如何從燃料燃燒環(huán)節(jié)減少氮氧化物排放

1、合肥學(xué)院大氣污染控制工程過程考核一類 型： 論文 題 目： 從燃料燃燒環(huán)節(jié)減少氮氧化物排放 作 者： 孫小飛 學(xué) 號： 1402032026 所屬系（部）： 生物與環(huán)境工程系 2016年 10月如何從燃料燃燒環(huán)節(jié)減少氮氧化物排放摘要：繼“十一五”期間火電脫硫改造工作的順利展開之后，火電煙氣脫銷改造工作成為“十二五”規(guī)劃中對火電企業(yè)的一個(gè)新的挑戰(zhàn)。本文通過對氮氧化物（NOx的來源、危害和目前國內(nèi)外氮氧化物的治理狀況的論述，并對一些技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)做了敘述，同時(shí)指出了今后氮氧化物控制的方向。關(guān)鍵字：氮氧化物 脫銷技術(shù) 現(xiàn)狀未來 建議 燃煤電廠 1.脫硝背景 1.1 NO x的危害NO排放會引發(fā)一系列的

2、環(huán)境污染問題，毒害人類，危及人類的健康，破 壞地球生態(tài)環(huán)境。其危害主要有： 腐蝕作用。氮氧化物遇到水或水蒸氣能生成一種酸性物質(zhì)，對絕大多 數(shù)金屬和有機(jī)物均產(chǎn)生腐蝕性破壞。對人和其它活體組織也會產(chǎn)生灼傷，使活 體組織中的水份遭到破壞，產(chǎn)生腐蝕性化學(xué)變化。 對人體的毒害作用。據(jù)美國環(huán)境組織調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在NQ污染區(qū)內(nèi)，人 的呼吸機(jī)能下降，呼吸氣管發(fā)病率增高：當(dāng)N02濃度達(dá)0.0620.109ppm時(shí)，發(fā)現(xiàn)急性呼吸器官病患者增多。當(dāng)NQ與碳?xì)浠衔锝?jīng)太陽紫外線照射，生成 一種有毒的氣體叫光化學(xué)煙霧。這些光化學(xué)煙霧，能使人的眼睛紅痛，視力減 弱，呼吸緊張，頭痛，胸痛，全身麻痹，肺水腫，甚至死亡。 對植物的

3、危害作用。NO對植物葉等不會引起斑害，但其能抑制植物的光 合作用。而植物葉片氣孔吸收溶解NO，就會造成葉脈壞死，從而影響植物的生 長和發(fā)育，降低產(chǎn)量。如長期處于23ppm的高濃度下，就會引起植物產(chǎn)生急性 受害的癥狀，因此，NO對植物的影響，不能忽視。 對環(huán)境的污染。例如作為火箭推進(jìn)劑氧化劑的N2O4，一旦泄漏，除了會發(fā)生燃燒、爆炸和急性中毒外，還會對周圍的環(huán)境造成極大的污染，影響任務(wù)的順利完成，危害參試人員和公眾的健康。1.2我國對NO的控制現(xiàn)狀我國以煤為主的能源決定了我國大氣污染的特征為煤煙型污染。同時(shí)，我 國燃煤電廠在NO排放控制方面起步較晚以致于NO排放總量的快速增長抵消 了近年來卓有成

4、效的SO控制效果，如果不加強(qiáng)治理，NQ的排放總量將會繼續(xù) 增長，甚至有可能超過SO2成為大氣中最主要的污染物。繼“十一五”期間火電脫硫改造工作的順利展開之后，火電煙氣脫銷改造 工作成為“十二五”規(guī)劃中對火電企業(yè)的一個(gè)新的挑戰(zhàn)?；痣姀S大氣污染物 排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13223-2011 被稱為“史上最嚴(yán)格”的排放標(biāo)準(zhǔn)。按照目前的 狀況估計(jì)，如果要達(dá)到火電煙氣排放達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)的要求，我國現(xiàn)役的7.07億千瓦火電機(jī)組中，將有約94%、80%和90%的機(jī)組需分別進(jìn)行除塵器、脫硫和脫 硝的改造，這將為企業(yè)增加總計(jì)約2000-2500億元的改造成本。此外，由于環(huán) 保部要求新建火電項(xiàng)目要實(shí)現(xiàn)至少80%以上的脫硝效率

5、，這意味著改造和更新 后的脫硝環(huán)保設(shè)備還需要更多的維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用。據(jù)預(yù)測，到2015年，全國 火電企業(yè)需要運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用612億元/年。到2020年，費(fèi)用則將達(dá)到800億元/年。對比2003年標(biāo)準(zhǔn)，可見中國國內(nèi)已開始下定決心進(jìn)行NCX排放的治理，重 視程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于以前。2燃煤電廠NO控制技術(shù) 2.1低氮燃燒技術(shù)空氣分級燃燒技術(shù)又稱分段送風(fēng)，基本原理是將燃燒過程分兩階段完成。 第一階段，由主燃燒器供入爐膛的空氣被減少到總供給空氣量的7075%，形 成貧氧而富燃料的第一燃燒區(qū)。第二階段，富余空氣通過布置在主燃燒器上方 的專門空氣噴口送入爐內(nèi)，形成富氧而貧燃料的第二燃燒區(qū)，完成燃燒全過程?？山档蚇CX

6、生成量15%30%。該方法又稱爐內(nèi)還原，基本原理是將80%85%的燃料送入主燃區(qū)，實(shí)現(xiàn)完 全燃燒；其余15%20%的燃料由主燃燒器的上部送入，在空氣過量系數(shù)小于1的條件下再燃，使已生成的NO2還原；在再燃區(qū)的上方布置OFA噴口形成三級 燃燒區(qū)，保證未燃燒產(chǎn)物燃盡，從而完成燃燒全過程?？山档蚇Q生成量50% 以上。另外還可以通過增大爐膛尺寸、分割燃燒室等方法降低火焰溫度，提高冷卻水平，從而達(dá)到控制NO2生成的目的。然而在燃燒過程中控制NOX生成的方法只能降低30%50%的排放量，不足以滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，這就需要釆 用煙氣脫硝技術(shù)。2.2煙氣脫硝技術(shù)。煙氣脫硝技術(shù)按治理工藝可分為濕法脫硝和干

7、法脫硝。濕法脫硝包括：酸 吸收法、堿吸收法、氧化吸收法、絡(luò)鹽吸收法等；干法脫硝包括：選擇性催化 還原法、非選擇性催化還原法、吸附法、等離子體活化法等。由于NO和NO在硝酸中的溶解度比在水中大得多（例如NO在12%硝酸中 的溶解度比在水中的溶解度大12倍），故釆用稀硝酸吸收法以提高NO的去除 率的技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。隨著硝酸濃度的增加，其吸收效率顯著提高，但考慮 工業(yè)實(shí)際應(yīng)用及成本等因素，實(shí)際操作中所用的硝酸濃度一般控制在15%20% 的范圍內(nèi)。稀硝酸吸收NO的效率除了與本身的濃度有關(guān)外，還與吸收溫度和壓力有關(guān)，低溫高壓有利于NQ吸收。實(shí)際操作中的溫度一般控制在10°C 20°

8、C ,壓力為高壓。該法是釆用NaOH KOH Na2CO3、NHH2等堿性溶液作為吸收劑對Nx進(jìn) 行化學(xué)吸收。其中氨（NH3H2O的吸收率最高。為進(jìn)一步提高對NO2的吸收效 率，又開發(fā)了氨-堿溶液兩級吸收：首先氨與NO2和水蒸氣進(jìn)行完全其氣相反應(yīng)，生成硝酸銨和亞硝酸銨白煙霧；然后用堿性溶液進(jìn)一步吸收未反應(yīng)的NO，生 成硝酸鹽和亞硝酸鹽，NH4NO3、NH4NO2也將溶解于堿性溶液之中。吸收液經(jīng)多次 循環(huán)，堿液耗盡之后，將含有硝酸鹽和亞硝酸鹽的溶液濃縮結(jié)晶，可作肥料使用。液相絡(luò)合吸收是一種利用液相絡(luò)合劑同NO反應(yīng)的方法，故該法主要用于 處理含NO的NQ煙氣。NO生成的絡(luò)合物在加熱時(shí)又重新放出NO

9、,從而使NO能 富集回收。目前，研究的絡(luò)合劑有FeSO4、Fe(n -EDTA及Fe(n-EDTA-Na2SO4等。在實(shí)驗(yàn)裝置上，該法對NO的脫除率可達(dá)90%，但在工業(yè)裝置上難以達(dá)到這樣的脫除率。Peter Harriott 等人在中試規(guī)模試驗(yàn)裝置上達(dá)到了 10%60%的NO脫除率。SCR是目前國際上技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硝技術(shù)，具有脫除效率高、無副產(chǎn)物、不形成二次污染，裝置結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。SCR法利用NH選擇還原NO2。氨氣被稀釋到空氣或蒸汽中，然后注入到煙 氣中脫硝。在催化劑表面，氨與NO2反應(yīng)生成氮?dú)夂退?SNCR技術(shù)是把含氨基的還原劑噴入到鍋爐爐膛中，還原

10、劑快速熱解成NH, 將煙氣中的NO2還原成N2和H2O。SNCR技術(shù)是已投入商業(yè)運(yùn)行的比較成熟的 煙氣脫硝技術(shù)，建設(shè)周期短、投資少、脫硝效率中等，比較適合于中小型電廠改造項(xiàng)目。電子束法用高能電子加速器發(fā)射電子束激發(fā)煙氣，產(chǎn)生的多種自由基在常 溫下將SQ、N等氧化為高價(jià)氧化物，與注入煙道的氨氣反應(yīng)，生成硫酸銨和 硝酸銨等。優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)脫硫脫硝去除率高；系統(tǒng)簡單，建設(shè)費(fèi)用是同等規(guī)模FGD 的70%80%;不使用催化劑；副產(chǎn)物是出路較好的化肥。煙氣中的SC2通過活性焦碳微孔的吸附催化作用生成硫酸，再熱時(shí)生成濃度很高的S氣體，根據(jù)需要轉(zhuǎn)化成硫磺、液態(tài)SQ等產(chǎn)品，煙氣中的NCX在加氨條件下經(jīng)活性焦催化還原

11、，生成水和氮?dú)?。脫硫率幾乎達(dá)100%，脫硝率在 80%以上，反應(yīng)在100200°C低溫進(jìn)行，不需煙氣升溫裝置；不存在吸附劑中毒；建設(shè)費(fèi)用與電子束法相當(dāng)，運(yùn)行費(fèi)用約是電子束法一半。3.技術(shù)總結(jié)和預(yù)測 目前國外比較成熟的脫硝技術(shù)是煙氣脫硝技術(shù)，此類技術(shù)的設(shè)備相對 比較復(fù)雜.由于其專利使用費(fèi)和設(shè)備成本較高，在我國現(xiàn)階段推廣起來十分困 難.國內(nèi)目前釆用較多的脫硝技術(shù)主要是傳統(tǒng)的低NQ燃燒器技術(shù)，其脫硝率 較低還不能滿足我國的環(huán)保要求。 燃燒后控制污染物的排放技術(shù)，即煙氣脫硝技術(shù)不符合清潔工藝的原則，開發(fā)燃燒過程中抑制NO生成的源頭減排技術(shù)，如解耦耦合脫硝技術(shù)既可實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)燒結(jié)過程低NO排放

12、的環(huán)保要求，同時(shí)可提高揮發(fā)分的燃燒效率、降低燒結(jié)能耗。 今后我國環(huán)保要求日趨嚴(yán)格，要引進(jìn)一部分國外先進(jìn)脫硝技術(shù)，將其 主要技術(shù)吸收消化，最終達(dá)到國產(chǎn)化；同時(shí)還應(yīng)開發(fā)燃燒過程中控制NO生成的新技術(shù)和其他脫硝新技術(shù)。5煤電廠氮氧化物控制建議 普及低NO燃燒技術(shù)。低氮燃燒器技術(shù)相對簡單，改造和運(yùn)行費(fèi)用較低，應(yīng)該在各種機(jī)組上大力普及。同時(shí)，積極開發(fā)和示范適合我國國情的其他低NO燃燒技術(shù)，如空氣分級燃燒技術(shù)、超細(xì)煤粉再燃技術(shù)等。 發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)。循環(huán)流化床燃燒技術(shù)、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技 術(shù)具有燃燒效率高、燃料適應(yīng)性好、SO2和NO2的污染物排放量低等優(yōu)點(diǎn)是我國電力結(jié)構(gòu)調(diào)整和以后積極發(fā)展的方向。 逐步淘汰一批污染大、能耗高的小型機(jī)組。 開發(fā)和示范SCR煙氣脫硝技術(shù)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。 在中小型機(jī)組上試驗(yàn)應(yīng)用SNCR技術(shù),SNCR技術(shù)具有投資成本低、建設(shè)周期短、占用空間小等優(yōu)點(diǎn)，適合于對現(xiàn)有中小型鍋爐的改造。 參考文獻(xiàn)1. 張蕊.張艷艷催化劑在選擇性催化還原法煙氣脫硝技術(shù)的選擇研究期刊論文-污染防治技術(shù)2010(32. 何息忠，周雪誼氮氧化物（NO