关于电力的自考毕业论文 - 图文

目 录

概 述····················································2 1、低NOX燃烧的意义·······································2 1.1 NOX的危害··········································3 1.2我国电站锅炉NOx排放现状分析························4 1.3国家对NOX排放的要求·······························6 2、控制NOX排放的技术····································6 2.1 NOX生成的机理······································6 2.2控制NOX排放的技术分类·····························9 3、燃煤电厂降低NOX排放的燃烧技术·······················21 3.1燃烧技术的改进措施·································21 3.2低NOX燃煤的有关设备的简要介绍····················23 4、结 语················································26 5、参考文献··············································26

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燃煤电厂低NOX燃烧技术综述

摘要：由对NOX危害的认识，介绍了燃煤电厂NOX的生成机理，分析了几种控制氮氧化物排放的技术及应用效果。

关键词：热能动力工程 氮氧化物 脱氮 机理 控制 燃烧 概述

近些年随着我国经济的快速发展，我国的电力行业建设也随之迅速发展，装机容量不断加大，其中发展较多的仍是燃煤电厂。然而在电厂运行保障国家经济稳步发展的同时，由于燃煤产生的烟气中含有硫氧化物和氮氧化物之类的有毒物质，因此电厂的生产也给环境带来了严重危害，并且有逐渐增长的趋势。虽然目前我国NOX排放量估计在1000多万吨，但鉴于我国的能源消耗量今后将随经济的发展不断增长，因此NOX排放量也将持续增加。据有关研究的估算，到2010年，我国的NOX排放量将达到2194万吨。可见我国NOX排放量将十分巨大，如果不加强控制，NOX将对我国大气环境造成严重的污染，因此，文明、合理、高效、低污染地利用有限的煤炭资源，开发低污染控制技术，降低NOX的排放量是当前急需解决的首要问题之一，降低NOX生成的方法目前有很多种，如果对NOX采取烟气脱除方法，势必会大幅度增加电厂运行成本，影响企业经济效益，因此，选择一种合适的低NOX排放控制技术对保护环境和提高电厂的经济运行有重要的作用。

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1、低NOX燃烧的意义 1.1 NOX的危害

氮作为单个游离原子具有很高的反应活性。但在大气中大量存在的是化学性质稳定的氮分子。对人体健康有危害的主要是指氮和氧相结合的各种形式的化合物，包括：一氧化二氮（NO2）、一氧化氮（NO）、三氧化氮（NO3）、二氧化氮（NO2）、四氧化二氮（N2O4）、五氧化二氮（N2O5）等。NOX直接危害到人体的健康，同时对大气环境产生严重影响。

1.1.1 NOX对人体的危害

氮氧化物中对人体健康危害最大的是NO2，，主要是破坏呼吸系统，可引起支气管炎和肺气肿；当NO浓度较大时对人体的毒性很大，它可与血液中血红蛋白结合成亚硝酸基血红蛋白或高铁血红蛋白，从而降低血液输氧能力，引起组织缺氧，甚至损害中枢神经系统；氮氧化物还可直接侵入呼吸道深部的细支气管和肺泡，诱发哮喘病。长期吸入氮氧化物，使支气管和细支气管上皮纤毛脱落，黏液分泌减少，肺泡吞噬细胞吞噬能力降低，使机体对内源性或外源性病原体易感性增加，抵抗力降低，呼吸道慢性感染发病率明显增加。 1.1.2 NOX对环境的危害

由NOX引起的相关反应生成的光化学烟雾是对环境有很大危害的，这种光化学烟雾使空气质量恶化，对人体健康和生态系统造成损害。1952年美国洛杉矶光化学烟雾事件致使大批居民发生眼睛红肿、

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喉痛咳嗽、皮肤潮红等症状严重者心肺功能衰竭，有400余位65岁以上的老人因此死亡，此外大面积植物受损；1970年，美国加利福尼亚州发生光化学烟雾事件，农作物损失达2500多万美元。 1.2 我国电站锅炉NOx排放现状分析

大体上来说,我国电站锅炉尾气NOx的排放现状以1997年1月1日《大气污染综合排放标准》(GB13223-1996)的实施为界限,可以分为以下几种状况:

(1) 1997年后从国外引进的多数四角切圆燃烧的电站锅炉的NOx排放都能满足小于650 mg/Nm3要求,但从国外引进的具有墙式旋流燃烧器的电站锅炉的NOx排放达标都比较勉强,时有超标现象,而从国外引进的W型火焰燃烧无烟煤的电站锅炉多数严重超标,NOx排放达1000~1500mg/Nm3。

(2) 1997年后国内各锅炉厂生产的300MWe机组以上燃烧烟煤的电站锅炉,由于多数采用了从ABB-CE引进的四角切圆燃烧技术及具有宽调节比的WR型燃烧器,并注意了遵守国家标准,其锅炉尾气NOx排放多数也能达标,有些甚至好于引进的锅炉。

(3) 1997年前我国生产的四角切圆燃烧电站锅炉虽然在设计上注意到要控制NOx排放,但更注重煤种多变和相应的稳定燃烧问题,因而多数电站锅炉的NOx排放都远超过GB13223-1996规定的650mg/Nm3的排放标准,但又满足GB13223-2003规定的1100 mg/Nm3的标准。

(4) 1997年前我国生产的墙式旋流燃烧的电站锅炉在设计时基本

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没有考虑低NOx排放,因而,多数电站锅炉NOx排放值比相应的四角切圆燃烧电站锅炉高200 mg/Nm3,但基本上也满足GB13223-2003规定的1100 mg/Nm3的标准。

从上述NOx的排放现状来看,我国电站锅炉的NOx排放基本满足新版《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2003)的要求。这是因为新标准根据我国现有电站的真实运行情况,并根据煤种的挥发份含量和电站的建设日期对已运行电站放宽了NOx排放的限度,照顾了生产,使得其比GB13223-1996更具有可行性。但从环境保护方面来看,需要制定确实可行的措施,对NOx排放征收排放税和超标罚款。鼓励少排放,惩治多排放。否则,我国的大气污染和生态破坏将更趋严重。

从技术的角度来看,对于燃烧烟煤的电站锅炉,我国的动力工作者在一定程度上掌握了低NOx燃烧控制技术。例如,由上海锅炉厂生产的安装在吴泾发电厂300MWe和600MWe机组电站锅炉的NOx排放值为350 mg/Nm3左右,远低于650 mg/Nm3的当时标准。但对于燃烧贫煤、无烟煤的电站锅炉,由于煤的挥发物少,燃烧不易着火和稳定,用户及锅炉厂都偏重于着火和稳定燃烧而忽视NOx排放要求,致使多数电站锅炉的NOx排放偏高。当然贫煤和无烟煤释放的挥发物少,不能有效及时地将燃烧生成的NOx还原成N2,NOx排放大于燃烧烟煤的锅炉也在情理之中,但对低NOx燃烧器(LNB)的开发及其相应的一、二次风配置技术研究不够也是重要原因。

对1997年前电站锅炉,由于当时没有普遍使用低NOx型燃烧器,燃烧系统的设计与后来发展的NOx型燃烧器不够匹配,主要是一、二

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次风配置不符合低NOx燃烧要求,广泛采用带中间煤粉仓,一次风热风送粉和制粉系统的乏气用做三次风(有的燃烧烟煤,也用该系统)的系统,从而额外地增加NOx排放。 1.3 国家对NOX排放的要求

氮氧化物的危害已越来越受到人们的关注，治理氮氧化物污染已是大势所趋。2004年4月29日第九届全国人民代表大会常务委员会第十五次会议修订通过的《中华人民共和国大气污染防治法》，已于2000年9月1日起施行。其中第三十条规定“向大气排放污染物的，其污染物排放浓度不得超过国家和地方规定的排放标准”。到2005年7月，对氮氧化物执行与二氧化硫相同的排污费征收标准。在2003年发布了进一步修订的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223—2003），该标准规定了不同时段的火电厂NOX最高允许排放浓度。

火力发电厂锅炉及燃气轮机组氮氧化物最高允许排放浓度/（mg/m3）

时段 第1时段 第2时段 第3时段 实施时间 2005年1月12005年1月12004年1月1日 日 日 Vdaf＜10% 1500 1300 1100 燃煤锅炉 10%＜Vdaf＜20% 650 1100 650 Vdaf＞20% 450 燃油锅炉 650 400 200 燃油 150 燃气轮机组 燃气 80

2、控制NOX排放的技术 2.1 NOX的生成机理

燃煤过程中所排放出的NOX一般是指NO和NO2，其中绝大部

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分是NO，约占90%，在火焰带的下游或排放后一部分的NO转化为NO2，约占5%～10%。燃烧过程中生成的NOX有三种途径：（1）“热力”NOX（Thermol NOX），系燃烧用空气中的氮气在高温下氧化而产生的氮氧化物；（2）“快速”NOX（Prompt NOX），系碳化氢燃料过浓时燃烧产生的氮氧化物；（3）“燃料”NOX（Fuel NOX），系燃料中含有的氮的化合物如杂环氮化物在燃烧过程中氧化而生成的氮氧化物。 2.1.1“热力”NOX

“热力”NOX源于在燃烧过程中空气中的氮气N2被氧化而成NO，它主要产生于温度高于1800K的高温区，其反应机理如下：

N2+O2＝NO+N （2-1） N+O2＝NO+O （2-2） N+OH＝NO+H （2-3） 式（2-1）和（2-2）的反应被称为捷里德维奇（Zeldovich）模型，按照这一机理，空气中的N2在高温下氧化是通过一组不分支的连锁反应进行的，整个反应的速度正比于氧原子的浓度，随着温度的上升和氧原子浓度的增大，总的反应速度增大。所以升温有利于NO的生成，相反，降温会使“热力”NOX的生成受到明显抑制。

图2-1是理论燃烧温度时，NO浓度和过量空气系数及停留时间的关系。当过量空气系数等于1时，若烟气在高温区的停留时间为0.01s～0.1s，NO的含量约为（70～700）×10－6。实际锅炉中的NO排放浓度也差不多处于同等水平。

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图2-1 NO浓度与过量空气系数和停留时间（t）的关系 1—t=0.01s；2—t=0.1s；3—t=1s；4—t=10s；5—t=100s；6—t=∞

在温度小于1300℃时几乎看不到NO的生成反应，NOX的成量很小，只有在温度高于1300℃以上，NO的生成反应才逐渐明显，NOX的生成量才逐渐增大。因此，在一般的煤粉炉固态排渣方式的燃烧下，“热力”NOX所占的比例极小，氧气浓度的增加和在高温区停留时间的延长，都会促进“热力”NOX生成，在典型的煤粉火焰中，“热力”NOX占总排放量的20%左右。若降低燃烧温度，就能有效降低“热力”NOX的生成。 2.1.2 “快速”NOX

“快速”NOX是碳氢类燃料在过量空气系数＜1的富燃料条件下，在火焰面内快速生成的NOX，它不同于空气中的N2按捷里德维奇机理生成的“热力”NOX，其生成过程经过了空气中的N2和碳氢类燃料分解的HCN、NH、N等中间产物的一系列复杂的化学反应。在燃煤锅炉中其生成量很小，一般在5%以下，往往可以忽略不计。 2.1.3 “燃料”NOX

“燃料”NOX指燃料中的氮在燃烧过程中经过一系列的氧化—还

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原反应而生成的NOX，它是煤燃烧过程NOX生成的主要来源，约占总的NOX生成量的80%～90%。根据煤种的不同，煤中的含氮量大约在0.4%～4%之间变化，煤燃烧过程生成的挥发分HCN、NHi与自由基O、OH、O2等的氧化反应以及焦炭N的氧化反应生成“燃料”NOX（主要是NO），同时生成的NO又与挥发分HCN、NHi等发生还原反应生成N2。“燃料”NOX既受燃烧温度、过量空气系数、煤种、煤颗粒大小等的影响，同时也受燃烧过程中的燃料—空气混合条件的影响。

图2-2 NOX的生成量与温度的关系

综上所述，不同类型的NOX其生成机理不同，氮的来源不同，生成的途径不同，生成的条件也不同。所以三种NOX在煤燃烧过程中的生成情况很不相同，“快速”NOX占氮氧化物总排放量不到5%，在温度低于1300℃时，几乎没有“热力”NOX，对常规燃煤锅炉而言，NOX主要是通过“燃料”NOX的生成途径产生的，因此，控制和减少NOX在煤燃烧过程中的产生，主要是控制“燃烧”NOX的生成。 2.2控制NOX排放的技术分类

根据NOX的生成机理可知，煤燃烧过程中影响NOX生成的主要因素有：

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（1）煤种特性，如煤的含氮量、挥发分含量、燃料中固定碳／挥发分之比以及挥发分中含H量／含N量之比等； （2）燃烧区域的温度峰值；

（3）反应区中氧、氮、一氧化氮和烃根等的含量； （4）可燃物在反应区中的停留时间。 由此对应的低NOX燃烧技术的只要途径如下： （1）减少燃料周围的氧浓度。

（2）在氧浓度较少的条件下，维持足够的停留时间，使燃料中的氮不易生成NOX，而且使生成的NOX经过均相或多相反应而被还原分解。

（3）在过剩空气的条件下，降低温度峰值，以减少“热力”NOX的生成。

（4）加入还原剂，使还原剂生成CO、NH3和HCN，他们可将NOX还原分解。

具体的方法有：分级燃烧、燃料再燃、浓淡偏差燃烧、低过剩空气燃烧和烟气再循环等。 2.2.1 空气分级燃烧

空气分级燃烧法是美国在20世纪50年代首先发展起来的，它是目前使用最为普遍，比较成熟的低NOX燃烧技术，其基本原理为：将燃烧所需的空气量分成两级送入，使第一级燃烧区内过量空气系数在0.8左右，燃料现在缺氧的富燃料条件下燃烧，使得燃烧速度和温度降低，因而抑制了“热力”NOX的生成。同时，燃烧生成的CO与

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NO进行还原反应，以及燃料N分解成中间产物（如NH、CN、HCN和NH3等）相互作用或与NO还原分解，抑制了“燃料”NOX的生成：

2CO+2NO→2CO2+N2 (2-4) NH+NH→N2+H2 (2-5) NH+NO→N2+OH (2-6) 在二级燃烧区内，将燃烧用的空气的剩余部分以二次空气输入，成为富氧燃烧区。此时空气量虽多，一些中间产物被氧化成NO：

CN+O2→CO+NO （2-7） 但因火焰温度低，NOX生成量不大，因而总的NOX生成量是降低的，最终空气分级燃烧可使NOX生成量降低30%～40%。

图2-3表示空气不分级和分级燃烧时最高火焰温度（温度峰值）的变化。由图可见，当采用空气分级燃烧后，火焰温度峰值明显比不采用空气分级燃烧时降低，故“热力”NOX降低。

图2-3 空气不分级和分级燃烧是火焰温度比较

尽管空气分级燃烧弥补了简单的低过量空气燃烧所导致的未完全燃烧损失和飞灰含碳量增加的缺点，但是，若两级的空气比例分配不合理，或炉内的混合条件不好，则会增加不完全燃烧引起的损失；同时，

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煤粉炉一级燃烧区能的还原性气氛将导致灰熔点降低而一起结渣和受热面腐蚀。 2.2.2 燃料分级燃烧

燃料分级燃烧法(Fuel Staging)又叫再燃烧法,该方法将燃烧分成三个区域:一次燃烧区域是在燃烧室的下部,送入80% ~85%的燃料,并以过量空气系数α＞1.05配置空气进行燃烧,生成NO、CO、H2O、O2和灰分等,称为一级燃烧区。在一级燃烧区的上部(火焰的下游)的第二燃烧区内,把其余的15% ~20%的燃料喷入,在此区内燃烧过程是在还原气氛(α＜1)下进行的,生成碳氢化合物基团CH等,这些基团把一次燃烧区中生成的部分NO还原成N2,在二次燃烧区内,有70% ~90%的NO被还原成N2,通常此区称为再燃区。然后,在第三燃烧区(称为燃尽区),再把燃烧所需的其余空气送入,在该区把残余的可燃物烧完。燃料分级燃烧法可以使NOx减排50%或以上。和空气分级燃烧相比,燃料分级燃烧的燃尽率与降低NOx浓度的矛盾更加突出,由于燃料在燃尽区的停留时间更短,选择再燃区内的过量空气系数(α2)和利用“火上风”,组织好燃尽区的燃烧过程,以获得较高的燃尽率显得更为重要。 2.2.3 低过剩空气燃烧（LEA）

低过剩空气燃烧也叫低氧燃烧，就是使燃烧过程尽可能在接近理论空气量的条件下进行。低过剩空气燃烧运行具有重要意义之点就是从能量守恒的观点出发，再低过剩空气范围的条件下运行，可使用较少的燃料。因此，可以认为，低过剩空气运行可以作为减少氮氧化物的形成和燃料消耗量的基本改进燃烧方法之一。对于煤粉锅炉，要实

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现低氧燃烧，必须准确控制各燃烧器的燃料与空气均匀分配，并使炉内燃料和空气平衡；必须减少漏风，监控和控制炉内含氧量与CO含量。

2.2.4 烟气再循环

除了空气和燃料分级降低NOX的排放量之外，目前使用较多的还有烟气再循环法。烟气再循环法(Flue Gas Recirculation简称FGR)的过程是让一部分温度较低的烟气直接送入炉内或与燃烧用的空气混合,使燃烧区内惰性气体含量增加,因烟气吸热和稀释了氧气的浓度,使燃烧速度和炉内温度降低,达到降低NOX浓度的目的。烟气再循环技术，其核心在于利用烟气所具有的低氧以及温度较低的特点，将部分烟气再循环喷入炉膛合适位置，降低局部温度及形成局部还原气氛，从而抑制NOX的生成。烟气再循环法降低NOX排放的效果与燃料种类及烟气再循环率有关。图2-4为NOX的降低率与烟气再循环率的关系。由图可见，NOX的降低率随着烟气再循环率的增加而增加，并且与燃料种类和炉内燃烧温度有关，燃烧温度越高，烟气再循环率对NOX降低的影响越大。

图2-4 NOX降低率与再循环率的关系

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1—煤气与轻油；2—重油炉或液态排渣煤粉炉

3—固态排渣煤粉炉

2.2.5 低NOx燃烧器

燃烧器是锅炉设备的重要部件,它保证燃料稳定着火、燃烧和燃料的燃尽等过程;另一方面,从NOX的生成机理看,占NOX绝大部分的燃料型NOX是在煤粉的着火阶段生成的。因此,通过特殊设计的燃烧器结构,以及通过改变燃烧器的风煤比例,可以将其它降低NOX的原理用于燃烧器,以尽可能地降低着火区氧气的浓度,适当降低着火区的温度,达到最大限度抑制NOX生成的目的。 2.2.6 浓淡偏差燃烧

浓淡偏差燃烧是近几年国内外采用的一种降低锅炉燃烧排放NOX的燃烧技术。此法原理是对装有两个燃烧器以上的锅炉，使部分燃烧器供应较多的空气（呈贫燃料区），即燃料过淡燃烧；部分燃烧器供应较少的空气（呈富燃料区），即燃料过浓燃烧。无论是过浓或者过淡燃烧，燃烧时α都不等于1，前者α＞1，后者α＜1，故称为偏差燃烧。

综上所述,各种低NOX燃烧技术是降低燃煤锅炉NOX排放最主要也是比较经济的技术措施。但在一般情况下,这些措施最多只能达到50%的减排率。当要求更高的减排率时,就要考虑采用尾部烟气脱氮的技术措施。

2.2.7 烟气处理NOX技术

烟气处理NOX技术可分为:催化还原法、液体吸收法和吸附法三大类。所谓催化还原法是在催化剂作用下,利用还原剂将NOX还原为

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无害的N2。这种方法虽然投资和运转费用高,且需消耗还原剂和燃料气,但由于对NOX的脱除效率很高,设备紧凑,故在国外得到了广泛应用,并受到越来越多的重视。液体吸收法是用水或者其它溶液吸收烟气中的NOx,该法工艺简单,能够以硝酸盐等形式回收N,从而进行综合利用,但是吸收效率不高。吸附法是用吸附剂对烟气中的NOX进行吸附,然后在一定条件下使被吸附的NOX脱附回收,同时吸附剂再生。此法的脱氮率很高,并且能回收利用,但一次性投资很高。下面主要介绍催化还原法:催化还原法可分为选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction,简称SCR)和非选择性催化还原法(Selective Non-Catalytic Reduction,简称SNCR) (1)选择性催化还原法(SCR)

以还原剂为NH3为例,选择性催化还原法是指在催化剂的作用下,NH3优先和NO发生反应,而不单独先和烟气中的氧气反应。如果不用催化剂,NH3与NO的反应需要900~1000℃高温,而且即使是在NH3/NO=2(摩尔比)的条件下,脱氮率也不过30% ~50%,还会残留大量未反应的NH3。使用的催化剂类型可分为贵金属、金属氧化物及沸石等。目前,工业上使用的催化剂为V2O5担载在TiO2上(如V2O5/TiO2、V2O5-WO3/TiO2和V2O5-MoO3/TiO2)。在化学计量比NH3/NO=1. 0~1. 1,温度区间为300~450℃,反应空速为2 000~5 000hr-1的条件下,NOx的脱除率在80% ~95%。主要反应方程式为：

4NO + 4NH3+ O2→4N2+ 6H2O （2-8） 由于NH3-SCR方法抗SO2中毒能力较强,催化剂性能稳定,因此,

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该方法广泛应用于固定源NOx的脱除,第一代装置始建于日本,随后德国和美国相继建成投入使用。由于目前此方法的技术、经济指标最为合理,且能达到相应排放法规的要求,此技术会继续广泛应用。但该方法依然存在几个问题：

①NH3/NOX比例的控制。为了得到较好的脱除效果,NH3与NOX

的比例应控制在0. 8~1. 0之间,过量的NH3会造成二次污染；

②原料NH3的腐蚀性和成本。运输、贮存和操作过程中必须考虑其腐蚀性,操作费用很大程度上取决于NH3的价格；

③NH3会与烟气中SO2氧化生成的SO3作用,生成NH4HSO4、(NH4)2SO4,引起管路堵塞,而且也可能在催化剂表面沉积,导致催化剂失活。烟气中往往含有SO2和灰尘,会造成催化剂中毒,并堵塞床层增加阻力。经过除尘脱硫后,烟气温度往往降到200℃以下。因此进一步提高催化剂活性,实现较低温度下选择性催化还原NOx是今后发展的方向之一。

(2)非选择性催化还原法(SNCR)

图2-5 SNCR工艺流程示意图

1—氨或尿素贮槽；2—燃烧器；3—锅炉；4—空气加热器

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非选择性催化还原法:烟气中NOx在一定温度和催化剂作用下,被还原剂( CH4、CO、H2及其它低碳氢化合物或者混合气体)还原为N2,同时还原剂还和烟气中的O2发生反应。SNCR与SCR的区别在于：SNCR的还原剂与烟气中的NOX和O2都发生反应,无选择性脱除NOX,因此还原剂的消耗量较大。以甲烷为例,其主要还原反应为：

CH4+ 4NO→CO2+ 2N2+ 2H2O （2-9） CH4+ 4 NO2→CO2+ 4NO + 2H2O （2-10） CH4+ 2O2→CO2+ 2H2O （2-11） 其它还原剂的还原反应类同。工业常用的还原气体有合成氨释放气、焦炉气、天然气、炼油厂尾气和汽化石脑油等,可总称为燃料气。由于反应过程中放出大量的热,一般都回收利用。对于贫燃条件下燃煤过程排放的废气,由于存在着过量氧,不但消耗了大量还原剂,还会使催化剂失去活性。非选择性还原法受温度、NH3/NOX摩尔比及停留时间影响较大。因此,寻找在贫燃条件下仍具有高活性的NOX还原催化剂,仍是目前研究的一个课题。 （3）吸附剂吸收技术

采用浸渍了碳酸钠的γ-Al2O3圆球(φ1.6 mm)作为吸附剂同时去除烟气中的氮氯化物和二氧化硫。处理过程包括吸收、再生等步骤。吸收过程反应式为:

Na2CO3+Al2O3→2NaAlO2+CO2 （2-12） 2NaAlO2+H2O→2NaOH+Al2O3 （2-13） 2NaOH+SO2+12O2→Na2SO4+H2O （2-14）

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2NaOH+2NO+32O2→2NaNO3+H2O （2-15） 采用天然气,一氧化碳可对吸附剂进行再生,再生反应式如下: 4Na2SO4+CH4→4Na2SO3+CO2+2H2O （2-16） 4Na2SO3+3CH4→4NO2S+3CO2+6H2O （2-17） Al2O3+Na2SO3→2NaAlO2+SO2 （2-18） Al2O3+Na2S+H2O→2NaAlO2+H2S （2-19） 此技术对烟气中二氧化硫的净化率达90%,氮氧化物的净化率达70%~90%,但此技术需大量吸附剂,设备庞大,投资大,运行动力消耗也大。 2.2.8 氧化法 （1）光催化氧化法

光催化技术是近几年发展起来的一项空气净化技术，具有反应条件温和、能耗低、二次污染少等优点。利用TiO2半导体的光催化效应脱除NOX的机理与脱除气相有机污染物相似，即TiO2受到超过其带隙能以上的光辐射照射时，价带上的电子被激发，超过禁带进入导带，同时在价带上产生相应的空穴。电子与空穴迁移导粒子表面的不同位置，空穴本身具有很强的得电子能力，可夺取NOX体系中得电子，使其被活化而氧化。电子与水及空气中的氧反应发生氧化能力更强OH及O2等，是将NOX最终氧化生成NO3－的最主要氧化剂。TiO2氧化脱除NOX的效率受初始浓度影响大，对低浓度的NOX效率可以高达90%，但对高浓度NOX脱除效率不高。TiO2对NO的脱除效率也随着温度升高而增大，这是由于温度升高，导致各反应物粒子扩散

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速率及碰撞频率提高，也就是反应增多所致。

TiO2光催化脱除NOX的技术尽管尚未成熟，但有着诱人的前景，通过探索不同因素对光催化效率的影响及催化作用机理，人们将更加全面地了解这一反应体系。同时，也必须注意解决如何提高TiO2对高浓度NOX的脱除效率，减少中间产物的形成等重要问题。 （2） 电子束或电晕放电脱除烟气中的NOX

高能电子产生等离子体工艺是工业烟气中去除NOX最有效的方法之一。该方法的机理是在烟气中加入少量氨气、水蒸气或甲烷气，用电子束或电晕放电产生高能电子流辐射气体，生成富于化学反应的活性基（OH、O、N），活性基团氧化烟气中的NOX生成HNO3，HNO3进一步与先期喷入反应器内的氨反应，生成NH4NO3。NOX的脱除率随放电电流或施加放电电能的升高而升高；电子束吸收剂量愈大、入口NOX浓度愈低，NOX脱除率愈高；多级电晕原子团喷射可望处理更大的烟气流量和NOX浓度，可获取更高的NOX脱除率。NH3的作用比较复杂，除了它于硝酸生成盐外，还与OH自由基反应，影响OH自由基对NOX的氧化，氨的量应与NOX以一定摩尔比加入为宜。 （3）管道喷射法

管道喷射法是直接将吸收剂喷入烟气管道，使之均匀分布在增湿的热烟气中，吸收剂与烟气中的SO2和NO反应或吸收，用除尘器除去固体颗粒。Hokkaido电力公司和Mitsubishi重工业有限公司联合开发了用一种叫LILAC（增强活性石灰—飞灰化合物）的吸收剂联合脱除SO2／NOX工艺。LILAC是在混合箱内将飞灰、消石灰和石膏与

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5倍于总重量的水混合制得，在80m3／h的实验中，Ca／S摩尔比为2.7的条件下，将吸收剂喷射到干燥塔内，脱除SO2和NO的效率分别为90%和70%。

2.2.9循环流化床联合脱氮技术

循环流化床热效率很高，温度分布均匀，气固相有很大的接触面积，因此人们将其应用到烟气的净化处理中。Lurgi Gmbh研究开发了烟气循环流化床（CFB）脱硫脱氮技术，该方法用消石灰作为脱硫的吸收剂，氨作为脱氮的还原剂，FeSO4·7H2O作为脱氮的催化剂。该系统已在德国投入运行，结果表明，在Ca／S比为1.2～1.5，NH3／NOX比为0.70～1.03时，脱硫率为97%，脱氮率为88%。黄建军等在借鉴国内外先进的CFB—FGD的技术基础上，研制开发了具有特殊内部结构的循环流化床烟气悬浮脱硫脱氮装置，并在500m3／h实验装置上进行了较细致的实验研究。运行结果表明，装置运行可靠，工艺简单，投资成本和运行费用低，在最佳运行工况条件下可达90%的脱硫率，脱氮率也达到60%。 以上各中工艺各有优缺点，现列于下表：

工艺 选择性催化还原法（SCR） 非选择性催化还原法（SNCR） 光催化法 各种工艺优缺点的比较 优点 脱除效率高，被认为是最好的固定源脱硫技术 效率高，操作费用低，技术已工业化 缺点 投资和操作费用大，还原剂的泄露也是问题 温度控制较难，氨气泄露可能造成二次污染 TiO2对高浓度NOX的脱反应条件温和、能耗低、二次污除效率低，有有害中间产染少 物产生 不产生废水，回收副产物能耗高，可产生X射线对NH4NO3可作氮肥加以利用，能人体产生危害 同时脱出SO2和NOX，且具有较20

电子束或电晕放电

管道喷射 循环流化床 高的脱除率 设备简单、占地少、易于老厂改造，运行费用低，系统简单，运行可靠 吸收剂利用率高，能同时脱除SO2和NOX，且具有较高的脱除率 吸收剂利用率低，脱除效率低 尚未工业化，许多实际问题还未解决 3、燃煤电厂降低NOX排放的燃烧技术

国内外在降低锅炉NOX排放方面进行的工作大致可分为以下三个方面：

（1）锅炉燃烧技术的改进； （2）无催化情况下向炉内喷氨水； （3）有催化物的氨水喷射系统。

后两类技术都是在锅炉燃烧生成NOX以后，用氨来还原NOX。这不仅增加设备投资和运行维护费用，还可能引起预热器等锅炉尾部受热面的堵塞等。因此，要降低NOX的排放量，更有效的方法是改进炉内燃烧状况。

3.1 燃烧技术的改进措施

目前，锅炉燃烧技术的改进主要有：低NOX燃烧器、分段燃烧技术、炉膛内降低NOX技术和烟气再循环等。有关资料表明，综合考虑NOX值和成本两个方面，使用低NOX燃烧器和炉膛内降低NOX是既经济又最有效的方法。炉膛内降低NOX技术包括：

3.1.1采用分级混合燃烧，降低氧浓度和燃烧温度以及将燃烧器喷嘴出口分为浓稀两相。在主燃烧器实行低氧、低温燃烧降低NOX的生成。在燃烧器顶部设置燃尽风喷嘴（OFA），配以不同的风量，燃尽

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在主燃烧区低氧条件下产生的未燃气体和碳粉。分级燃烧主要使燃烧完全和降低NOX排放为最佳。 3.1.2采用分级配风的方法有;

3.1.2.1在配风方式上使煤粉气流与“二次风”气流的混合燃烧分为两个区域进行。在一次燃烧区域内煤粉是在缺氧（一般控制空气系数n=0.7～0.75）的工况下进行着火燃烧。一次燃烧区中未燃尽的煤粉颗粒与余下的空气（分级二次风）在二次燃烧区进行混合、燃尽。 3.1.2.2燃烧器主风箱中设置一定数量的赋予喷嘴，当烟气中未燃物上升到排放标准以上时，分别投入运行。

3.1.3 控制送入炉膛的燃料和风量，分配均匀，通过测量把燃料偏差控制在5%以内，风量偏差控制在10%以内，达到优化燃烧，降低NOX的目的。

3.1.4采用煤粉再燃降低NOX 3.1.4.1 煤粉再燃燃烧技术的机理

燃料燃烧过程中，将燃烧分成三个区域：一次燃烧区，为氧化性或稍还原性气氛；在第二燃烧区，为还原性气氛，将二次燃料送入，则生成CH基团，这些基团与一次燃烧区内生成的NO反应，最终生成N2；另外一个则为再燃烧区，二次燃料称为再燃燃料，最后送入二次风，使燃料完全燃烧，因此成为燃尽区。这就是再燃烧技术的机理。

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图3-1燃料再燃原理示意

3.1.4.2 再燃燃料的选取

根据再燃的机理，再燃区的还原性气氛中最利于NOX还原的成分是烃（CHi），因此，选择二次燃料时应采用能在燃烧时产生大量烃根而又不含氮类的物质。丙烷和其他燃料相比，能最有效地降低NOX，这是因为丙烷能产生大量烃根而没有而外的氮类成分。而在所有的燃料中，氢气降低NOX的效果最差，因为它本身不能产生烃根。用天然气、油和煤作为二次燃料时降低NOX浓度效果进行比较，显然，天然气是最有效的二次燃料。研究还表明，气态烃燃料还原NOX的能力随着烃分子中碳原子数目的增加而增加，因此，气态烃是最好的二次燃料。

再燃燃料作为二次燃料，一般是在还原性气氛中燃烧，对于锅炉炉膛来说，一般都是在炉膛的燃烧区的上部，因此，再燃燃料必须易着火、易燃尽。

3.2低NOX燃煤的有关设备的简要介绍

3.2.1墙置式分级混合燃煤燃烧器（西德斯坦因缪勒公司生产）

燃烧器为圆形墙置式，前后墙对冲布置的轴向旋流燃烧器，从燃烧器中心管圆形截面流出的是中心二次风。燃烧器烧油时才投入中心

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二次风，烧煤时其中心二次风挡板几乎处于关闭状态。煤粉一次风气流是由环形截面喷入炉膛。除中心风外，剩下的二次风分成周界风和分级风两部分。周界风的环形喷口处于煤粉喷口的外侧，两者同心。分级风的喷口布置在燃烧器外围，该喷口可以是圆形的也可以是缝隙的。分级风用挡板进行调节。美分一次风和周界风在燃烧器出口附近形成一个低于理想空气量运行的一次风燃烧区。而分级风以分股射流的方式从一次火焰外部喷入燃尽区，保证了煤粉的完全燃烧。

Weihen电站7MW燃煤锅炉改装为分级混合燃烧器后，满负荷运行是，当分级风接近关闭时，测得锅炉的NOX排放量为550mg/m3，投入分级风后，当控制一次燃烧区的空气系数nl=0.9时，NOX排放量为335mg/m3，约减少40%；当nl=0.75时，NOX排放量为270mg/m3，约减少50%。

3.2.2多股火焰燃烧器（美国福斯特惠勒（FW）公司生产）

该燃烧器采用两层二次风，煤粉一次风气流经环形通道喷出四股射流，每股射流各自形成火焰。此燃烧器一次风的多股喷射和二次风的双层配风方式，能保证在喷口6.83～3.05m的范围内，燃烧区的空气量维持在60%～70%的理论空气量。预期的锅炉的NOX排放量为0.21b/106Btu（150～155mg/m3）。

3.2.3 SCR煤粉燃烧器（日本三菱重工生产）

其结构是煤粉一次风喷嘴与辅助二次风喷嘴相间布置，与传统的切向燃烧器相比，SGR煤粉燃烧器在结构上具有如下特点： 3.2.3.1在煤粉喷嘴的上下各布置一个再循环烟气分隔喷嘴，通过

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SGR喷嘴向炉膛喷入再循环烟气。

3.2.3.2由于SGR喷嘴的存在，使煤粉隔仓和辅助三次风的间距加大。

3.2.3.3 SGR的煤粉喷嘴出口是渐扩型的，用以保证煤粉气流靠近喷嘴出口发生着火，并起着稳定火焰的作用。

SGR喷嘴对一、二次风射流的分隔作用，把煤粉的燃烧过程分为两个燃烧区，它的NOX排放量是一次燃烧区生成的（NOX）p和二次燃烧区生成的（NOX）s的总和。预期锅炉的NOX排放量为0.21b/106Btu（150～155mg/m3）。

3.2.4切向燃煤PM（Polution Minimun）燃烧器（三菱重工研制）

三菱重工研制的切向燃煤PM燃烧器的关键部位是分离器，它由靠近燃烧器的一次风管的一个弯头及两个喷嘴组成。煤粉气流流过分离器时进行简单的惯性分离，富粉流进入上喷口，贫粉流进入下喷口，实行浓淡分离。此外。如果在PM燃烧器上部设置顶部燃尽风喷口，使PM燃烧器区域处于富燃区，顶部燃尽风喷口处于燃尽区，形成分级燃烧，可使NOX进一步降低。所以，PM燃烧器实际上是集烟气再循环、分级燃烧和浓淡燃烧于一体的低NOX燃烧系统。这种燃烧器的NOX生成量较SGR燃烧器的低，比常用的直流燃烧器煤粉火焰更低，因而称为污染最少型燃烧器。据报道，PM燃烧器的NOX值为：烧气为30mg/m3，烧油为80mg/m3，烧煤为150mg/m3，与常规燃烧器相比，PM燃烧器可使NOX的生成量减少60%。

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4、结语

燃煤过程对大气造成的污染正日益引起人们的关注,控制NOX的排放是煤燃烧利用研究中亟需解决的课题。但是,到目前为止,还没有一种兼具适用性强、效率高和成本低的NOX排放控制技术。尽管烟气净化技术的效率很高,但存在设备昂贵、运转费用较高、技术复杂,且使用NH3时易造成二次污染等问题。综合考虑环保与资金的问题,较为实际的方法是采取分级燃烧和设计出科学的燃烧反应器,对现有的燃煤设备进行改良,在燃烧过程中控制NOX的生成,可减少烟气的NOX处理量。若能和烟气净化过程有机结合,不需投入巨资便可大幅度降低NOX的排放量。因此,这也是今后NOX控制技术发展的方向之一。为了减少燃煤锅炉烟气中氮氧化物对大气的污染,一方面要改进锅炉燃烧技术抑制其生成,另一方面要加强对锅炉排烟中氮氧化物的净化治理。目前,国内外已开发了多种脱硝工艺,评价各种工艺应从氮氧化物净化率,装置成本,运行费用以及副产物处理和二次污染等多方面综合评价。在这方面,国外技术开发较早,已积累了丰富经验,适当引进国外技术是必要的,但最终必须实现国产化。针对我国国情,特别是经济承受能力,选用何种控制技术,应因地制宜,充分利用当地资源,做到经济上可行、技术成熟,运行可靠。

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