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锅炉烟气氮氧化物控制技术 摘要：氮氧化物（NOX）是造成大气污染的主要污染物之一，随着经济发展，我国氮氧化物的排放量也在逐年增加，锅炉烟气氮氧化物控制技术研究近年来已经成为一个热门话题，本文主要介绍了锅炉烟气氮氧化物的产生途径以及近年来国内外应用和正在研究开发的一些锅炉烟气氮氧化物控制和脱除技术，指出了烟气脱氮的现状及发展方向。 关键字：氮氧化物；锅炉烟气；控制脱除； 1 前言 氮氧化物的排放量中70％来自于煤炭的直接燃烧，燃烧过程中产生的氮氧化物主要是NO和NO2 (被通称为NOx)，在绝大多数燃烧方式中，产生的NO占9o％ 以上，其余为NO2。总体上我国氮氧化物排放量随着火电行业的发展呈不断增长的趋势，2007年我国火电NOx排放量为 838.3万吨，比2003年的597.3万吨增加近了40.3％，相对于我国火电的总装机容量和煤耗量而言，NOx排放量的增加速率还是小于我国火电总装机容量和煤耗量的增长率，但是按燃煤电厂目前的排放情况，如果只控制了SO2的排放，而不采取有效的烟气脱硝技术控制NOx 的排放，2010年以后的5-10年，NOx排放总量将会超过SO2，成为电力行业的第一大酸性气体污染排放物。 目前，控制氮氧化物排放的方法分为两大类： ①低NOx燃烧技术--在燃烧过程中控制氮氧化物的生成；②烟气脱硝技术--使生成后的氮氧化物还原。 2 燃烧过程中NOX的主要生成途径 燃烧过程生成的NOX主要有热力型、燃料型及快速型3种，其中燃料型NO 占总生成量的60％一80％ ，最高可达90％，热力型NOX在温度足够高时可 达20％，快速型NOX占的比例最小 。 燃料型NOX是燃料中的含氮化合物在燃烧过程中热分解后氧化而成的。由于煤中含氮有机化合物的C—N较空气中N≡N的键能小得多，更易形成NO。燃料中的有机氮首先被热分解成HCN、NH3及CN等中间产物随挥发分一起析出，即所谓挥发分N，然后再被氧化成NO。在通常的燃烧温度1 200一l 350℃，燃料中70％ 90％的氮成为挥发分N，由此形成的N0 占燃料型NO 的60％ 一80％ 。 热力型NOX是由空气中的氮气高温氧化而成。NOX的生成与氧原子的存在成正比，反应速度随温度的升高而加速，当煤粉炉中的温度升至1 600℃时，热力型NOX可占到炉内NOX总量的25％ 一30％，这就是液态排渣炉的NOX固态排渣炉高的原因。对固态排渣炉，应尽可能地缩短烟气在高温区的停留时间，以抑制热力型NOX的生成。 3 影响NOx生成与排放的因素 燃烧过程中NO 的生成量和排放量与燃烧方式、燃烧条件密切相关，主要影响因素有： (1)煤种的特性。如煤的含氮量、挥发分以及固定碳与挥发分的比例； (2)燃烧温度：锅炉内温度低，NOX量少； (3)过剩空气系数(a)； (4)反应区烟气的组成。即烟气中O2、N2、NHi、CHi、CO及C的含量； (5)燃料与燃烧产物在火焰高温区的停留时间，停留时间短，NOX量少。 其中燃烧温度和a是主要影响因素。4 燃烧过程中NOX的控制技术 4 低氮燃烧技术及其原理 4.1 空气分级燃烧 4.1.1 基本技术原理 空气分级燃烧是目前国内外普遍采用的、比较成熟的低NOX燃烧技术。不同制造厂家所采用的空气分级燃烧锅炉结构形式多种多样，但它们的基本原理大致相同，无论是前后墙布置还是切向燃烧锅炉，在进行了空气分级燃烧之后都可使NOX的排放浓度降低30％左右。空气分级燃烧的原理是将燃烧过程分阶段进行，首先将从主燃烧器供入炉膛的空气减少到总燃烧空气量的70％ 一75％，相当于理论空气量的80％，此时的a1，使燃料先在缺氧条件下燃烧，在还原性气氛中降低NOX生成速率。完全燃烧所需要的其余空气量则通过布置在主燃烧器上方的空气喷口“火上风”送人炉膛，与一级燃烧区所产生的烟气混合，最终在a1的条件下完成全部燃烧过程。 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损失。同时，煤粉炉一级燃烧区内的还原性气氛将导致灰熔点降低而引起结渣和受热面腐蚀。 4.1.2 影响因素及其范围 (1)一级燃烧区过剩空气系数(a1)的影响 为了有效控制NOX的生成量，应正确选择a1，当a1为0.8时，NOX的生成量较a1为1.2左右时降低50％，而且此时的燃烧工况也稳定。当a1下降至0.8以下，虽然可进一步减少NOx的生成，但烟气中HCN、NH3和煤中的焦炭N的含量也会随之增加，继而在二级燃烧区(燃尽区)氧化成NO，使总的NOX排放量增加。因此，a1一般不低于0.7。对于具体的燃烧设备和煤种，a值应通过试验确定。 （2）温度的影响 有人通过实验得到了挥发分为32.4%、含氮1.