤炭生产大国，燃烧锅炉是我国大气污染的主要污染源之一，也是氮氧化物污染的主要污染源之一，对燃煤产生的氮氧化物采取有效的控制措施势在必行。

1.锅炉氮氧化物排放主要现状和影响

1.1.氮氧化物排放主要现状

我国排放的氮氧化物中，火力发电产生的氮氧化物占排放总量的比例逐年在增加。燃煤锅炉是电力行业应用最为广泛的动力设备，在人类生产和生活中具有广泛而重要的应用。近年来，随着人们对环境污染问题的日益关注，燃煤锅炉的氮氧化物排放也成了电力行业急待解决的环境问题。目前，对于降低锅炉的氮氧化物排放的研究仅限于一些小规模的简化实验，主要依靠锅炉运行过程中长期积累的经验。对于彻底解决燃煤锅炉的氮氧化物排放问题还存在着较大的局限性。为了降低电厂的排放，目前的主要措施有炉内低燃烧以及烟气脱硝两大类。为了满足目前严格的排放标准，大多电站锅炉均采用炉内低燃烧结合烟气脱硝技术来实现减排。如何科学合理的选择经济可行、技术可靠的氮氧化物控制技术，就成为当前控制火电行业氮氧化物排放亟待解决的问题。

1.2.氮氧化物的危害

煤燃烧生成的氮氧化物主要是一氧化氮和二氧化氮（占氮氧化，它们对人的毒性很大，损害植物，形成光化学烟雾。

2.锅炉氮氧化物排放处理探析

2.1.燃煤锅炉中氮氧化物形成机理分析

控制燃煤锅炉中氮氧化物的排放，防止大气污染，首先需从分析煤燃烧中产生氮氧化物的机理着手。氮氧化物按其在燃煤锅炉中形成的机理分为三种。

第一种为燃料型氮氧化物（F- NOX）.它是由燃料中的氮（N）及氮化合物（HCN，NH，C2N2等）在炉内与氧化合产生的氮氧化物。具体有以下生成特性：（1）受氧浓度影响大。氧浓度越高，生成量越大。（2）受温度影响较小。（3）与燃烧的空气混合状况有关。此外，烟气在高温区滞留时间越长，燃料型氮氧化物生成量越大。

第二种为高温型氮氧化物（T- NOX，又称热反应型氮氧化物），空气中氮分子被氧化而生成的。具有如下特性：（1）受温度影响极大。温度越高，生成量越大。（2）氧气浓度越高，生成量也越大。

第三种氮氧化物是在高温下，空气中的氮与烃在燃烧过程中的部分中间产物发生反應生成氮原子，氮原子再与氧反应生成一氧化氮。这部分氮氧化物正在燃煤锅炉中所占比例很小，可以忽略不计。

分析氮氧化物生成机理可以得出如下结论：燃烧产生的氮氧化物与燃烧的最高温度，烟气在高温区滞留时间，燃烧区的氧含量以及燃料中氮含量有关。当然与锅炉结构及燃烧工况亦有密切关系。大多电站锅炉均采用炉内降低氮氧化物燃烧结合烟气脱硝技术来实现减排。

2.2.氮氧化物的控制措施

氮氧化物的控制措施分为二大类：一是为燃烧过程中对氮氧化物的抑制技术；二是对排烟中氮氧化物的净化控制技术。

（1）分段燃烧技术

分段燃烧技术基本原理是在燃烧的初始阶段，通过供入的助燃空气量小于理论空量，使燃烧处于低氧浓度还原燃烧状态，降低火焰温度，以抑制氮氧化物的生成，然后通过二次（多次）送风，使还原燃烧区域外缘形成一个完全燃烧区域。

（2）燃烧过程中氮氧化物的抑制技术

随着计算机技术的不断发展，对于锅炉燃烧问题的数值模拟已经可以成为燃烧理论应用研究的重要手段。主要应用 计算软件，对锅炉炉内的湍流流动、传热、燃烧和污染物生成进行总体的数值模拟。并将数值计算和实验研究相结合，研究空气分级燃烧和细粉再燃等燃烧方式对锅炉氮氧化排放量的影响。。

（3）低氮氧化物燃烧器（LNB）

低氮氧化物燃烧器能够减少氮氧化物的排放量。低氮氧化物燃烧器能严格控制在紧靠燃烧器的燃烧区范围内燃料与空气的混合，这样减少燃料型氮氧化物的生成。燃烧器被设计成可以产生更长而温度又较低的火焰，即降低了燃烧温度，抑制了高温型氮氧化物的生成，又使得燃料与空气在火焰的后半部完全混合。是一种简便且费用不高的技术。

（4）低氮燃料燃烧技术

低氮燃料燃烧技术包括煤的脱氮技术，即清除煤中的氮化合物以减少燃料型氮氧化物的生成，和燃料转换技术即将煤气化、液化或制成水煤浆后再进行燃烧。通过改变或调整炉内燃烧状况抑制的生成或还原部分生成的，从而降低炉膛出口排放值的技术，均被称为低燃烧技术。这些技术包括低氧燃烧、减少投入运行的燃烧器数目、低燃烧器、烟气再循环、燃料分级和空气分级等。空气分级燃烧技术是目前电站锅炉普遍采用的降低氮氧化物排放的技术。

（5）改善燃烧技术

改善燃烧技术即从氮氧化物的形成机理上，改进煤的燃烧，从而减少氮氧化物的排放。

（6）烟气脱硝技术

烟气脱硝就是把燃烧已经生成的氮氧化物还原为稳定的氮气，从而降低排放，主要有催化还原法。应用选择性催化还原技术来降低氮氧化物排放，其次是应用选择性非催化还原技术。

（7）烟气再循环技术（FGR）

使一部分烟气返回燃烧区，使燃烧区的温度降低，因而减少氮氧化物的产生。该技术不能有效地抑制燃煤锅炉中燃料型氮氧化物的生成。此技术可使烟气中氮氧化物的排放量减少。

参考文献：

[1]范立峰. 探讨氮氧化物废气的净化与利用[J].科园月刊，2011（5）.

[2]周礼学.ZHOU Li-xue 低氧燃烧技术在410t/h锅炉上的应用[J].电力设备，2008，9（3）.

[3]王海涛. 低氮燃烧技术在煤粉锅炉上的应用分析[J].广东科技2013（14）.

[4]刘忠， 宋蔷， 姚强.O2/ CO2 燃烧技术及其污染物生成与控制[ J] .华北电力大学学报， 2007， 34（1）：82-88.

[5]张恒. 燃煤电厂氮氧化物减排技术方案选择研究[D].华北电力大学，2015.

[6]张国.氮氧化物污染的减排与防治措施[J].资源节约与环保，2014（07）：60.

作者简介：

单鑫彤，河南理工大学测绘与国土信息工程学院；鲍延，河南理工大学机械与动力工程学院；陈亚东，河南理工大学机械与动力工程学院。