燃煤工业锅炉氮氧化物的排放控制技术

摘要：随着我国工业化进程的高速发展，煤炭燃烧释放出来的氮氧化物也越来越多，而氮氧化物则是环境污染的主要空气污染物之一，氮氧化物(NOX)的排放问题正越来越受到人们的关注。文章阐述了氮氧化物(NOX)的产生机理及主要控制技术手段。

关键词：氮氧化物(NOX)；生成机理；控制技术；脱硝

中图分类号：TK229文献标识码： A

随着我国经济迅猛发展，发电、冶金、石油、化工、纺织印染等工业过程的废烟废气、废水废物的排放加剧了环境污染。尤其，近年来我国多地出现持续大范围的雾霾天气，说明我国的大气污染已经到了相当严重的程度，对人们的身体健康及出行和动植物造成极其严重的影响。工业锅炉在多种行业的生产实践中使用比较普遍，对于大气污染治理，工业锅炉的排烟污染问题值得我们重视。

一、NOX 的来源及危害

氮氧化物(NOX)目前已经成为造成大气污染中的主要的污染物之一，其主要成分包括NO、N2O、NO3、N2O3、N2O4 和N2O5等。据最新资料统计，我国大气污染物中有90 %以上的NOX是源于化石燃料，如煤、石油、天然气的燃烧，其中又有70 %是来自于煤的燃烧，其中40%是源于燃煤火电厂，30 %是源于各种工业锅炉、窑炉等以煤为燃料的工业燃烧设备。NOX 对人类以及人类赖以生存的自然生态环境产生了很大的危害。它的危害表现在：当人体吸入过量NO 后，会引起血液中血红蛋白的变性，最终导致人体的中枢神经系统受到损伤。同时NO2 对人体的呼吸系统也会产生强烈的刺激作用，进而造成人体肺部的损害，严重时还会导致支气管炎、慢性中毒和肺水肿等。且NOX 在大气中不断演变会形成硝酸和含有硝酸盐的颗粒物，是形成酸雨的主要污染物之一。最后当大气中的NOX 和可挥发性有机物(VOCs)的浓度达到一定的阈值后，吸收光子的能量会发生一系列的光化学反应形成光化学烟雾，也就是所谓的光化学污染。

二、工业锅炉氮氧化物的污染问题

（一）、氮氧化物对于大气造成严重的污染，空气环保指数不断下降，对于其防治与控制的政策也才刚刚开始，所采用的控制技术没有其他防治技术那么先进，其主要的目的便是减少氮氧化物的排放，常见的方法之一便是尾端治理，尾端治理所要运行的成本比较高，而且在减少氮氧化物排放的效果上没有取得明显的效率，因此对于氮氧化物的控制措施仍在不断探索当中。

（二）、我国中小锅炉技术从上个世纪70 年代开始发展，那时期产生的污染物主要是以一氧化氮为主，燃烧主要产生的NOX 可以分为燃料型、快速型和热力型，因为燃烧技术不足，技术差异大，燃煤锅炉的燃煤质量低，污染气体排放量大，污染物在自然中的自我净化能力差，再加上污染物排放的高度低，容易形成阴霾天气，特别是在我国北方地区，冬季是污染最严重的时期。

三、NOX 生成机理及我国的控制政策

（一）、NOX 的生成机理

NOX 生产途径分为以下三种：(1)快速型NOX：主要是在碳氢化合物过浓，空气中的氧气浓度相对较低的状态下形成，其大多发生在内燃机的燃烧过程中。(2)热力型NOX：是指空气中的N2 在高温作用下被O2 氧化生成NO 和NO2。(3)燃料型NOX：是指燃料中含氮的有机物(如杂环氮化物)热分解并与氧结合而成，它的反应机理比较复杂。通常在 NOX 中，生成的NO 的含量约占最初燃烧的产生NOX总量的90 %~95 %。

（二）、NOX 的控制政策

我国的经济发展水平与发达国家相比还存在很大的差距，在环保技术方面我国也是处于相对落后。在今后的几十年内，我国以煤炭为主的总体能源结构特点不会发生明显的转变，我国NOX排放量也会跟随着经济的进一步发展而出现较大的增长。根据国家《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）规定，所有新建火电机组NOX 污染物排放标准为100 mg/m3，重点区域火电机组的NOX 污染物排放标准则统一为100mg/m3。

四、燃煤工业锅炉氮氧化物污染防治措施

（一）、锅炉设计运行水平的提高

因为我国的生产水平有限，因此工业锅炉在现在乃至未来一段时间都将是我国主要的工业设备，因此治理氮氧化物的污染要在锅炉的设计上入手，提高锅炉的燃烧率，减少排放是必然的选择。清洁，高效的锅炉具有很强的竞争能力和适应性，锅炉运转速度的加快不仅可以减少企业的耗能，而且节约成本。

（二）、选择性非催化还原烟气脱硝技术(SNCR)

SNCR 工艺最初是由美国的Exxon 公司发明的，该公司1974年在日本成功将SNCR 工艺投入到工业应用。该技术在应用过程中不使用催化剂，而是把还原剂氨、尿素等喷入880~1150 ℃的高温炉膛内，然后这些还原剂迅速热解为NH3，NH3 与烟气中的NOX 进行SNCR 反应生成N2。该方法是以炉膛作为反应器，通过进行锅炉改造来实现的。SNCR 的脱硝效率约为30 %~60%，该技术的特点是技术成熟可靠，还原剂利用率高，系统运行稳定，设备模块化占地少，初次投资低等。但是由于受到锅炉尺寸规格大小的影响，该技术的应用也受到了限制，该技术主要用于低NOX 燃烧技术的补充处理方法。

（三）、液体吸收法

液体吸收脱硝工艺中通常以水、碱溶液、浓硫酸及稀硝酸为吸收剂。但NO 难溶于水和碱液，因此通常采用氧化、还原及配合吸收等方法来提高NO 的脱除效率。按照吸收剂的种类不同和净化原理不同又可以将液体吸收法分为水吸收法、酸吸收法、碱吸收法、液相络合吸收法、尿素溶液吸收法、氧化吸收法及吸收还原法等。其中在工业应用上用得比较多的是碱吸收法和氧化吸收法。

（四）、电子束法

电子束法的原理是利用电子束照射燃煤烟气，在照射过程中电子束的能量大部分被水蒸气、氧和氮所吸收，生成大量活性极强的自由基。此时，硫氧化物和氮氧化物会被这些活性极强的自由基氧化，而生成的硫酸和硝酸，然后再与预先喷入的气态氨(NH3)起中和反应，就生成硫铵[(NH4)SO4]和硝铵(NH4NO3)的粉状微粒。日本、德国、美国和波兰的示范车间运行结果表明，这种电子束系统去除 NOX 的效率可以达到80 %~85 %。电子束法的优点在于无废水的生成，且具有较高的脱除率，生成的NH4NO3还可以作为氮肥。但是该法的成本高，设备结构复杂，能量利用率低，辐射问题不易解决等因素影响了该方法的工业化应用。

（五）、液膜法

液膜法净化烟气最初是由美国能源部Pittsburgh 能源技术中心开发的。液膜通常为含水的液体，且放置于两组多微孔憎水的中空纤维管之间，形成一个类似渗透器的整体结构，这种结构可消除在操作过程中时干时湿而导致设备系统工作不稳定，从而延长了设备的使用寿命。随后国内外许多科研机构对液膜法进行了大量的研究，但是液膜法净化烟气工艺因其经济、技术和设备腐蚀等多方面的原因，仍然不能使人满意。

（六）、选择性催化还原烟气脱硝技术(SCR)

选择性催化还原烟气脱硝技术(SCR)是目前国内外研究及应用的最为广泛的技术。在脱硝工艺反应中，NH3-SCR 技术最为成熟可靠，且已在全球范围特别是发达国家中得到广泛应用，95 %的电厂锅炉烟气都采用此方法进行脱硝。该技术的核心是高效脱硝催化剂，以V2O5WO3/TiO2 为主要成分，主要有板式、蜂窝状、颗粒状等形式。其中蜂窝状催化剂具有开口面积大，压降小，活性高等优点，我国目前引进的几套国外技术均生产蜂窝状催化剂。

结束语

总之，工业企业在治理燃煤工业锅炉氮氧化物污染时应该将锅炉改造作为重点，提高锅炉的质量和减少排污，开发引入新的污染控制技术，采用低碳、低氮的工业技术，提高先进生产力，淘汰落后生产力，形成良好的生产链，实现零污染生产。

参考文献

[1] 刘宇.王凡.朱金伟等.燃煤工业锅炉减排NO_x 研究分析[J].中国环保产业,2010,7(12):12- 25.

[2] 毛健雄，毛健全，赵树民．煤的清洁燃烧[M]．北京：科学出版社，2000．