降低NOx排放的控制技术.doc

环境污染与防治网络版第9期2007年9月

燃煤电厂降低NOx排放的控制技术*
1NOx的危害：
氮氧化物（NOx）是重要的空气污染物质，其产生的途径为燃烧火焰在高温下氮气与氧气的化合，以及燃料中的氮成分在燃烧时氧化而成。氮氧化物的环境危害有二种，在阳光的催化作用下，氮氧化物易与碳氢化物光化反应，造成光雾及臭氧之二次空气污染;此外氮氧化物也易与水气结合成为含有硝酸成分的酸雨。
2NOx的排放标准：
mg/Nm3澳大利亚500奥地利(硬煤)200比利时200加拿大740丹麦200芬兰145德国200爱尔兰650日本411卢森堡450荷兰200葡萄牙1500－800西班牙650瑞典145土耳其600英国650美国570－470中国Vdaf＜10%110010%≤Vdaf≤20%650Vdaf＞20%4503NOx生成机理和特点
3.1NOx生成机理
在NOx中，一氧化氮约占90％以上，二氧化氮占5％~10％，产生机理一般分为如下3种[2]：
（1）热力型NOx，燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，其中的生成过程是一个不分支连锁反应。其生成机理可用捷里多维奇(ZELDOVICH)反应式表示，即
O2+N→2O+N,O+N2→NO+N,N+O2→NO+O
在高温下总生成式为
N2+O2→2NO,NO+0.5O2→NO2
随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。当T<1500℃时,NO的生成量很少,而当T>1500℃时,T每增加100℃,反应速率增大6~7倍。
（2）快速型NOx，快速型NOx是1971年FENIMORE通过实验发现的。在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时，在反应区附近会快速生成NOx，由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成NOx，其形成时间只需要60ms，所生成的NOx与炉膛压力的0.5次方成正比,与温度的关系不大。
（3）燃料型NOx，指燃料中含氮化合物,在燃烧过程中进行热分解,继而进一步氧化而生成NOx。由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600~800℃时就会生成燃料型NOx。在生成燃料型NOx过程中，首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N，CN，HCN等中间产物基团，然后再氧化成NOx。由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型NOx的形成也由气相氮的氧化和焦炭中剩余氮的氧化两部分组成。
3.2NOx生成特点
在这3种途径中,快速型NOx所占的比例不到5%，在温度低于1300℃时,几乎没有热力型NOx。对常规燃煤锅炉而言，NOx主要通过燃料型生成途径而产生。由NOx的生成机理可以看出，NOx的生成及破坏与以下因素有关[3]：⑴煤的燃烧方式、燃烧工况,其生成量依赖于燃烧温度水平；⑵煤种特性，如煤的含氮量，挥发份含量等；⑶炉膛内反应区烟气的气氛，即烟气内氧气，氮气，NO和CHi的含量；⑷燃料及燃烧产物在火焰高温区和炉膛内的停留时间。
4降低NOx的主要控制技术
降低NOx排放措施分为一级脱氮技术和二级脱氮技术[4]。一级脱氮技术主要是采用低NOx燃烧器以及通过燃烧优化调整，有效控制NOx的产生，从源头上减少NOx生成量；二级脱氮技术则是利用各种措施,尽可能减少已生成NOx的排放，属于烟气脱硝范畴，目前主要有两种成熟技术——选择性催化还原法（SCR）和选择性非催化还原法（SNCR）[5]。
4.1级脱氮技术
4.1.1气分级
4.1.1.1根据NOx的生成机理，燃烧区的氧浓度对各种类型的NOx生成都有很大影响。当过量空气系数α<1，燃烧区处于“缺氧燃烧”状态时,抑制NOx的生成量有明显效果[6]。根据这一原理，将燃料的燃烧过程分阶段完成，把供给燃烧区的空气量减少到全部燃烧所需用空气量的80％左右，形成富燃区，从而降低了燃烧区的氧浓度，也降低了燃烧区的温度水平。因此，第一级燃烧区的主要作用就是抑制NOx的生成，推迟燃烧过程，并将已生成的NOx分解还原，使燃料型NOx减少；由于此时火焰温度降低，使得热力型NOx的生成量也减少。燃烧所需的其余空气则通过燃烧器上面的燃烬风喷口送入炉膛与第一级所产生的烟气混合，使燃料燃烧完全，成为燃烬区，从而完成整个燃烧过程。

4.1.1.2水泥窑采用在线型低NO:分解炉
铜陵海螺10000t/d水泥熟料生产线采用了在线型低NO二分解炉，其结构如图5所示。分解炉座落于窑尾烟室之上，下部为进行NOx分解还原的低NO二段，上部为主炉段，进行煤粉燃烧燃尽和生料分解。分解炉煤粉全部从低NO二段下部喷人窑尾烟气中，C4下料经分料阀，部分加人到低NO二段，部分加入到主分解炉段下部，三次风从主炉段下部加人，低NO:段的煤粉在低氧含量的窑尾烟气中部分燃烧。
影响分解炉出口NO二含量的