探讨锅炉低氮排放方法

探讨锅炉低氮排放方法

靳丹

西安市燃气监督管理中心陕西西安710082

摘要：随着大气污染治理工作的深入，国家对氮氧化物排放量总量的控制，各个地区对于锅炉的氮氧化物排放标准也越来越严格，本文分析了降低锅炉氮氧化物排放的技术方法，包括烟气再循环技术、空气分级燃烧技术、选择性催化还原法等。

关键词：低氮排放分级燃烧

引言

近年来，国家环保部严抓大气污染防治工作，出台标准越来越严格，在国家“十二五环保规划”中，氮氧化物成为继二氧化硫之后的实行总量控制的污染物，对于总量控制消减主要来源于电厂的烟气脱硝、燃煤锅炉的烟气脱硝、机动车尾气治理等方面。北京地区2017年4月起实施了关于氮氧化物排放的新标准：新建锅炉必须低于30毫克/立方米，在用锅炉必须低于80毫克/立方米。2017年5月22日陕西环保厅关于燃气锅炉低氮排放改造控制标准也进行了同样的规定。今年两会的《政府工作报告》中也再一次明确了二氧化硫、氮氧化物排放量下降3%的目标。

在绿色环保发展的道路上，如何再降低烟气氮氧化合物的排放成为众多供热企业的关注焦点。

一、烟气再循环技术

目前，烟气再循环技术已被广泛应用。它的原理是在锅炉的空气预热器前提取一部分通低温烟气，直接送入炉内，或与一次风或二次风混合后送入炉内，使其在炉内被二次利用。简而言之，就是利用惰性气体的特性，使其带走一部分热量，降低炉内氧的浓度，从而控制火焰温度，降低燃烧效率，进而减少氮氧化物的排放浓度。

烟气再循环的效率较高，一般控制在10%-20%，每回收五分之一左右的烟气，氮氧化物的排放量可以减少四分之一，是比较常用的消除氮氧化物的方法，但采用烟气再循环时需加装再循环风机、烟道，还需占用很大的场地，投资较大，系统复杂。

二、分级燃烧技术

(一)空气分级燃烧技术

空气分级燃烧是国内外电厂应用最广泛的燃烧技术之一，其原理是把燃烧所需的空气分段送入炉内燃烧，首先是控制主燃烧器中的空气流量，空气进入炉膛的时候留下四分之一左右，此时燃烧区内由于氧气量不足，燃料得不到充分的燃烧，产生氮氧化物不多。剩余的空气在燃料不完全燃烧完成后通过主燃烧器顶端的空气输送口进入炉膛，与燃烧后的烟气混合再次燃烧，最终燃料还是完全燃烧了，可是氮氧化物因产生条件不足导致产生量减少。与不分级相比，空气分级燃烧可使氮氧化物排放量降低20%-30%，并且在降低排放物的同时还可以促进燃料的完全燃烧。

(二)燃料分级燃烧技术

燃料分级燃烧的原理来自氮氧化物的化学特征，即氮氧化物与烃基（加上一氧化碳、氢气、碳）在一定条件下会发生反应变回氮气。

根据这一特征，可以将大部分燃料导入一级燃烧区，使其在充分燃烧的情况下产生氮氧化物。然后，将少量燃料导入二级燃烧区，使其在不充分燃烧的情况下生成还原能力很强的气体，再将这两股气体混合反应产生氮气。

这种方法的优点是效率非常高，一次反应可以使排放量降低一半左右，并且通过反应还可以起反馈作用，抑制氮氧化物的再生。燃料分级燃烧与空气分级燃烧相比可以获得更好的的清除效果，但这是建立在更难操作的前提下，组织好燃烧过程，对于燃料分级燃烧是至关重要的。

三、选择性催化还原法

选择性催化还原法SCR是指在催化剂的作用下，使用可以与氮氧化物发生还原反应，而不与其他气体发生反应的的还原剂（如NH3、液氨）来生成氮气。

该项技术使用较早，技术较为成熟，最常用的还原剂是氨气，配合的催化剂是205号二氧化钛（V2O5/TiO2），整个反应过程在氧气充足的情况下进行。在氧化物质存在的条件下，只有选择性催化还原法能够有效地消除一氧化氮。这种针对性的降低一氧化氮排放的方法，在氨气量选择精准、催化剂活性非常好、温度布置合理的情况下，降低率可以达到80%-90%。但在实际情况中，由于氨气的控制量需要人工来操作，与理论值偏差量较大，会导致氮氧化物的再生，实际降低率往往在70%左右。

但由于选择的还原剂氨水对一般管道具有腐蚀性，所以采用该方法进行烟气脱硝时需要选择特别的管道，同时氨水本身具有污染性，如果用量控制不当，会产生的更加严重的危害，因此该方法的操作过程对工人的能力及预算的要求都很高。

四、催化分解法

催化分解法的原理是通过选用有效的催化剂，使一氧化氮可以分解成氮气加氧气。合适高效的催化剂选择，能够使反应非常彻底的进行。因此催化剂的选择成为了这个方法的关键，常用的催化剂有金属氧化物、某些特殊复合氧化物以及特定条件下的分子筛。

直接催化分解法的优点是工作条件简单，投入成本低。但该项技术已经被研究了很长时间，仍未达到很好的效果，原因在于还未找到合适高效的催化剂，目前的应用成果与理论所达到的要求差距较大。现阶段催化分解法研究的重点就在于寻找更好更高效的催化剂，同时使工艺过程可以得到改进。

五、等离子体治理法

等离子体治理法的原理是通过电子加速器生成高能量电子束，使其直接射向锅炉排放的烟气。高能电子束能和烟气中的氧化气体发生反应，将气体中的氧分子和水分子分离电解成不平衡状态的等离子体。此外，在此反应中能形成很多活性粒子，它们能与有害气体发生反应，将气体中所含的氧去掉。

这种方法不仅能去除氮氧化物，还能清除其它有氧污染气体，各种气体的清除效率能达到九成。但该方法的缺点是在电子能量低于一定值时，就不具有分离和电解的能力。此外，该方法所需设备造价高，成本难控制。

六、液体吸收法

液体吸收法是根据氮氧化物具有酸性这一性质，通过选取特定的碱性液体来与氮氧化物发生反应，利用酸碱中和原理，起到消除氮氧化物的作用。通常选取的碱性液体有：水、硝酸、氢氧化钠溶液、氢氧化钙溶液等。

此方法的优点是投资少，工艺简单，原料来源众多，反应过程安全环保。缺点是效率不高，需要消耗较多能源，经过反应后的溶液本身也具有一定的污染性，它的处理又成为一个新的难题，处理含有大量氮氧化物的烟气时效果不佳。

七、生物处理法

生物处理法的原理是选择可以把氮氧化物转化成氮气等无污染物的微生物，将其细胞质提取出来，大量收集，并进行人工反应。该反应过程不能在大气中完成，需要先将气态的氮氧化物添加到液态或固态的环境中。一般采用的是将氮氧化物添加到生物滤塔填充表面的特殊膜中，气体通过扩散深入里面丰富的微生物组织内，之后氮氧化物被微生物细胞按照自身的生理过程慢慢反应掉。

生物处理法的投入成本不高，不需要太多的人工操作。但仍存在诸多缺陷，比如填料塔内环境不容易控制、微生物大量培养速度慢、加料时易堵住进口等，因此微生物处理法如今还在继续研究阶段，随着研究工作的展开和深入，存在的缺陷将得以有效改善，该方法会取得非常好的效果。

八、结语

降低烟气氮氧化物的方法，除了上述较常用或较为人熟知方法外，还有一些比较冷门或是现阶段技术还不够成熟的方法，如非催化选择性还原法、吸附法等等。不管基于什么原理，采用什么方法，最终的目的都是为了减少氮氧化物的排放，降低污染，保护大气环境。

参考文献

[1]北极星环保网.2019年二氧化硫、氮氧化物排放量目标下降3%工业锅炉改造升级再加速，2019.

[2]庞永梅.空气分级燃烧降低锅炉NOx排放控制技术，2007.