燃煤电厂降低烟气NOX排放浓度的技术分析

李良洪

摘 要：随着我国工业的不断发展，对煤炭的需求量不断攀升。但是在煤炭燃烧的过程中势必会产生大量的有害烟气，例如氮化物、二氧化硫、粉尘等等。通过研究发现，在燃煤电厂所产生的烟气污染物中，氮化物的排放量达到了总排放量的67%左右，不仅给当地环境造成了严重的污染，还会影响当地居民的身心健康。因此，就需要提对燃煤电厂降低烟气NOX排放浓度的技术。基于此，本文以燃煤电厂NOX的影响因素为切入点，对当前我国燃煤电厂烟气脱硝工艺进行了分析，最后对燃煤电厂降低烟气NOX排放浓度的技术进行了阐述，以期能够实现电厂烟气NOX的超低排放。

关键词：燃煤电厂；NOX；排放浓度

中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）20-0005-02

NOX又称之为氮氧化物，是燃煤行业烟气排放有害物之一。在高温燃烧的环境下，化石燃料与空气充分反映后就会产生氮氧化物。在大多数的燃烧方式下，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作为一种化学性质不活泼的气体，无色、无刺激性气味，在空气中NO将会立刻被氧化成为NO2，NO2是一种带有刺激性臭味，呈棕红色的气体。总之，NOX排放造成的大气污染等问题日益严峻。因此，对我国燃煤电厂NOX排放浓度进行严格的控制迫在眉睫。

1 NOX的影响因素

1.1 煤种的特性

煤种中的氮经过转化形成NOX，也就是说，如果煤种中氮的含量越高，那么转化而来的NOX量也会随之增加，NOX的排放量也就越大[1]。研究显示，随着煤粉中挥发分含量的增加，NOX排放量反而呈降低的态势。不仅如此，NOX的生产量与煤粉挥发分中的元素也有很大的关系：当煤中O/N的比值越大，NOX的排放量随之提高；再加之在煤燃烧的过程中，S元素和N元素存在着此消彼长的关系，如果SO2的排放量比较高的话，那么NOX的排放量就会有所下降。

1.2 温度的影响

温度对NOX的排放量也有一定的影响，主要是与主燃区的氧化还原有较大的关系。但是，温度对于不同类型的NOX的排量影响程度不同，例如对燃料型的NOX的排量影响比较大，但是对热力型NOX的排量影响却较大。在对燃烧不进行控制的情况下，随着温度的不断升高，NOX排量也逐渐增大。但是，如果采取空气分级燃烧技术的话，随着主燃区氧气含量的减少，温度越高，NOX的产生反而会减少，可见，此时升高温度能够推动NOX排放量降低。

1.3 锅炉内过剩的空气系数

锅炉内剩余氧气浓度越大，NOX的生成量也就越多。这是由于氧气过多时，氧化反应的大概增加，并阻碍了还原反应的产生，因此，锅炉内NOX的排放量就随之增加。

2 燃煤电厂烟气脱硝工艺

2.1 SNCR脱硝工艺

燃煤电厂通常选用氨水或是尿素溶液来作为SNCR脱硝工艺的还原剂，锅炉烟气温度850-1100℃的区域是还原剂喷入的最佳区域，氨水蒸发或是尿素溶液热解后都会产生氨，氨与NOX发生还原反应，进而生成N2和H2O，以此来达到脱硝的目的。对于常见锅炉来讲，采用此工艺SNCR的脱硝率可以达到40%左右，如果是循环流化锅炉SNCR的脱硝率可以达到65%以上。

2.2 SNCR/SCR脱硝工艺

SNCR/SCR脱硝工艺的前端脱硝反应与SNCR脱硝工艺相同，还原剂依旧选择氨水或是尿素溶液，还原剂喷入的区域也是锅炉烟气温度为850-1100℃的区域内[2]。首先经过高温脱硝反应后，将未反应的还原剂放置在省煤器和空气预热器之间的催化剂层中，借助催化剂发生中温还原反应，将剩余的NOX脱去。与SNCR脱硝工艺相比，SNCR/SCR脱硝工艺的区别在于还原剂喷入系统并不需要另外设置，还原剂的主要是通过向SNCR段喷入过量的还原剂。SNCR/SCR脱硝工艺的脱硝率可以达到75%左右，而且该系统简单便于操作，建设成本比较低。

2.3 SCR脱硝工艺

SCR脱硝装置有两种：高尘布置和低尘布置，其主要区别就在于SCR反应器的位置。相比而言，低尘布置的方式能够降低催化剂的磨损，提高其利用率，但是如果采用低尘布置的方式，则需要单独再设置一个加热器，确保烟气保持在一定温度范围内，其运行复杂，建设成本较高。当前，燃煤电厂采用的SCR脱硝装置绝大多数都采用的是高尘装置。SCR脱硝工艺所采用的还原剂除氨水、尿素溶液外，还可以选择相对比较经济的液氨[3]。选择液氨作为脱硝还原剂时，利用卸氨压缩机将液氨槽车中的液氨输送到液氨储罐中，借助储罐中的压力将液氨输送到蒸发器中蒸发成为气氨，同时在蒸发器的出口位置设置有压力调节装置，能够将气氨的压力调整到合适范围内并向传缓冲器进行传输，缓冲器的作用是稳定气氨，然后通过管道将稳定后的气氨输送到氨/空气混合器中进行稀释，最后通过喷氨装置喷入到SCR反应器中与NOX进行反应，含有NOX和NH3的混合烟气在催化剂的作用下发生还原反映，氨与NOX生成无二次污染的N2和H2O，最终实现脱硝目的。高尘布置的SCR脱硝装置如图1所示。

3 燃煤电厂降低烟气NOX排放浓度的技术分析

3.1 煤粉浓缩燃烧+整体空气分級燃烧技术

通过降低燃烧区域的氧含量以及燃烧温度，能够在很大程度上降低NOX的排放量。第一，分级燃烧，也就是说将燃烧所需要的空气分两个阶段进行传送，先是从主燃烧器中传送约70%左右的空气量，在燃烧器的周围创造一种缺氧富燃的环境，以此来控制NOX的生成；通常对于主燃烧器下端部风和一次风采用的是逆进针方向旋转；而其他二次风喷口与一次风小用度偏罱，切入时采用顺时针反向切入，进而使得空气产生横向分级；对主燃区内的一二次风喷口面积进行适当的调节，使得一次风能够满足煤种的燃烧需求，同时适当减少主燃区内的二次风量，进而使得空气形成纵向分级。此外，将4层分离SPFA喷口设置在主燃烧器上方位置，其喷口能够上下左右摆动，然后将剩余燃烧所需要的风以SOFA燃尽风的方式送入到燃烧室中，使其内部沿着高度分成了复燃区和燃尽区，这样能够使得NOX的排放量大大降低[4]。第二，利用节点功能区技术，在两层一次风喷口之间增加贴壁风，燃烧过浓部分，由于氧含量不足，燃烧的温度也不高，因此也能抑制NOX的生成；燃烧过淡部分，由于空气含量较大，会导致燃烧温度降低，进而也能够对NOX的生成进行抑制。可见，通过对上下喷口燃料与空气的比例进行调整，能够有效降低燃烧器区域内的NOX生成量

3.2 低氮燃烧技术

降低燃煤电厂烟气NOX浓度排放量最经济的方法就是采取低氮燃烧，目的是通过降低燃烧温度、减少烟气中氧含量等方式，在确保燃煤电厂锅炉燃烧效率不受影响的前提下，尽可能的降低NOX的生成量和排放量。同时，对于四角切圆燃烧、对冲燃烧以及W火焰锅炉中NOX的生成量应当分别控制在：200-250mg/m3、250-300mg/m3、70-800mg/m3以内。在采取低氮燃烧技术时，必须要根据燃煤电厂锅炉的型号、燃料的特性以及选择的燃烧的方式，严格遵循一炉一策原则，制定合理的技术方案，切勿盲目的跟风采用不符合自身实际的方法。首先，必须要对燃煤电厂锅炉的燃烧情况进行全面细致的调查，然后确定符合实际的边界条件，制定具有可行性的低氮燃烧方案；其次，要加强对低氮燃烧器的管理和优化；在此，对试验进行优化，在条件许可的情况下最好是能够制定科学规范、操作性强的指导手册。

3.3 燃料分级燃烧

燃烧过程中所生成的NO在与烃根CHI和未完全燃烧产物（如：CO、H2、C、CnHm）接触时会发生还原反应，使NO重新还原成为N2。根据这一化学原理，将主要燃料送入到第一级燃烧区中，在α>1条件下，燃烧生成NOX[5]。被送入到第一级燃烧区的燃料我们通常称之为一次燃料，剩余部分的燃料则通过主燃烧区的上部传输到二级燃烧区，在α<1条件下，产生还原性气氛，从而使得在一级燃区生成的NOX，在二级燃烧区通过还原反应成为氮分子。通过主燃区上部传输到二级燃烧区的燃料我们称之为二次燃料。在二级燃烧区中不仅能够还原已经生成的NOX，还能够有效抑制新的NOX的生成，进而降低NOX的排放浓度。在采取燃料分级燃烧方法时，要想有效降低NOX的排放量，二级燃烧区尤为关键。

4 结语

通过燃煤电厂NOX生成的影响因素作为切入点，对各种脱硝工艺以及降低烟气NOX浓度的技术进行分析，可以得出以下结论：

（1）煤种的特性、燃烧的问题以及锅炉炉腔内剩余空气系数对NOX的排放和生成都有着密切的影响。分析表明煤种的含氮量越高，NOX排放量也就越大；燃烧温度越高，炉腔内空气系数越大，NOX的排放量和生成量也就越大。

（2）采取整体空气分级燃烧技术的关键在于主燃烧区和燃尽区氧气含量的分配，如果主燃烧区的氧气含量过高的话，则会对空气分级的意义造成影响；如果主燃烧区的氧气含量過低，又会导致不完全燃烧现象的发生以及飞灰含碳量过高情况出现，甚至于还会出现高温腐蚀的情况，因此要合理的分配主燃烧区和燃尽区的氧气含量。

（3）SCR脱硝装置有两种：高尘布置和低尘布置，相比而言，低尘布置的方式能够降低催化剂的磨损，提高其利用率，但是如果采用低尘布置的方式，则需要单独再设置一个加热器，确保烟气保持在一定温度范围内。因此通常都采取的是：高尘布置。

参考文献

[1]索中举.华能金陵电厂降低NOX排放分析与对策[A].第五届发电厂锅炉优化改造与配煤掺烧技术经验交流研讨会论文集[C].济南：中国电机工程学会热电专委会，2015：760-764.

[2]贾海娟，谢永平，马学礼，等.燃煤电厂烟气污染物超低排放技术路线分析[J].环境污染与防治，2016，38（06）：111.

[3]莫才颂，王岗罡，何明.火电厂锅炉燃烧器低NOX分析[J].化工技术与开发，2014，43（04）：58-59+3.

[4]袁军，张孝天.煤电机组基于超低排放下降低NOX排放浓度的方法探讨[J].华东科技：学术版，2017（7）：383.

[5]陈跃.煤粉炉的分级燃烧技术分析[J].工程技术：引文版，2016，（12）：19.