水泥炉窑NOx排放控制技术(水泥脱硝）探讨
何洪1，王洪兵2，李坚1，梁文俊1
1 北京工业大学环境与能源工程学院，北京100124，中国
2 北京方信立华科技有限公司，北京101102，中国
摘要：本文论述了水泥行业NOx污染排放的现状和排放标准的发展，总结了SNCR和SCR的技术特点、研发和工程应用现状。SNCR技术具有投资少和环境效益高的特点，而SCR技术的脱硝效率可以高达90％以上，并且具有不干扰水泥生产过程的优点，可以满足将来更严格的水泥炉窑排放标准。低温SCR 催化剂为水泥炉窑的脱硝工艺提供了多样性，具有反应温度低，适用范围广和节能等优势，需要进一步的技术开发，可能成为水泥炉窑脱硝的主流技术。
关键词：水泥炉窑；脱硝；SNCR； SCR。
随着社会的发展，环境保护工作日益得到各国政府和人民的高度重视，其中，大气环境质量是我们更加关注的问题，在过去的十年中，我国的SO2排放得到了广泛的治理和有效的控制。而NOx污染排放控制的工作在我国方兴未艾，“十二五”期间，NOx首次被列入约束性指标体系，排放总量要削减10%。NOx的主要排放源为电站锅炉、机动车，工业锅炉、酸洗工艺过程和各种工业窑炉。而在我国，水泥行业NOx的排放量已是居火力发电、汽车尾气排放之后的第三排放大户。NOx已成水泥行业主要废气污染物，排污费占企业排污费总额八成以上。
目前，我国拥有水泥企业近5000家，产量已连续多年位居世界首位。2010年全国累计水泥总产量18.7亿吨，其中，新型干法水泥比重达到80%。根据国家发改委的统计，截至2010年年底，采用国内技术和装备建设的新型干法水泥生产线已经达1300多条，日产4000吨以上的水泥生产线占60%左右，总计800多条生产线。如此之大的产业规模使水泥行业NOx排放对全国NOx排放贡献率达到12～15％。水泥炉窑内的烧结温度高、过剩空气量大、 NOx 排放浓度高且灰量大使其脱硝工程面临着艰巨的挑战。
目前，用于水泥炉窑 NOx 排放控制的技术有火焰冷却、低氮燃烧器、分段燃烧、添加矿化剂、选择性非催化还原技术(SNCR)和选择性催化还原技术(SCR)。火焰冷却、低氮燃烧器、分段燃烧、添加矿化剂等技术是炉内燃烧控制技术，采用这些措施后, 水泥炉窑的NOx排放控制水平可以达到200～500
mg/Nm3。SNCR技术是在水泥炉窑内喷射还原剂，可以降低30～50％的NOx排放，但是，要进一步降低NOx排放，SCR技术是唯一的选择，SCR 技术可以控制水泥炉窑的NOx排放达到 100～200 mg/Nm3, 可以满足更严格的排放标准。
一，水泥行业排放现状和标准的发展。
从我国水泥工业NOx控制技术的使用情况来看，除一些水泥窑采用了低氮燃烧器设计，以及部分新型干法窑通过控制分解炉产生还原性气氛削减NOx 排放外，基本未采取任何控制措施。德国近30年的监测结果显示回转窑废气中NOx排放浓度大约在300 ～ 2200 mg/Nm3。而国内运行的新型干法水泥窑NOx排放浓度尚缺乏系统的统计数据，根据一些不完全的监测数据显示，大约在800 ～ 1600 mg/Nm3左右, 也有一些数据报道水泥炉窑平均排放浓度为500 ～800 mg/Nm3。
我国在1985年颁布了第一个水泥行业环保标准，即《水泥工业污染物排放标准》（GB4915-85)，1996年对该标准进行第一次修订，并更名为《水泥厂大气污染物排放标准》(GB4915-1996)。在GB4915－85标准中，没有对水泥炉窑的NOx排放提出限制，而GB4915-1996标准明确规定了水泥厂允许排放NOx的排放限值。2004年国家颁布了新的《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2004)，该标准对已建和新建水泥厂的排放要求没有区分，NOx排放限值和GB4915-1996标准规定的水泥炉窑NOx排放限值一样，即为800 mg/Nm3。和《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2011)相比, 该限值远远高于火电厂大气污染物排放限值（100 ～ 200 mg/Nm3)。预计随着国家对NOx排放控制日益严格和脱硝技术的发展，水泥行业的NOx排放标准将趋于更加严格。
二， SNCR脱硝技术
选择性非催化还原法( Selective non- Catalytic Reduction, SNCR) 是向水泥窑中喷氨或尿素等含有NH3基的还原剂，在高温( 900~1100 °C)和没有催化剂的情况下，通过烟道气流中产生的氨自由基与NOx反应，把NOx还原成N2和H2O。在SNCR反应中，部分还原剂将与烟气中的O2发生氧化反应生成CO2和H2O，因此还原剂消耗量较大。SNCR工艺的主要反应如下：
4NO+4NH3+O2→ 4N2 +6H2O
2NO2+4NH3+O2→ 3N2 +6H2O
目前的趋势是尿素代替NH3作为还原剂，使得操作系统更加安全可靠。一般来讲，SNCR技术对NOx的去除率要低于SCR技术，但是SNCR的设备投资少，制备成本低。
因为没有催化剂提高NOx还原反应速率，所以SNCR反应的温度窗口就凸显重要。在高温的情况下，会发生NH3的氧化竞争反应，产生额外的NOx，在低温的情况下，NOx的还原速率过低，导致净化效率下降和NH3的逃逸，而在烟气中添加H2可以促进SNCR反应，使其反应温度可以降低到 700 °C[1], 但是，如果烟道气中有高浓度的SO2，将干扰这个反应。在通常的水泥回转窑中，合适的温度窗口在炉窑的中部，但是，由于回转窑需要旋转，所以喷射NH3或尿素还原剂是非常困难的。美国Fuel Tech公司发明了直接将固体还原剂（尿素）喷射到水泥窑的方法，但是该法的实际应用效果还在评价过程中。
SNCR 技术的脱硝效率取决于温度、O2含量、CO含量、停留时间以及烟道气中NOx和NH3的含量。当NH3/NOx比值是1 1.5时，NOx排放的净化率可以达到60~80％。但是如果NH3/NOx比值过高，将引起NH3气的排放。文献报道［2］NH3作为还原剂时，SNCR的最佳反应是950 o C，如果使用尿素作为还原剂时，SNCR的最佳反应温度为1000o C, 无论如何，使用NH3作还原剂时，脱硝效率会高一点。SNCR水泥窑脱硝技术在欧洲，尤其时在德国，得到了很广泛的应用。例如，2006年ERG公司的报告中指出，按照欧盟IPPC指令，SNCR工艺是目前可用于水泥工业回转窑上的脱硝技术，在2006年之前，在欧洲至少有18个水泥窑采用了SNCR脱销技术，其中15座在德国，2座在瑞典，一座在瑞士。在这些工程中还原剂多为浓度为25％的氨水，NH3/NOx比值为0.5～0.9, 脱硝效率为10～50％。瑞典的两座干法回转水泥窑在安装SNCR装置之后，在NH3/NOx比值为1.0～1.2的条件下，脱硝效率达到80～85％，究其原因是采用了多点喷射技术（12个点），使反应有足够的时间发生。在北美地区，在2006年之前，至少有9家水泥窑采用了SNCR技术。最早的先行者是Fuel Tech 公司，该公司发明了NOxOUT? 技术，1993年在西雅图，1994年在南加州,1 998年在爱荷华就使用了水泥窑脱硝NOxOUT?技术。
综上所述，在国际上SNCR技术在水泥炉窑脱硝的应用得到了比较深入和广泛的研究，并且有了大量的工程应用示范。在国内水泥炉窑脱硝的SNCR
技术还没有得到深入的研究，也少有成功的工程经验。
三，SCR 脱硝技术
选择性催化还原法( Selective Catalytic Reduction, SCR)是工业上应用最广的一种脱硝技术，可应用于电站锅炉、工业锅炉和垃圾焚烧等燃烧设备的NOx 排放控制，理想状态下，可使NOx 的脱除率达90%以上， 是目前能找到的最好的固定源NOx 治理的技术。此法的原理为：使用适当的催化剂，在一定条件下，用氨作为催化反应的还原剂，使NOx 转化为无害的氮气和水蒸气。反应如下：
4NO+4NH 3+O 2 → 4N 2 +6H 2O
2NO 2+4NH 3+O 2 → 3N 2 +6H 2O
SCR 催化剂的组成一般为V 2O 5-MoO 3(或WO 3)/TiO 2, 其物理外形有蜂窝式，板式和波纹板式结构（图-1）, 在实际工程中需要根据烟道气的流量，污染物浓
度和含灰量确定整体催化剂的
结构以及孔道尺寸。 以分子筛
为主要组分的SCR 催化剂可以
用于较高的温度条件，该类催
化剂主要是将活性组分负载到
堇青石蜂窝载体上， 目前， 分
子筛基SCR 催化剂主要用于柴
油发动机的NOx 排放控制。
SCR 脱销反应温度一般为300～450 o C, 在没有预热器的情况下， 该温度一般高于水泥炉窑的烟道气温度，尤其在余热锅炉和布袋除尘器之后，此时， 需要对烟道气进行加热。在NH 3/NOx 比值为1.05～1.11的情况下， SCR 技术的NOx 净化率可以达到80～90％，NH 3的逃逸率小于10 ppm 。水泥炉窑SCR 技术的脱硝效率主要取决于反应温度、反应空速、NH 3/NOx 比值和烟气、催化剂床层的停留时间以及气流分布。
在水泥行业，可以考虑两种基本的SCR 工艺系统：低尘工艺和高尘工艺，前者安装在除尘器之后，需要对烟气重新加热，该工艺投资较大。高尘工艺投资较少，但是需要解决比较复杂的技术问题。 图-1板式（左）和蜂窝式（右）SCR 催化剂
SCR脱硝技术适合用于带有预热器的干式水泥回转窑，但是，必须慎重设计SCR系统以防止催化剂中毒和堵塞。对于一个带有预热系统的干法水泥窑的
图-2 水泥窑SCR系统工艺和工程照片
典型设计是将SCR系统安装在预热旋风器的下游的滚筒磨之前（图-2），在预热旋风器出口温度大约为320 °C, 可以满足SCR系统的需要。
SCR脱硝系统用于水泥窑的尾气排放控制具有很多的优势，首先像在电站锅炉上应用一样，可以提供90％以上的NOx净化效率，实践证明SCR系统也可以用于具有很高灰份量的烟道气处理。其次，SCR是end-of-pipe技术，对于干法水泥窑来说，SCR系统可以安装到水泥回转窑，预热器和旋风器之后，因此，它不干扰水泥生产的制造过程，而SNCR则需要在水泥烧制过程中进行。最后，SCR技术可以使用尿素作为还原剂，而不是使用运输和储存都不方便的NH3。
2006年，在意大利的Cementeria di Monselice 成功安装并运行了高尘 SCR 设备，表-1给出了最初六周的运行结果。从表-1中，我们可以知道该SCR系统具有高达95％的NOx去除率，烟道排放气中的NOx浓度可以低至75 mg/Nm3, 每吨水泥的NOx产率低于0.2lb，系统的压力降小于5毫巴，NH3的逃逸小于1 mg/Nm3。在该催化剂系统中，催化剂床层采用5备一用设计，催化剂为V2O5/TiO2整体蜂窝，蜂窝孔道直径为11.9 mm，催化剂体积为105.3 立米，NOx 催化净化反应空速约为1000 h-1。
表-1 Monselice 水泥窑SCR 系统运行参数和结果（2006年）
一般来讲，SCR 脱硝技术可保证水泥窑NOx 排放浓度降到100 ～ 200 mg/Nm 3，NOx 减排效果高达85～95%，而且其减排性能不会像SNCR 那样受到水泥窑规格大型化的影响。但是，SCR 需要使用价格较贵的催化剂，而且由于水泥企业废气的粉尘浓度很高，碱金属含量较高，易使催化剂中毒和堵塞， 因此， 我国迫切需要开展相关的工程性研究，取得SCR 技术在水泥窑脱硝工程上的经验，提高我国水泥窑NOx 排放控制水平。
最近几年， 我国加强了对SCR 催化剂制造技术和工程应用技术的研究，
针对我国NOx 排放源（工业窑炉，工业锅炉，冶金烧结炉和石化裂解炉等）的复杂
情况以及烟气温度的不同，低温SCR 催化剂及其工程技术的研发受到广泛的重视，亦取得了令人瞩目的研究成
果。例如， 北京工业大学经
过几年的深入研究，开发出了工作温度区间为160－400
脱硝效率/%测试温度/℃
图-4. 低温SCR 催化剂活性（北京工业大学）
o C SCR催化剂，一般的SCR催化剂工作温度为300－400o C, 而北京工业大学的SCR催化剂给了在脱硝工艺和设备上更多选择的可能性。当然，尽管该催化剂具有优异的低温催化活性，可以在不同的温度区安排催化剂床层，在设备选型和能量利用等方面具有明显的优势，但是，要将该SCR催化剂应用于水泥窑NOx排放控制，还需要深入的研究，尤其需要对水泥窑SCR控制工艺进行工程应用的开发。
四，结论
水泥窑的尾气排放对大气NOx污染的贡献仅次于电力行业和机动车尾气排放，要完成“十二五”期间国家的NOx减排指标，需要严格控制水泥窑的NOx 排放，随着新型干法水泥技术的发展和环保标准的提高，SNCR和SCR脱硝将会成为主流技术。SNCR技术具有投资少、环境效益高的特点，而SCR技术具有更高的NOx排放净化效率，是满足更严格环保标准的唯一的技术选择。低温SCR 催化剂的开发成功为水泥炉窑脱硝提供了更多的工艺上的选择和可能。在“十二五”期间，我国应加强水泥行业NOx减排适用技术的推广和应用，根据水泥窑的现状和特性，推进烟气脱硝示范工程建设。
参考文献：
1.Haas, G.A. Selective Noncatalytic Reduction (SNCR): Experience with the
Exxon Thermal DeNOX Process. Presented at the NOX Control V Conference.
Council of Industrial Boiler Owners. Long Beach, CA. February 10-11, 1992
2.Campbell, L.M., D.K. Stone, and G.S. Shareef. Sourcebook: NOX Control
Technology Data. U.S. EPA, Air and Energy Engineering Research
Laboratory. EPA-600/2-91-029. July 1991.
船用柴油机氮氧化物排放控制技术规则修正案MEPC 58/23/Add.1 船用柴油机氮氧化物排放控制技术规则修正案 (2008年氮氧化物技术规则) 引言 前言 1997年9月26日，《经1978年议定书修正的〈1973年国际防止船舶造成污染公约〉》(MARPOL 73/78)当事国大会以大会决议2通过了《船用柴油机氮氧化物排放控制技术规则》(《氮氧化物技术规则》)。《防污公约》附则VI,《防止船舶造成空气污染规则》于2005年5月19日生效后，该附则第13条适用的所有船用柴油机都必须符合本规则的规定。2005年7月，环保会第53届会议同意修订《防污公约》附则VI和《氮氧化物技术规则》。2008年10月，环保会第58届会议完成了审议，本《氮氧化物技术规则》(以下简称本规则)就是该过程取得的结果。 作为一般性的背景信息，在燃烧过程中形成氮氧化物的先决条件是氮和氧。这些成分一起构成柴油机吸入空气的99,。在燃烧过程中氧气将被消耗，多余氧气的数量是空气/燃料比的函数，柴油机在此情况下运转。氮在燃烧过程中大多未起反应;但有很小一部分将被氧化形成多种形式的氮氧化物。能够形成的氮氧化物(NO)包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO)，其总量主要是火焰或燃烧温X2 度的函数，以及存在于燃料中有机氮(如果存在)数量的函数，氮氧化物的形成还是氮和多余氧气在柴油机燃烧过程中暴露在高温下时间的函数。换句话说，燃烧温度愈高(如高峰值压力、高压缩比、高供油比率等)，所形成的氮氧化物总量就越大。通常低速柴油机所形成的氮氧化物量比高速机要大。氮氧化物能引起酸化，形成对流层臭氧，营养富集等不良环境影响，对全球人类健康造成危害。
氮氧化物排放控制原理及新技术 李俊华，陈亮，常化振，郝吉明清华大学环境科学与工程系 (通讯地址：清华大学环境系，100084，Tel：62771093，email：lijunhua@https://www.doczj.com/doc/9b6799977.html,) 摘要：NOx排放量逐年增加，造成区域酸沉降趋势不断恶化，大气中二次颗粒物臭氧（O3）和微细可吸入颗粒物（PM2.5）居高难下，严重影响人体健康和生态环境质量。本文介绍了我国NOx排放趋势,重点讨论了NOx控制原理及关键控制技术的研究进展。基于目前烟气脱硝技术存在的问题，提出了脱硝催化剂原材料和制备工艺国产化、针对我国不同煤种研究催化剂适应性的问题，以及下一步燃煤烟气协同污染控制最新研究方向。 关键词：氮氧化物，燃煤烟气，稀燃汽车，排放，脱硝催化剂，协同控制 1我国NOx排放现状 《国家环境保护“十一五”规划》提出确保实现SO2减排目标，实施燃煤电厂脱硫工程，实施酸雨和SO2污染防治规划，重点控制高架源的SO2和NOx排放，综合改善城市空气环境质量。随着“十一五”期间对电厂实施烟气脱硫效果明显，大气SO2浓度及硫沉降均有所下降。但NOx作为一类主要的大气污染物，在我国其排放量仍在增加，不仅对人体健康造成直接危害，同时也不仅会造成空气中NO2浓度的增加、区域酸沉降趋势不断恶化，还会使对流层O3浓度增加，并在空气中形成微细颗粒物（PM），影响大气环境质量[1,2]。 我国以煤为主的能源结构和发电结构，使得燃煤成为NOx的最大来源，全国NOx排放量的67%来自煤炭燃烧，其中燃煤电厂是NOx排放的最大分担者。2007年全国NOx排放量为1643.4万吨，工业排放NOx1261.3万吨，其中火电厂排放811万吨，占全国NOx排放量的49.4%，占工业NOx排放的64.3%[3]。今年NOx排放量将达到1800万吨，未来若无控制措施，NOx排放在2020年将达到3000万吨以上，届时我国将成为世界上第一大NOx排放国，污染将进一步加重，污染进一步加重。我国于2004年1月1日起执行的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223—2003），将新建燃煤电厂的氮氧化物的排放浓度控制在450mg/Nm3。对于氮氧化物污染严重和环境容量有限的经济发达地区，当地政府提出了更高的排放要求，如北京为了迎接2008年奥运会，将NOx排放标准严格到100mg/Nm3。因此针对重点源开展NOx排放控制原理及新技术的研究变得十分必要和迫切。 2固定源烟气NOx排放控制原理及技术
工业锅炉NOx控制技术指南 （试行） 环境保护部华南环境科学研究所
目次 1 适用范围 (1) 2 引用文件 (1) 3 术语和定义 (1) 3.1工业锅炉INDUSTRIAL BOILER (1) 3.2氮氧化物NITROGEN OXIDES,NO X (1) 3.3控制技术CONTROL TECHNOLOGY (1) 4 工业锅炉氮氧化物排放特性 (1) 5 氮氧化物控制技术 (2) 5.1低氮燃烧技术 (2) 5.2选择性非催化还原脱硝技术 (3) 5.3选择性催化还原脱硝技术 (6) 5.4化学吸收技术 (9) 5.5组合技术 (10) 6 控制技术选用建议 (10) ii
1 适用范围 本指南适用于以煤、油和气为燃料，单台出力10~65 t/h的蒸汽锅炉、各种容量的热水锅炉及有机热载体锅炉；各种容量的层燃炉、抛煤机炉。 使用型煤、水煤浆、煤矸石、石油焦、油页岩、生物质成型燃料等的锅炉，参照本指南。 本指南不适用于以生活垃圾、危险废物为燃料的锅炉。 2 引用文件 下列文件中的条款通过本指南的引用而成为本指南的条款。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本指南。 GB 13271 锅炉大气污染物排放标准 HJ 462 工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范 HJ 562 火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性催化还原法 HJ 563 火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性非催化还原法 DB44/765 广东省地方标准锅炉大气污染物排放标准 3 术语和定义 3.1 工业锅炉industrial boiler 指提供蒸汽或热水以满足生产工艺、动力以及采暖等需要的锅炉。 3.2 氮氧化物nitrogen oxides, NOx 指由氮、氧两种元素组成的化合物。工业锅炉烟气中的氮氧化物主要为一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）两种。 3.3 控制技术control technology 针对生活、生产过程中产生的各种环境问题，为减少污染物的排放，从整体上实现高水平环境保护所采用的与某一时期的技术、经济发展水平和环境管理要求相适应，在公共基础设施和工业部门得到应用的，适用于不同应用条件的一项或多项改进、可行的污染防治工艺和技术。 4 工业锅炉氮氧化物排放特性 工业锅炉排放的氮氧化物（NOx）来自燃料燃烧过程，主要类型包括：空气中的氮气在高温下被氧 1
船用柴油机氮氧化物排放控制技术规则修正案 (2008年氮氧化物技术规则) 引言 前言 1997年9月26日，《经1978年议定书修正的〈1973年国际防止船舶造成污染公约〉》(MARPOL 73/78)当事国大会以大会决议2通过了《船用柴油机氮氧化物排放控制技术规则》(《氮氧化物技术规则》)。《防污公约》附则VI－《防止船舶造成空气污染规则》于2005年5月19日生效后，该附则第13条适用的所有船用柴油机都必须符合本规则的规定。2005年7月，环保会第53届会议同意修订《防污公约》附则VI和《氮氧化物技术规则》。2008年10月，环保会第58届会议完成了审议，本《氮氧化物技术规则》(以下简称本规则)就是该过程取得的结果。 作为一般性的背景信息，在燃烧过程中形成氮氧化物的先决条件是氮和氧。这些成分一起构成柴油机吸入空气的99％。在燃烧过程中氧气将被消耗，多余氧气的数量是空气/燃料比的函数，柴油机在此情况下运转。氮在燃烧过程中大多未起反应；但有很小一部分将被氧化形成多种形式的氮氧化物。能够形成的氮氧化物(NO X)包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，其总量主要是火焰或燃烧温度的函数，以及存在于燃料中有机氮(如果存在)数量的函数，氮氧化物的形成还是氮和多余氧气在柴油机燃烧过程中暴露在高温下时间的函数。换句话说，燃烧温度愈高(如高峰值压力、高压缩比、高供油比率等)，所形成的氮氧化物总量就越大。通常低速柴油机所形成的氮氧化物量比高速机要大。氮氧化物能引起酸化，形成对流层臭氧，营养富集等不良环境影响，对全球人类健康造成危害。 本规则旨在为船用柴油机试验、检验和发证规定强制性程序，以使柴油机制造厂、船东和主管机关能够确保所有适用的船用柴油机符合附则VI第13条规定的关于氮氧化物排放限值。在制定一系列简单实用的要求(其中对确保符合氮氧化物排放允许值的措施作了定义)时，已认识到精确制定船用柴油机实际加权平均氮氧化物排放量的困难。 鼓励主管机关在适当受控条件下能进行精确试验的试验台上，对船用推进系统和辅柴油机的排放性能进行评估。本规则的一个重要特点就是在这个初始阶段确保符合附则VI第13条。其后的船上试验将不可避免地受限于范围和精确度两方面，其目的应为推理或推断排放性能和证实柴油机的安装、操作和维护遵循了制造厂的规范，以及任何调整或改装没有偏离制造厂初次试验和发证确立的排放性能。
浅谈空气中的氮氧化物的污染及其治理 摘 要 氮氧化物是只由氮、氧两种元素组成的化合物，包括氧化二氮，一氧化氮，三氧化二氮，二氧化氮，四氧化二氮，五氧化二氮。氮氧化物是大气的主要污染物之一, 是治理大气污染的一大难题。本文介绍了氮氧化物的来源以及治理氮氧 化物的主要方法,分析了这些方法处理氮氧化物的优点或缺点,并预测未来处理氮氧化物方法的发展趋势。 关键词 氮氧化物 产生 危害 治理 天然排放的氮氧化物,主要来自土壤和海洋中有机物的分解,属于自然界的氮循环过程。人为活动排放的氮氧化物,大部分来自化石燃料的燃烧过程,如汽车、飞机、内燃机及工业窑炉的燃烧过程；也来自生产、使用硝酸的过程,如氮肥厂、有机中间体厂、有色及黑色金属冶炼厂等。据80年代初估计,全世界每年由于人类活动向大气排放的氮氧化物,约5300万吨。 氮氧化物对环境的损害作用极大,它既是形成酸雨的主要物质之一,也是形成大气中光化学烟雾的重要物质和消耗臭氧的一个重要因子。其危害主要包括: 1.NOx 对人体及动物的致毒作用。NO 对血红蛋白的亲和力非常强，是氧的数十万倍。一旦NO 进入血液中，就从氧化血红蛋白中将氧驱赶出来，与血红蛋白牢固地结合在一起。长时间暴露在NO 环境中较易引起支气管炎和肺气肿等病变。这些毒害作用还会促使早衰、支气管上皮细胞发生淋巴组织增生，甚至是肺癌等症状的产生。 2.对植物的损害作用，氮氧化物对植物的毒性较其它大气污染物要弱，一般不会产生急性伤害，而慢性伤害能抑制植物的生长。危害症状表现为在叶脉间或叶缘出现形状不规则的水渍斑，逐渐坏死，而后干燥变成白色、黄色或黄褐色斑点，逐步扩展到整个叶片。 3.NOx 是形成酸雨、酸雾的主要原因之一。高温燃烧生成的NO 排人大气后大部分转化成NO ，遇水生成HNO 3、HNO 2，并随雨水到达地面，形成酸雨或者酸雾。
燃煤SO2、NOx污染控制技术现状和减排对策 一、燃煤SO2、NOx污染控制技术概况 在我国现有的火电机组中，燃煤机组约占93%，烧煤造成的环境污染已成为制约我国国民经济和社会持续发展的一个重要影响因素。大量原有的和新建的燃煤发电站和大中型燃煤工业锅炉等还是主要采用烟气脱硫等技术及其革新方法，来解决燃煤污染防治问题。 对于我国，减少SO2污染的最经济的方法是：停止燃烧S≥3%的高硫劣质原煤，改用低硫优质煤以及采用燃烧前对原煤洗选，对原煤洗选可脱除原煤所含硫分中约占一半的黄铁矿硫中的40%。它能实用于S≥1%的中、高硫原煤，是投资和运行费用相对减少的技术措施。另外采用燃烧中的脱硫技术，即家庭和工业锅炉中采用掺有脱硫剂的型煤、循环流化床锅炉和煤粉炉炉内喷钙增湿活化技术。目前在技术管理上有可能大幅度减排SO2的技术还是在燃煤量相对集中的大用户（发电厂等）采用燃烧中和燃烧后的烟气脱硫技术。其中，湿法烟气脱硫可除硫95%以上，但是投资费用约占发电厂总投资的12-15%，日常运行费用也较贵。 与NOx相比，SO2排放控制技术经济的可行性好，环境效益大。减小SO2排放的控制措施有洗煤、化学脱硫、煤的气化或液化等燃烧前脱硫，和采用型煤脱硫、流化床燃烧脱硫或炉内喷钙等燃烧中脱硫，以及燃烧后的烟气脱硫。国际上有多种脱硫技术已经工业化，我国业已开展脱硫技术研究多年，特别是电力行业已有一些成功的试点工程。减少NOx排放量可选用控制技术目前在工业上已成功运行的有二类，一类是改进燃烧技术减少燃烧过程NOx的产生量，以采用低氮燃烧技术为宜；另一类是采用氨选择性催化还原法净化燃烧尾气。削减单位NOx排放量所需费用高于SO2，其原材料的来源也较困难。 二、减排对策 减排对策包括清洁煤技术、节能、重点行业SO2排放技术以及SO2排放的经济技术政策。 清洁煤技术是指在煤炭从开发到利用全过程中，旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等新技术。主要包括煤炭洗选、加工（型煤、水煤浆）、转化（煤炭气化、煤炭液化）、先进燃烧技术（常压循环流化床、加压流化床、整体煤气化联合循环、高效低污染燃烧器）、烟气精华（除尘、脱氮）等方面的内容。 清洁煤技术可主要分为煤炭加工和煤炭的高效洁净燃烧技术，煤炭加工包括煤炭洗选、型煤和水煤浆；而煤炭的高效洁净燃烧技术主要指燃煤锅炉的和发电技术，包括循环流化床、增压流化床、煤气化联合循环和煤炭气化。 循环流化床（CFBC） 是目前国外清洁煤技术中一项成熟的技术，且正在向大型化发展，其煤种适应性广，燃烧效率高，且与采用煤粉炉尾部烟气净化装置进行烟道气脱硫相比，它不仅能脱SO2，而且可减少NOx，投资成本和运行费用也比较低。国外目前运行、在建和计划建设的循环流化床技术发电锅炉已达250多台。我国目前循环流化床技术只相当于发达国家八十年代初的水平，在建设75吨/时及以下的小型循环流化床方面有一定的经验，但脱硫、除尘、防磨等配套技术还有待完善。 增压流化床发电技术(PFBC) 该技术由于实现了联合循环，发电技术高于CFBC发电技术。目前瑞典、日本、美国、
燃煤电厂氮氧化物控制技术的综述 摘要：随着社会的发展，工业发展速度加快，大气的污染状况也越来越严重，近几年，由于生产和发展的需要，我国在石油化工、机动车辆的生产上突飞猛进，虽然在一定程度上推动了社会的发展，但对大气环境却造成了比较严重的污染。目前，国际上对大气环境保护越来越重视，声音越来越强烈,我国也出台了些相关的法律法规以保护大气环境。由于氮氧化合物对大气污染影响特别严重并且来源广泛，因此，对大气污染过程中氮氧化物的研究越发迫切。 关键字：氮氧化物、严重、迫切。 Abstract With the development of society, the industrial development speed, the air pollution status also more and more serious, in recent years, due to the production and the need for the development of our country in the petroleum chemical industry, motor vehicle production by leaps and bounds, although in a certain extent by the development of the society, but to atmosphere but caused serious pollution. Now, the atmosphere environment protection pay more and more attention to, the voice is more and more intense, our country also introduced some relevant laws and regulations to protect the air environment. Because of nitric oxide of atmospheric pollution source especially serious influence and widely, therefore, the air pollution in the process of nitrogen oxides more urgent research Keywords: nitrogen oxide 、serious、urgent. 1 大气污染过程中的主要污染物 经调查，大气的污染主要包括氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅、二氧化硫、二氧化碳、微粒、醛类、粉尘、电辐射、噪声等。目前，在工农业生产、开发过程中，氮氧化物的无序排放对环境的影响极大。 2 大气污染过程中氮氧化物的主要来源、生成机理及危害 2．1 大气中氮氧化合物的主要来源 大气污染过程中氮氧化合物主要来自三方面：工业污染、生活污染、交通污染 ①工业污染主要是由于在工业生产过程中(特别是在石油化工企业)燃烧化石燃料而产生的，它主要包括二部分：一是在工艺生产过程中排放的泄漏的气体污染物，如化工厂及煤制气厂；二是在工业生产用的各种锅炉、窑炉排放的污染物；
氮氧化合物的排放现状及标准 我国氮氧化物排放量逐年增加，且以火电厂排放为主，主要城市大气氮氧化物浓度偏高，酸雨正向复合型转变，部分城市灰霾天数逐年增加，氮氧化物排放造成的环境效应日益明显。因此，进一步严格我国火电厂氮氧化物排放标准势在必行，火电厂氮氧化物的排放标准迫切需要尽快修订。要使修订的排放标准科学合理，就不仅需要研究我国的环境状况、技术水平和经济水平，而且需要研究欧美等发达国家的排放标准，借鉴他们的成功经验。 火电厂氮氧化合物的排放现状 据《中国火电厂氮氧化合物的排放控制技术方案》统计，2009年的排放总量已达到860万t，比2003年的597.3万t增加43.9%，占全国排放量的35%~40%。到2020年，我国氮氧化合物排放量将达到1234万t以上，由此可见，火电大气污染排放对生态环境的影响将越来越严重。 我国火电厂NOX排放标准制定概况 我国1991年颁布了《燃煤电厂大气污染物排放标准》(GB13223－1991)，之后历经1996年和2003年两次修订，1996年修订的《火电厂大气污染物排放标准》中对新建1000t/h以上的锅炉(对应300MW机组)规定了NOX的排放浓度要求，对于其他锅炉的NOX排
放没有要求。2003年修订的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223－2003)，则按时段和燃料特性分别规定了燃煤、燃油锅炉的NOX排放限值。无论是1996版还是2003版的标准，对火电厂氮氧化物的控制原则都是基于低氮燃烧技术能达到的排放水平来制订的。 除国家标准之外，个别省级政府还根据当地实际情况，颁布了更为严格的地方性排放标准。除北京、上海要求新、扩、改建火电厂同步建设烟气脱硝装置外，其他省份还是基于低氮燃烧技术的原则，北京还要求已有电厂也安装烟气脱硝装置。 中美欧火电厂NOX排放标准比较 美国从1997年7月9日以后火电厂氮氧化物的排放限值就以绩效标准(Ib/MWh)和单位输入热量的排放(Ib/MBtu)同时给出，2005年2月28日以后新建电厂的排放标准则只有绩效标准，淡化了标准限值与燃煤种类、机组效率之间的关系；而欧洲火电厂的氮氧化物排放标准则是无论是现有电厂还是新建电厂，标准限值也均与燃煤挥发分无关，仅在法国的海外部分地区、葡萄牙的亚速尔群岛和马德拉群岛、西班牙的加纳利群岛等个别区域氮氧化物排放限值与燃煤挥发分有关；我国现行火电厂氮氧化物的排放限值与煤质挥发分密切相关。 无论是美国、欧洲还是中国，对于火电厂氮氧化物控制的早期都是基于低氮燃烧技术的原则，并且随着低氮燃烧技术的发展与应用，氮氧化物的排放限值要求也逐渐变严。美国和欧洲已分别从1997年和200
氮氧化物排放控制原理及新技术 中国环境学会 2011年03月31日 李俊华，陈亮，常化振，郝吉明清华大学环境科学与工程系 (通讯地址：清华大学环境系，100084，Tel：62771093，email：lijunhua@https://www.doczj.com/doc/9b6799977.html,) 摘要：NOx排放量逐年增加，造成区域酸沉降趋势不断恶化，大气中二次颗粒物臭氧（O3）和微细可吸入颗粒物（PM2.5）居高难下，严重影响人体健康和生态环境质量。本文介绍了我国NOx排放趋势,重点讨论了NOx控制原理及关键控制技术的研究进展。基于目前烟气脱硝技术存在的问题，提出了脱硝催化剂原材料和制备工艺国产化、针对我国不同煤种研究催化剂适应性的问题，以及下一步燃煤烟气协同污染控制最新研究方向。 关键词：氮氧化物，燃煤烟气，稀燃汽车，排放，脱硝催化剂，协同控制 1 我国NOx排放现状 《国家环境保护“十一五”规划》提出确保实现SO2减排目标，实施燃煤电厂脱硫工程，实施酸雨和SO2污染防治规划，重点控制高架源的SO2和NOx排放，综合改善城市空气环境质量。随着“十一五”期间对电厂实施烟气脱硫效果明显，大气SO2浓度及硫沉降均有所下降。但NOx作为一类主要的大气污染物，在我国其排放量仍在增加，不仅对人体健康造成直接危害，同时也不仅会造成空气中NO2浓度的增加、区域酸沉降趋势不断恶化，还会使对流层O3浓度增加，并在空气中形成微细颗粒物（PM），影响大气环境质量[1,2]。 我国以煤为主的能源结构和发电结构，使得燃煤成为NOx的最大来源，全国NOx排放量的67%来自煤炭燃烧，其中燃煤电厂是NOx排放的最大分担者。2007年全国NOx排放量为1643.4万吨，工业排放NOx1261.3万吨，其中火电厂排放811万吨，占全国NOx排放量的49.4%，占工业NOx排放的64.3%[3]。今年NOx排放量将达到1800万吨，未来若无控制措施，NOx排放在2020年将达到3000万吨以上，届时我国将成为世界上第一大NOx排放国，污染将进一步加重，污染进一步加重。我国于2004年1月1日起执行的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223—2003），将新建燃煤电厂的氮氧化物的排放浓度控制在450mg/Nm3。对于氮氧化物污染严重和环境容量有限的经济发达地区，当地政府提出了更高的排放要求，如北京为了迎接2008年奥运会，将NOx排放标准严格到100mg/Nm3。因此针对重点源开展NOx排放控制原理及新技术的研究变得十分必要和迫切。
氮氧化物的形成及控制技术 孙铁朦 （中南大学能源科学与工程学院，湖南长沙，410083） 摘要：随着我国经济的快速发展和能源生产与消费量的急速增长，氮氧化物排放量也随之增加。有关研究表明，氮氧化物排放加剧了大气酸沉降、光化学烟雾和城市灰霾的污染。由于氮氧化物可以在大气层中长距离输送，引起的全球性或区域性污染问题也日渐突出。如果对此不加以控制，氮氧化物的持续增加将会明显抵消掉二氧化硫减排所取得的重大环境效益。我国氮氧化物排放控制还处于起步阶段，氮氧化物排放控制技术有待进一步普及，并提出氮氧化物排放治理的一些方法。 关键词：氮氧化物；危害；控制技术。 The formation of nitrogen oxide and control technology Sun tie meng (School of Energy Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China) Abstract: With the rapid growth of China's rapid energy production and consumption,nitrogen oxide emissions have increased. The study showed that nitrogen oxide emissions contribute to atmospheric acid deposition,photochemical smog and urban haze pollution. Due tolong-range transport of nitrogen oxides in the atmosphere which caused by global or regional pollution problems have become increasingly prominent. If this is left unchecked, the continued increase of the nitrogen oxides will be significantly offset by the significant environmental benefits achieved by the sulfur dioxide emission reduction. Due to nitrogen oxides emission reduction program in china is still in its initial stages,nitrogen oxide control technology needs further popularization and provide some methods on nitrogen oxide emission control. Key words:nitrogen oxide;damage:control technology. 1前言 氮氧化物是大气中主要的气态污染物之一，包括多种化合物,如氧化亚氮(N O)、一氧化 2 )、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)等。其中氮(NO)、二氧化氮(NO 2 N2O3、N2O4、N2O5很不稳定,常温下很容易转化成NO和NO2。大气中含量较高的氮氧化物主O、NO和NO2。其中,NO和NO2是大气中主要的氮氧化物。 要包括N 2 自然界中的NOx主要来自雷电,森林草原火灾，氧化大气中的氮和土壤中微生物的消化作用，这些氮氧化物在大气系统中均匀分散,并参加在环境中的氮循环。人类活动产生的氮
氮氧化物生成机理及控制技术 前言：能源与环境是当今社会发展的两大问题，如何文明用能、合理用能已经成为人们越来越关注的话题。在能源的利用中，矿物燃料的燃烧要排放出大量污染物。例如，我国每年排入大气中的87%的SO2、68%的NOx和60%的粉尘均来自于煤的直接燃烧，因此，文明用能、合理用能，发展高效、低污染的清洁煤燃烧技术，降低NOx和SO2的排放量是当前亟待解决的问题。 循环流化床锅炉是最近二十年里发展起来的一种新型燃烧技术，它的主要特点在于燃料及脱硫剂经多次循环、反复地进行低温燃烧和脱硫反应，炉内湍流运动强烈。它不但能达到90%的脱硫效率和与煤粉炉相近的燃烧效率，而且具有燃料适应性广、负荷调节性能好、灰渣易于综合利用等优点。本文对循环流化床锅炉中的NOx生成机制进行深入研究，分析影响NOx浓度的因素，探讨控制NOx 排放量的措施，为循环流化床锅炉的设计、运行提供参考。 1NOx的生成机制 煤燃烧过程中产生的氮氧化物主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），这两者统称为NOx，此外还有少量的氧化二氮（N2O）产生。和SO2的生成机理不同，在煤燃烧过程中氮氧化物的生成量和排放量与煤燃烧方式、特别是燃烧温度和过量空气系数等燃烧条件关系密切。 在煤燃烧过程中，生成的NOx途径有三个： （1）热力型NOx（Thermal NOx），它是空气中的氮气在高温下氧化而生成的。 （2）燃料型NOx（Fuel NOx），它是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而生成的NOx。 （3）快速型NOx（Prompt NOx），它是燃烧时空气中的氮和燃料中的炭氢离子团如CH等反应生成的NOx。其中燃料型NOx是最主要的，它占总生成量的
3.4.9 氮氧化物排放控制 3.4.9.1 控制氮氧化物生成的原理 垃圾焚烧炉产生氮氧化物的大部分是燃料性的氮氧化物，主燃烧区域的氧气浓度对垃圾中氮成分变成氮氧化物的变换率影响很大。 因此，为了控制氮氧化物的生成， 必须降低主燃烧区域的氧气浓度，即把一次风和二次风的送风量降到最低，在和还原气氛最为接近的条件下进行燃烧。 另外，通过减少干燥段的一次风量，使干燥段区域产生大量的氨、一氧化碳、氢、HCN 等还原性气体，去分解主燃烧区域产生的氮氧化物，使其无害化，即自我脱硝。 3.4.9.2 抑制氮氧化物的运行方法 通过炉排自动燃烧控制系统，每次向炉内投入垃圾时，计算出最佳燃烧用空气量、炉排速度等以实现抑制氮氧化物生成的目的。 利用模糊控制系统控制炉温，调整二次风量，在进一步减少氮氧化物的同时，还减少了一氧化碳的排放量。 图3.4-7表示了上述利用燃烧管理法控制氮氧化物生成的概要。 原 理
图3.4-7 利用燃烧管理控制氮氧化物的方法 3.4.9.3进行抑制氮氧化物的燃烧（还原二次燃烧）时，需要注意问题 （1）防止由于空气过剩率的降低而导致炉渣热灼减率的噁化 采用有充分裕量的炉排面积和炉体容量，能够维持高温燃烧、烟气滞留时间长及充分适应垃圾热值的变动，在保持低空气过剩率的抑制氮氧化物生成的焚烧运行时，也能保证稳定而良好的炉渣热灼减率。 （2）防止未燃气体的增加 在干燥区域产生的大量未燃气体进入二次燃烧室，与二次助燃空气充分混合，在二次燃烧室内进行完全燃烧。因此，不会发生由于未然气体的排放而发生的锅炉和烟气处理设备等出现故障及产生二次污染。 3.4.10 NO X 去除工艺的确定 NO X 的去除工艺有选择性催化还原法（SCR ）、选择性非催化还原法（SNCR ）。 （1）选择性催化还原法（SCR ） SCR 是在有催化剂的条件下将NO X 还原成N 2。为了达到SCR 还原反应所需的200℃温度，烟气在进入催化脱氮器之前需要再加热。试验证明SCR 可以 注 意 点 方 法
氮氧化物控制措施技术一览 --------------------------------------- 一、氮氧化物形成之原因 在燃烧过程中形成氮氧化物(以下简称NOx)的机构(mechanism)可分为两类：其一是燃烧空气中大气氮的热稳定(thermal fixation)，产生'热NOx'(thermal NOx)另一是燃料中氮份之转化，产生所谓的'燃料NOx'(fucl NOx)。虽然NOx主要包括NO，NO2和N2O等化合物，但由实验数据显示，发电厂烟囱排出的NOx中，NO占95％以上。 一般而言，使用天然气和轻馏出油做为燃料主要产生'熬NOx'；而残余油和煤则产生'燃料NOx'为主。二、燃烧技术改进降低氮氧化物 由上节之讨论可知，热NOx产生之主因在于温度及停留时间；而燃料NOx之产生较受平衡比φ之影响。因此，在NOx的控制方面可由以下几个原则着手。 (一)减少主火焰区O2量 1.减少氧气量 2.控制燃料与空气之混合 3.在主火焰区采用富燃料(fuel-rich) (二)减少暴露在高温下之时间 1.降低烽焰温度 (1) 排气循环 (2) 注入水或蒸汽 (3) 降低燃烧温度 2.减少在主火焰区的停留时间 (三)基于上述之原则，目前已发展的技术有： 1.阶段燃烧法 2.排气循环法
3.浓淡燃烧法(亦称Bias燃烧法) 4.水或蒸汽注入法 5.低NOx燃烧器 其型式有以下5种 (1) 燃气PM燃烧器 (2) 燃油PM燃烧器 (3) 燃煤PM燃烧器 (4) SE燃烧器 (5) PG-DRB燃烧器 三、'烟气处理'降低氮氧化物 燃烧控制技术NOx去除率有其一定的限制，如低NOx燃烧器的制造厂商，保证其燃烧器应用在燃煤锅炉可达250ppm之NOx的排放量。若在NOx之排放标准要求更加严格的情况下，势必要采取烟气处理(Flue gas treatment)。以下将介绍几种目前常用的烟气处理设备。 (一)选择无触媒还原(Selective Non-Catalytic，以下简称SNR)法 原理： SNR法又称高热脱硝(Thermal De-NOx)法，它是利用注入NH3的烟气中的NO反应成N2和H2O；此一反应必须在高温下进行。其反应式如下： 4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O (1) 4NH3+5O2→4NO+6H2O (2) 反应式(1)发生的反应温度在1070～1270°K；而反应式(2)则发生在1370°K以上的温度。所以，SNR法的温度控制必须在1200～1300°K之间。 (二)选择触媒还原(Selective Catalytic Reduction，以下简称SCR)法 原理：
氮氧化物如何控制 安阳广源能源生物质能热电有限公司是燃烧生物质能原料的电厂，锅炉使用江西江联重工公司生产的高低差速流化床，锅炉采用单汽包、自然循环,4点侧墙给料,床上点火方式。这种锅炉采用低温燃烧——炉膛温度控制在900℃左右，高低差速循环流化床设计的低温燃烧和分段供风两大特点，可以显著地降低NOx 排放量。 而在目前工况下，新的排放标准将NOx规定为200mg/m3,我公司目前运行的工况经常超标，除了燃料的变化以外，我们要着重从运行操作上来进行调整。 结合我们公司的设备及燃料情况，我谈下自己的见解，请大家讨论，共同学习，以便使我们的指标能够合格。 氮氧化物主要以NO、N0 2、N 2 O、N 2 3 、N 2 4 、N 2 5 等形式出现，统称为NOx 1. NOx的生成及控制 NOx大多在各种燃料的燃烧过程中产生的，其中NO约占NOx总量的90%-95%，燃料燃烧中生成的NOx主要有“热力型”和“燃料型”两种: “热力型NOx”----由空气中的氮气在高温下与氧化合而成。 “燃料型NOx”--由燃料中的化学氮在挥发分析出中成离子状态与高浓度氧化合而成。 2. 空气中氮气的含量为78%，“热力型NOx”的来源主要就是空气，产生的主要条件是高的燃烧温度使氮分子游离，增强了化学活性，其次是高的氧浓度。要减少“热力型NOx”的生成，可采取以下措施: (1)减少燃烧最高温度区域范围。 (2)降低锅炉燃烧的峰值温度。 (3)降低燃烧的过量空气系数和局部氧浓度。 3.“燃料型NOx”是燃料内含氮在燃烧过程中成离子析出与含氧物质反应形成NOx，或与含氮物质反应又成氮分子。燃料中氮并非全部转变为NOx，它存在一个转换率，可采取以下措施降低此转换率，控制NOx排放总量。 (1)减少燃烧的过量空气系数; (2)控制燃料与空气的前期混合; (3)提高入炉的局部燃料浓度。 通俗的讲，烟气里面的NOx，一般就是指NO，NO 2 ，这种化合物主要来源有两 个，一个是高温时空气中的N 2和O 2 发生反应产生的;一个是燃料里的N元素，燃 烧时产生的。所以我认为目前条件下，我们的锅炉床温不高于900℃，那么最简便和有效的措施就是控制过量空气系数了。 所谓过量空气系数就是燃料燃烧时实际供给的空气量与理论空气量之比，它的计算方法： 过量空气系数α≈21/(21-O2)。 21就是空气中氧气的含量为21%，O 2 就是我们测的氧量值。
氮氧化物对环境的危害以及污染控制技术 ℃时几乎没有热力型NOX,只有当燃烧温度超过1600℃时,热力型NOX才可能占到25~30%。对于常规燃烧设备,NOX的燃烧控制主要是通过降低燃料型NOX而实现的。 机动车排放的NOX也是不可忽视的排放源,机动车排放的NOX主要是热力型NOX和燃料型NOX。 1.低NOx燃烧技术 凡通过改变燃烧条件来抑制NOx生成或破坏已生成的NOx达到减少NOx排放的技术称为低NOX燃烧技术。它包括低过量空气燃烧.二段燃烧和烟气再循环。在各种NOx污染控制技术中,低NOX燃烧技术是应用最广.相对简单.经济有效的方法。 (1)低过量空气系数运行技术 NOx排放量随着炉内空气量的增加而增加,锅炉采用低空气过量系数运行,不仅可以降低NOx排放,而且能够减少锅炉热损失,提高锅炉热效率。但有可能导致CO.碳氢化合物 /h1 和炭黑等污染物以及飞灰中可燃物质量的增加,从而使燃烧效率下降。因此,在确定空气过剩系数时必须同时满足锅炉热效率.燃烧效率及降低NOX等要求。
(2)二段燃烧技术 二段燃烧技术是在两段燃烧装置中,燃料在接近理论空气量下燃烧。燃烧所用的空气分两次通入,亦即燃烧分两段进行。第一段通入的空气约占总空气量的80%~95%,燃烧在富燃烧贫氧条件下进行,形成低氧燃烧区,火焰温度低,因而抑制了NOx的生成。第二段将其余的空气从温度较低的区域送入,使第一段剩余的不完全燃烧产物CO.碳氢化合物得到完全燃烧。在二次空气供入后,虽然氧过剩,但由于烟气温度较低而限制了NOx的生成量。采用两段燃烧,避免了在高温.高氧条件下的燃烧状况,因而NOx的生成量可大降低。 (3)烟气再循环技术 对烟气进行再循环是减少NOx形成的很有效的方法。其原理为:部分冷却了的烟气再循环被送回到燃烧区,起到降低氧浓度和燃烧区温度的作用,达到减少NO生成的目的。烟气的循环率在25%~40%的范围内最为适宜,NOx的抑制效果最佳。
氮氧化物控制技术小结 在火电机组排放的多种大气污染物中，氮氧化物是最近三十多年来受到世界极大关注的一种污染物。氮氧化物的排放对人体的致毒作用、对植物的损害以及对酸雨和光化学烟雾的形成、对臭氧层的破坏中所起的作用已经得到了科学的证明。有关NO x的治理方法有几十种之多，这些方法大体上可以分为两大类：一级污染预防（primary pollution prevention）措施和二级污染预防(secondary pollution prevention)措施。具体措施如下图： 低氮燃烧技术： 低氮燃烧技术就是根据燃料在燃烧过程中氮氧化物的生成机理，通过改进燃烧技术来降低氮氧化物生成和排放的技术，尤其适用于燃用烟煤和褐煤的锅炉。一般情况下，采用低氮燃烧技术比不采用低氮燃烧技术的锅炉NO x排放量低20% ～40%。 选择性催化还原法(SCR法)： 此法的原理为：使用适当的催化剂，在一定温度下以氨作 为催化反应的还原剂，使氮氧化物转化成无害的氮气和水蒸 汽。反应式如下：4NO+4NH3+O2→4N2+ 6H2O，8NH3+6NO2→7N2+2H2O。催化剂不同，反应所需温度也不一样。以二氧化钛为载体的钯、铂催化剂，所需的反应温度为300～400 ℃，而以焦炭为催化剂，反应温度为100～150 ℃。此法具有
净化率高(可达85 %以上) ，工艺设备紧凑，运行可靠，氮气放空，无二次污染等特点，但此法存在投资与运行费用(投资费用80美元/kW)较高，消耗氨液，氮氧化物不能回收等不足之处。 非催化选择性还原性(SNCR法)： 该法原理同SCR 法，由于没有催化剂的帮助，反应所需温度较高，为900～1200 ℃。反应式为：4NH3十6NO→5N2十6H2O。由于反应温度高，此法要控制好反应温度，以免氨被氧化成氮氧化物。此法的净化率为50 %～60 %，其特点是不需催化剂，旧设备改造少，投资较SCR法小(投资费用15美元/kW)。但氨液消耗量较SCR法多。近来研究用尿素代替NH3作为还原剂，使得操作系统更加安全可靠，而不必担心因NH3的泄漏造成新污染。 选择性非催化还原与选择性催化还原联合法： SNCR－SCR法具有2个反应区，首先通过布置在锅炉炉墙上的喷射系统，将还原剂喷入炉膛，在高温下脱除部分NO x；然后逸出的未反应完的还原剂再进入SCR反应器，与未脱除的NO x进行催化还原反应。其最主要的优点是省去了SCR 工艺设置在烟道里的复杂的氨喷射格栅系统，大幅度减少了催化剂的用量，净化效率可调，达25%～70%。还原剂喷入炉膛脱除部分氮氧化物，逸出的NH3再与未脱除的氮氧化物进行催化还原反应的一种脱硝方法。 几种方法的特点和比较：（1）低氮燃烧技术工艺成熟，投资与运行费用较低，其应作为燃煤电厂在役机组和新建机组氮氧化物控制的首选技术。（2）SCR 技术氮氧化物去除率高、应用成熟，但投资费用与运行费用高，适合在煤质多变、机组负荷变动频繁以及对空气质量要求较高的区域的新建燃煤机组上使用。（3）SNCR技术投资与运行费用较低，但氮氧化物去除率有限，适用于对采用了低氮燃烧技术的在役机组的改造。（4）SCR-SNCR技术弥补了SCR与SNCR两项技术的不足，但其综合效果有待论证，尚不成熟，可先做示范工程再进一步推广。参考文献： ［1］吴晓青．我国大气氮氧化物污染控制现状存在的问题与对策建议［J］．中国科技产业，2009( 8) : 13－16． ［2］马风哪, 程伟琴. 国内火电厂氮氧化物排放现状及控制技术探讨[J]. 广州化工, 2011, 39(15):57-59. DOI:10.3969/j.issn.1001-9677.2011.15.018. ［3］吴庆魁. 烟气硫氧化物和氮氧化物控制技术小结[J]. 广东化工, 2011, 38(3):32-33. DOI:10.3969/j.issn.1007-1865.2011.03.015.
氮氧化物产生与控制分析
前言 能源与环境是当今社会发展的两大问题，如何文明用能、合理用能已经成为人们越来越关注的话题。在能源的利用中，矿物燃料的燃烧要排放出大量污染物。例如，我国每年排入大气中的87%的SO2、68%的NOx和60%的粉尘均来自于煤的直接燃烧，因此，文明用能、合理用能，发展高效、低污染的清洁煤燃烧技术，降低NOx和SO2的排放量是当前亟待解决的问题。 循环流化床锅炉是最近二十年里发展起来的一种新型燃烧 技术，它的主要特点在于燃料及脱硫剂经多次循环、反复地进行低温燃烧和脱硫反应，炉内湍流运动强烈。它不但能达到90%的脱硫效率和与煤粉炉相近的燃烧效率，而且具有燃料适应性广、负荷调节性能好、灰渣易于综合利用等优点。本文对循环流化床锅炉中的NOx生成机制进行深入研究，分析影响NOx浓度的因素，探讨控制NOx排放量的措施，为循环流化床锅炉的设计、运行提供参考。 1NOx的生成机制 煤燃烧过程中产生的氮氧化物主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），这两者统称为NOx，此外还有少量的氧化二氮（N2O）产生。和SO2的生成机理不同，在煤燃烧过程中氮氧化物的生成量和排放量与煤燃烧方式、特别是燃烧温度和过量空气系数等燃烧条件关系密切。 在煤燃烧过程中，生成的NOx途径有三个： （1）热力型NOx（Thermal NOx），它是空气中的氮气在高温下氧化而生成的。
煤，尤其是其挥发分中的各种元素比也会影响到NOx的排放量。显然，O/N比越大，NOx排放量较高。H/C比越高，则NO 越难于被还原，故NOx排放量也越高。另外，S/N比会影响到各自的排放水平，因为S和N氧化时会相互竞争，故SO2排放量越高，NOx排放量越低。 2．2 过量空气系数的影响 当风不分级时，降低过量空气系数，在一定程度上可限制反应区内的氧浓度，因而，对热力型NOx和燃料型NOx的生成都有一定的控制作用，采用这种方法可使NOx排放量降低 15%~20%，但是CO浓度会增加，燃烧效率会下降。 当风分级时，可有效地降低NOx的排放量。一般情况下，二次风从床上一定距离送入较好，如果过低则对NOx的排放量影响甚小。随着一次风量的减少、二次风量的增加，N被氧化的速度下降，NOx排放量也随之下降，并在某一风量分配下达到最小值。 2．3 燃烧温度的影响 燃烧温度对NOx的排放量的影响已取得共识，即随着炉内燃烧温度的提高，NOx的排放量将升高，因此，可以通过降低床温来控制NOx的排放量。但是，床温的降低会带来两个不利的后果，一个是CO炉内浓度将增加，不完全燃烧热损失增大，从而使得燃烧效率下降；另一个是不利于N2O分解，从而使得N2O的排放浓度增加。 2．4 脱硫剂的影响